0 引言
减震器面世到今已经有 100 多年的历史。减震器的发展经历了弹簧减震器—液压减震器—摇臂方式减震器—简式液压减震器 4 个阶段。最早的车辆减震系统由弹簧构成， 虽然弹簧可以减轻对路面的冲击， 性能较可靠， 但容易产生共振现象［1 － 3］ 。直到简式液压减震器的出现， 才解决了减震器的共振问题， 并具有重量低、性能好的优点。我国汽车行业起步晚， 起点低， 技术落后， 在国产汽车中， 大量中高级轿车仍采用进口减震器。因此， 研制开发自主品牌的汽车减震器成为亟待解决的问题。减震器活塞杆对材料的质量有着严格的要求［4］ 。活塞杆生产工序中冷拔、表面车削和电镀， 对钢材表面质量和皮下纯净度要求严格， 如钢材有表面缺陷和皮下夹杂物， 钢材表面残留的缺陷和夹杂物将造成活塞杆表面发纹和针孔不良; 另外活塞杆生产工艺中表面淬火工序对钢材显微组织、晶粒度和冷拔后的力学性能有严格要求。河钢石钢通过制定合理的工艺路线和生产过程控制措施， 成功研制出减震器活塞杆用钢。
1 技术路线和成分设计
1． 1 技术路线
根据活塞杆用钢 45 钢的性能要求， 制定生产工艺路线: 60 t 转炉冶炼→LF 精炼→真空脱气→连铸→步进梁式加热炉加热→高压水除鳞→粗轧→精轧→冷却→检验→包装→入库
1． 2 成分设计
活塞杆用 45 钢的成分设计如表 1 所示。
C: 碳含量是材料的一项重要指标。当活塞杆用钢含碳量超过 0． 48% 时， 钢的韧性较差， 容易出现淬火裂纹; 当含碳量在 0． 40% 以下时， 由于淬火 硬度较低， 故耐磨性 较 差; 当 含 碳 量 在 0． 42% ～0． 48% 时， 其抗拉强度较高， 具有理想的力学性能。
因此碳含量设定为 0． 42% ～ 0． 48% 。Mn: 锰和铁形成固溶体， 提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度; 同时又是碳化物形成元素， 进入渗碳体中取代一部分铁原子。锰是强烈增加淬透性且价格便宜的一种元素。国家标准中同类型钢的锰含量为 0． 50% ～ 0． 80% ， 经固溶处理后有良好的韧性， 当受到冲击而变形时， 表面层将因变形而强化，具有高的耐磨性。锰与硫形成熔点较高的 MnS， 可防止因 FeS 而导致的热脆现象。为了提高材料淬透性能， 锰含量最终设定为 0． 60% ～ 0． 80% 。
Si: 硅能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度， 其作用仅次于磷， 较锰、镍、铬、钨、钼和钒等元素强。通过提高退火、正火和淬火温度， 来提高亚共析钢淬透性。但硅含量过高时， 将显著降低钢的塑性和韧性。硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比， 以及疲劳强度和疲劳比等， 硅含量设定为0． 17% ～ 0． 35% 。
2 工艺过程控制
2． 1 炼钢工艺过程控制
转炉工序终点 C≥0． 08% ， 严格控制出钢下渣，采用铝、硅、钙、钡复合脱氧， 出钢过程加入石灰和精炼渣。LF 工序保证精炼时间≥60 min; VD 保真空时间 8 ～ 12 min， 软吹时间 20 ～ 40 min， 软吹后的静置时间≥15 min。连铸生产工序应做好全程保护浇铸， 采用大包剩钢、恒拉速浇铸、中包钢水过热度 15～ 35 ℃ ， 高中间包液面浇铸， 结晶器液面波动范围≤ ± 5 mm。
2． 2 轧制工艺控制
2． 2． 1 加热温度设定
