專利名稱：用于大尺寸零件的高性能鋼的制作方法
用于大尺寸零件的高性能鋼本發(fā)明涉及高強度鋼，特別是用于制造大尺寸零件，如塑料用模具的零件、工 具零件如壓模，或耐磨零件如抗磨蝕零件的高強度鋼。對于許多用途，受到高應(yīng)力或受到極高磨損載荷的機械零件必須由具有高機械 強度(對應(yīng)于300至500HB的硬度)但仍必須保持足夠堅韌、可機械加工、可焊等的鋼 制造。通常通過切削和機械加工大厚度的板材或坯塊來獲得這些零件。通過鍛造錠料， 獲得具有大致平行六面體形狀的坯塊。通過軋制錠料或板坯，獲得板材。對于這些大致平行六面體形狀的制品，厚度是最小維度。對于此處所述的坯塊 或板材，厚度大于10毫米并且可高達1米。由于偏析，在由上述鋼構(gòu)成的這種類型的坯塊或板材上常觀察到硬點的存在。 這種偏析對應(yīng)于由制造該坯塊用的錠料的凝固現(xiàn)象引起的化學組成的局部變化。這些硬 點具有若干缺點。它們可能具有使均勻機械加工或拋光變困難的作用，這在幾何精度和 表面品質(zhì)重要的零件的制造中可能造成問題。這些硬度變化也可能具有造成脆性區(qū)域的 作用，所述脆性區(qū)域可以是裂紋萌生的優(yōu)先位點，所述裂紋對該零件的總體韌性以及對 該零件的可焊性或熱切割適宜性是特別有害的。所述零件的截面越大，這些偏析問題就越顯著。截面高達幾分米或甚至大于1 米的零件尤其如此，特別是由于需要添加大量合金化元素才能獲得制造此類零件所需的 充足淬透性。為了降低這些偏析區(qū)的尺寸，有時使用電渣重熔(ESR)或真空重熔類型的錠料 制造方法。這些方法特別有效地獲得非常均勻的大尺寸零件，這些零件因此具有令人滿 意的使用性能。但是，它們的缺點是極其昂貴。因此，這些方法基本上用于極高性能的 零件，鑒于這些零件的用途，它們與極高的制造成本相稱。為了降低這種偏析的影響，也已經(jīng)提議使用均勻化熱處理。這些熱處理的目標 是通過使化學元素從具有最高含量的區(qū)域向具有最低含量的區(qū)域擴散來減輕化學組成的 局部變化。它們的缺點是極為耗時，因此極其昂貴。本發(fā)明的目的是通過提供用于獲得高機械特性的鋼來克服這些缺點，其甚至在 極大零件的芯部也可高達400HB或甚至450HB，同時具有相對輕微的由偏析引起的硬度變化。本發(fā)明相應(yīng)地涉及一種高強度鋼，按重量計其化學組成包含0.03% <C < 0.2%Si<0.49%3%< Mn<4%Ni<0.9%1% <Cr<5%Mo+W/2<l%Cu<0.9%S+Se/2+Te/3 < 0.020%
Al<0.1%,余量是鐵和來自制造過程的雜質(zhì)。該化學組成優(yōu)選滿足一個或多個下列條件Cr > 2.5%Cr < 3.5%Ni < 0.5%Cu < 0.4%Mo+W/2《0.3%。特別地，在優(yōu)選實施方案中，該化學組成使得2.7% <Cr<3%Mo《0.3%。本發(fā)明還涉及具有大于10毫米的厚度和貝氏體、馬氏體_貝氏體或馬氏體組織 的根據(jù)本發(fā)明的鋼坯塊或板材，由偏析脈引起的該坯塊或板材的硬度較大區(qū)與硬度較小 區(qū)之間的硬度差小于該坯塊的平均硬度的約20%。本發(fā)明最后涉及制造根據(jù)本發(fā)明的鋼坯塊或板材的方法，由此在通過鍛造或軋 制的熱塑性變形進行成型后，通過空氣冷卻進行淬冷或進行奧氏體化并隨后通過空氣冷 卻淬冷。本發(fā)明特別適用于制造厚度大于10毫米且通常大于20毫米的板材或坯塊。該 厚度可超過100毫米，甚至超過150毫米、甚至300毫米、甚至500毫米。其也可以高 達1米?，F(xiàn)在參照唯一的附圖
