用於製造有貝氏體組織鍛件的鋼及製造鍛件的工藝的製作方法

2023-09-20 11:53:10

專利名稱：用於製造有貝氏體組織鍛件的鋼及製造鍛件的工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於製造鍛件的鋼，該用鋼製成的鍛件具有貝氏體組織及很好的機械性能。
很多機械上用的鍛件，尤其是用於汽車工業的鍛件是通過將，比如，冷剪切鋼棒或鋼坯而得到的坯料進行熱鍛而製成的。鍛後將鍛件以受控方式冷到室溫，以便使之具有所需的機械性能，而又無需後續的熱處理。
為製造這類鍛件，已經，尤其是在EP0,191,873中提出採用這樣的鋼，其化學組成包含(重量)0.04-0.14％的C、0.56-0.99％的Mn、0.05-0.5％的Si、1.01-2％的Cr，最多為0.5％的Ti，最多為0.1％的Al，最多為0.015％的B和最多為0.15％的S，及餘量的Fe。鍛後將此鍛件水淬。
這種技術有一些缺點，因為，一方面，該鋼的鑄造性能，尤其是在連鑄時不是非常好，這就使得製造鋼坯很困難，而另一方面，半成品的內部緻密性有時很差，特別是在為了改善此鋼的機加工性而再硫化時則尤為如此。此外，所到的抗拉強度有時不夠。比如，含碳量過低則不能保證足以獲得所需的拉伸機械性能的淬透性。此外，過低的錳含量導致不夠好的拉伸機械性能含0.05％的C、0.8％的Mn、1.1％的Cr、B、Al和Ti的鋼既不能使Rp0.2超過690MPa，也不能使Rm超過830MPa。出於所有的這些原因，用這種鋼生產的鍛件的可靠性是不令人滿意的。
本發明的目的在於通過提供一種鋼及一種生產鍛件的工藝來克服這些缺點，該鋼及該工藝能使所生產的鍛件有好的可靠性，高的拉伸性能和韌性。
因此本發明的主題是用於製造有貝氏體組織，而其於20℃的機械性能為
RP0.2≥800MPaRm≥1000MPaKcu≥50J/cm2的鍛件的鋼。
其化學組成包含(重量)0.05％≤C≤0.12％0.1％≤Si≤0.45％1.01％≤Mn≤1.8％0.15％≤Cr≤1.15％0.06％≤M0≤0.12％Cu≤0.30％Ni≤0.30％0.01％≤Ti≤0.04％0.005％≤Al≤0.04％0.006％≤N≤0.013％0.0005％≤B≤0.004％P≤0.025％0.02％≤S≤0.1％0％≤Pb≤0.1％0％≤Te≤0.07％可供選擇的0.0002％-0.002％的Ca，餘量的Fe及因熔煉而產生的雜質，該化學組成還滿足如下關係0.2％≤Ni+Mo+Cu≤0.7％，在950℃以上時未結合的B含量不小於0.0005％。
鋼的化學組成更好為0.05％≤C≤0.08％0.15％≤Si≤0.35％1.01％≤Mn≤1.35％0.8％≤Cr≤1.15％0.08％≤Mo≤0.11％。
本發明還涉及製造鍛件的工藝，其中
-採用用符合本發明的鋼製成的坯料、-將此坯料加熱到1000-1320℃間的重加熱溫度T1，然後鍛造，該鍛造在溫度T2時結束，該重加熱溫度T1是這樣選擇的要使在溫度T2時未結合的硼含量Buc大於或等於0.0005％，及-在鍛後直接將該鍛件冷到室溫，其中，在溫度T2和100℃之間的平均冷卻速率大於14℃/秒，而更好是小於255℃/秒。
最後，本發明涉及由符合本發明的鋼製成的，有貝氏體組織的，而且20℃時的機械性能為Rp0.2≥800MPaRm≥1000MPaKcu≥50J/cm2的鍛件。
更好是該鍛件有小於或等於55mm的當量直徑。
現在將更完全的，但以非限制性的方式敘述本發明.
為製造有貝氏體組織的鍛件，其當量直徑最好小於55mm，用化學組成(重量)如下的鋼-0.05-0.12％，更好是0.05-0.08％的C，以便得到有所需的抗拉和韌性機械性能的低碳貝氏體組織-0.1-0.45％，而更好是0.15-0.35％的Si，以便充分脫氧，而又不使軋態的鐵素體過分變硬；-1.01-1.8％，更好是1.01-1.35％的Mn，以便得到良好的鑄造性能和良好的內部緻密度，在為改善機加工性能和提高淬透性而加硫時，尤應如此；-0.15-1.15％，而更好是0.8-1.15％的Cr，以便提高淬透性，而不使軋態下的鐵素體過分變硬，從而不損害被冷剪切的能力；-0.06-0.12％，更好是0.08-0.11％的Mn，以便與B、小於0.3％的Ni和小於0.3％的Cu協同地改善淬透性；該Ni、Cu和Mo含量的總和必需大於0.2％，以便得到足夠的淬透性，而小於0.7％，以便避免在鍛後形成貝氏體；-0.01-0.04％的Ti，0.005-0.04％的Al、0.006-0.013％的N和0.0005-0.004％的B，以便與其它淬硬元素結合而得到所需的淬透性；-小於0.025％的P，以不損於韌性；-0.02％-0.1％的S，可選擇的最多為0.07％的Te，可選擇的最多為0.1％的Pb及任選的0.0002％-0.002％之間的Ca，以便改善機加工性能；餘量是Te及來自熔煉過程的雜質。
為取得硼對淬透性的充分的效果，則以這樣的方式調整B、Ti、Al和N的含量一旦該溫度T大於或等於950℃，則未結合的B含量Buc大於0.0005％。
該未結合的硼含量可用以℃表示的溫度T和該Ti、Al、B和N含量(以重量％表達)按下式算出Buc＝10.5×10-13970/(T+273)/A其中A＝-(0.29×Ti+1.27×B+0.52×Al-N)+Δ而在該式中Δ應為Δ2＝0.29×Ti+1.27×B+0.52×Al-N+1.16×KTi+5.08×KB+2.08×KAl其中KTi＝4.73×10-16210/(T+273)KB＝5.24×10-13910/(T+273)KAl＝0.725×10-6180/(T+273)此鋼液通過在加熱鋼包中真空精煉，或通過在加熱鋼包中精煉，然後經真空處理而熔煉，然後或以連鑄鑄成坯狀，或鑄成錠。在將此鋼鑄成錠時，則將此錠熱軋成扁坯或圓坯，它們是放置於空氣中冷卻的。當將此鋼連鑄時，則將此連鑄坯熱軋成扁坯或圓坯。
用冷剪切將此扁坯或圓坯剪開以獲得將被熱軋的坯料.
