定西45號(hào)鋼管切割零售

1北京汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)

北京汽車行業(yè)發(fā)展迅速，正朝著高功率輸出、輕量化、高性能、長(zhǎng)壽命、降低噪聲、運(yùn)行平穩(wěn)、安全可靠性、環(huán)保、節(jié)能性、經(jīng)濟(jì)低成本、易加工、多品種等方向發(fā)展（北京汽車生產(chǎn)量情況見(jiàn)圖1）。預(yù)計(jì)2013年北京汽車市場(chǎng)需求2080萬(wàn)輛左右，增長(zhǎng)率7%，2015年汽車總量將達(dá)到2350萬(wàn)輛，2020年汽車總量達(dá)到2500萬(wàn)輛。

圖1  2007-2012年北京汽車產(chǎn)量及增長(zhǎng)率

240cr圓鋼在汽車四大系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境

40cr圓鋼主要應(yīng)用在汽車四大系統(tǒng)：

◆發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)用鋼：發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的動(dòng)力之源。其中典型零件有曲軸、連桿、凸輪等以非調(diào)質(zhì)鋼為主；燃油噴射系統(tǒng)以油泵油嘴用鋼為主；閥門用鋼以氣閥鋼為主。

◆變速及傳動(dòng)系統(tǒng)用鋼：包括齒輪圈、齒轂、齒輪、齒輪軸以齒輪鋼為主；傳動(dòng)系統(tǒng)更像是動(dòng)物的腰部和脊椎,包括傳動(dòng)軸，半軸、前軸等以傳動(dòng)軸用鋼為主。

◆懸掛及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用鋼：懸架系統(tǒng)就是汽車的腿，包括懸架簧、穩(wěn)定桿、扭力桿、減震器等，以彈簧鋼為主；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車的行駛方向，包括萬(wàn)向節(jié)、球頭、轉(zhuǎn)向機(jī)、輪轂、軸承等，其中輪轂、軸承以軸承鋼為主。萬(wàn)向節(jié)、球頭、轉(zhuǎn)向機(jī)等以齒輪鋼為主。

◆標(biāo)準(zhǔn)件系統(tǒng)用鋼：以緊固件用冷鐓鋼為主。

3汽車行業(yè)發(fā)展對(duì)40cr圓鋼的要求

40cr圓鋼具有高強(qiáng)韌性、易切削化、高尺寸精度、低合金化、環(huán)境友好、省略熱處理等特征（見(jiàn)表1）。

表1  40cr圓鋼材料共性技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

共性技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

措施途徑

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研究高強(qiáng)韌化的手段

a）添加合金實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)韌化；b）改變熱處理?xiàng)l件實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)韌化；

c）加工熱處理實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)韌化；d）表面硬化處理實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)韌化；

研究阻礙高強(qiáng)韌化的主要因素

a) 非金屬夾雜物的影響；b) 脫碳的影響；

c) 腐蝕的影響；d）晶粒度的影響。

省略及優(yōu)化熱處理的材料與工藝研究

a) 省略調(diào)質(zhì)熱處理的材料與工藝研究；b) 省略退火熱處理的材料與工藝研究；c) 省略回火熱處理的材料與工藝研究；d）高溫滲碳熱處理的材料與工藝研究。

研究評(píng)價(jià)疲勞壽命的影響因素

a）為定量評(píng)價(jià)疲勞極限,提出模型方案，area-2參數(shù)模型；

b）成為疲勞斷裂源點(diǎn)的非金屬夾雜物，夾雜物與缺陷的等價(jià)性；

c）夾雜物形狀的影響，由夾雜物預(yù)測(cè)疲勞強(qiáng)度的離散；

d）應(yīng)用于鑄造缺陷及其他材料缺陷；缺陷形狀對(duì)疲勞壽命的影響；

f）通過(guò)夾雜物、缺陷尺寸的極值統(tǒng)計(jì)法評(píng)價(jià)材料；

g）晶粒直徑問(wèn)題；h）載荷形式對(duì)疲勞限的影響；

i）氫對(duì)疲勞壽命的影響；k）超長(zhǎng)疲勞壽命設(shè)計(jì)法。

4汽車零部件用六大類高品質(zhì)特殊鋼的技術(shù)特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)

汽車零部件用高品質(zhì)特殊鋼的質(zhì)量發(fā)展方向是高強(qiáng)韌性、高純凈度、高均勻性、超細(xì)晶粒度、高表面質(zhì)量、長(zhǎng)疲勞壽命。高品質(zhì)齒輪鋼、彈簧鋼、非調(diào)質(zhì)鋼、緊固件用鋼、軸承鋼、氣閥鋼是40cr圓鋼中要求較高的關(guān)鍵材料之一。

