专利名称：制造锻件用钢及锻件制造方法
技术领域：
本发明涉及高性能钢制锻件的制造.
具高性能钢锻件，尤其是那些用作汽车者，制造技术多种多样，但各有其不足。
其一是以铬-钼类钢制造锻件，其化学组成中含(重量)碳0.25％至0.45％，铬约1％，以及钼约0.25％。工件在锻制后经淬火-退火热处理，如此则使其具有马氏体结构，进而获得特定的抗拉强度Rm值约为1000MPa。该技术不足处是费用高，且有时产生锻件的扭曲几何变形。
另一技术中的锻件用钢含碳0.3％至0.4％，镁1％至1.7％，硅0.25％至1％，以及高达0.1％的钒。经锻制后的锻件缓慢冷却，以使其具有铁素体-珠光体结构。虽则该技术较前者经济，但有以下几点不足·不可能得到高于1000MPa的抗拉强度Rm；·屈服应变与抗拉强度之比Rp0.2/Rm小于0.75，这在只参照屈服应变设计锻件尺寸时，不大可能使锻件重量减轻；·断裂-韧化转变温度高于50℃，这会降低冲击强度；·有时，制造装置需配套使用冷却管道，以便在锻制操作后再行适宜冷却。
较之上例，锻件用钢还可含较少量的碳并经水淬火，淬火在锻制操作后、锻件尚热时进行，以使其具有贝氏体或贝氏体-马氏体结构。该技术可得大于1000MPa的抗拉强度Rm以及高于800MPa的屈服应变Rp0.2，但其缺点是有时会产生几何形变，故而需整形处理甚或可为redhibitory。
此外，有些锻件用钢含碳0.3％至0.4％及镁1.9％至2.5％。这类锻件在锻制后再经空气冷却，因此而得具高力学性能的贝氏体结构。但锻件常含马氏体结构偏析条带，其机加工困难。
本发明旨在提供一种锻件用钢以及一种锻件制造方法，以期克服上述不足、提高锻件性能。
为此，本发明的主旨是锻件用钢，其组成中含(重量)0.1％≤C≤0.4％1％≤Mn≤1.8％0.15％≤Si≤1.7％0％≤Ni≤1％0％≤Cr≤1.2％0％≤Mo≤0.3％0％≤V≤0.3％Cu≤0.35％且作为任选尚含下列·铝0.005％～0.06％；·硼0.0005％～0.01％；·钛0.005％～0.03％；·铌0.05％～0.06％；·硫0.005％～0.1％；钙至多0.006％；碲至多0.03％；硒至多0.05％；铋至多0.05％；铅至多0.1％；余者为铁及熔化时产生的杂质。
作为优选，碳含量应小于或等于0.3％，镁含量也应小于1.6％；取决于特定的用途，硅含量可优选为大于1.2％或者是小于0.8％。
本发明也涉及锻件的制造方法，其中·采用按照本发明的钢制的钢坯并经热锻压制得锻件；·对该锻件施以热处理，包括将其由奥氏体化对应温度冷却至介乎Ms+100℃至Ms-20℃的温度，冷却速率Vr大于0.5℃/S，随之锻件于Tm至Tf间保温至少2分钟，其中Tf≥Tm-100℃，优选值Tf≥Tm-60℃，如此则在Tm至Tf间所得结构中至少含15％的贝氏体，优选值至少30％。
作为优选，冷却速率Vr大于2℃/S。
经Tm至Tf间的保温后，所得锻件可冷却至室温，且作为一种选择，还可于150℃至650℃间退火。
在Tm至Tf间的保温后，锻件还可重新加热至不超过650℃的某一温度，随后再冷却至室温。
热处理可在加热锻件至某一高于AC3的温度后或是在锻压操作后进行。
本发明将以下列非限制实施例加以更详细说明。
按照本发明，钢的化学组成中含(重量)·碳，大于0.1％，优选大于0.15％，用以获得足够硬度；小于0.4％，优选小于0.3％，用以限定抗拉强度Rm在1200MPa；·镁，大于1％，用以获得足够硬度；小于1.8％，优先小于1.6％，用以避免形成偏析条带；·硅，大于0.15％，用以硬化铁素体且作为一种选择可促进微量奥氏体形成进而改善疲劳强度，但小于1.7％，因超此则硅易使钢脆裂；介于0.15％至0.8％间，则硅使铁素体硬化但不使微量奥氏体形成；介于1.2％至1.7％间，硅促进微量奥氏体形成因之改善疲劳强度；取决于用途，硅含量可于上述诸范围内选取；·镍0％至1％，铬0％至1.2％，且钼0％至0.3％，用以调整硬度；·作为任选的钛，其含量介乎0.005％至0.03％间；·作为任选的铌，其含量介乎0.005％至0.06％间；·作为任选的硼，其含量介乎0.0005％至0.01％间，用以补强前列元素的硬化效果；此例优选钢中含钛，以期增强硼的作用；·钒，介于0％至0.3％间，用以获得附加硬化且改善硬度；·铜，小于0.35％，常以微量元素形式存于铁屑融化所成钢中，若过量，则有恶化可锻性之弊；·作为任选的铝，介乎0.005％至0.06％间，用以使钢脱氧且控制奥氏体晶粒的尺寸，尤以硅含量小于0.5％为宜。
