專利名稱：一種適用于鍛造余熱淬火的中碳合金鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于合金鋼技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于鍛造余熱淬火的中碳合金鋼。
背景技術(shù)：
調(diào)質(zhì)鋼一般是指含碳量在0. 3-0. 6%的中碳鋼，一般情況下，當(dāng)零件要求具有很好的綜合機(jī)械性能時(shí)用這類鋼來制作；在保持較高的強(qiáng)度的同時(shí)又具有很好的塑性和韌性， 人們往往使用調(diào)制處理來達(dá)到這個(gè)目的，所以人們習(xí)慣上就把這一類鋼稱作調(diào)質(zhì)鋼。各類機(jī)器上的結(jié)構(gòu)零件大量采用調(diào)質(zhì)鋼，是結(jié)構(gòu)鋼中使用最廣泛的一類鋼。表1為常見調(diào)質(zhì)鋼的原料組成及重量配比表(wt%)，根據(jù)表1可以看出調(diào)質(zhì)鋼在化學(xué)成分上的主要特點(diǎn)是中碳，并輔以合金化。主加合金元素有Mn、Cr、Si、Ni及B等。這些元素的加入可以提高鋼的淬透性，保證機(jī)械零件整體具有良好綜合力學(xué)性能，這是調(diào)質(zhì)鋼成分設(shè)計(jì)的主要著眼點(diǎn)；輔加合金元素有Mo、W、V等碳化物形成元素，它們一般加在含有主加元素鋼中，且含量較少。主要作用是細(xì)化晶粒、提高回火穩(wěn)定性和鋼的強(qiáng)韌性。調(diào)質(zhì)鋼一般用以制作大的結(jié)構(gòu)件，所以淬透性至關(guān)重要。由于Cr、Ni、V、Mo、W均比較昂貴，在調(diào)質(zhì)鋼中添加這些元素成本較高。表 1
目前調(diào)質(zhì)鋼的熱處理工藝主要采用淬火+500-650°C高溫回火，而沒有采用鍛造余熱熱處理；鍛造余熱熱處理指的是在鍛后利用鍛造余熱立即進(jìn)行熱處理的一種工藝，其中包括鍛造余熱淬火、退火及正火等，在這些工藝中，中碳鋼經(jīng)鍛造余熱淬火+高溫回火處理可獲得較好的綜合性能。結(jié)合鍛造余熱淬火技術(shù)的工藝特點(diǎn)，開發(fā)適用于鍛造余熱淬火的中碳合金鋼，充分發(fā)揮材料與工藝特性，在節(jié)約成本的條件下仍然能夠取得優(yōu)異的綜合性能顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠降低成本，經(jīng)鍛造余熱淬火后能夠獲得很好的綜
3合機(jī)械性能的中碳合金鋼。本發(fā)明通過如下方案來實(shí)現(xiàn)
一種適用于鍛造余熱淬火的中碳合金鋼，所述合金鋼的成分配比為 C 0. 25、. 55% ；Si 0. 2(Γθ. 60%
Mn 0. 9(Tl. 70% ；Ti :0. 08、. 25% ；
B :0. 00廣0. 005% ；P 0.035%;
S 0. ΟΓΟ. 07%,
余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。作為改進(jìn)，所述中碳合金鋼的金相組織為回火索氏體。以下介紹本發(fā)明的合金鋼中各元素的特點(diǎn)
C:最為經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)化元素，可以有效提高鋼種的淬透性，通過固溶強(qiáng)化提高馬氏體強(qiáng)度， 回火后析出碳化物形成彌散強(qiáng)化。Si 固溶于回火索氏體基體中，可以起到強(qiáng)化作用，高溫下溶解于奧氏體中提高淬透性，推遲淬火馬氏體的回火轉(zhuǎn)變，在含量大于0. 60%條件下，提高材料強(qiáng)度效果顯著，但對(duì)韌性有不利的影響。