專利名稱：焊接電鍍液壓桿用非調質鋼及其生產方法
技術領域：
本發明屬于非調質鋼技術領域，具體涉及一種焊接電鍍液壓桿用非調質鋼及其生產方法。
背景技術：
電鍍液壓桿作為工程機械液壓油缸、壓力機或升降機液壓機具中的重要零部件，應用于裝載機液壓油缸、挖掘機液壓油缸、路面機械液壓油缸、建筑機械液壓油缸、特種液壓油缸和電、液伺服油缸等領域。隨著近幾年工程機械、建筑機械以及汽車運輸的快速發展，其市場和應用也強勁增長。由于電鍍液壓桿配套重型工程機械、建筑機械、汽車或試驗機等精密儀器領域，對液壓桿電鍍后的部件質量要求很高，電鍍液壓桿缺陷，會成為液壓系統滲漏源，導致油缸報廢，甚至工程機械、汽車車輛的召回，給企業造成巨大損失。
電鍍液壓桿用鋼長期以來廣泛采用是45調質鋼，但對鋼的質量要求很高，大多數用戶要求無缺陷交貨。但是采用45調質鋼進行調質熱處理后容易造成液壓桿熱處理變形廢品，而且增加了熱處理設備投資和熱處理工序。從非調質鋼的特殊優異性和電鍍液壓桿加工使用分析，采用非調質鋼生產電鍍液壓桿具有很強的經濟性。電鍍液壓桿為細長類零部件，如采用調質鋼均需要調質處理，熱處理廢品率高，所以采用非調質鋼代替45調質鋼制造電鍍液壓桿是非常必要的。

發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種焊接電鍍液壓桿用非調質鋼，以滿足電鍍液壓桿技術發展以及焊接工藝生產的需要，本發明的非調質鋼無需調質熱處理，其熱軋鋼的強塑性指標達到45調質鋼水平，而且鋼的碳當量控制滿足焊接工藝要求，焊接部質量良好。本發明的另一目的在于提供一種上述焊接電鍍液壓桿用非調質鋼的生產方法。本發明提供的焊接電鍍液壓桿用非調質鋼，按質量百分比由以下元素組成C 0. 28 O. 35%Si 0. 30 O. 80%Mn : I. 00 I. 60%Cr 0. 10 O. 30%V 0. 06 O. 20%Ti 0. 015 O. 10%P^O. 020%S :0· 010 O. 035%Alt :0· 020 O. 060% Cu ^ O. 20%Ni ^ O. 20%Mo ^ O. 10%O 彡 15X10、余量為Fe和不可避免的雜質。優選地，所述非調質鋼的碳當量Ceq ^ O. 57%，所述碳當量Ceq按照如下公式進行計算Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+ (Ni+Cu)/15，
式中C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu為所述非調質鋼中相應元素的質量百分比。所述焊接電鍍液壓桿用非調質鋼按質量百分比優選地由以下元素組成C 0. 28 O. 33 %，Si 0. 60 O. 70%, Mn :1· 20 I. 40%, Cr 0. 20 O. 30 %，V 0. 06 O. 10%, Ti 0. 020 O. 030 %，P 彡 O. 020 %，S 0. 010 O. 035%, Alt 0. 020
O.040%, Cu ^ O. 20%, Ni ^ O. 20%,Mo ^ O. 10%, O ^ 15Χ1(Γ4%，余為 Fe 和不可避免的雜質。上述非調質鋼屈服強度為550 600Mpa ;抗拉強度為810 900Mpa ;延伸率為19 23% ;收縮率為35 40% ;沖擊韌性值為40 80J/cm2 ;布氏硬度為200 260HB。本發明提供的上述焊接電鍍液壓桿用非調質鋼的生產方法采用電爐連鑄工藝生產，包括包括初煉工序、精煉工序、VD真空脫氣工序、連鑄工序以及軋制工序，其中
