一种超高强度汽车悬架导向臂用钢及其冶炼方法与流程

本发明涉及黑色金属冶炼，更具体的说是涉及一种超高强度汽车悬架导向臂用钢及其冶炼方法。

背景技术：

1、汽车悬架导向臂是交通运输车辆和工程机械设备的重要零件，其主要承受车辆和机械设备上部的重量或起缓冲作用的，直接关系到机动车的性能和行车安全。所以对其强度、疲劳极限及冲击韧性要求较高。当前，能源短缺问题已成为制约汽车产业可持续发展的突出问题，低能耗、低排放的交通运输车辆和工程机械设备是节约型社会发展的最终需要，因此导向臂用钢的生产企业和下游用户对汽车导向臂用弹簧扁钢的经济性和使用性能提出了较高的要求，尤其是在汽车轻量化的催动下，对超高强度弹簧扁钢的疲劳寿命提出了更高的要求。

2、通过增加c、si、mn、cr等元素含量可以提高弹簧扁钢的强度和弹性极限，通过添加v、n等合金元素可以提高弹簧扁钢的冲击性能，进而提高提高产品的疲劳性能；在生产上可以通过控制产品的纯净度、表面缺陷和降低表面脱碳层深度等措施来提高产品的疲劳寿命。虽然导向臂用钢的疲劳寿命都有了较大的提高，但是其经济性却没有明显改善，某种程度上反而增加了生产成本和控制难度，现有导向臂用钢的成分设计和生产都没有充分考虑其经济性能，且其强度性能不能满足轻量化的使用要求，因此，如何改善现有技术缺陷是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明通过成分优化设计，并结合现有工艺设备，进行工艺控制创新，发明了一种全新的超高强度汽车悬架导向臂用弹簧扁钢，该钢种通过客户产品性能检测、生产工艺验证和工程应用，其性能完全满足高强度轻量化导向臂的使用要求。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、首先，本发明提供了一种超高强度汽车悬架导向臂用钢，以重量百分比计，包括以下组成成分：c 0.57％～0.61％，si 1.25％～1.45％，mn 0.90％～1.10％，p≤0.012％，s≤0.010％，cr 1.05％～1.15％，nb 0.015％～0.025％，ni 0.25％～0.35％，al 0.012％～0.027％，n 0.0035％～0.075％，cu 0.15％～0.25％、ti 0.010％～0.020％，余量为fe及不可避免的杂质。

4、成分设计是汽车悬架导向臂用钢开发的前提和基础，本发明对汽车悬架导向臂用弹簧扁钢材料中的主要化学元素的作用进行了分析，其中，

5、碳是超高强汽车悬架导向臂用弹簧扁钢的重要强化元素，其在钢中形成间隙固溶体，起固溶强化作用，与其它合金元素凝固析出的碳化物，起析出硬化作用；

6、为了控制设计成本，采用cr、mn、si作为提高淬透性的元素，si不仅有固溶强化的作用，而且还能提高回火稳定性，因此对提高强度和硬度也有好处；cr、mn提高淬透性的作用较为显著，可以使大断面的弹簧完全淬透，还可以强化基体和细化珠光体；同时cr、mn合金又是性价比相对较高的合金元素。辅加少量的cu、ni合金元素，进一步提高淬透性，同时用来克服si、mn钢的不足(脱碳、石墨化倾向)。ni可提高钢的强度而不显著降低其韧性，ni还可以降低钢的脆性转变温度，提高钢的低温韧性，改善钢的加工性；

7、nb是强碳化物形成元素，与碳元素有很强的亲和力，当它们生成细小弥散的nbc时可产生强烈的沉淀强化效果，并能细化晶粒，提高钢的硬度、强度，改善韧性及回火稳定性，产生二次硬化效应；并且nb元素可以抑制弹簧钢氧化脱碳，改善其脱碳敏感性；但当nb含量过多时，析出的第二相粒子明显变粗，作用反而会减弱，所以铌含量加入不宜过高；

