汽车等速传动轴用中高碳钢均匀组织的控制方法与流程

1.本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种汽车等速传动轴用中高碳钢均匀组织的控制方法。


背景技术：

2.传动轴是汽车传动系统中传递动力的重要部件，保证车辆安全行驶的关键部件。等速传动轴外星轮一般使用中高碳钢制造，中高碳钢具有优良的加工和力学性能，但钢材随着碳含量的增加，成分偏析会越来越重，更容易产生带状、黑心(中心偏析)、混晶等组织不均匀性，造成零件热处理变形等，严重影响传动轴的使用疲劳寿命。
3.中高碳钢由于液固线温度(t
l
～ts)区间较大，铸坯凝固过程中，c、mn、s、p等易偏析元素相互作用易形成严重的中心偏析，沿液相穴尤其是凝固末端钢水补缩受阻，铸坯中心形成疏松，严重的形成缩孔。铸坯中心疏松、缩孔、偏析的严重性取决于柱状晶和等轴晶的比例，液固线温度梯度越高，柱状晶生长越发达，中心偏析、疏松越重。因此，如何减轻中高碳钢的中心偏析和中心疏松一直是行业内的难题。
4.钢材的组织均匀性主要有几方面影响：首先，铸坯的枝晶偏析(微观偏析)会造成铁素体-珠光体带(带状组织)的组织不均匀性；其次，铸坯的中心偏析(宏观偏析)会造成钢材黑心(中心混晶)的组织不均匀性；再次，轧制温度和工艺控制不合适，造成晶粒粗大、边部混晶等组织不均匀性。目前一般为了实现均匀组织，用户在使用前要对钢材正火处理。
5.本发明旨在改善中高碳钢的成分偏析(微观偏析和宏观偏析)，实现铁素体和珠光体的均匀组织替代正火，提高材料使用性能，获得高质量高疲劳寿命的传动轴。