在所述初煉工序中，控制終點C的含量為O. 10 O. 15wt%、P^O. 015wt%,Ni彡O. 20wt%, Cu彡O. 20wt%, Mo彡O. 10wt%,而且鋼水的出鋼溫度為1640 1650°C。優選地，在所述精煉工序中，取一次樣分析前喂入鋁線進行脫氧；在LF爐出鋼前喂入硅鈣線進行鈣處理；精煉渣堿度為2. 5 3. 5，白渣保持時間為15 20分鐘。優選地，在所述VD真空脫氣工序中，按照S含量控制要求，喂入硫線，以使鋼水中含有O. 010 O. 035wt%的S ;在真空度18 20Pa保持15 20分鐘進行真空處理；VD真空脫氣結束時對鋼水進行軟吹氬處理，時間為20-25min，以使氧含量降低至彡15X10 一4%。優選地，在所述連鑄工序中，采用連鑄全程保護澆注，中間包鋼水溫度控制在1530 1540°C ;連鑄拉速控制為O. 90 O. 95mm/min ;而且采用結晶器電磁攪拌和凝固末端電磁攪拌。優選地，在所述軋制工序中，鋼坯在加熱爐的均熱溫度為1130 1200°C，加熱時間為2 3h，開軋溫度為1100 1150°C，終軋溫度為850 980°C ;軋后鋼材上冷床，冷卻速度為I. O I. 5°C /s，下冷床堆冷溫度為500 600°C。本發明的有益效果本發明提供的非調質鋼是一種適用于焊接工藝的電鍍液壓桿用非調質鋼，是Mn-V系非調質鋼，通過主要強化元素Mn、Si、Cr，微合金元素V、Ti以及硫(S 0. 010 O. 035%)的優化，并控制鋼的碳當量，鋼的強塑性指標達到45調質鋼水平，抗拉強度彡810Mpa，韌性彡40J/cm2，熱軋鋼材布氏硬度彡200HB ;鋼的切削加工性能優異，鋼的焊接工藝性能良好。本發明提供的上述非調質鋼的生產方法解決了由于S的加入帶來的鋼水可澆性困難、MnS偏析難以控制等技術難題，提高了鋼的純凈度，保證了鋼的性能質量及對氧含量的控制。本發明鋼與45調質鋼用于制造焊接電鍍液壓桿比較，無需熱處理，熱軋鋼材可直接使用，顯示了良好的綜合機械性能、焊接性能、加工工藝性能和經濟性，本發明鋼屬于一種節能環保型鋼材。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步說明，但本發明并不局限于此。本發明提供的焊接電鍍液壓桿用非調質鋼，按質量百分比由以下元素組成C 0. 28 O. 35%Si 0. 30 O. 80%Mn :1· 00 I. 60%Cr :0· 10 O. 30%V 0. 06 O. 20%Ti 0. 015 O. 10%
P ≤ O. 020%S 0. 010 O. 035%Alt 0. 020 O. 060% Cu ≤ O. 20%Ni ( O. 20%Mo≤ O. 10%O ≤ 15X10、余量為Fe和不可避免的雜質。為保證良好的焊接性能，需要控制上述焊接電鍍液壓桿用非調質鋼的碳當量Ceq ( O. 57%,碳當量Ceq通過以下公式計算Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15,式中C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu為鋼中相應元素的含量(即質量百分比)。本發明設計的焊接電鍍液壓桿用非調質鋼屬鐵素體-珠光體型非調質鋼，是在C-Mn結構鋼成分基礎上，添加V、Ti微合金化元素，并增加適量的Si、Mn、Cr合金元素。在鐵素體-珠光體鋼中，Mn可以使珠光體量增多，可以降低珠光體的形成溫度，細化珠光體的片間距，提高鋼的強度；Mn還可以促進VN和VC溶解，降低固溶溫度的作用。