专利名称：一种适用于锻造余热淬火的中碳合金钢的制作方法
技术领域：
本发明属于合金钢技术领域，尤其涉及一种适用于锻造余热淬火的中碳合金钢。
背景技术：
调质钢一般是指含碳量在0. 3-0. 6%的中碳钢，一般情况下，当零件要求具有很好的综合机械性能时用这类钢来制作；在保持较高的强度的同时又具有很好的塑性和韧性， 人们往往使用调制处理来达到这个目的，所以人们习惯上就把这一类钢称作调质钢。各类机器上的结构零件大量采用调质钢，是结构钢中使用最广泛的一类钢。表1为常见调质钢的原料组成及重量配比表(wt%)，根据表1可以看出调质钢在化学成分上的主要特点是中碳，并辅以合金化。主加合金元素有Mn、Cr、Si、Ni及B等。这些元素的加入可以提高钢的淬透性，保证机械零件整体具有良好综合力学性能，这是调质钢成分设计的主要着眼点；辅加合金元素有Mo、W、V等碳化物形成元素，它们一般加在含有主加元素钢中，且含量较少。主要作用是细化晶粒、提高回火稳定性和钢的强韧性。调质钢一般用以制作大的结构件，所以淬透性至关重要。由于Cr、Ni、V、Mo、W均比较昂贵，在调质钢中添加这些元素成本较高。表 1
目前调质钢的热处理工艺主要采用淬火+500-650°C高温回火，而没有采用锻造余热热处理；锻造余热热处理指的是在锻后利用锻造余热立即进行热处理的一种工艺，其中包括锻造余热淬火、退火及正火等，在这些工艺中，中碳钢经锻造余热淬火+高温回火处理可获得较好的综合性能。结合锻造余热淬火技术的工艺特点，开发适用于锻造余热淬火的中碳合金钢，充分发挥材料与工艺特性，在节约成本的条件下仍然能够取得优异的综合性能显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够降低成本，经锻造余热淬火后能够获得很好的综
3合机械性能的中碳合金钢。本发明通过如下方案来实现
一种适用于锻造余热淬火的中碳合金钢，所述合金钢的成分配比为 C 0. 25、. 55% ；Si 0. 2(Γθ. 60%
Mn 0. 9(Tl. 70% ；Ti :0. 08、. 25% ；
B :0. 00广0. 005% ；P 0.035%;
S 0. ΟΓΟ. 07%,
余量为Fe和不可避免的杂质。作为改进，所述中碳合金钢的金相组织为回火索氏体。以下介绍本发明的合金钢中各元素的特点
C:最为经济的强化元素，可以有效提高钢种的淬透性，通过固溶强化提高马氏体强度， 回火后析出碳化物形成弥散强化。Si 固溶于回火索氏体基体中，可以起到强化作用，高温下溶解于奥氏体中提高淬透性，推迟淬火马氏体的回火转变，在含量大于0. 60%条件下，提高材料强度效果显著，但对韧性有不利的影响。Mn:增加奥氏体稳定性，推迟先共析铁素体和珠光体相变，推迟淬火马氏体的回火转变，回火后与碳作用可以形成合金渗碳体，提高材料强度。锰的存在还有利于显微结构细化，增加析出物的相对量，在含量较高时，与硼共同作用，容易在冷却速度较低时形成贝氏体组织，但由于本发明是应用于锻造余热淬火条件之下，高温形变有效地推迟了贝氏体转变，因而不易产生影响材料韧性和疲劳性能的贝氏体转变。B:硼的加入量很小，但作用强度很大，又比较便宜，也是一种主要的提高淬透性的元素，在中碳合金调质钢中往往作为一种有效的提高淬透性的合金元素。高温下，硼偏聚于奥氏体晶界、形变带等缺陷区域，可以减弱锰在高温下促进奥氏体晶粒长大的效应，且这种偏聚可以推迟合金的动态与准静态回复与再结晶，使高温形变效应保留至热处理状态，可以获得好的形变强化效果。Ti 液态生成的TiN颗粒粗大，固态析出Ti (CN)，在较低温度下析出TiC，具有一定析出强化效果，提高屈服强度；与钢种S结合生成Ti4C2S2，增加材料切削性能；在锻造加热过程中钛的化合物可以钉扎晶界，细化锻后组织；在高温加热溶解的钛可以推迟回复与再结晶过程；在高温形变带等缺陷区的析出，也可以推迟合金的动态与准静态回复与再结晶， 阻止锻造过程晶粒长大，保留高温形变效应至热处理状态；且钛可以有效吸纳捕捉超过固溶极限的钢中的剩余氢，可以有效改善钢的耐氢裂纹性，保证了该钢种在锻造余热淬火条件下不易产生氢导致的白点等缺陷。