以更詳細但非限制性的方式描述本發(fā)明，并通過實施例進 行舉例說明。附圖是顯示在550°C進行回火后(線條1)或在低于500°C進行回火后(線條2) 的本發(fā)明的高性能鋼的期望碳含量相對于期望硬度的坐標圖，其基本組成為0.15%的 硅、3.3%的錳、3%的鉻、0.25%的鉬，并且是針對在900°C下正火后已空氣冷卻的坯 塊。為了制造具有極大厚度的零件(該厚度大于10毫米，可能高達500毫米或甚至 超過1米)，且為了使芯部與表面之間的平均硬度極其均勻，必須使用其淬透性為無需在 極苛刻的淬冷介質(zhì)中進行淬冷就足以獲得均勻組織的鋼。淬冷介質(zhì)越苛刻，該坯塊內(nèi)的 冷卻速率變化越大，因此獲得不均勻組織的風險越大。但是，當淬透性足夠時，造成表 面和芯部之間相對適度的冷卻差異的空氣冷卻(特別是靜止空氣冷卻)產(chǎn)生因此極其均勻 的令人滿意的組織。這些淬冷條件顯然不會對由偏析引起的硬度局部變化問題具有直接 影響。為了實現(xiàn)足夠的淬透性，通常認為必須使用具有高的合金化元素含量的化學組 成。但是，這些合金化元素具有誘發(fā)可能顯著的偏析的作用。盡管通常認為，合金化元素的偏析傾向越大，它們對偏析脈的硬度差的影響越 大，但本發(fā)明人已經(jīng)以完全新穎且出乎預料的方式發(fā)現(xiàn)，合金化元素在偏析脈內(nèi)過硬化 的劇烈程度和這些合金化元素各自的偏析傾向之間沒有相關(guān)性。通過下列試驗說明合金化元素的偏析傾向和它們對偏析脈的硬度的影響，在所述試驗中，將鋼分六批鑄造成具有表1中所示的以10-3重量％表示的組成的3噸錠料。表 權(quán)利要求
1.高強度鋼，其化學組成包含，按重量計 0.03% ≤C < 0.2%Si≤0.49% 3%< Mn≤4% Ni<0.9% 1% ≤Cr≤5% Mo+W/2≤l% Cu≤0.9%S+Se/2+Te/3 < 0.020% Al≤0.1%,余量是鐵和來自制造過程的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的高強度鋼，其特征在于該化學組成使得 Cr > 2.5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的高強度鋼，其特征在于 Cr < 3.5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項的鋼，其特征在于 Ni < 0.5%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項的鋼，其特征在于 Cu < 0.4%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項的鋼，其特征在于 Mo+W/2≤0.3%。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的鋼，其特征在于該化學組成使得 2.7% ≤Cr≤3%Mo≤0.3%。
8.具有大于或等于10毫米厚度和如權(quán)利要求1至7任一項所述組成的鋼坯塊或板材， 其特征在于該鋼具有貝氏體、馬氏體-貝氏體或馬氏體的組織，并且其特征在于，該坯 塊或板材的由偏析脈引起的硬度較大區(qū)域和硬度較小區(qū)域之間的硬度差小于該坯塊的平 均硬度的20%。
9.制造根據(jù)權(quán)利要求8的鋼坯塊或板材的方法，其特征在于，在通過鍛造或軋制經(jīng)熱 塑性變形進行成型后，通過空氣冷卻進行淬冷。
10.制造根據(jù)權(quán)利要求8的鋼坯塊或板材的方法，其特征在于，在通過鍛造或軋制經(jīng) 熱塑性變形進行成型后，進行奧氏體化并隨后通過空氣冷卻進行淬冷。
全文摘要
高強度鋼，按重量計其化學組成包含0.03％≤C＜0.2％，Si≤0.49％，3％＜Mn≤4％，Ni≤0.9％，1％≤Cr≤5％，Mo+W/2≤1％，Cu≤0.9％，S+Se/2+Te/3＜0.020％，Al≤0.1％，余量是鐵和來自制造過程的雜質(zhì)。獲得的坯塊和板材。
文檔編號C22C38/22GK102016097SQ200980114450
公開日2011年4月13日 申請日期2009年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月6日
發(fā)明者J·貝吉尼奧, V·恩戈莫 申請人:克勒佐工業(yè)鋼鐵公司