Mn:增加奧氏體穩(wěn)定性，推遲先共析鐵素體和珠光體相變，推遲淬火馬氏體的回火轉(zhuǎn)變，回火后與碳作用可以形成合金滲碳體，提高材料強(qiáng)度。錳的存在還有利于顯微結(jié)構(gòu)細(xì)化，增加析出物的相對(duì)量，在含量較高時(shí)，與硼共同作用，容易在冷卻速度較低時(shí)形成貝氏體組織，但由于本發(fā)明是應(yīng)用于鍛造余熱淬火條件之下，高溫形變有效地推遲了貝氏體轉(zhuǎn)變，因而不易產(chǎn)生影響材料韌性和疲勞性能的貝氏體轉(zhuǎn)變。B:硼的加入量很小，但作用強(qiáng)度很大，又比較便宜，也是一種主要的提高淬透性的元素，在中碳合金調(diào)質(zhì)鋼中往往作為一種有效的提高淬透性的合金元素。高溫下，硼偏聚于奧氏體晶界、形變帶等缺陷區(qū)域，可以減弱錳在高溫下促進(jìn)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的效應(yīng)，且這種偏聚可以推遲合金的動(dòng)態(tài)與準(zhǔn)靜態(tài)回復(fù)與再結(jié)晶，使高溫形變效應(yīng)保留至熱處理狀態(tài)，可以獲得好的形變強(qiáng)化效果。Ti 液態(tài)生成的TiN顆粒粗大，固態(tài)析出Ti (CN)，在較低溫度下析出TiC，具有一定析出強(qiáng)化效果，提高屈服強(qiáng)度；與鋼種S結(jié)合生成Ti4C2S2，增加材料切削性能；在鍛造加熱過程中鈦的化合物可以釘扎晶界，細(xì)化鍛后組織；在高溫加熱溶解的鈦可以推遲回復(fù)與再結(jié)晶過程；在高溫形變帶等缺陷區(qū)的析出，也可以推遲合金的動(dòng)態(tài)與準(zhǔn)靜態(tài)回復(fù)與再結(jié)晶， 阻止鍛造過程晶粒長(zhǎng)大，保留高溫形變效應(yīng)至熱處理狀態(tài)；且鈦可以有效吸納捕捉超過固溶極限的鋼中的剩余氫，可以有效改善鋼的耐氫裂紋性，保證了該鋼種在鍛造余熱淬火條件下不易產(chǎn)生氫導(dǎo)致的白點(diǎn)等缺陷。S 與Mn結(jié)合生成MnS夾雜，在高溫鍛造過程中可以細(xì)化奧氏體晶粒，利于韌性的提高，MnS夾雜有利于提高零件切削加工性能，但是硫化物夾雜容易導(dǎo)致應(yīng)力集中，降低力學(xué)性能，故優(yōu)化后的硫含量范圍為0. 01 0. 07%。P =P元素有固溶強(qiáng)化的效果，但易導(dǎo)致韌性惡化，因此做為有害元素控制，其成分范圍為0. 035%o通常，在合金鋼中加入Mn與B可以提高淬透性，但在一定條件下會(huì)促進(jìn)貝氏體的出現(xiàn)，而本發(fā)明利用Mn、B、元素作為提高淬透性的主加元素與鍛造余熱淬火鍛造時(shí)的高溫形變相結(jié)合，可以有效抑制貝氏體轉(zhuǎn)變，有效地提高了鋼材的淬透性；同時(shí)利用Ti元素在低溫條件下的析出強(qiáng)化作用以及在高溫形變條件下的固溶與析出作用、未溶鈦的碳氮化合物的釘扎效應(yīng)，可以推遲合金的動(dòng)態(tài)與準(zhǔn)靜態(tài)回復(fù)與再結(jié)晶，阻止鍛造過程晶粒長(zhǎng)大，保留高溫形變效應(yīng)至熱處理狀態(tài)，同時(shí)鈦可以有效捕捉、吸納超過固溶極限的鋼中的剩余氫，可以有效改善鋼的耐氫裂紋性，保證了該鋼種在鍛造余熱淬火條件下不易產(chǎn)生氫導(dǎo)致的白點(diǎn)等缺陷。本發(fā)明針對(duì)鍛造余熱淬火工藝特征設(shè)計(jì)了一種新鋼種，且該鋼種利用廉價(jià)的Mn、 B替代昂貴的Cr、Ni、V等元素，節(jié)省了價(jià)格較高的合金元素，該鋼種在鍛造余熱淬火、在 500 0C _650°C回火后的力學(xué)性能為抗拉強(qiáng)度Rm為105(Tl200MPa ；屈服強(qiáng)度RP0. 2為 780 970MPa ；延伸率A為13. 5 18. 0% ；斷面收縮率Z為40. 