[发明专利]代替40Cr调质钢的转向节用非调质钢及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强韧性转向节用非调质钢的领域，具体涉及一种代替40Cr调质钢的转向节用非调质钢及其生产方法。

背景技术

转向节（Steering Knuckle）又称“羊角”，是汽车转向桥中的重要零件之一，能够使汽车稳定行驶并灵敏传递行驶方向。它的功用是传递并承受汽车前部载荷，支承并带动前轮绕主销转动而使汽车转向。在汽车行驶状态下，它承受着多变的冲击载荷，因此，要求其具有很高的强度。

转向节是汽车车轮与车轴之间的关键连接件，它既要承受汽车在行驶中颠簸的弯曲应力，转向时的扭曲力，还要保证汽车在刹车时有足够的冲击韧性，同时还得具有良好的切削加工性，便于制造生产。因此要求生产转向节的材料在机械性能、组织结构和切削加工性等方面有较高的技术要求。

球墨铸铁和调质40Cr是目前我国汽车通用转向节材料，然后伴随汽车轻量化、发动机小型化和高功率大马力的涡轮增压技术的发展，对转向节的高强韧性、耐扭曲、抗弯曲应力及尺寸截面性能的均匀性的要求越来越高，然而在机械加工过程中又对长细、截面复杂的转向节的车削加工和配合面的精度要求也更加苛刻。

传统转向节：球墨铸铁和调质40Cr的缺点：

球墨铸铁转向节：铸铁件零件材质疏松且抗拉强度和屈服强度低，易脆性断裂，福特翼虎“羊角”断轴事件就是因为采用球墨铸铁转向节制造，在行驶过程中颠簸的弯曲应力，转向时的高扭曲力承载不足而导致转向节断轴，因此球墨铸铁转向节越来越不适应今天汽车工业发展的需求。

40Cr转向节：调质锻钢转向节抗拉强度和屈服强度相比球墨铸铁要大大提高，且抗冲击载荷和疲劳强度也要高出二个档次。使用40Cr制造的转向节应用于中低端工程机械、乘用车、商用车、皮卡车还是比较满足使用要求的。但是调质40Cr淬火开裂、弯曲变形需矫直等缺点是与生俱来不可避免的，因此零件的加工精度和装配精度得不到强有力的保证。调质结构钢还有一个显著的缺陷就是其机械性能是由调质热处理来保证，但是转向节形状复杂、厚薄不均导致调质后的零件的截面性能不均匀，往往使其在服役过程中在薄弱环节部位发生失效。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种代替40Cr调质钢的转向节用非调质钢及其生产方法，通过化学成分的优化设计和控轧控冷工艺技术（轧制参数）的完美结合，严格控制该配方的冶炼工艺及开、终轧温度及冷却方式，实现易车削高强韧性转向节用非调质钢的生产；

采用非调质钢生产工艺制造，可以有效的避开调质热处理，从而省去了调质后的矫直、应力消除等工序，依靠微合金化技术以及控锻（轧）控冷来确保零件组织性能，因此非调质钢转向节具有经济、节能和环保等优点，能很好的克服传统转向节的缺点，且降本增效，提高成材率和缩短加工周期；

通过该方法生产出的工件的截面性能更均匀、整体承受载荷能力更强、优良的切削加工性能和装配精度越来越受到汽车配套企业的青睐；因此在中国工程机械及汽车市场的应用前景是十分广阔的；

控制细小微合金化元素碳氮化物相的析出而强化铁素体软相；

控制细小微合金化元素铌、钒碳氮化物相的析出并强化铁素体软相；

增加Si元素含量，使铁素体相固溶强化，同时提高钢材屈强比；

钢中高氮促进VN粒子大量析出，VN能有效细化奥氏体晶粒，促进晶内铁素体的析出，有效的分割粗大的珠光体团，提高非调质钢的冲击韧性，并且钢中增氮还能进一步促进钢中碳氮化钒的析出，显著发挥V的析出强化作用；

为了进一步改善切削加工性，还增加钢中S元素含量；

V-Nb-Ti微合金化技术的应用，使其可以实现再结晶+未再结晶区进行控轧控冷，显著提高非调质钢的强韧性；

通过各成分的合理配比，实现了钢的物理指标以及各性能指标均达到并超过设计要求的前提下，尽可能降低了钢的生产成本，提高了市场竞争力。

本发明所采取的技术方案是：

代替40Cr调质钢的转向节用非调质钢，其按照重量百分比（%）包括以下成分：C：0.35-0.42、Si：0.50-0.80、Mn：1.20-1.40、P：≤0.013、S：0.030-0.050、Cu：≤0.20、Cr：0.20-0.35、Mo：≤0.05、Al：0.010-0.035、V：0.12-0.20、Nb：≤0.035、Ti：0.007-0.020、N：0.014-0.02，其余原来Fe。