同時，因為Mn含量超過I. 50 I. 60(質量)％時，將促進貝氏體組織的形成，因此，設計Mn含量為I. 00 I. 60(質量)％。C對提高強度、硬度影響最大，但要控制含量，本發明鋼適用于采用焊接工藝裝配的電鍍液壓桿，為了保證鋼材良好的焊接性能，要求控制鋼的碳當量Ceq不大于O. 57%，因此，設計C的含量為O. 28 O. 35 (質量)％。該非調質鋼屬Mn-V系非調質鋼，進行了微Ti復合處理，Ti含量約在O. 02 (質量)％時，具有最佳的抑制奧氏體晶粒粗化的效果，細化奧氏體晶粒和Ti復合加入可以提供鋼的強韌性，改善鐵素體-珠光體型非調質鋼韌性不足的矛盾，因此，設計Ti的含量為O. 015 O. 10 (質量)％。加入適量的Cr可以提供鋼的淬透性，還可以使珠光體片間距減小，提高鋼的韌性，因此，設計Cr的含量為O. 10 O. 30(質量)％。為改善微合金非調質鋼的切削加工性能，同時不損害焊接部性能，加入適量S易切削元素，可在鋼中形成MnS夾雜物提高切削性能，因此，設計S含量為O. 010 O. 035 (質量)％。Ni、Cu、Mo為殘余元素，為減少危害，控制Ni彡O. 20 (質量)％，Cu彡O. 20 (質量)％，Mo ^ O. 10 (質量)％。為提高鋼的純凈度，本發明還對氧含量提出了控制要求，即控制O的含量< 15X10 —4 (質量)％。在上述優化設計基礎上，為保證鋼的性能穩定一致，優選地，本發明的焊接電鍍液壓桿用非調質鋼按質量百分比由以下元素組成C 0. 28 O. 33 %，Si 0. 60 O. 70%, Mn :1· 20 I. 40%, Cr 0. 20 O. 30 %，V 0. 06 O. 10%, Ti 0. 020 O. 030 %，P 彡 O. 020 %，S 0. 010 O. 035%, Alt 0. 020 O. 040%, Cu ^ O. 20%, Ni ^ O. 20%,Mo ^ O. 10%, O ^ 15Χ1(Γ4%，余為 Fe 和不可避免的雜質。本發明鋼的強塑性指標達到45調質鋼水平，其中，屈服強度Rel ^ 550Mpa，最高可達到600MPa ;抗拉強度Rni彡810Mpa，最高可達到900Mpa，優選在820 900MPa ;延伸率A彡19%，最大可達到23% ;收縮率Z彡35%，最大可達到40% ;沖擊韌性值ak彡40J/cm2，最大可達到80J/cm2，優選在60 80J/cm2 ;布氏硬度> 200HB,最大可達到260HB，優選230 250HB。本發明提供的上述焊接電鍍液壓桿用非調質鋼的生產方法采用電爐連鑄工藝生產，包括初煉工序、精煉工序、VD真空脫氣工序、連鑄工序以及軋制工序
在所述初煉工序中，采用電爐冶煉，控制終點C的含量為O. 10 O. 15wt%,P 彡 O. 015wt%,Ni ( O. 20wt%, Cu ( O. 20wt%，Mo ( O. 10wt%，而且鋼水的出鋼溫度為 1640 1650 O。優選地，在所述精煉工序中，采用LF爐外精煉，取一次樣分析前喂入鋁線2. O 2. 2m/t鋼進行脫氧；在LF爐出鋼前喂入硅鈣線I. 5 I. 8m/t鋼進行鈣處理，這樣有利于連鑄改善鋼水可澆性，同時，通過鋼中增加Si含量提高Ca在鋼水中的溶解度，為后期硫化物形態控制準備條件；精煉渣堿度為2. 5 3. 5，白渣保持時間為15 20分鐘。優選地，在所述VD真空脫氣工序中，按照S含量控制要求，喂入硫線，以使鋼水中含有O. 010 O. 035wt%的S ;在真空度18 20Pa保持15 20分鐘進行真空處理；VD真空脫氣結束時對鋼水進行軟吹氬處理，時間為20-25min，以使氧含量降低至彡15X10 一4%。