0 65· 0% ；沖擊韌性Aku2為 5(T140J，該力學(xué)性能指標(biāo)達(dá)到或優(yōu)于同級(jí)別合金調(diào)質(zhì)鋼熱處理后的力學(xué)性能，可以滿足目前絕大多數(shù)鋼鍛件對(duì)力學(xué)性能的要求，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)成本的降低、將加工工藝、成分設(shè)計(jì)與性能良好的結(jié)合起來。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例具體說明本發(fā)明實(shí)施例1
將原料組成及重量配比為 C 0. 35% ；Si 0. 52% :Mn :1. 47% ；Ti :0. 15% ；B :0. 004% ；P 0. 005% ；S 0. 05%，余量為！^的中碳合金鋼進(jìn)行冶煉，在850°C 1250°C的范圍內(nèi)，鍛造成 Φ20mm直徑的圓棒，鍛后油冷，隨后560°C回火，回火后的力學(xué)性能見表2。實(shí)施例2
將原料組成及重量配比為 C :0. 25% ；Si 0. 53% :Mn :0. 9% ；Ti :0. 14% ；B :0. 005% ；P 0. 011% ；S 0. 015%，余量為Fe的中碳合金鋼進(jìn)行電爐冶煉，在終軋溫度為1000°C的條件下， 鋼坯分別軋成Φ 55-100mm直徑的棒材，軋后冷床空冷，隨后在850°C 1250°C區(qū)間范圍內(nèi)， 將軋制棒材再鍛造成Φ20πιπι直徑的圓棒，鍛后油冷，隨后500°C回火，回火后的力學(xué)性能見表2。實(shí)施例3
將原料組成及重量配比為 C :0. 45% ；Si 0. 2% :Mn :1. 48% ；Ti :0. 08% ；B :0. 003% ；P 0. 035% ；S 0. 04%，余量為狗的中碳合金鋼進(jìn)行電爐冶煉，在終鍛溫度為1100°C條件下熱軋后模鍛成汽車零件，鍛后油冷，隨后560°C回火，回火后的力學(xué)性能見表2。實(shí)施例4
將原料組成及重量配比為 C :0. 55% ；Si 0. 3% :Mn :1. 7% ；Ti :0. 20% ；B :0. 001% ；P 0. 020% ；S 0. 01%，余量為Fe的中碳合金鋼進(jìn)行冶煉，加熱至1250°C后，模鍛加工成軸類零件，鍛后油冷，隨后650°C回火，回火后的力學(xué)性能見表2。實(shí)施例5
將原料組成及重量配比為 C :0. 30% ；Si 0. 6% :Mn :1. 2% ；Ti :0. 25% ；B :0. 002% ；P 0. 025% ；S 0. 07%，余量為Fe的中碳合金鋼進(jìn)行冶煉，加熱至1100°C后進(jìn)行終鍛，鍛后油冷， 隨后560°C回火，回火后的力學(xué)性能見表2。實(shí)施例6將原料組成及重量配比為 C 0. 40% ；Si 0. 45% :Mn :1. 00% ；Ti :0. 16% ；B :0. 005% ；P 0. 015% ；S 0. 03%，余量為狗的中碳合金鋼進(jìn)行冶煉，加熱至1100°C后進(jìn)行終鍛，鍛后油冷， 隨后520°C回火，回火后的力學(xué)性能見表2。實(shí)施例7
將原料組成及重量配比為 C :0. 50% ；Si 0. 25% :Mn :0. 9% ；Ti :0. 09% ；B :0. 001% ；P 0. 018% ；S 0. 07%，余量為Fe的中碳合金鋼進(jìn)行冶煉，加熱至1100°C后進(jìn)行終鍛，鍛后油冷， 隨后600°C回火，回火后的力學(xué)性能見表2。實(shí)施例8
將原料組成及重量配比為 C :0. 55% ；Si 0. 35% :Mn :1. 6% ；Ti :0. 23% ；B :0. 003% ；P 0. 035% ；S 0. 02%，余量為Fe的中碳合金鋼進(jìn)行冶煉，在900°C 1250°C的條件下將鋼坯鍛造成Φ20πιπι直徑的圓棒，鍛后水冷，隨后560°C回火，回火后的力學(xué)性能見表2。 對(duì)比例1