為製造鍛件，將坯料加熱到1000-1320℃的重加熱溫度T1，以便得到均勻的奧氏體組織，然後進行鍛造工序，其在溫度T2時結束，該鍛件在T2和100℃之間以大於14℃/秒而最好是小於250℃/秒的平均冷卻速度冷到室溫。該溫度T1必需以這樣的方式選擇以給定的鍛造條件，最終鍛造溫度T2要在鍛造結束時使未結合的硼含量Buc大於0.0005％。該未結合的硼含量可用上述公式，以溫度T1和Ti、Al、B和N含量算出。
因此，特別是對其當量直徑小於55mm的鍛造而言，貝氏體組織遍及該材料，20℃時其機械性能為Rp0.2≥800MPaRm≥1000MPaKcu≥50J/cm2鍛件的當量直徑是圓件的直徑，在鍛後冷卻鍛件的過程中，其芯部的冷卻速度等於該鍛件的冷卻速度。
根據該鍛件的當量直徑，鍛後的冷卻可以吹風、噴霧、在油或水中，或藉助於任何的其它的能滿足規定的冷卻條件的方法進行.
以實施例的方式，製造一根大體為圓柱形的機械軸，其當量直徑為30mm.為製造此軸，採用在加熱鋼包中真空熔煉的鋼，其化學組成(重量)為C＝0.08％Si＝0.40％Mn＝1.30％Cr＝0.92％Mo＝0.1％Cu＝0.22％Ni＝0.095％Ti＝0.023％Al＝0.032％N＝0.0075％B＝0.0028％P＝0.015％S＝0.072％餘量為Fe及得自熔煉的雜質。
鍛造前，將坯料加熱到1280℃的溫度，然後鍛造，以便製成當量直徑為30mm的軸。最終鍛造溫度為1050℃。在此溫度下，該鋼中的未結合的B含量為0.0021％。鍛後，將此軸於20℃的水中伴隨攪動而冷卻，這種冷卻形成了在1050℃-100℃之間的冷到芯部的36℃/秒的平均冷卻速度，從而產生貝氏體組織，該軸的機械性能為Rp0.2＝896MpaRm＝1116MpaKcu＝84J/cm2該鋼的鑄造無任何困難，而且儘管為了取得好的機加工性能加了高的硫含量，半成品未出現任何內部緻密性的缺陷。
權利要求
1.用於製造有貝氏體組織，機械性能為RP0.2≥800MPaRm≥1000MPaKcu≥50J/cm2的鍛件的鋼，其特徵在於其化學組成包含(重量)0.05％≤C≤0.12％0.1％≤Si≤0.45％1.01％≤Mn≤1.8％0.15％≤Cr≤1.15％0.06％≤Mo≤0.12％Cu≤0.30％Ni≤0.30％0.01％≤Ti≤0.04％0.005％≤Al≤0.04％0.006％≤N≤0.013％0.0005％≤B≤0.004％P≤0.025％0.02％≤S≤0.1％0％≤Pb≤0.1％0％≤Te≤0.07％任選的0.0002％-0.002％的Ca、餘量的Fe及得自熔煉的雜質，該化學組成還滿足此關係0.2％≤Ni+Mo+Cu≤0.7％在950℃以上時未結合的B含量不小於0.0005％。
2.權利要求1的鋼，其特徵在於該化學組成為0.05％≤C≤0.08％0.15％≤Si≤0.35％1.01％≤Mn≤1.35％0.8％≤Cr≤1.15％0.08％≤Mo≤0.11％。
3.製造鍛件的工藝，其特徵在於-取用符合權利要求1或2的鋼製成的坯料；-將此坯料加熱至在1000-1320℃間的重加熱溫度T1然後鍛造，在溫度T2時終止鍛造，該重加熱溫度T1的選擇要使得在溫度T2時，未結合的B的含量大於或等於0.0005％；-鍛後以這樣的方式將該鍛件直接冷卻至室溫在溫度T2和100℃之間，在該鍛件中的所有點上平均冷卻速率都大於14℃/秒，並且最好是小於250℃/秒。
4.由權利要求1或2的鋼構成的鍛件，其特徵在於它具有貝氏體組織及20℃的機械性能為Rp0.2≥800MPaRm≥1000MPaKcu≥50J/cm2.
5.權利要求4的鍛件，其特徵為其當量直徑小於或等於55mm。
全文摘要
製備具有貝氏體組織並且機械性能為R
文檔編號C22C38/28GK1156186SQ96121809
公開日1997年8月6日 申請日期1996年11月25日 優先權日1996年11月25日
發明者C·皮查德, J·貝魯斯, G·皮爾遜 申請人:阿斯克邁塔爾公司