優選地，在所述連鑄工序中，采用連鑄全程保護澆注，中間包鋼水溫度控制在1530 1540°C，保持稍高的過熱度可確保鋼水良好的可澆性；適當降低連鑄拉速，將其控 制為O. 90 O. 95mm/min ;并采用結晶器電磁攪拌和凝固末端電磁攪拌,確保鑄還良好的組織和表面質量。優選地，在所述軋制工序中，鋼坯在加熱爐的均熱溫度為1130 1200°C，均熱時間為2 3h，開軋溫度為1100 1150°C，終軋溫度為850 980°C ;軋后鋼材上冷床，冷卻速度為I. O I. 50C /s，下冷床堆冷溫度為500 600°C，更優選上述參數為鋼坯在加熱爐的均熱溫度為1150 1180°C，均熱時間為2. 6h，開軋溫度為1100 1130°C，終軋溫度為900 9500C ;軋后鋼材冷卻速度為I. O I. 2 V /s，下冷床堆冷溫度500 550。。。以上制備方法中未加限定的工藝條件均可參照本領域常規技術。本發明提供的焊接電鍍液壓桿用非調質鋼的規格優選為Φ20-Φ70πιπι。下面列舉幾個實施例。本發明提供的焊接電鍍液壓桿用非調質鋼，采用UHP超過功率電爐初煉、LF爐外精煉、VD真空脫氣處理工藝冶煉，連鑄澆注鑄坯，軋制成材工藝生產鋼材。實施例是以Φ50πιπι規格鋼材的生產工藝來具體說明本發明是如何實施的。實施例I該實施例生產的焊接電鍍液壓桿用非調質鋼的成分及含量見表I。具體生產方法如下采用電爐連鑄工藝生產，包括初煉工序、精煉工序、VD真空脫氣工序、連鑄工序以及軋制工序在初煉工序中，采用電爐冶煉，控制終點C的含量為O. 10wt%, P的含量為O. 009wt%, Ni的含量為O. 10wt%, Cu的含量為O. 09wt%, Mo的含量為O. 05wt%，而且鋼水的出鋼溫度為1645 °C。在精煉工序中，采用LF爐外精煉，取一次樣分析前喂入鋁線2. lm/t鋼進行脫氧；在LF爐出鋼前喂入硅鈣線I. 6m/t鋼進行鈣處理；精煉渣堿度為3. 4，白渣保持時間為18分鐘。在VD真空脫氣工序中，按照S含量控制要求，喂入硫線，以使鋼水中含有O. 026wt%的S ;真空度為20Pa，真空保持時間為19分鐘；VD真空脫氣結束時對鋼水進行軟吹氬處理，時間為20min，以使氧含量降低至彡15X10-4wt%。在連鑄工序中，采用連鑄全程保護澆注，中間包鋼水溫度控制在1530°C，連鑄拉速為O. 90mm/min ;并采用結晶器電磁攪拌和凝固末端電磁攪拌，以確保鑄坯良好的組織和表
面質量。在軋制工序中，鋼坯在加熱爐的均熱溫度為1150°C，均熱時間為2. 6h，開軋溫度為1100°C，終軋溫度為950°C ;軋后鋼材上冷床，冷卻速度為I. (TC /s，下冷床堆冷溫度為530。。。實施例2該實施例生產的焊接電鍍液壓桿用非調質鋼的成分及含量見表I。具體生產方法如下采用電爐連鑄工藝生產，包括初煉工序、精煉工序、VD真空脫氣工序、連鑄工序以及軋制工序在初煉工序中，采用電爐冶煉，控制終點C的含量為O. 12wt%, P的含量為 O. 010wt%, Ni的含量為O. 08wt%, Cu的含量為O. 05wt%, Mo的含量為O. 03wt%，而且鋼水的出鋼溫度為1641 °C。在精煉工序中，采用LF爐外精煉，取一次樣分析前喂入鋁線2. 2m/t鋼進行脫氧；在LF爐出鋼前喂入硅鈣線I. 8m/t鋼進行鈣處理；精煉渣堿度為3. 5，白渣保持時間為20分鐘。在VD真空脫氣工序中，按照S含量控制要求，喂入硫線，以使鋼水中含有O. 030wt%的S ;真空度為20Pa，真空保持時間為20分鐘；VD真空脫氣結束時對鋼水進行軟吹氬處理，時間為22min，以使氧含量降低至彡15X10_4wt%。在連鑄工序中，采用連鑄全程保護澆注，中間包鋼水溫度控制在1532°C，連鑄拉速為O. 91mm/min ;并采用結晶器電磁攪拌和凝固末端電磁攪拌，以確保鑄坯良好的組織和表