S 与Mn结合生成MnS夹杂，在高温锻造过程中可以细化奥氏体晶粒，利于韧性的提高，MnS夹杂有利于提高零件切削加工性能，但是硫化物夹杂容易导致应力集中，降低力学性能，故优化后的硫含量范围为0. 01 0. 07%。P =P元素有固溶强化的效果，但易导致韧性恶化，因此做为有害元素控制，其成分范围为0. 035%o通常，在合金钢中加入Mn与B可以提高淬透性，但在一定条件下会促进贝氏体的出现，而本发明利用Mn、B、元素作为提高淬透性的主加元素与锻造余热淬火锻造时的高温形变相结合，可以有效抑制贝氏体转变，有效地提高了钢材的淬透性；同时利用Ti元素在低温条件下的析出强化作用以及在高温形变条件下的固溶与析出作用、未溶钛的碳氮化合物的钉扎效应，可以推迟合金的动态与准静态回复与再结晶，阻止锻造过程晶粒长大，保留高温形变效应至热处理状态，同时钛可以有效捕捉、吸纳超过固溶极限的钢中的剩余氢，可以有效改善钢的耐氢裂纹性，保证了该钢种在锻造余热淬火条件下不易产生氢导致的白点等缺陷。本发明针对锻造余热淬火工艺特征设计了一种新钢种，且该钢种利用廉价的Mn、 B替代昂贵的Cr、Ni、V等元素，节省了价格较高的合金元素，该钢种在锻造余热淬火、在 500 0C _650°C回火后的力学性能为抗拉强度Rm为105(Tl200MPa ；屈服强度RP0. 2为 780 970MPa ；延伸率A为13. 5 18. 0% ；断面收缩率Z为40. 0 65· 0% ；冲击韧性Aku2为 5(T140J，该力学性能指标达到或优于同级别合金调质钢热处理后的力学性能，可以满足目前绝大多数钢锻件对力学性能的要求，实现了生产成本的降低、将加工工艺、成分设计与性能良好的结合起来。
具体实施例方式以下结合实施例具体说明本发明实施例1
将原料组成及重量配比为 C 0. 35% ；Si 0. 52% :Mn :1. 47% ；Ti :0. 15% ；B :0. 004% ；P 0. 005% ；S 0. 05%，余量为！^的中碳合金钢进行冶炼，在850°C 1250°C的范围内，锻造成 Φ20mm直径的圆棒，锻后油冷，随后560°C回火，回火后的力学性能见表2。实施例2
将原料组成及重量配比为 C :0. 25% ；Si 0. 53% :Mn :0. 9% ；Ti :0. 14% ；B :0. 005% ；P 0. 011% ；S 0. 015%，余量为Fe的中碳合金钢进行电炉冶炼，在终轧温度为1000°C的条件下， 钢坯分别轧成Φ 55-100mm直径的棒材，轧后冷床空冷，随后在850°C 1250°C区间范围内， 将轧制棒材再锻造成Φ20πιπι直径的圆棒，锻后油冷，随后500°C回火，回火后的力学性能见表2。实施例3
将原料组成及重量配比为 C :0. 45% ；Si 0. 2% :Mn :1. 48% ；Ti :0. 08% ；B :0. 003% ；P 0. 035% ；S 0. 04%，余量为狗的中碳合金钢进行电炉冶炼，在终锻温度为1100°C条件下热轧后模锻成汽车零件，锻后油冷，随后560°C回火，回火后的力学性能见表2。实施例4
将原料组成及重量配比为 C :0. 55% ；Si 0. 3% :Mn :1. 7% ；Ti :0. 20% ；B :0. 001% ；P 0. 020% ；S 0. 01%，余量为Fe的中碳合金钢进行冶炼，加热至1250°C后，模锻加工成轴类零件，锻后油冷，随后650°C回火，回火后的力学性能见表2。实施例5