將40調(diào)質(zhì)鋼加熱至840°C后水冷淬火，在600°C的條件下回火后的力學(xué)性能如表2所不。對(duì)比例2
將40MnVB調(diào)質(zhì)鋼加熱至850°C后水冷淬火，在500°C的條件下回火后的力學(xué)性能如表 2所示。對(duì)比例3
將40Cr調(diào)質(zhì)鋼加熱至850°C后油冷淬火，在500°C的條件下回火后的力學(xué)性能如表2 所示。對(duì)比例4
將40CrM調(diào)質(zhì)鋼加熱至820°C后油冷淬火，在500°C的條件下回火后的力學(xué)性能如表 2所示。對(duì)比例5
將40CrMnMo調(diào)質(zhì)鋼加熱至850°C后油冷淬火，在600°C的條件下回火后的力學(xué)性能如表2所示。本發(fā)明提供的適用于鍛造余熱淬火的中碳合金鋼可采用電弧爐或轉(zhuǎn)爐+爐外精煉冶煉，澆鑄成鋼錠或連鑄成坯，然后軋制成棒材等產(chǎn)品。在鍛造余熱淬火、回火條件下材料力學(xué)性能指標(biāo)達(dá)到或優(yōu)于對(duì)比例中的同級(jí)別合金調(diào)質(zhì)鋼熱處理后的力學(xué)性能，可以滿足目前絕大多數(shù)鋼鍛件對(duì)力學(xué)性能的要求，具體力學(xué)性能數(shù)據(jù)件表2，本發(fā)明中鍛造余熱淬火用中碳合金鋼的成本更加低廉，且利用鍛造余熱淬火，從而簡(jiǎn)化了工藝，節(jié)約了能源，便于推廣應(yīng)用。
表2為實(shí)施例與對(duì)比例的力學(xué)性能比較
權(quán)利要求
1.一種適用于鍛造余熱淬火的中碳合金鋼，其特征在于所述合金鋼的成分配比為 C 0. 25、. 55% ；Si 0. 2(Γθ. 60% Mn 0. 9(Tl. 70% ；Ti :0. 08、. 25% ；B :0. 00廣0. 005% ；P 0.035%;S 0. ΟΓΟ. 07%,余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于鍛造余熱淬火的中碳合金鋼，其特征在于所述中碳合金鋼的金相組織為回火索氏體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于鍛造余熱淬火的中碳合金鋼，所述合金鋼的成分配比為C0.25～0.55%；Si0.20～0.60%Mn0.90～1.70%；Ti0.08～0.25%；B0.001～0.005%；P≤0.035%；S0.01～0.07%；余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明針對(duì)鍛造余熱淬火工藝特征設(shè)計(jì)了一種新鋼種，且該鋼種利用廉價(jià)的Mn、B替代昂貴的Cr、Ni、V等元素，節(jié)省了價(jià)格較高的合金元素，該鋼種在鍛造余熱淬火條件下得到的產(chǎn)品的力學(xué)性能指標(biāo)達(dá)到或優(yōu)于同級(jí)別合金調(diào)質(zhì)鋼熱處理后的力學(xué)性能，可以滿足目前絕大多數(shù)鋼鍛件對(duì)力學(xué)性能的要求，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)成本的降低、將加工工藝、成分設(shè)計(jì)與性能良好的結(jié)合起來。
文檔編號(hào)C21D1/18GK102383036SQ201110365478
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者孔見, 李周, 楊志華, 葛艷明, 葛阿金, 袁志偉 申請(qǐng)人:江蘇金源鍛造股份有限公司