[发明专利]一种乘用车转向器齿条用钢及其制造方法

说明书

本发明涉及一种乘用车转向器齿条用钢及其制造方法，属于铁基合金技术领域。钢的化学成分按质量百分比计为C:0.34～0.41％，Si:0.07～0.37％，Mn:0.60～0.90％，Cr:0.90～1.20％，P:≤0.020％，S:0.010～0.040％，Al:0.010～0.050％，N:0.005～0.020％，Cu:≤0.10％，Ni:≤0.05％，Mo:≤0.05％，(Cu+Ni+Mo):≤0.12％,余量为Fe及不可避免的杂质元素。生产流程为初炼—精炼—真空脱气—连铸—连轧—调质—车皮—超声波探伤。本申请钢材具有稳定抗拉强度与优异显微组织，该材料可以用于制造乘用车转向器齿条，具有优异的使用寿命。

技术领域

本发明涉及汽车传动部件中齿条用钢的制造。

背景技术

乘用车转向器齿条是齿轮齿条式转向器中重要的组成部分，它是乘用车转向系统中最重要的部件。乘用车转向系统工作原理为方向盘驱动齿轮，齿轮驱动横向齿条，将方向盘的旋转运动转化为齿条的横向运动，最终实现乘用车驾驶过程中灵活转向的作用。

乘用车转向器齿条运行过程中的工况较为复杂，齿条经常需要承受较大的外应力，在负荷较大的外应力的作用下齿条容易出现疲劳磨损与裂纹。因此，有必要开发一种全新的乘用车转向器齿条用钢，以提升乘用车转向器齿条的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种乘用车转向器齿条用钢及其制造方法，通过对钢材的成分、钢水冶炼、轧制、热处理等工艺的控制，获得一种具有稳定抗拉强度与优异显微组织的钢材，该材料可以用于制造乘用车转向器齿条，具有优异的使用寿命。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种乘用车转向器齿条用钢，化学成分按质量百分比计为C:0.34～0.41％，Si:0.07～0.37％，Mn:0.60～0.90％，Cr:0.90～1.20％，P:≤0.020％，S:0.010～0.040％，Al:0.010～0.050％，N:0.005～0.020％，Cu:≤0.10％，Ni:≤0.05％，Mo:≤0.05％，(Cu+Ni+Mo):≤0.12％,余量为Fe及不可避免的杂质元素。

本发明乘用车转向器齿条用钢各化学元素对应的主要作用和设计依据是：

1、C：碳元素对钢材的强度、硬度、淬透性以及耐磨性有着至关重要的作用。过高的碳含量会导致钢材调质后强度过高，而韧性不足；过低的碳含量则会导致钢材调质后强度与硬度偏低，并且耐磨性较差。因此，本发明碳含量确定为0.34～0.41％。

2、Si:在炼钢过程中加入硅元素作为脱氧剂和合金剂，硅和氧之间的化学亲和力很大，因而硅铁是炼钢过程中较强的脱氧剂，可以用于沉淀脱氧与扩散脱氧。在钢中添加一定数量的硅，能显著的提高钢的抗拉强度。因此，本发明Si含量的范围确定为0.07～0.37％。

3、Mn:钢中加入一定含量的锰元素，可以显著提高钢材的强度与淬透性。但是过高的锰含量不利于钢材的韧性。综合考虑，本发明Mn含量的范围确定为0.60～0.90％。

4、Cr:铬可以提高钢材的强度与硬度，并且铬可以使钢的表面形成钝化膜，显著提高钢的耐蚀性。但是过高的铬元素会降低钢材韧性，并且铬元素易在钢中形成树枝状偏析，降低钢的塑性。因此，本发明将Cr含量的范围确定为0.90～1.20％。

5、P:磷在钢中易与铁元素相结合形成FeP，FeP会与Fe形成低熔点共晶产物，并聚集于晶界，这些低熔点共晶产物消弱了晶粒间的结合力，使钢材在常温或低温时变脆，造成冷裂纹。因此，本发明需要严格控制磷元素，P≤0.020％。

6、S：在钢中加入一定含量的硫元素，S与钢中的Mn形成长条状的MnS夹杂物，能中断基体的连续性，使切屑易于脆断，减少切屑过程钢材与刀具的接触面积。硫还能起减小摩擦的作用，使断屑不易粘附在刀刃上。因此，本发明将S含量的范围确定为0.010～0.040％。