4.1高品質(zhì)齒輪鋼的發(fā)展趨勢(shì)

     高品質(zhì)齒輪鋼在品種多樣化、易切削、環(huán)保、低合金化降低成本、低噪音、運(yùn)行平穩(wěn)、鋼材均勻性好、熱處理變形小等方面不斷發(fā)展。評(píng)價(jià)齒輪鋼的技術(shù)質(zhì)量特性值集中在淬透性、純凈度、晶粒度、帶狀組織等方面。

（1）淬透性

淬透性的高低以及淬透性值的穩(wěn)定性是評(píng)價(jià)齒輪鋼質(zhì)量的重要指標(biāo)。淬透性帶控制的追求目標(biāo)：≤3HRC；

（2）純凈度

齒輪鋼的潔凈度對(duì)齒輪疲勞壽命的影響越來(lái)越受到關(guān)注。鋼中存在的氧化物和硫化物夾雜、有害元素如N、H、O、P、S等，降低鋼材的力學(xué)性能，惡化鋼材的工藝性能，從而影響汽車滲碳齒輪的使用壽命。

①齒輪鋼氧含量控制的追求目標(biāo)：[O]≤10ppm；②高品質(zhì)齒輪鋼中禁止加Ti，Ca，且規(guī)定鋼中Ti≤0.01%、鋼中Ca≤0.0005%；③非金屬夾雜物控制的追求目標(biāo)：A≤2級(jí)、B≤2級(jí)、C≤1級(jí)、D≤1級(jí)；

（3）晶粒度

晶粒大小是齒輪鋼的一項(xiàng)重要指標(biāo)。齒輪鋼中細(xì)小均勻的奧氏體晶粒，淬火后得到細(xì)馬氏體組織，明顯改善齒輪的疲勞性能，同時(shí)減少齒輪熱處理后的變形量。細(xì)小均勻的奧氏體晶粒度對(duì)零件的強(qiáng)度、韌性均有特殊貢獻(xiàn)。特別是對(duì)提高齒輪的斷裂韌性，增強(qiáng)齒輪的脆斷抗力具有重要意義。齒輪鋼晶粒度要求≥6級(jí)。目前國(guó)際上為獲得高溫（＞960℃）滲碳齒輪鋼，冶煉時(shí)添加或復(fù)合添加微合金元素Nb、V、Zr等，在鋼中形成合金碳氮化物，鋼的晶粒度≥8級(jí)。

（4）帶狀組織

帶狀組織是鋼的組織缺陷。對(duì)齒輪鋼而言，嚴(yán)重的帶狀組織將影響滲碳的均勻性，增加淬火變形程度，使?jié)B碳齒輪尺寸精度差。因此，齒輪鋼的帶狀組織控制的追求目標(biāo)是不大于2級(jí)。

4.2高品質(zhì)非調(diào)質(zhì)鋼的發(fā)展趨勢(shì)

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非調(diào)質(zhì)鋼是同時(shí)滿足高性能和低成本要求的環(huán)境友好型鋼材。汽車曲軸、連桿、前軸、半軸、工字梁、轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、凸輪軸等用鋼材料的選擇向以非調(diào)質(zhì)鋼逐漸代替調(diào)質(zhì)鋼的方向發(fā)展。連桿從減少加工工序，提高生產(chǎn)率出發(fā)，對(duì)連桿用鋼材料的選擇向以漲斷材料逐漸代替非漲斷材料的方向發(fā)展。

非調(diào)質(zhì)鋼的優(yōu)勢(shì)：尺寸效應(yīng)小，改善切削加工性，減少變形開(kāi)裂等。可節(jié)約生產(chǎn)周期15%，由于省略熱處理工序從而減少了環(huán)境污染，同時(shí)可節(jié)約貴重金屬（Cr、Ni、Mo），符合北京資源優(yōu)勢(shì)及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，同時(shí)提高材料利用率5-10%。

    評(píng)價(jià)非調(diào)質(zhì)鋼技術(shù)質(zhì)量特性值包括碳當(dāng)量、碳偏析、氧含量、晶粒度、脫碳層、力學(xué)性能、鐵素體含量、夾雜物水平等。

（1）碳當(dāng)量范圍值控制的追求目標(biāo)：≤0.02%：

（2） 鋼材全截面的碳偏析控制的追求目標(biāo)：≤0.03%；

（3） 非金屬夾雜物見(jiàn)表2。

（4）奧氏體晶粒度控制的追求目標(biāo)：不粗于8級(jí)；

（5）顯微組織：組織應(yīng)為珠光體+鐵素體；

（6）脫碳層：鋼材每邊脫碳深度（鐵素體+過(guò)度層）控制的追求目標(biāo)：≤鋼材直徑的0.5%；

（7）氧含量控制的追求目標(biāo)：[O]≤15ppm；

（8）帶狀組織控制的追求目標(biāo)：≤1.5級(jí)。

4.3高品質(zhì)彈簧鋼的發(fā)展趨勢(shì)