技术实现要素：

6.本发明的目的是：提供一种汽车等速传动轴用中高碳钢均匀组织的控制方法，提供一种改善成分偏析、均匀铁素体和珠光体的组织可替代正火的连铸和轧制工艺。
7.为实现本发明的目的，通过以下技术方案实现：
8.(1)连铸采用大断面低拉速工艺，铸坯断面300mm
×
325mm，拉速0.75～0.80m/min，低过热度控制在15～30℃，减少温度梯度，阻止柱状晶发达生长，减轻枝晶偏析，防止产生铁素体与珠光体条带的组织不均匀性。
9.(2)连铸轻压下工艺，采用大压下量和多辊(5个压下辊)连续小压下量，总压下量在10～12mm，当中心固相率0.50≤fs≤1时，压下量8～10mm，使用1～4号辊，单辊压下量≤3.0mm；当模拟的铸坯芯部温度低于凝固(固相)温度时，压下量2mm，使用5号辊。
10.(3)连铸末端电磁搅拌工艺，配合轻压下工艺使用，电搅电流300a
±
10a，频率6.0
±
0.2hz，通过和轻压下联合使用，更好地改善中心疏松和中心偏析，从而减轻因成分偏析(尤其碳元素)造成的组织不均匀性。
11.(4)连铸结晶器电磁搅拌工艺，采用大电流搅拌，电流350a
±
10a，频率2.0
±
0.2hz，打碎柱状晶，增加形核点，扩大等轴晶区，减轻枝晶偏析。
12.(5)连铸二次冷却工艺，采用弱冷模式，配合结晶器大电磁搅拌，比水量控制在0.12l/kg～0.15l/kg，减轻铸坯内外温差，阻止柱状晶发达生长，扩大等轴晶区。其中，各段冷却：足辊段采用全水冷却，一区、二区、三区采用气雾冷却，水量分配比为45％：22％：20％：13％。
13.(6)轧制在线正火控轧控冷工艺，控制进kocks机组前温度在800～850℃，抛钢温度(上冷床温度)780～830℃，其中，进kocks机组前水箱使用1～4号水箱，不使用5号水箱，给与足够的时间均匀进kocks前温度，轧后使用6号水箱。
14.本发明的有益效果为：连铸动态轻压下和末端大电磁搅拌结合双控制，减轻中心偏析；采用结晶器大电磁搅拌和二冷弱冷控制，扩大等轴晶区，减轻枝晶偏析。通过轧制在线正火控轧控冷工艺，均匀组织替代正火。以达到改善中高碳钢的成分偏析(微观偏析和宏观偏析)，实现铁素体和珠光体的均匀组织替代正火的目的，提高材料综合使用性能，获得高质量高疲劳寿命的传动轴。
附图说明：
15.图1为实施例1得到的钢的低倍检测照片。
16.图2为实施例1得到的钢的横向组织检测照片。
17.图3为对比例1得到的钢的低倍检测照片。
18.图4为对比例1得到的钢的横向组织检测照片。
19.图5为对比例3得到的钢的横向组织检测照片。
20.图6为对比例3得到的钢的混晶检测照片。
具体实施方式
21.以下结合具体实施例对本发明做进一步阐述，但本发明的保护范围并非限于下列实施例。
22.以中高碳钢55钢为例，化学成分：c 0.55％，si 0.26％，mn 0.78％，cr 0.27％，p 0.010％，s 0.016％，al 0.025％，余为fe及杂质元素。采用断面为300mm
×
325mm的5机5流弧形连铸机。
23.实施例1
24.(1)连铸采用大断面低拉速工艺，铸坯断面300mm
×
325mm，拉速0.75/min，低过热度控制在28℃，减少温度梯度，阻止柱状晶发达生长，减轻枝晶偏析，防止产生铁素体与珠光体条带的组织不均匀性。
25.(2)连铸轻压下工艺，采用大压下量和多辊(5个压下辊)连续小压下量；
26.连铸轻压下工艺见下表：
27.压下辊1号2号3号4号5号总压下量mm压下量1.52.22.32210
28.(3)连铸末端电磁搅拌工艺，配合轻压下工艺使用，电搅电流310a，频率6.0hz，通过和轻压下联合使用，更好地改善中心疏松和中心偏析，从而减轻因成分偏析(尤其碳元素)造成的组织不均匀性。
29.(4)连铸结晶器电磁搅拌工艺，采用大电流搅拌，电流350a，频率2.0hz，打碎柱状
晶，增加形核点，扩大等轴晶区，减轻枝晶偏析。
30.(5)连铸二次冷却工艺，采用弱冷模式，配合结晶器大电磁搅拌，比水量控制在0.14l/kg，减轻铸坯内外温差，阻止柱状晶发达生长，扩大等轴晶区。其中，各段冷却：足辊段采用全水冷却，一区、二区、三区采用气雾冷却，水量分配比为45％：22％：20％：13％。
31.(6)轧制在线正火控轧控冷工艺，控制进kocks机组前温度在800℃，抛钢温度(上冷床温度)780℃，其中，进kocks机组前水箱使用1～4号水箱，不使用5号水箱，给与足够的时间均匀进kocks前温度，轧后使用6号水箱。
32.实施例2
33.(1)连铸拉速0.78m/min，过热度25℃。
34.(2)末端电磁搅拌电流300a，频率6hz，连铸轻压下工艺见下表：
35.压下辊1号2号3号4号5号总压下量mm压下量2.12.52.52.1211.2
36.(3)轧制在线正火工艺，进kocks前温度820℃，抛钢温度806℃。
37.(4)其他工艺和实施例1一样。
38.实施例3
39.(1)连铸拉速0.80m/min，过热度26℃。
40.(2)末端电磁搅拌电流295a，频率6hz，连铸轻压下工艺见下表：
41.压下辊1号2号3号4号5号总压下量mm压下量2.32.62.62.5212
42.(3)轧制在线正火工艺，进kocks前温度850℃，抛钢温度812℃。
43.(4)其他工艺和实施例1一样。
44.对比例1
45.(1)连铸采用大断面低拉速工艺，铸坯断面300mm
×
325mm，拉速0.75/min，低过热度控制在28℃，减少温度梯度，阻止柱状晶发达生长，减轻枝晶偏析，防止产生铁素体与珠光体条带的组织不均匀性。
46.(2)连铸末端电磁搅拌工艺，电搅电流100a，频率6hz。
47.连铸结晶器电磁搅拌工艺，连铸二次冷却工艺和轧制在线正火控轧控冷工艺同实施例1。
48.对比例2
49.(1)连铸采用大断面低拉速工艺，连铸轻压下工艺，连铸末端电磁搅拌工艺同实施例1。
50.连铸末端电磁搅拌工艺电流250a，频率2.0hz；连铸二次冷却工艺，二冷采用中强冷模式，比水量0.20l/kg。
51.轧制在线正火控轧控冷工艺同实施例1。
52.对比例3
53.步骤(1)-步骤(5)同实施例1。
54.步骤(6)不采用轧制在线正火工艺，进kocks前温度880℃，抛钢温度872℃，不采用水箱控制温度。
55.本发明实施例1～3，对比例1～3的中心碳偏析(钢材中心碳含量与熔炼成分的碳
含量之差/熔炼成分)，铁素体和珠光体组织均匀性评级(gb/t 13320)、混晶现象、晶粒度级别情况对比如下表：
[0056][0057]
结果表明：通过连铸动态轻压下和末端大电磁搅拌结合双控制改善中心偏析，结晶器大电磁搅拌和二冷弱冷控制来扩大等轴晶区，以及在线正火控轧控冷工艺，得到铁素体和珠光体的均匀组织，可完全替代正火。
[0058]
以上皆为本发明优选的具体实施例而已，但本发明并不局限于上述具体实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例作的修改，均包含在本发明的保护范围之内。