将原料组成及重量配比为 C :0. 30% ；Si 0. 6% :Mn :1. 2% ；Ti :0. 25% ；B :0. 002% ；P 0. 025% ；S 0. 07%，余量为Fe的中碳合金钢进行冶炼，加热至1100°C后进行终锻，锻后油冷， 随后560°C回火，回火后的力学性能见表2。实施例6将原料组成及重量配比为 C 0. 40% ；Si 0. 45% :Mn :1. 00% ；Ti :0. 16% ；B :0. 005% ；P 0. 015% ；S 0. 03%，余量为狗的中碳合金钢进行冶炼，加热至1100°C后进行终锻，锻后油冷， 随后520°C回火，回火后的力学性能见表2。实施例7
将原料组成及重量配比为 C :0. 50% ；Si 0. 25% :Mn :0. 9% ；Ti :0. 09% ；B :0. 001% ；P 0. 018% ；S 0. 07%，余量为Fe的中碳合金钢进行冶炼，加热至1100°C后进行终锻，锻后油冷， 随后600°C回火，回火后的力学性能见表2。实施例8
将原料组成及重量配比为 C :0. 55% ；Si 0. 35% :Mn :1. 6% ；Ti :0. 23% ；B :0. 003% ；P 0. 035% ；S 0. 02%，余量为Fe的中碳合金钢进行冶炼，在900°C 1250°C的条件下将钢坯锻造成Φ20πιπι直径的圆棒，锻后水冷，随后560°C回火，回火后的力学性能见表2。 对比例1
将40调质钢加热至840°C后水冷淬火，在600°C的条件下回火后的力学性能如表2所不。对比例2
将40MnVB调质钢加热至850°C后水冷淬火，在500°C的条件下回火后的力学性能如表 2所示。对比例3
将40Cr调质钢加热至850°C后油冷淬火，在500°C的条件下回火后的力学性能如表2 所示。对比例4
将40CrM调质钢加热至820°C后油冷淬火，在500°C的条件下回火后的力学性能如表 2所示。对比例5
将40CrMnMo调质钢加热至850°C后油冷淬火，在600°C的条件下回火后的力学性能如表2所示。本发明提供的适用于锻造余热淬火的中碳合金钢可采用电弧炉或转炉+炉外精炼冶炼，浇铸成钢锭或连铸成坯，然后轧制成棒材等产品。在锻造余热淬火、回火条件下材料力学性能指标达到或优于对比例中的同级别合金调质钢热处理后的力学性能，可以满足目前绝大多数钢锻件对力学性能的要求，具体力学性能数据件表2，本发明中锻造余热淬火用中碳合金钢的成本更加低廉，且利用锻造余热淬火，从而简化了工艺，节约了能源，便于推广应用。
表2为实施例与对比例的力学性能比较
权利要求
1.一种适用于锻造余热淬火的中碳合金钢，其特征在于所述合金钢的成分配比为 C 0. 25、. 55% ；Si 0. 2(Γθ. 60% Mn 0. 9(Tl. 70% ；Ti :0. 08、. 25% ；B :0. 00广0. 005% ；P 0.035%;S 0. ΟΓΟ. 07%,余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的适用于锻造余热淬火的中碳合金钢，其特征在于所述中碳合金钢的金相组织为回火索氏体。
全文摘要
本发明涉及一种适用于锻造余热淬火的中碳合金钢，所述合金钢的成分配比为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%；余量为Fe和不可避免的杂质。本发明针对锻造余热淬火工艺特征设计了一种新钢种，且该钢种利用廉价的Mn、B替代昂贵的Cr、Ni、V等元素，节省了价格较高的合金元素，该钢种在锻造余热淬火条件下得到的产品的力学性能指标达到或优于同级别合金调质钢热处理后的力学性能，可以满足目前绝大多数钢锻件对力学性能的要求，实现了生产成本的降低、将加工工艺、成分设计与性能良好的结合起来。
文档编号C21D1/18GK102383036SQ201110365478
公开日2012年3月21日 申请日期2011年11月17日 优先权日2011年11月17日
发明者孔见, 李周, 杨志华, 葛艳明, 葛阿金, 袁志伟 申请人:江苏金源锻造股份有限公司