·作为任选尚含，硫0.005％至0.1％，钙至多0.006％，碲至多0.03％，硒至多0.05％，铋至多0.05％，以及铅至多0.1％，用以改善机加工性能；·余者为铁及熔化时产生的杂质。
为制得锻件，采用本发明的钢制得的钢坯并在将其加热至AC3温度以上，优选1150℃以上，更优选在1200℃至1280℃间后再行热锻，如此则使其具完全奥氏体结构且流动应力足够低。经锻制后，对所得锻件施以热处理，这可直接对锻制后尚热的锻件进行，抑或是先冷却该锻件再回热至钢的AC3温度以上后进行。
该热处理包括以某一冷却速率Vr冷却，Vr取值为经由700℃，以大于0.5℃/S速率(优选大于2℃/S)降至介于Ms＋100℃和Ms-20℃的某一温度，其中Ms为钢的马氏体转变开始温度。其后，保温2分钟以上，温度介于Tm与Tf≥Tm-100℃间，优选Tf≥Tm-60℃。保温后随之冷却至室温，且作为任选辅之以150℃至650℃间的退火；也可在冷却至室温前先重新加热至小于或等于650℃的某一温度。
以上热处理旨在使锻件具有完全贝氏体结构，其中含不足20％的铁素体，至少15％-优选为至少30％-的Tm至Tf间所成的低贝氏体。热处理可对整个锻件进行，或可简单地对具特定功能的局部进行。
保温条件(Tm，Tf，延续时间)，以及每种结构所占比例，尤其是低马氏体所占比例，可于待测棒上用热膨胀测定加以确定，这对熟悉本领域的人而言不难做到。
所得锻件的优点是抗拉强度Rm介于950MPa至1150MPa，屈服应力Rp0.2大于750MPa，Mesnager断裂韧性K大于25焦耳/cm2(20℃)，机加工性能至少与具铁素体-珠光体结构锻件相同且疲劳行为良好，亦即经2×106次环曲后δD/Rm＞0.5。
作为实施例1，此处先以钢制得一个轴件，钢的重量百分比化学组成中含CSi Mn Ni Cr Mo Cu V Al B Ti Nb0.250.5 1.67 0.09 0.52- 0.199 0.2 0.03- 0.02 -该钢尚含硅0.065％，用以改善机加工性能。钢的Ms温度为380℃。
所述工件经1280℃至1050℃间的热锻。锻制后，随即吹拂空气使锻件以2.6℃/S速率降温至425℃，其后于425℃至400℃间保温10分钟；最后，锻件在空气自然对流条件下冷却至室温。
所得锻件的结构中含至少80％的贝氏体，其性能为Rm＝1100MPaRp0.2＝870MPaA％＝10％Z＝60％作为实施例2，此处以钢制得丁字轴，钢的重量百分比化学组成中合C Si Mn Ni Cr Mo CuV AlB TiNb0.25 0.51.63 0.006 0.51 0.09 0.196 0.107 0.038 0.003 0.023 -该钢尚含硫0.05％，用以改善机加工性能。钢的Ms温度为385℃。
所述工件经1270℃至1040℃间的热锻。锻制后，随即吹拂空气使锻件以2.6℃/S速率降温至400℃，其后于400℃至380℃间保温10分钟；随之锻件升温至550℃下持续1小时，最后于空气自然冷却条件下降温至室温。
所得锻件的结构中至少含80％的贝氏体，其性能为Rm＝967MPaRp0.2＝822MPaA％＝12％Z＝60％作为实施例3，此处先以钢制得球接合件，钢的重量百分比化学组成中含CSiMn NiCr Mo Cu V Al B Ti Nb0.280.791.63 0.050.5 0.090.19 -0.04 0.0033 0.023 -该钢尚含硫0.06％，用以改善机加工性能，其Ms温度为350℃。
所述工件经1270℃至1060℃间的热锻。锻制后，随即于静止空气中使锻件以1.19℃/S速率降温至380℃，其后于380℃至360℃间保温10分钟；最后，于空气自然冷却下冷却至室温。
