專利名稱：一種復合微合金化的大截面非調(diào)質(zhì)鋼的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及大截面汽車半軸用軋制非調(diào)質(zhì)鋼及工程機械半軸用非調(diào)質(zhì)鋼。
背景技術：
汽車在給人們出行帶來方便的同時，也產(chǎn)生了油耗、安全和環(huán)保三大問題，如何降低汽車制造過程中的能耗，提高汽車的使用壽命、降低零件的制造成本，是汽車工業(yè)關注的重要技術問題。汽車零件中，有大量的軸類零件。如汽車半軸每車就有2-4根，輕型車半軸每根重 10余公斤，重型車半軸重20余公斤，這些軸類零件，特別是半軸，多用調(diào)質(zhì)鋼制造，汽車產(chǎn)量達1800萬輛時，半軸平均按公斤計算，每車用兩根半軸計算，則年半軸用鋼超過M萬噸。 每調(diào)質(zhì)一公斤的鋼件，消耗熱量686KJ，即163. 3Kcal,相當于0. 19Kffh,按這些數(shù)據(jù)計算，每年調(diào)質(zhì)半軸的耗電量為1.03億度。火電每生產(chǎn)1度電，將排放1.04公斤C02。因此，每年調(diào)質(zhì)汽車半軸產(chǎn)生的C02排放約11萬噸；同時，調(diào)質(zhì)處理還要消耗淬火油，產(chǎn)生的油煙還要污染環(huán)境，清洗浪費水源，淬火過程還會使零件產(chǎn)生變形、氧化脫碳，影響零件的質(zhì)量。因此，應用非調(diào)質(zhì)鋼替換調(diào)質(zhì)鋼制作汽車大量應用的調(diào)質(zhì)零件、消除調(diào)質(zhì)工藝，可以有效的節(jié)能減排，減小環(huán)境污染，避免淬火油的浪費，提升和改善零件的性能和質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本等都具有特殊意義。非調(diào)質(zhì)鋼產(chǎn)生于20世紀80年代初，德國蒂森公司首先開發(fā)了非調(diào)質(zhì)鋼。以 49MnVS3為代表進行生產(chǎn)并供應汽車行業(yè)，1981年發(fā)表文章，從而成為非調(diào)質(zhì)鋼的經(jīng)典工作和基本鋼號，在世界范圍內(nèi)廣泛應用，取代了 50Mn、40Cr等一系列調(diào)質(zhì)鋼，制作汽車半軸，提高了鍛件的質(zhì)量，改善了切削性能和疲勞性能，降低生產(chǎn)成本。非調(diào)質(zhì)鋼特點在于節(jié)能，縮短生產(chǎn)周期，工件截面硬度分布均勻，變形小。早期非調(diào)質(zhì)鋼主要是鐵素體加珠光體非調(diào)質(zhì)鋼，這類鋼主要是C-Mn鋼加V微合金化，通過細化晶粒和組織，保證零件的性能。這類非調(diào)質(zhì)鋼一般應用的截面較小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種加入了 Nb、V、Ti、B等微量元素，能有效細化晶粒和提高淬透性的復合微合金化的大截面非調(diào)質(zhì)鋼。本發(fā)明采用的技術方案來實現(xiàn)一種復合微合金化的大截面非調(diào)質(zhì)鋼，其化學成分按重量百分比計為C :0. 36% 0. 45%, Mn :0. 8% 1. 5%, Si :0. 2% 0. 4%, Cr :0. 3% 0. 6%, V :0. 049Γ0. 10%, Nb :0. 02% 0. 04%, P 彡 0. 035%, S 彡 0. 035%, B :0. OOP/TO. 0035%, Ti 0. 02%"0. 04%?！N復合微合金化的大截面非調(diào)質(zhì)鋼半軸的生產(chǎn)步驟如下