在确保钢中原始奥氏体晶粒小和奥氏体化成分均匀前提下， 应尽可能采用低的出炉温度， 以获得细小的原始奥氏体组织。为了防止钢坯入炉时， 由于内应力导致钢坯产生裂纹， 确定预热段温度应≤870℃ ， 45 钢的奥氏体粗化温度为 1 100 ～ 1 200 ℃。根据生产现场的设备能力及工艺条件， 确定加热温度为 940 ～ 1 130 ℃ ， 加热温度的设定如表 2 所示。
2． 2． 2 轧制温度设定
为了确定轧制温度对材料性能和组织的影响，制定不同的轧制工艺。同一炉次的不同连铸坯分别在不同温度下进行轧制， 分别编号 1， 2， 3， 铸坯加热温度相同， 出炉后通过轧前等温来实现不同的轧制温度， 轧制温度如表 3 所示。
图 1 为轧制温度分别为 1 000 ℃、1 100 ℃、1 200 ℃ 时在光学显微镜下的组织照片。组织为铁素体和珠光体， 由图 1( a) 可以看出， 晶粒较均匀， 实际晶粒度为 6． 5 级; 图 1( b) 的晶粒细小均匀， 实际晶粒度达到 8 级; 图 1 ( c) 出现了较大的珠光体球团。轧制类型为奥氏体再结晶控制轧制( 又称为Ⅰ型控制轧制或常规轧制) ， 在奥氏体变形过程中和变形后自发产生奥氏体再结晶的区域中轧制， 一般温度较高， 在 1 000 ℃ 以上。在奥氏体变形过程中产生动态再结晶， 在奥氏体变形后发生静态再结晶。前者一般要求在温度高而变形速度较慢的条件下产生， 而且要求超过动态再结晶临界变形量。静态再结晶发生条件是变形量要超过静态再结晶临界变形量。因此， 要通过反复变形再结晶， 细化奥氏体晶粒， 在原始奥氏体晶界处析出铁素体和珠光体， 奥氏体晶粒越小， 实际晶粒度就越小。但是轧制温度过高， 奥氏体晶粒也会长大， 反而不利于细化晶粒， 所以要合理控制加热温度。
3 试制结果
3． 1 非金属夹杂物
非金属夹杂的控制水平达到 A 细≤1． 0， B 细≤1． 0， C 细: 0 级， D 细≤1． 0; A 粗≤0． 5， B 粗≤0． 5， C 粗: 0 级， D 粗≤0． 5， 满足活塞杆用钢要求。非金属夹杂物按 GB /T10561 评级， 合格级别应符合表 4 的规定。
3． 2 力学性能
表 5 为 45 钢在不同轧制温度下的力学性能检验结果。热处理工艺: 正火温度: 850 ± 30 ℃， 相较 GB /T699 －2015 标准要求， 均有较大的力学性能富余量。从表 4 可以看出， 轧制温度为 1 100 ℃ 时， 材料的力学性能是最好的。轧制温度 1 100 ℃时， 将轧制温度控制在奥氏体粗化温度范围内， 对高温阶段奥氏体的长大行为进行了有效控制， 抑制了奥氏体晶粒的过快长大，最终确保钢材均具有较为均匀细小的晶粒组织， 保证活塞杆钢具有良好的力学性能。
4 结论
( 1) 通过工艺过程控制， 活塞杆用 45 钢质量得到了较好地控制， 满足了活塞杆用钢质量要求。
( 2) 合理的加热工艺， 可以细化晶粒， 轧制温度为 1 100 ℃ 时， 材料的综合性能最好。
参考文献
［1］ 陈王威， 李云飞． 汽车减震器的现状与发展趋势［J］ ． 企业导报，2013， ( 1) : 293 ～ 296．
［2］ 潘洪． 简述汽车减震器的现状及其发展趋势［J］ ． 科技创新与应用， 2014， ( 33) : 72 ～ 75．
［3］ 周杰， 周梓荣． 汽车减震器的发展［J］ ． 机械制造与自动化， 2012，( 3) : 28 ～ 31．
［4］ 王泉． 车辆工程减震技术解析［J］ ． 现代制造技术与装备， 2008，( 5) : 16 ～ 18．
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