錳硼系低碳微合金高強度非調質鋼及其生產方法
2023-05-11 00:19:51 1
專利名稱：錳硼系低碳微合金高強度非調質鋼及其生產方法
技術領域：
本發明屬於合金鋼領域，主要涉及一種錳硼系低碳微合金高強度非調質鋼及其生產方法。
背景技術：
近年來，隨著汽車行業的迅猛發展，對汽車零部件用鋼的需求量越來越大，對其性能要求也越來越高。35CrMo>40CrMnMo等廣泛用於汽車軸類件,這類軸類件必須經調質處理後才能使用，要求性能指標達到Rm彡980MPa,Rp0.2彡785MPa，A5 ^ 10%,Z ^ 45%以上，這種工藝能耗高，工序多，導致生產成本高，有時不可避免要產生變形、開裂、氧化和脫碳等缺陷。而非調質鋼因具有簡化生產工藝，較少變形開裂，從而降低能耗和生產成本等優點而受世界各國的重視，得到迅速發展和應用，非調質鋼在汽車行業的廣泛應用也成為提高汽車市場競爭力的一個重要途徑。本發明的目的是提出一種軋後空冷，不需任何熱處理，即可得到抗拉強度Rm彡IOOOMPa, A5 ^ 15%, Z ^ 50%以上，成本較低的Mn-B系低碳微合金貝氏體非調質鋼，以滿足汽車行業對零部件性能日益提高的要求。其特點是使用廉價的C、Mn、 Si等元素，添加微量的V、Ti、Nb、B等元素取代調質鋼中的Cr、Ni、Mo等貴重元素，可應用於製造軸類、連杆、高強度標準件等零部件。現有有關Mn-B系低碳微合金非調質鋼均通過加入一定量的Cr，有的還添加一定量的Ni、Mo來提高強韌性，這必然會增加合金的製造成本。又如中國專利公開號 CN1657643A是通過添加Cu元素來提高鋼的強度及低溫韌性，但在熱加工過程中會產生Cu 的熱脆性。又如中國專利公開號CN1657643A、CN101597716A、CN101568661A發明中對鋼中氣體N含量有一定的控制範圍要求，增加了冶煉難度。又如中國專利公開號CN1477226A、 CN101597716A要求鋼中添加RE、Ca、Zr等一種或一種以上的合金元素，使製造工藝複雜，生產成本增加。如表I所示。表I 單位Wt %專利公開號CSiMnGNiMoVAlTiNbBCuNmodzxCNl 657643 A0.10 /0.250.05 /1.000.50 /2.500.40 /1.500.05 /1.500.05 /1.500.02 /0.300.003 /0.100.005 /0.200.005 /0.200.0003 /0.010.05 /1.50.001 /0.02-CNI477226 A0.15 /0.340.20. /2.501.80 θ.00<2.0 O<1.0 O<0.50<0.1 I-<).12<0.12<0.004 O--Ca<0.10 RE<0.50CN 101597716A0.06 /0.15< 0.201.80 /2.400.10 /0.50---0.005 0.050.01 /0.100.01 /0.100.0005 /orn-om /0.01RE: 0.005撕 Zr0.01A).lCN 101568661A0.10 /0.200.10 /0.501.0 /3.00.10 /1.50-0.05/ 1.00.05/ 0300.1 /020.005 /0.030.05/ 0300.0005 /0.005-0.002 細8-本發明0.17 /0.250.80 /1.201.60 /2.50---0.08 /0.150.015 /0.050.01 /0.060.015 /0.100.0005 /0.005---
發明內容
本發明的目的是提供一種錳硼系低碳微合金高強度非調質鋼及其生產方法，在保證鋼的強韌性的前提下(Rm彡IOOOMPa, A5 ^ 15%, Z ^ 50% )，充分利用廉價的C、Si、Mn 等元素，添加微量的V、Ti、Nb、B等元素，降低貴重元素Cr、Ni、Mo、Cu的應用，且本發明鋼中不需添加冶煉過程中難於控制的N、RE、Ca、Zr等元素，從而簡化工藝，降低製造成本；而且，由於本發明鋼種在軋後空冷就具備良好的綜合性能，因此可以取消調質熱處理工序，從而簡化其生產工藝，提高生產效率，降低生產成本。為達到上述目的，本發明的的技術方案是本發明的錳硼系低碳微合金高強度非調質鋼，其化學成分重量百分比為C:
O.17 O. 25%, Si :0. 80 I. 20%, Mn :1. 60 2. 50% ；V :0. 08 O. 15%, Nb :0. 015
