專利名稱：一種高強度非調(diào)質(zhì)貝氏體鋼及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特種鋼材及制備方法，特別是用于制作汽車發(fā)動機曲軸、半軸、轉(zhuǎn)向節(jié)等零件的高強度非調(diào)質(zhì)貝氏體鋼及制備方法。
背景技術(shù)：
汽車底盤轉(zhuǎn)向節(jié)、輪轂、半軸、發(fā)動機曲軸、連桿等部件多采用碳素結(jié)構(gòu)鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼制作，為達到良好的綜合力學性能，需經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理(淬火+高溫回火)。如42CrMo為常用制作曲軸的調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼，用于制作曲軸的工藝如下原料下料一鍛造毛坯一毛坯調(diào)質(zhì)一尺寸矯形一機械加工一表面強化。這種傳統(tǒng)材料及加工工藝存在的問題是1.在毛還加工前進行的調(diào)質(zhì)工序，需要較大的能源消耗，約500元/噸鋼；熱處理后的尺寸矯正工序 會產(chǎn)生3%的表面缺陷(如裂紋、壓痕等)；對于大截面零件，由于鋼材淬透性原因，中心組織淬不透造成心部軟點，質(zhì)量穩(wěn)定性較差；2.調(diào)質(zhì)鋼大多在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用，塑性高、韌性好，但是切削性能較差，切削刀具磨損較大，切削效率低下，加工成本高；3.為防止毛坯在熱處理時產(chǎn)生的表面氧化脫碳、影響零部件的疲勞性能，一般毛坯留有一定厚度余量，在切削加工時將氧化脫碳層去掉，這樣增加了切削量，使材料利用率降低。近年來為了節(jié)約能源，降低制造成本，相繼開發(fā)出一系列不需調(diào)質(zhì)處理、鍛后冷卻直接使用的非調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼，非調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼在熱軋和鍛造狀態(tài)即能達到良好的綜合機械性能，減掉熱處理工序和熱處理設(shè)備，避免了在熱處理過程中產(chǎn)生變形或淬火裂紋所造成的廢品，改善了勞動條件并減少環(huán)境污染，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。但就目前已開發(fā)的鐵素體+珠光體型非調(diào)質(zhì)鋼而言，其強度一般較低，機械性能難于與目前汽車發(fā)動機曲軸、半軸應用的高強度調(diào)質(zhì)鋼42CrMo性能相媲美，因而限制了非調(diào)鋼在高性能要求的汽車零部件領(lǐng)域的應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明用于克服已有技術(shù)的缺陷，提供一種可滿足汽車發(fā)動機曲軸、半軸、轉(zhuǎn)向節(jié)等零件要求的高強度非調(diào)質(zhì)貝氏體鋼及制備方法。本發(fā)明所稱問題是以下述技術(shù)方案解決的
一種高強度非調(diào)質(zhì)貝氏體鋼，它將原料經(jīng)熔煉、軋制和鍛造工序制成，其特別之處是所述鋼的化學成分按質(zhì)量百分比計為C O. 39%-0. 44%, Si O. 2%-0. 4%, Mn I. 2%_1. 7%，S ^ 0. 35%, P ^ 0. 35%, Cr 0. 5%-0. 8%, Ni ( 0. 20%, Mo ( 0. 15%, V 0. l%-0. 2%, B0. 001%-0. 003%, Ti 0. 02%-0. 045%, Al 0. 01%-0. 035%, Cu ( 0. 2%, N ( 70ppm，余量為 Fe。上述高強度非調(diào)質(zhì)貝氏體鋼，其鍛后快速風冷組織為少量晶內(nèi)鐵素體+粒狀貝氏體，鍛件抗拉強度σ b可達1085 Mpa,屈服強度σ s可達795 Mpa0—種制備上述高強度非調(diào)質(zhì)貝氏體鋼的方法，它將原料經(jīng)熔煉、軋制和鍛造工序制成，所述熔煉工序采用電爐+爐外精煉+真空脫氣或轉(zhuǎn)爐+爐外精煉+真空脫氣；所述軋制工藝采用連鑄+軋坯+擠壓棒材+坑內(nèi)緩冷；所述鍛造工藝棒料加熱至1200°C，始鍛溫度1200°C，終鍛溫度950°C，快速空氣冷卻至室溫，冷卻速度不小于50°C /S。本發(fā)明針對目前非調(diào)質(zhì)鋼機械性能難以滿足汽車發(fā)動機曲軸、半軸等零件強度要求的問題進行了改進，提供一種高強度非調(diào)質(zhì)貝氏體鋼及制備方法。本發(fā)明材料通過多種合金元素的共同作用，消除了現(xiàn)有非調(diào)質(zhì)鋼中網(wǎng)狀鐵素體組織，形成粒狀貝氏體組織，具有與調(diào)質(zhì)鋼42CrMo強度相媲美的性能，同時具備非調(diào)質(zhì)鋼共有的節(jié)能、利于切削、成品率高、加工成本低等優(yōu)點，擴大了非調(diào)質(zhì)鋼的應用范圍，完全可以滿足一些強度要求高的結(jié)構(gòu)件如汽車發(fā) 動機曲軸、半軸、轉(zhuǎn)向節(jié)等零件的性能要求。采用本發(fā)明材料制備零部件，具有減少能源消耗，節(jié)約材料，減少加工工序，降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染等優(yōu)點，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