面質量。在軋制工序中，鋼坯在加熱爐的均熱溫度為1180°C，均熱時間為2. 6h，開軋溫度為1120°C，終軋溫度為930°C ;軋后鋼材上冷床，冷卻速度為I. I0C /s，下冷床堆冷溫度為550。。。實施例3該實施例生產的焊接電鍍液壓桿用非調質鋼的成分及含量見表I。具體生產方法如下采用電爐連鑄工藝生產，包括初煉工序、精煉工序、VD真空脫氣工序、連鑄工序以及軋制工序在初煉工序中，采用電爐冶煉，控制終點C的含量為O. 12wt%, P的含量為O. 009wt%, Ni的含量為O. 03wt%, Cu的含量為O. 05wt%, Mo的含量為O. 07wt%，而且鋼水的出鋼溫度為1640°C。在精煉工序中，采用LF爐外精煉，取一次樣分析前喂入鋁線2. 2m/t鋼進行脫氧；在LF爐出鋼前喂入硅鈣線I. 5m/t鋼進行鈣處理；精煉渣堿度為3. 2，白渣保持時間為20分鐘。在VD真空脫氣工序中，按照S含量控制要求，喂入硫線，以使鋼水中含有O. 029wt%的S ;真空度為20Pa，真空保持時間為18分鐘；VD真空脫氣結束時對鋼水進行軟吹氬處理，時間為21min，以使氧含量降低至彡15Xl(T4wt%。在連鑄工序中，采用連鑄全程保護澆注，中間包鋼水溫度控制在1535°C，連鑄拉速為O. 93mm/min ;并采用結晶器電磁攪拌和凝固末端電磁攪拌，以確保鑄坯良好的組織和表面質量。在軋制工序中，鋼坯在加熱爐的均熱溫度為1180°C，均熱時間為2. 6h，開軋溫度為1115°C，終軋溫度為920°C ;軋后鋼材上冷床，冷卻速度為I. I0C /s，下冷床堆冷溫度為520。。。對實施例1-3的方法得到的焊接電鍍液壓桿用非調質鋼的有關性能進行實驗測定，結果參見表2，有關性能測試的方法采用GB/T228《金屬拉伸試驗方法》、GB/T229《金屬夏比缺口沖擊試驗方法》和GB/T231《金屬布氏硬度試驗方法》，表2的測定結果是按標準要求測定的兩支試樣的結果。表I本發明非調質鋼有關化學成分的含量(質量，％)
權利要求
1.一種焊接電鍍液壓桿用非調質鋼，其特征在于，按質量百分比由以下元素組成 C :0. 28 O. 35%Si :0. 30 O. 80% Mn :1. 00 I. 60%Cr :0. 10 O. 30% V :0. 06 O. 20%Ti :0. 015 O. 10% P 彡 O. 020%S :0. 010 O. 035%Alt 0. 020 O. 060% Cu ( O. 20% Ni ( O. 20%Mo ( O. 10% O ( 15X10、 余量為Fe和不可避免的雜質。
2.根據權利要求I所述的焊接電鍍液壓桿用非調質鋼，其特征在于，所述非調質鋼的碳當量Ceq ( O. 57%，所述碳當量Ceq按照如下公式進行計算Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15, 式中C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu為所述非調質鋼中相應元素的質量百分比。
3.根據權利要求I所述的焊接電鍍液壓桿用非調質鋼，其特征在于，所述非調質鋼屈服強度為550 600Mpa ;抗拉強度為810 900Mpa ;延伸率為19 23% ;收縮率為35 40% ;沖擊韌性值為40 80J/cm2 ;布氏硬度為200 260HB。