8、ti是强碳化物形成元素，既有弥散强化的作用，又能增加形核数量和阻止晶粒长大，起到细化晶粒的作用，但是，ti易与钢中的氮形成tin夹杂物，由于tin夹杂物对钢材的疲劳寿命极为不利，本发明加入ti后对生产工艺进行特殊设计和控制，将tin夹杂物尺寸控制在10μm以内。

9、基于上述技术方案的组分特点，本发明还提供了一种如上技术方案所述的超高强度汽车悬架导向臂用钢的冶炼方法，所述冶炼方法包括顶底复吹转炉冶炼、精炼渣洗及脱氧、炉外精炼、真空脱气、连续浇注，主要冶炼生产工艺步骤包括：

10、顶底复吹转炉冶炼：转炉铁水废钢装入量按铁水和废钢，冶炼过程注意c-t协调，出钢终点p≤0.010％，出钢温度≥1590℃，严禁出钢下渣，出钢1/3时顺钢流按配料要求加入合金，合金加入量根据目标值技术确定；

11、精炼渣洗及脱氧：出钢前在打包底部加入预先准备好的精炼合成渣，出钢过程顺钢流加入铝块，出钢完成补喂铝线；

12、炉外精炼：钢包炉钢水进站后线进行送点升温，加入石灰、合成预熔渣造白渣脱硫、去夹杂物，同时向渣中加入扩散脱氧剂，精炼在造渣脱氧完好的情况下进行成分微调，严禁精炼过程补喂铝线，终渣二元碱度cao/sio2控制在4～6，精炼完成严禁进行钙化处理，钢水直接出站进行真空处理；

13、真空脱气：采用vd炉进行真空脱气处理，在0.5tor的真空度下保持18min，破空后软吹25min后静置15min上台浇注；

14、连续浇注：采用280方铸坯断面浇注，大包开浇前中包吹氩5～8min，大包开浇后中包采用覆盖剂保护，正常浇注中包液面高度控制在850mm以上，结晶采用专用保护渣；严格控制结晶器液面波动，恒拉速0.78m/min浇注，比水量0.26l/kg，开启结晶器和末端电磁搅拌，凝固末端轻压下总压下量不小于20mm。

15、优选的，顶底复吹转炉冶炼过程中，铁水废钢重量比大于4:1。

16、优选的，以钢水重量计，精炼合成渣加入量≥3kg/吨。

17、优选的，以钢水重量计，铝块加入量为1.5kg/吨。

18、优选的，铝线喂入量为3.6～4.3m/吨钢。

19、优选的，炉外精炼过程石灰加入总量为6.4～7.1kg/吨钢，合成预熔渣加入量为5.0～6.5kg/炉，所述扩散脱氧剂为碳化硅和铝粒，以钢水重量计，扩散脱氧剂加入量为0.8～1.0kg/吨。

20、优选的，所述覆盖剂为碱性覆盖渣和碳化稻壳双层覆盖，重量比例为1:1，渣层总厚度不小于100mm。

21、优选的，所述高碳高硅钢专用保护渣为恒基高碳预熔保护渣。

22、优选的，结晶器液面波动＞±3mm铸坯挑出判废。

23、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种超高强度汽车悬架导向臂用钢及其制备方法，具有如下有益效果：

24、本发明在成分设计上主要采用性价比较高的c、si、mn、cr元素来提高弹簧钢的强度和屈服极限，同时添加少量的的ni、cu元素来进一步提高弹簧钢的淬透性，通过ni、nb、ti、al等复合微合金化手段，进行超细晶强化，可将产品奥氏体晶粒度控制在10级以上，以此来提高钢的冲击韧性和疲劳寿命。采用本发明方法生产的汽车悬架导向臂用弹簧扁钢产品的化学成分和内部组织得到优化，强度和韧性显著提高；冶炼方法简单易行，生产成本低；产品性能稳定可靠，满足汽车制造行业轻量化的高性能要求。