O.10%, Ti 0. 01 O. 06%, Al 0. 015 O. 05% ；B :0. 0005 O. 005%、其餘為 Fe 和不可
避免的雜質，雜質元素的總量低於O. 05%。在本發明的合金鋼成分設計中C，是保證鋼室溫強度和淬透性所必需的成分，固溶強化作用顯著，是保證在非調質狀態下能夠達到所需強度必不可少的元素，碳含量低於O. 15%時淬透性和強度不夠，但 C含量過高則降低貝氏體轉變溫度，不利於貝氏體形成。優選C含量為O. 17 O. 25%。Si，加入鋼中起到了脫氧和固溶強化的作用，且Si能抑制貝氏體中碳化物的析出，改變貝氏體的形態，提高貝氏體韌性。含量低於O. 80%效果不明顯。當含量超過I. 20% 後，加工性和韌性惡化。優選Si含量為O. 80 I. 20%。Mn，是主要的強韌化元素，Mn可以提高淬透性並確保強度，且能提高V、Ti在奧氏體中的固溶度，增強其沉澱強化效果；Mn的加入將細化鋼的組織，提高韌性。Mn能擴大奧氏體區，促進鋼的中溫組織轉變，即獲得貝氏體組織。若達到上述效果，Mn含量必須在I. 50% 以上，另一方面，若Mn含量過高，則鋼的韌性降低。為此，優選的Mn含量為I. 60 2. 50%。Al，在鋼中起到了脫氧和細化晶粒的作用。當加入量低於O. 01%時，效果不明顯， 加入量超過O. 06%時會使鋁系夾雜物顆粒增大，使力學性能變差。優選在O. 015 O. 05%。Ti，在鋼中主要與C、N形成Ti (C，N)以提高強度，細小的Ti (C，N)可在加熱過程中阻止奧氏體晶粒長大，細化組織，提高塑韌性。但其含量不能太高，否則Ti (C，N)顆粒粗大，不僅不能夠有效阻止晶粒長大，而且會損害鋼的韌性。另外Ti的加入可以避免BN的形成，充分發揮B的作用。一般Ti含量在O. 01 O. 06%範圍。V，在鋼中主要起沉澱強化作用，適量的V可提高鋼的強度和塑性，V太高不會使強度明顯增加，但會顯著降低鋼的塑韌性，如果V含量超過O. 15%，則韌性就降低很多。一般 V含量控制在O. 08 O. 15%範圍。Nb，在鋼中可以與C結合，生成少量NbC並溶入其他合金碳化物中增加材料的穩定性，並細小均勻分布，抑制動態再結晶，細化晶粒，從而對鋼的強韌化產生影響，可以增加鋼的淬透性。本發明選擇在O. 015-0. 1%範圍。B,固溶於基體中強烈推遲鋼的中溫組織轉變，B的加入將使鋼在很寬的冷速範圍內得到貝氏體，也可增大Nb對鋼淬透性的影響，因而B的加入可使低碳當量的鋼獲得高強度。為了發揮上述效果，B的含量必須為O. 0005%以上，但當其含量高於O. 005%時會形成碳化物，故貝氏體非調質鋼中B含量一般控制在O. 0005 O. 005%範圍。本發明鋼成分設計的特點是通過加入Mn、B等強烈促進貝氏體相變的元素以產生貝氏體相變強化，但為了充分發揮B元素的有效作用，必須加入Al、Ti等以固定鋼中的N 元素，減少B與N的結合機率，增加固溶B的作用。同時Nb的加入可以抑制鋼中Fe23(CB)6 的析出，進一步增加增加固溶B的作用，可使鋼在較低的冷卻速度下獲得貝氏體組織。此外，為了使鋼獲得更高的強度，在鋼中加入了沉澱析出強化元素V，在鋼中形成的VC和VN不但起析出強化作用，而且在奧氏體區析出的VC和VN可以成為貝氏體形成核心，可細化組織和提高韌性。Mn還可提高V在奧氏體中的固溶度積，增強沉澱強化效果，提高鋼的強度和韌性。V如果與Mn —同進行複合添加，能夠在保證高強度的同時將韌性的降低控制在最小。本發明鋼採用電爐(或轉爐)+爐外精煉一模鑄或連鑄一控軋控冷工藝生產。在冶煉工序中，為提高微合金元素V、Ti和B的收得率，鋼液應在充分脫氧後再進行合金化。為了提高鋼的塑韌性，應對鋼液進行充分的精煉，保證鋼中有害元素、非金屬夾雜物和氣體含量降至最低。另外，對熱加工條件也應進行嚴格控制。在熱軋工序中，為了確保鑄態組織中大塊碳化物的充分溶解和鑄態偏析的消除，以提高鋼材的塑韌性，鋼錠(坯)加熱溫度應控制在1150-1200°C，且保溫足夠長的時間，宜採用上限溫度加熱，以加快碳化物的溶解和元素的擴散。開軋溫度為1020 1100°C，終軋溫度為850 920°C，終軋溫度過高易導致再結晶晶粒長大，不利於形變誘導析出。在軋制過程中，儘量增大精軋機組最後三道次的壓下量，道次變形量控制在20%以上，確保鑄態組織破碎充分和獲得細晶組織，有利於強度和塑韌性的提高。