4.根據權利要求I所述的焊接電鍍液壓桿用非調質鋼，其特征在于，按質量百分比由以下元素組成C :0. 28 O. 33%, Si :0. 60 O. 70%,Mn :1. 20 I. 40%,Cr :0. 20 O. 30%，V :0. 06 O.10%, Ti 0. 020 O. 030 %，P 彡 O. 020 %，S 0. 010 O. 035%, Alt 0. 020 O. 040%,Cu ^ O. 20%, Ni ^ O. 20%, Mo ^ O. 10%, O ^ 15Χ1(Γ4%，余為 Fe 和不可避免的雜質。
5.權利要求1-4任一所述焊接電鍍液壓桿用非調質鋼的生產方法，采用電爐連鑄工藝，包括初煉工序、精煉工序、VD真空脫氣工序、連鑄工序以及軋制工序，其特征在于， 在所述初煉工序中，控制終點C的含量為O. 10 O. 15wt%、P彡O. 015wt%,Ni彡O. 20wt%, Cu彡O. 20wt%, Mo彡O. 10wt%，而且鋼水的出鋼溫度為1640 1650°C。
6.根據權利要求5所述的焊接電鍍液壓桿用非調質鋼的生產方法，其特征在于， 在所述精煉工序中，取一次樣分析前喂入鋁線進行脫氧；在LF爐出鋼前喂入硅鈣線進行鈣處理；精煉渣堿度為2. 5 3. 5，白渣保持時間為15 20分鐘。
7.根據權利要求5所述的焊接電鍍液壓桿用非調質鋼的生產方法，其特征在于， 在所述VD真空脫氣工序中，按照S含量控制要求，喂入硫線，以使鋼水中含有O. 010 O.035wt%的S ;在真空度18 20Pa保持15 20分鐘進行真空處理；VD真空脫氣結束時對鋼水進行軟吹氬處理，時間為20-25min，以使氧含量降低至彡15X10 一 4%。
8.根據權利要求5所述的焊接電鍍液壓桿用非調質鋼的生產方法，其特征在于， 在所述連鑄工序中，采用連鑄全程保護澆注，中間包鋼水溫度控制在1530 1540°C ；連鑄拉速控制為O. 90 O. 95mm/min ;而且采用結晶器電磁攪拌和凝固末端電磁攪拌。
9.根據權利要求5-8任一所述的焊接電鍍液壓桿用非調質鋼的生產方法，其特征在于， 在所述軋制工序中，鋼坯在加熱爐的均熱溫度為1130 1200°C，加熱時間為2 3h，開軋溫度為1100 1150°C，終軋溫度為850 980°C;軋后鋼材上冷床，冷卻速度為I. O I. 5°C /S，下 冷床堆冷溫度為500 600°C。
全文摘要
本發明公開了一種焊接電鍍液壓桿用非調質鋼及其生產方法，該鋼按質量百分比由以下元素組成，C0.28～0.35%；Si0.30～0.80%；Mn1.00～1.60%；Cr0.10～0.30%；V0.06～0.20%；Ti0.015～0.10%；P≤0.020%；S0.010～0.035%；Alt0.020～0.060%；Cu≤0.20%；Ni≤0.20%；Mo≤0.10%；O≤15×10－4%；余量為Fe和不可避免的雜質。本發明鋼的強塑性指標達到45調質鋼水平，切削加工性能優異，焊接工藝性能良好。其生產方法解決了由于S的加入帶來的鋼水可澆性困難等技術難題，提高了鋼的純凈度。本發明鋼可代替45調質鋼制造液壓桿，無需調質處理，屬節能環保型鋼材。
文檔編號C21D8/06GK102899575SQ20121045182
公開日2013年1月30日 申請日期2012年11月12日 優先權日2012年11月12日
發明者戈文英, 翟正龍, 張君平, 李泰 , 袁淑君, 于學文 申請人:萊蕪鋼鐵集團有限公司