影響彈簧設(shè)計(jì)應(yīng)力的兩個(gè)最主要因素是抗疲勞性能和抗彈減性能，因而這兩個(gè)因素成為當(dāng)今彈簧鋼研究和發(fā)展的主題。目前彈簧鋼鋼種的發(fā)展趨勢(shì)是向經(jīng)濟(jì)性和高性能化方向發(fā)展，圖2展示汽車用高品質(zhì)彈簧鋼的應(yīng)用領(lǐng)域。新一代超高強(qiáng)度彈簧鋼具有以下特征：

◆超高強(qiáng)度- 韌塑性：抗拉強(qiáng)度≥2000MPa--斷面收縮率≥50%；

◆高的疲勞強(qiáng)度和耐腐蝕疲勞性能：

◆優(yōu)良的耐彈減性能；

◆良好的經(jīng)濟(jì)性。

通過(guò)新型鋼種的研究開(kāi)發(fā)。一方面通過(guò)優(yōu)化現(xiàn)有彈簧鋼的合金元素含量并添加微合金化元素；將碳含量降低并添加V和Nb等。通過(guò)新型熱加工和熱處理工藝的研究開(kāi)發(fā)。在現(xiàn)有鋼種基本不變的情況下，通過(guò)形變熱處理、感應(yīng)熱處理及在線熱處理等工藝的研究開(kāi)發(fā)，在充分保證經(jīng)濟(jì)性的前提下實(shí)現(xiàn)超高強(qiáng)度化。目前國(guó)外形變熱處理和感應(yīng)熱處理工藝已廣泛用于實(shí)際生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)在線彈簧鋼絲經(jīng)過(guò)油淬-回火熱處理工藝。

高品質(zhì)懸架簧及氣門簧的彈簧鋼絲經(jīng)過(guò)的油淬-回火工藝是在瞬間（約20秒）完成的感應(yīng)調(diào)質(zhì)過(guò)程；而在彈簧卷簧成型過(guò)程是采用冷卷簧；因此對(duì)鋼材的內(nèi)在質(zhì)量特性提出極高的要求；如鋼中非金屬夾雜物的組成、分布、形狀、數(shù)量，殘余元素、五害元素、氣體含量，機(jī)械性能，脫碳層，顯微組織及其均勻性，晶粒度，表面質(zhì)量，尺寸精度、鋼材疲勞壽命等均有非常嚴(yán)格的要求產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)特性：

（1）強(qiáng)度-塑性控制的追求目標(biāo)：抗拉強(qiáng)度≥2200Mpa，斷面收縮率≥50%；

（2）非金屬夾雜物尺寸控制的追求目標(biāo)：夾雜物尺寸≤5um；

（3）氧含量控制的追求目標(biāo)：[T.O]≤8ppm；

（4）晶粒度控制的追求目標(biāo)：晶粒度細(xì)于10級(jí)；

（5）脫碳層控制的追求目標(biāo)：熱軋態(tài)脫碳層≤直徑0.4%mm。

4.4高品質(zhì)冷鐓鋼的發(fā)展趨勢(shì)

隨著汽車對(duì)40cr圓鋼愈加嚴(yán)格，對(duì)高純凈度、高性能、高質(zhì)量的冷鐓鋼需求也更為迫切。由于汽車需要更高強(qiáng)度和耐用的緊固件，在把緊固件轉(zhuǎn)變成多用途的高精密汽車零部件的過(guò)程中，技術(shù)進(jìn)步起到關(guān)鍵作用。

非調(diào)質(zhì)冷鐓鋼通過(guò)采用微合金化、控軋控冷等強(qiáng)韌化方法，在加工緊固件過(guò)程中可省略冷拔前的球化退火和成形后的淬火回火處理，還可減少螺紋部分的脫碳傾向，提高成品率。冷鐓鋼發(fā)展方向?yàn)榉钦{(diào)質(zhì)鋼、硼鋼和超細(xì)晶粒鋼，而免熱處理的非調(diào)質(zhì)冷鐓鋼備受關(guān)注。

圖4 高品質(zhì)冷鐓鋼的發(fā)展趨勢(shì)

   評(píng)價(jià)高品質(zhì)冷鐓鋼技術(shù)質(zhì)量特性值包括冷鐓性、脫碳層、表面質(zhì)量等。

（1）冷鐓性控制的追求目標(biāo)：1/5；

（2）脫碳層控制的追求目標(biāo)：熱軋態(tài)脫碳層≤直徑0.3%mm；

4.5高品質(zhì)軸承鋼的發(fā)展趨勢(shì)