所得锻件的结构中含至少80％的贝氏体，其性能为Rm＝1170MPaRp0.2＝947MPaA％＝8％Z＝50％以上所得诸锻件尤宜用作汽车部件，如叉梁、操纵杆及连接棒，但它们也可用作各种机器的杆、凸轮或其它锻件。
权利要求
1.锻件用钢，其特征是所述钢的化学组成中含(重量)0.1％≤C≤0.4％1％≤Mn≤1.8％1.2％≤Si≤1.7％0％≤Ni≤1％0％≤Cr≤1.2％0％≤Mo≤0.3％0％≤V≤0.3％Cu≤0.35％·作为任选的铝，0.005％至0.06％，·作为任选的硼，其含量介乎0.0005％至0.01％，·作为任选的钛，0.005％至0.03％，·作为任选的铌，0.005％至0.06％，·且作为任选，尚含硫0.005％至0.1％，钙至多0.006％碲至多0.03％，硒至多0.05％，铋至多0.05％，铅至多0.1％，·余者为铁及熔化时生成的杂质。
2.锻件制造方法，其特征是·先以钢制得坏件，所述钢化学组成中含(重量)0.1％≤C≤0.4％1％≤M≤1.8％0.15％≤Si≤1.7％0％≤Ni≤1％0％≤Cr≤1.2％0％≤Mo≤0.3％0％≤V≤0.3％Cu≤0.35％·作为任选的铝，0.005％至0.06％，·作为任选的硼，其含量介于0.0005％至0.01％，·作为任选的钛，0.005％至0.03％，·作为任选的铌，0.005％至0.06％，·且作为任选尚含硫0.005％至0.1％，钙至多0.006％，碲至多0.03％，硒至多0.05％，铋至多0.05％，铅至多0.1％，·余者为铁及熔化时生成的杂质。·该坯件经热锻而得锻件，·该锻件历经热处理，包括将其由使钢完全奥氏体化所处温度冷却至介乎Ms+100℃和Ms-20℃间的某一温度，相应冷却速率Vr大于0.5℃/S，随之锻件于Tm和Tf间保温至少2分钟，其中Tf≥Tm-100℃，如此则在Tm和Tf间所得结构中至少含15％低贝氏体及小于20％的珠光体-铁素体，上述Ms为马氏体转变开始温度。
3.按照权利要求2的方法，其特征是所述钢中含不足0.3％的碳。
4.按照权利要求2或3的方法，其特征是所述钢中含不足1.6％的镁。
5.按照权利要求2、3或4的方法，其特征是所述钢中含不足0.8％的硅。
6.按照权利要求2、3或4的方法，其特征是所述钢中含大于1.2％的硅。
7.按照权利要求2至6任一项的方法，共特征是相应选定保温以使所得结构中在Tm和Tf间形成的低贝氏含量至少30％。
8.按照权利要求2至7任一项的方法，其特征是Tf大于或等于Tm-60℃。
9.按照权利要求2至8任一项的方法，其特征是冷却速率Vr大于2℃/S。
10.按照权利要求2至9任一项的方法，其特征是锻件于Tm和Tf间温度下保温后随之冷却至室温。
11.按照权利要求10的方法，其特征是所述热处理尚包括在150℃和650℃间的退火。
12.按照权利要求2至9任一项的方法，其特征是锻件于Tm和Tf间温度下保温后再回热至小于650℃的某一温度随之冷却至室温。
13.按照权利要求2至12任一项的方法，其特征是所述热处理在将锻件加热至某一高于AC3的温后进行。
14.按照权利要求2至12任一项的方法，其特征是所述热处理紧接锻造操作后进行。
全文摘要
本发明涉及锻件用钢，其化学组成中含(重量)0.1％≤C≤0.4％；1％≤Mn≤1.8％；0.15％≤Si≤1.7％；0％≤Ni≤1％；0％≤Cr≤1.2％；0％≤Mo≤0.3％；0％≤V≤0.3％；Cu≤0.35％；且作为任选尚含铝0.005％至0.06％，硼0.0005％，钛0.005％至0.03％，铌0.005％至0.06％，硫0.005％至0.1％，钙至多0.007％，碲至多0.03％，硒至多0.05％，铋至多0.05％，铅至多0.1％；余者为铁及熔化生成的杂质。本发明还涉及锻件的制造方法。
文档编号C22C38/14GK1163942SQ9710240
公开日1997年11月5日 申请日期1997年2月4日 优先权日1997年2月4日
发明者J·毕鲁斯, P·朱利, C·皮查德, V·加克特, C·托米, D·罗巴特 申请人:阿斯克迈塔尔公司