具體實施例方式本發(fā)明所述高強度非調(diào)質(zhì)貝氏體鋼，通過成分配比設(shè)計和冶煉工藝制定，形成新的復合強化機制，使其強度不低于調(diào)質(zhì)鋼42CrMo，綜合機械性能較好，能夠滿足高強度載荷工況要求。為提高材料強度，本發(fā)明合金成分設(shè)計時制定如下方案1.增加對材料強度有較明顯增強作用的V元素含量，V元素的含量從現(xiàn)有非調(diào)質(zhì)鋼O. 08-0. 13%提高到O. 1-0. 2% ；2.微量添加對材料強度和沖擊韌性均有提高作用的合金元素Mn、Cr、Mo、Ni元素；3.微量添加與鋼中殘余元素N有很強親和力的Al、Ti元素，形成難熔化合物A1N，分布于奧氏體晶界，對奧氏體晶粒長大有抑制作用，提高鋼的沖擊韌性；4.微量添加B元素，提高鋼材的淬透性，使鋼在鍛后空冷條件下消除傳統(tǒng)非調(diào)鋼的網(wǎng)狀鐵素體分布，形成少量晶內(nèi)鐵素體+粒狀貝氏體組織，提高鋼的整體強度。對比傳統(tǒng)非調(diào)質(zhì)鋼49MnVS3與本發(fā)明非調(diào)質(zhì)貝氏體鋼顯微組織可以看出，傳統(tǒng)非調(diào)質(zhì)鋼49MnVS3鍛后快冷組織，鐵素體以網(wǎng)狀形式分布于晶界，晶粒內(nèi)部為珠光體組織。由于鐵素體組織強度很低，因此高強度的晶體被軟化組織鐵素體隔離，使鋼的強度和韌性降低。為了克服上述缺陷，本發(fā)明通過成分中添加V、A1等C、N化合物性能元素，形成VN、A1N、VC,當鋼從1200°C高溫冷卻時，首先在奧氏體晶粒內(nèi)的MnS夾雜上析出，成為鐵素體晶核，然后形成晶內(nèi)鐵素體，將傳統(tǒng)非調(diào)質(zhì)鋼的網(wǎng)狀鐵素體分布改變?yōu)榫?nèi)分布，鍛后快冷組織為少量晶內(nèi)鐵素體+粒狀貝氏體，從而在顯著提高強度的同時，保持一定的沖擊韌性。表I中列出了常用于制作曲軸的調(diào)質(zhì)鋼42CrMo、非調(diào)質(zhì)鋼49MnVS3和本發(fā)明材料的力學性能，從表中數(shù)據(jù)可看出，傳統(tǒng)非調(diào)質(zhì)鋼49MnVS3的抗拉強度Qb，屈服強度σ s與調(diào)質(zhì)鋼42CrMo相比低很多，用它來替代傳統(tǒng)的調(diào)質(zhì)鋼42CrMo制作柴油發(fā)動機曲軸等零件有風險，由于柴油發(fā)動機馬力大，輸出扭矩高，需要有較高的強度和良好的綜合機械性能。本發(fā)明材料鍛件性能的強度接近或超過調(diào)質(zhì)鋼42CrMo，完全能夠滿足曲軸等零部件的強度要求，其它性能指標通過臺架疲勞壽命驗證亦能夠滿足要求。表I
權(quán)利要求
1.一種高強度非調(diào)質(zhì)貝氏體鋼，它將原料經(jīng)熔煉、軋制和鍛造工序制成，其特征在于所述非調(diào)質(zhì)貝氏體鋼化學成分按質(zhì)量百分比計為c O. 39%-0. 44%，Si O. 2%-0. 4%，Mn I. 2%-1. 7%, S 彡 O. 35%, P 彡 O. 35%, Cr O. 5%-0. 8%, Ni ( O. 20%, Mo ( O. 15%,V O. 1%-0. 2%, B O. 001%-0. 003%, Ti O. 02%-0. 045%, Al O. 01%-0. 035%, Cu ( O. 2%,N ( 70ppm,余量為 Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高強度非調(diào)質(zhì)貝氏體鋼，其特征在于所述非調(diào)質(zhì)貝氏體鋼鍛后快速風冷組織為少量晶內(nèi)鐵素體+粒狀貝氏體，其鍛件抗拉強度ob可達1085 Mpa，屈服強度σ s可達795 Mpa。
3.一種制備如權(quán)利要求I或2所述的高強度非調(diào)質(zhì)貝氏體鋼的方法，它將原料經(jīng)熔煉、軋制和鍛造工序制成，其特征在于所述熔煉工序采用電爐+爐外精煉+真空脫氣或轉(zhuǎn)爐+爐外精煉+真空脫氣；所述軋制工藝采用連鑄+軋坯+擠壓棒材+坑內(nèi)緩冷；所述鍛造工藝棒料加熱至1200°C，始鍛溫度1200°C，終鍛溫度950°C，快速空氣冷卻至室溫，冷卻速度不小于50°C /S。
全文摘要
一種高強度非調(diào)質(zhì)貝氏體鋼及制備方法，用于解決現(xiàn)有非調(diào)質(zhì)鋼機械性能難以滿足高強度零件要求的問題。它將原料經(jīng)熔煉、軋制和鍛造工序制成，所述非調(diào)質(zhì)貝氏體鋼化學成分按質(zhì)量百分比計為C0.39%-0.44%，Si0.2%-0.4%，Mn1.2%-1.7%，S≤0.35%，P≤0.35%，Cr0.5%-0.8%，Ni≤0.20%，Mo≤0.15%，V0.1%-0.2%，B0.001%-0.003%，Ti0.02%-0.045%，Al0.01%-0.035%，Cu≤0.2%，N≤70ppm，余量Fe。本發(fā)明材料具有與調(diào)質(zhì)鋼強度相媲美的性能，同時具備非調(diào)質(zhì)鋼節(jié)能、利于切削、成品率高、加工成本低等優(yōu)點。
文檔編號C22C38/58GK102899589SQ201210360438
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者魏元生 申請人:長城汽車股份有限公司