     軸承鋼主要用于制造滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體和套圈。軸承應(yīng)具備長(zhǎng)壽命、高精度、低發(fā)熱量、高速性、高剛性、低噪音、高耐磨性等特性，因此要求軸承鋼應(yīng)具備：高硬度、均勻硬度、高彈性極限、高接觸疲勞強(qiáng)度、必須的韌性、一定的淬透性、在大氣的潤(rùn)滑劑中的耐腐蝕性能。為了達(dá)到上述性能要求，對(duì)軸承鋼的化學(xué)成分均勻性、非金屬夾雜物含量和類型、碳化物粒度和分布、脫碳等要求嚴(yán)格。軸承鋼總體上向高質(zhì)量、高性能和多品種方向發(fā)展。

評(píng)價(jià)軸承材料的質(zhì)量主要有兩個(gè)方面：材料的純凈度和均勻性。材料的純凈度是指材料中的夾雜物盡量少。材料的均勻性是指材料中的夾雜物和碳化物顆粒細(xì)小、彌散。

（1）向高潔凈度和性能多樣化兩個(gè)方向發(fā)展，因?yàn)樘岣咻S承鋼的潔凈度，特別是降低鋼中的氧含量，可以明顯延長(zhǎng)軸承的壽命。

（2）采用LF爐外精煉--RH爐真空脫氣技術(shù)生產(chǎn)軸承鋼的冶金質(zhì)量，特別是降低鋼中氧含量和提高鋼的純凈度起到了決定性作用。

（3）軸承鋼連鑄技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用可以進(jìn)一步降低鋼中氧含量，提高接觸疲勞壽命；可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。為改善低倍質(zhì)量，國(guó)外軸承鋼連鑄坯的斷面尺寸普遍較大，如：連鑄坯的斷面尺寸380×490mm。

（4）軸承鋼的軋制向高速、連續(xù)、全自動(dòng)化、控軋、控冷方向發(fā)展。

（5）采用高頻超聲波探傷，發(fā)現(xiàn)鋼中的大型宏觀夾雜物。

（6）真空精煉工藝部分替代電渣重熔工藝。

（7）軸承鋼氧含量控制的追求目標(biāo)：[O]≤5ppm。

（8）鋼中氧化物夾雜控制的追求目標(biāo)：夾雜物尺寸≤10μm。

（9）軸承鋼鈦含量控制的追求目標(biāo)：[Ti]≤5ppm。

（10）軸承鋼氮含量控制的追求目標(biāo)：[N]≤30ppm。

5結(jié)論

（1） 40cr圓鋼以高品質(zhì)齒輪鋼、彈簧鋼、非調(diào)質(zhì)鋼、軸承鋼、氣閥鋼、冷鐓鋼、油泵油嘴用鋼、傳動(dòng)軸用鋼等為代表的特殊鋼系列，其產(chǎn)品技術(shù)質(zhì)量發(fā)展方向是鋼材高的強(qiáng)韌性、高純凈度、高均勻性、超細(xì)晶粒度、高表面質(zhì)量、長(zhǎng)疲勞壽命。

（2） 高品質(zhì)齒輪鋼的技術(shù)發(fā)展方向：淬透性帶≤3HRC；氧含量[O]≤10ppm；[Ti]≤0.0030%；[Ca]≤0.0005%;夾雜物A≤2級(jí)、B≤2級(jí)、C≤1級(jí)、D≤1級(jí)；晶粒度細(xì)于8級(jí)；帶狀組織≤2級(jí)。

（4）高品質(zhì)非調(diào)質(zhì)鋼的技術(shù)發(fā)展方向：碳當(dāng)量范圍值≤0.02%；鋼材全截面的碳偏析≤0.03%；非金屬夾雜物：B≤1、C≤0.5、D≤1；奧氏體晶粒度不粗于8級(jí)；脫碳層≤鋼材直徑的0.5%；帶狀組織控制的追求目標(biāo)：≤1.5級(jí)。

（5）高品質(zhì)彈簧鋼的技術(shù)發(fā)展方向：抗拉強(qiáng)度≥2200Mpa--斷面收縮率≥50%；非金屬夾雜物尺寸≤5um；氧含量[T.O]≤8ppm；晶粒度細(xì)于10級(jí)；熱軋態(tài)脫碳層≤直徑0.4%mm。

（6）高品質(zhì)冷鐓鋼的技術(shù)發(fā)展方向：冷鐓性：1/5；熱軋態(tài)脫碳層≤直徑0.3%mm；

（7）高品質(zhì)軸承鋼的技術(shù)發(fā)展方向：氧含量[O]≤5ppm；夾雜物尺寸≤10μm；鈦含量[Ti]≤5ppm；氮含量[N]≤30ppm。

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