在軋制過程中，形變奧氏體中產生大量的變形位錯，在隨後冷卻過程中大量變形位錯重新排列，形成大量位錯胞狀結構及亞晶，以此同時，大量細小的碳氮化物在位錯及位錯胞狀結構上析出，促進了相變後組織的細化。終軋後空冷至室溫，保證冷速均勻，嚴禁堆冷，由於適量Mn、B、Nb的複合添加，保證本發明鋼在軋後空冷即可獲得貝氏體組織，再通過V、Ti等的析出強化，其性能指標可達Rm彡IOOOMPa, A5彡15%, Z ^ 50%以上的高強高韌性。本發明與現有技術相比較，具有突出的特點和顯著優點本發明與現有上述專利的最大區別就是不含有貴重的Cr、Ni、Mo和Cu等元素，而是通過添加微量的V、Ti、Nb、B等元素來改善鋼的強韌性，且對氣體N含量沒有控制要求，也不需添加冶煉過程中難於控制的RE、Ca、Zr等元素，從而使冶煉工藝簡化，製造成本降低。採用上述成分和製造方法生產的非調質合金鋼，具有高強度兼有一定的塑韌性，而且，無需複雜的熱處理工序，從而節約能源，減少環境汙染，縮短生產周期和降低製造成本。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進一步說明。本發明所設計的化學成分和生產方法實施例的具體成分如表2所示。並對合金進行取樣，分別進行室溫拉伸試驗，其結果如表3所示。為了便於比較,35CrMo和40CrMnMo的性能指標也列於表中。從表3可以看出，本發明的非調質合金鋼經冶煉、控軋控冷後便可得到優良的性能指標，其Rm彡IOOOMPa, A彡15%, Z ^ 50%,其抗拉強度達到35CrMo和40CrMnMo鋼 ^ 980MPa的要求，塑性指標也遠遠超過35CrMo和40CrMnMo鋼的要求，極大提高使用安全性，而且製造成本較低，可廣泛應用於製造軸類、連杆、高強度標準件等零部件。表2本發明鋼的化學成分，wt%
權利要求
1.錳硼系低碳微合金高強度非調質鋼，其成分重量百分比C :0. 17 O. 25%Si :0. 80 I. 20%Mn :1. 60 2. 50%V :0. 08 O. 15%Nb :0. 015 O. 10%Ti :0. 01 O. 06%Al :0. 015 O. 05%B :0. 0005 O. 005%其餘為Fe和不可避免的雜質，雜質元素的總量低於O. 05%。
2.錳硼系低碳微合金高強度非調質鋼的生產方法，包括如下步驟a)冶煉、鑄造錳硼系低碳微合金高強度非調質鋼的成分重量百分比C 0. 17 O. 25%、Si :0. 80 I.20%, Mn :1. 60 2. 50%, V :0. 08 O. 15%, Nb :0. 015 O. 10%, Ti :0. 01 O. 06%, Al :0. 015 O. 05%,B :0. 0005 O. 005%、其餘為Fe和不可避免的雜質，雜質元素的總量低於O. 05% ;採用電爐或轉爐+爐外精煉，模鑄成錠或連鑄成坯；b)熱軋鋼錠或坯加熱溫度控制在1150 1200°C，開軋溫度為1020 1100°C，終軋溫度為 850 920°C ;道次變形量控制在20%以上，終軋後空冷至室溫；保證冷速均勻，嚴禁堆冷， 至此即可獲得Rm彡IOOOMPa, A5 ^ 15%, Z ^ 50%的低碳微合金高強度非調質鋼。
全文摘要
一種錳硼系低碳微合金高強度非調質鋼及其生產方法，其化學成分重量百分比為C0.17～0.25％、Si0.80～1.20％、Mn1.60～2.50％；V0.08～0.15％、Nb0.015～0.10％、Ti0.01～0.06％、Al0.015～0.05％B0.0005～0.005％、其餘為Fe和不可避免的雜質，雜質元素的總量低於0.05％。本發明鋼中不需添加冶煉過程中難於控制的N、RE、Ca、Zr等元素，取消調質熱處理工序，從而簡化其生產工藝，提高生產效率，降低生產成本。
文檔編號C21D8/00GK102605249SQ201210083378
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月27日 優先權日2012年3月27日
發明者周小弟, 張景海, 張玩良, 徐傳兵, 田玉新, 童英豪, 趙肅武, 郭軍霞, 顧雄 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司