[发明专利]一种大直径工程机械液压油缸活塞杆用圆钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于特种钢冶炼技术领域，具体涉及工程机械液压油缸活塞杆用大直径圆钢及其连铸制造方法。

背景技术

随着国家工程机械行业的发展，工程液压油缸作为液压系统主要执行元件之一，其应用范围越来越广，需求量越来越大。同时，大型液压挖掘机的需求量也越来越大，而且此类挖掘机在挖掘过程中，工作装置姿态不断变化，承受着拉压、振动和惯性冲击等多种载荷的复合作用，这对液压油缸的质量提出了更高的要求。

随着挖掘机不断大型化，制造液压油缸活塞杆的圆钢棒材的直径也不断增大，目前本申请专门用于制造大型挖掘机液压油缸活塞杆用圆钢棒材，直径已经达到了 90～150mm。

作为液压油缸中的重要零部件，活塞杆的质量对整个液压缸的正常运行影响巨大，以往油缸制造企业普遍使用中碳碳素结构钢，经过调质热处理提高钢材综合机械性能，满足零件的使用要求。调质工艺中的加热要消耗大量的能源，且存在调质废品、工件加工精度难以控制及制造周期长等问题；在倡导环保和精益制造的今天，通过微合金化提高钢材综合机械性能，从而取消调质热处理的工程机械液压油缸活塞杆用钢的开发迫在眉睫。

随着工程机械液压油缸活塞杆加工工艺的进步，活塞杆杆部与其他部件已经从一体锻造转变为摩擦焊焊接成型。为了保证摩擦焊焊缝的质量，要求杆部圆钢的横截面上成分及组织高度均匀，即中心偏析程度要轻。以往φ90～150mm大直径活塞杆用圆钢为了满足这一要求，往往使用模铸坯进行轧制，这一工艺流程导致生产效率偏低，圆钢生产成本过高。随着市场竞争日趋激烈，提高生产效率和降低成本成为企业发展必须要考虑的因素，开发连铸坯生产90～150mm的大直径活塞杆用圆钢的工艺愈发迫切。

根据工程机械液压油缸活塞杆的加工工艺和使用要求，对微合金后免于调质处理的大直径圆钢提出了以下要求：

1、等同于调质钢材的高屈服强度、高抗拉强度、高延伸率和断面收缩率。

2、由于活塞杆端部需要进行摩擦焊接，为保证焊缝质量，要求钢材具有更低程度的中心偏析。

3、使用连铸浇铸进行生产，提高生产效率的同时降低生产成本。

发明内容

本发明通过合理的化学成分设计，尤其是合理的V、Al、N元素配比，在不进行调质热处理的情况下，显著提高φ90～150mm大直径工程机械液压油缸活塞杆用圆钢的力学性能，达到普通中碳钢调质后的水平；采用合理的连铸制造方法取代模铸工艺，流程包括：电炉或转炉初炼→炉外精炼及VD或RH真空脱气→连铸浇铸→往复式轧机或连轧轧机轧制→锯切断料→冷床冷却→表面及内部探伤→成品检验包装，获得中心偏析程度轻的大直径工程机械液压油缸活塞杆用圆钢，中心偏析小，可满足摩擦焊接操作，且生产流程上无需调质热处理，机械性能满足生产使用要求。

本发明所得的φ90～150mm大直径工程机械液压油缸活塞杆用圆钢，达到以下技术要求：

(1)圆钢满足在不进行调质热处理的热轧状态下，圆钢的金相组织为铁素体和珠光体，非金属夹杂物含量低，其中A类≤2.5级，B类≤0.5级，C类≤0级，D类≤0.5 级，夹杂物在钢中弥散均匀分布，该组织满足抗拉强度(Rm)≥800MPa，屈服强度(Rp0.2) ≥530MPa，延伸率≥16％，断面收缩率≥20％；

(2)圆钢径向偏析特性满足：采用特殊方法酸浸腐蚀低倍试片，包括：检验面磨削→10％至30％硝酸酒精溶液浸泡擦拭→10％至30％盐酸水溶液浸泡擦拭→清水清洗表面→酒精清洗表面并吹干；测量低倍试片中心偏析黑斑尺寸，不大于0.015TRmm，T为连铸过热度系数，R为圆钢公称尺寸半径。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种大直径工程机械液压油缸活塞杆用圆钢，化学成分按质量百分比包括C：0.35～0.55％，Si：0.10～0.50％，Mn：0.80～1.20％， P：≤0.030％，S：0.01～0.04％，Cr：≤0.30％，Ni：≤0.30％，Cu：≤0.05％，Mo：≤0.20％， Al：0.01～0.05％，V：0.03～0.50％，N：0.005～0.20％，Pb：≤0.02％，Sn：≤0.03％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。本申请钢中所有的Al元素和V元素分别与N元素形成化合物，并在晶界处析出。钢中Al:V:N的质量分数比值为Al：V：N＝1:(4～6): (1.8～2)。

本发明微合金中碳钢的化学成分设计依据入如下：

1)C含量的确定