冶金和軋制的生產(chǎn)流程IOOt EAF ^ IOOtLF — IOOt VD — CCM (340*300mm)—緩冷或溫送一加熱軋制一控制冷卻一切斷一矯直一倒棱一檢驗、修磨一包裝、入庫；冶煉所得的鋼材澆鑄成的連鑄坯，然后進行鍛造和軋制，加熱溫度1180 1250°C，始軋溫度1100 1200°C，終軋溫度900 1000°C，軋后控冷，冷卻速度5 15°C /s。加工流程下料一矯直一機加工一感應淬火一清理，感應淬火后的硬化層深度> IOmm0本發(fā)明增加C含量提高大截面非調(diào)質(zhì)鋼強度，同時添加Nb-V復合微合金化保證得到細的晶粒和珠光體的細的片間距，在提高強度的同時，保持一定的韌性。本發(fā)明為了提高半軸的疲勞強度，采取感應淬火的方法。為保證感應淬火層的深度，通過加入B來提高鋼的淬透性。Ti的加入既可細化晶粒，又保證了有效B的作用，使半軸表面感應淬火時達到所希望的淬硬層深度，從而保證了半軸的疲勞壽命。采用上述材料和工藝步驟得到的大截面非調(diào)質(zhì)鋼，其靜扭試驗結(jié)果> 35000 N-m ； 從軋制坯料直徑二分之一半徑處按標準GB/T 2975-1998 ，規(guī)定切取3個力學性能試樣和沖擊試樣。3個試樣的平均值為屈服強度Rpa2彡550 MPa ；抗拉強度Rm ^ 850MPa ； 斷后延伸率A5 >14% ；斷面收縮率Z ^ 40% ；硬度>沈0 HB ；沖擊試驗沖擊吸收功平均值 Aku 彡 38. 43 J。本發(fā)明一方面通過提高C含量來提高大截面非調(diào)質(zhì)鋼的強度，另一方面增加其他微合金元素，進一步細化晶粒，保持一定的韌性；采取感應淬火的方法，提高半軸的疲勞強度；為保證感應淬火層的深度，加入B來提高鋼的淬透性。本發(fā)明有效解決了大截面非調(diào)質(zhì)鋼半軸使用強度要求，保證了半軸的疲勞壽命，提高了半軸性能，降低了半軸的成本，節(jié)約能源，減少熱處理變形。


圖1沖擊試驗曲線及結(jié)果。
具體實施例方式實施例，一種復合微合金化的大截面非調(diào)質(zhì)鋼，其化學成分按重量百分比計為C 0. 39，Si 0. 30，Mn 1. 20，P 0. 014，S 0. 008，Cr 0. 50，Al 0. 016，Ti 0. 028，V 0. 119，Nb 0. 018，B 0. 0012。用上述實施例材料制造的推土機半軸工藝如下
IOOt EAF ^ IOOtLF — IOOt VD — CCM (340*300mm)—緩冷或溫送一加熱軋制一控制冷卻一切斷一矯直一倒棱一檢驗、修磨一包裝、入庫。冶煉所得的鋼材澆鑄成340X300 mm的連鑄坯，然后進行鍛造和軋制，加熱溫度1180士20°C，始軋溫度1100°C，終軋溫度 900°C，軋后控冷，軋材尺寸為060mm，冷卻速度10°C /s ；
圓鋼下料一矯直一切削加工——輥軋或銑削花鍵一感應淬火一清理，感應淬火后的硬化層深度為11mm。將半軸進行靜扭試驗，斷裂扭矩為38500Nm，而40Cr調(diào)質(zhì)半軸為34600Nm，滿足大截面半軸的使用要求，距離表面0 8. 5mm的安全系數(shù)校核表明，每一層的安全系數(shù)均高于 40Cr 0. 5 1個單位，保證了半軸使用的安全性。SEM組織觀察表明珠光體片間距縮小為無Nb的非調(diào)質(zhì)鋼(珠光體片間距為 0. 33 0.；35 μ m)的25% 30% (即為0. 08 0. 10 μ m)，沖擊斷口的起裂區(qū)和最后斷裂區(qū)的延性寬度分別平均為370μπι和170 μ m，而類同強度級別的不含Nb的非調(diào)質(zhì)鋼的沖擊斷口的起裂區(qū)和最后斷裂區(qū)的延性部分，分別為45 μ m和100 μ m。(以上沖擊試樣均為10*10*55 的 U 型缺口標準試樣)；其拉伸性能為 Rp0.2 650MPa, Rm 920MPa, A5 16. 7%, Z 47%, HB 260， Aku 40J ο
權(quán)利要求
