[發(fā)明專利]一種具有較好疲勞性能的先進(jìn)高強(qiáng)鋼及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202210207038.0
• 申請日: 2022-03-03
• 公開（公告）號: CN114622137A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫志杰;楊二亮;張霞;張金彤;屈亮亮;葉美娟
• 申請（專利權(quán)）人: 萬向錢潮股份有限公司;萬向集團(tuán)公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/06;C22C38/46;C21D1/26;C21D6/00;C21D8/02;C22C33/06
• 代理公司: 杭州九洲專利事務(wù)所有限公司 33101
• 代理人: 陳琦

本發(fā)明公開了一種具有較好疲勞性能的先進(jìn)高強(qiáng)鋼及其制備方法，涉及具有較好疲勞性能的先進(jìn)高強(qiáng)鋼及其制備方法領(lǐng)域，包括以下質(zhì)量百分比的成分：C：0.10～0.12％，Si：0.45～0.55％，Mn：1.20～1.50％，P：≤0.025％，S：≤0.015％，Al：0.015％～0.050％，V：0.09～0.12％，Cr：0.70～1.10％，Ni：1.75～2.25％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明顯著提高了鋼的強(qiáng)度和疲勞極限，改善了疲勞性能；同時(shí)，并未改變塑性和沖擊韌性，可以滿足副車架上片本體的工況，并通過疲勞耐久試驗(yàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋼材制造的領(lǐng)域，具體涉及一種具有較好疲勞性能的先進(jìn)高強(qiáng)鋼及其制備方法。

背景技術(shù)

我司某一車型副車架進(jìn)行臺(tái)架制動(dòng)耐久試驗(yàn)時(shí)，在進(jìn)行至9萬9千次后發(fā)生開裂，而試驗(yàn)要求為30萬次。開裂的主要位置在副車架上片本體，開裂位置左右對應(yīng)。其中，裂紋長度深達(dá)8mm左右，板材的表面質(zhì)量良好，無外觀缺陷。

經(jīng)過失效分析后，結(jié)果為：裂紋源和母材處的金相組織為鐵素體好珠光體，未見異常。其中裂紋源和母材處的顯微硬度均值為218HV，硬度未見異常。

對其進(jìn)行化學(xué)成分檢測，發(fā)現(xiàn)化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求。具體見下表。

表1上片本體的化學(xué)成分和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定/％

使用掃描電鏡對其斷口的微觀形貌進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)斷口具有貝紋線等疲勞特征，屬于疲勞性開裂。裂紋源顯微硬度均值為218HV，對應(yīng)的抗拉強(qiáng)度為700Mpa。計(jì)算裂紋源處的疲勞極限＝0.38MPa+0.43*強(qiáng)度極限，此處的疲勞極限為301MPa，根據(jù)仿真分析結(jié)果，該裂紋源處的應(yīng)力應(yīng)為350Mpa左右，因此在加載情況下，裂紋源處所受應(yīng)力大于其疲勞極限，造成了開裂。

由于該副車架的上片本體所用的材料是QStE420TM，抗拉強(qiáng)度范圍在380MPa以上，對應(yīng)的疲勞極限范圍在163MPa以上，遠(yuǎn)低于裂紋源處在制動(dòng)耐久試驗(yàn)工況下的應(yīng)力要求，因此需要一種強(qiáng)度更高、疲勞性能更好的鋼材。

在上片本體開裂處的化學(xué)成分中，V+Ti+Nb三個(gè)元素的總和約為0.056％，合金元素含量較低，導(dǎo)致鋼材的屈服和抗拉強(qiáng)度均較差，因此需要改變相應(yīng)元素的含量，從而主要提高抗拉強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種具有較好疲勞性能的先進(jìn)高強(qiáng)鋼及其制備方法，用來代替QStE420TM，作為上片本體材料。該鋼材既要滿足副車架上片的成型要求，要求伸長率滿足QStE420TM規(guī)定的≥16％，疲勞極限也應(yīng)滿足仿真分析的350MPa。在制動(dòng)耐久疲勞試驗(yàn)中，可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的30萬次，保證上片本體不會(huì)發(fā)生開裂。

本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的：一種具有較好疲勞性能的先進(jìn)高強(qiáng)鋼，包括以下質(zhì)量百分比的成分：

C：0.10～0.12％，Si：0.45～0.55％，Mn：1.20～1.50％，P：≤0.025％，S：≤0.015％，Al：0.015％～0.050％，V：0.09～0.12％，Cr：0.70～1.10％，Ni：1.75～2.25％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。

上述具有較好疲勞性能的先進(jìn)高強(qiáng)鋼的制備方法，包括以下步驟：

1)鐵水預(yù)處理：在鐵水罐中采用噴吹鎂粒進(jìn)行鐵水脫硫，鐵水中硫的質(zhì)量百分比控制在0.015％以下，溫度不低于1250℃，脫硫完畢扒凈鐵水表面的渣；

2)轉(zhuǎn)爐冶煉：步驟1)中預(yù)處理后得到的鐵水進(jìn)入轉(zhuǎn)爐冶煉，造渣料于終點(diǎn)前3分鐘加完，全程實(shí)時(shí)監(jiān)測控制不添加Ti、Nb合金元素，采用底吹氧氣，使得各元素的質(zhì)量百分比滿足C≤0.12％，Si≤0.60％，Mn≤1.60％，P≤0.060％，S≤0.060％；