1.一種復合微合金化的大截面非調(diào)質(zhì)鋼，其化學成分按重量百分比計為C 0. 36% 0· 45%, Mn 0. 8% 1· 5%, Si 0. 2% 0· 4%, Cr 0. 3% 0· 6%, V 0. 04% 0· 10%, Nb 0. 029Γ0. 04%, P 彡 0. 035%, S 彡 0. 035%, B :0. 001% 0· 0035%, Ti :0. 02% 0. 04%。
2.一種復合微合金化的大截面非調(diào)質(zhì)鋼的制造工藝，其特征在于按常規(guī)冶金工藝規(guī)程進行冶煉，冶煉所得的材料澆注成連鑄坯進行軋制，軋材最終尺寸和連鑄坯大小所決定的壓縮比應大于6，軋制的加熱溫度1180士20°C，開軋溫度> 1100°C，終軋溫度彡900°C，軋后控冷，冷卻速度5 15°C /s ；下料一矯直一機加工一感應淬火一清理，感應淬火后的硬化層深度> 10mm。
3.如權(quán)利要求2所述的一種復合微合金化的大截面非調(diào)質(zhì)鋼的制造工藝，其特征在于靜扭矩> 35000 N-m;從軋制坯料直徑二分之一半徑處，按標準GB/T 2975-1998,規(guī)定切取3個力學性能試樣，試驗結(jié)果的平均值為屈服強度RpO. 2 > 550 MPa ；抗拉強度Rm ^ 850MPa ；斷后延伸率A5彡14% ；斷面收縮率Z ^ 40% ；硬度彡沈0 HB ；沖擊試驗沖擊吸收功平均值Aku彡38. 4J。
4.如權(quán)利要求2所述的一種復合微合金化的大截面非調(diào)質(zhì)鋼的制造工藝，其特征在于用化學成分按重量百分比計 C 0. 39，Si 0. 30，Mn 1. 20，P 0. 014，S 0. 008，Cr 0. 50， Al 0. 016，Ti 0. 028，V 0. 119，Nb 0. 018，B 0. 0012 制造的推土機半軸，其工藝為IOOt EAF-IOOtLF — IOOt VD — CCM —緩冷或溫送一加熱軋制一控制冷卻一切斷 —矯直一倒棱一檢驗、修磨一包裝、入庫；冶煉所得的鋼材澆鑄成340X300 mm的連鑄坯， 然后進行鍛造和軋制，加熱溫度1180士20°C，始軋溫度110(TC，終軋溫度90(TC，軋后控冷， 軋材尺寸為060mm，冷卻速度10°C /s ；Φ60mm半軸加工工藝圓鋼下料一矯直一切削加工——輥軋或銑削花鍵一感應淬火一清理，感應淬火后的硬化層深度為11mm。
5.如權(quán)利要求4所述的一種復合微合金化的大截面非調(diào)質(zhì)鋼的制造工藝，其特征在于半軸靜扭矩為38500Nm，距離表面0 8. 5mm的安全系數(shù)校核高于40Cr 0. 5 1個單位；SEM組織觀察珠光體片間距為0. 08 0. IOum,沖擊斷口的起裂區(qū)和最后斷裂區(qū)的延性寬度分別平均為370um和170um ；其拉伸性能為屈服強度Rpa2 650MPa,抗拉強度Rm 920MPa，斷后延伸率A5 16. 7%，斷面收縮率Z 47%，硬度HB 260，沖擊吸收功Aku 40J。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復合微合金化的大截面非調(diào)質(zhì)鋼，具體涉及大截面汽車半軸用軋制非調(diào)質(zhì)鋼及工程機械半軸用非調(diào)質(zhì)鋼。本發(fā)明一方面通過提高C含量來提高大截面非調(diào)質(zhì)鋼的強度，另一方面添加Nb、V、Ti等其他微合金元素，進一步細化晶粒，在提高強度的同時，保持一定的韌性；同時采取感應淬火的方法，提高半軸的疲勞強度，通過加入B來提高鋼的淬透性。本發(fā)明有效解決了大截面非調(diào)質(zhì)鋼半軸使用強度要求，保證了半軸的疲勞壽命，提高了半軸性能，降低了半軸的成本，節(jié)約能源，減少熱處理變形。
文檔編號C22C38/32GK102199731SQ20111012869
公開日2011年9月28日 申請日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者侯豁然, 盧南法, 張偉, 張帷, 楊紅亞, 梅華生, 田慶亮, 趙國剛, 馬鳴圖 申請人:馬鳴圖