一种适用于复合锻造成型的高强韧性非调质钢的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及复合锻造（热锻+温锻）成型用非调质钢，特别是涉及适用于再结晶 温度下锻造成型的高强韧性非调质钢，属于材料领域。
【背景技术】
[0002] 非调质钢锻造是一种利用微合金化、控轧控冷的原材料，将锻造与热处理结合为 一体的节能、环保、降本的新型工艺。但与调质钢锻件相比，非调质钢锻件的强度有余而韧 性不足，目前非调质钢锻件仅常见于应用在汽车和少部分工程机械行业，如汽车发动机连 杆、曲轴、万向节叉等。非调质钢锻件韧性低的特点限制了其在强冲击载荷工作条件下的应 用。因此，非调质钢锻件的发展重点之一是在保证强度提升的基础上提高韧性，相对于强化 技术和理论，非调质钢锻件的高韧化技术和理论发展相对滞后。特别对于用途最广、用量最 大的铁素体-珠光体型（F+P)非调质钢，其强韧性技术和理论发展更加滞后。为提高F+P型 非调质钢韧性，很多研宄者做了大量工作。如中国专利公开号CN103614629A通过V-Ti-Mo 多元微合金化和热连轧在线TMCP工艺控制，获得了晶粒尺寸小于5 ym的超细晶铁素体基 体上弥散分布粒径约5nm的微合金析出相，使钢板屈服强度达900MPa以上。中国专利公开 号CN10130601A通过控制^11、&1〇等微合金元素含量，控制锻造工艺和低温回火制备的 大截面尺寸F+P型非调质钢圆棒，其的屈服强度达850MPa。中国专利公开号CN102071368A 综合利用C、Mn、Ti等强化效果完全或部分代替成本较高的V、Nb等合金元素开发出低成本 F+P型非调质钢，其屈服强度可达610MPa。中国专利公开号CN103589970A通过合理的成分 设计和制造中采用相变前快冷、相变中均匀冷却和相变后缓慢冷却的控冷方式开发出屈服 强度约585MPa的轴类用F+P型非调质钢。可看出，对F+P型非调质钢锻件，多从成分设计、 锻造工艺等方面探索提高强韧性的方法。本发明人前期对冷作形变强化非调质钢强韧化技 术与理论进行了研宄，通过冷拉拔形变和时效处理技术，一种F+P型非调质钢紧固件的屈 服强度可增加30?50%。研宄已经表明，冷作形变强化引起钢强度的增加，主要是位错增 殖和位错间交互作用，形成了许多阻碍位错继续运动的组态，使加工硬化率提高，在宏观上 表现为强韧性增加。鉴于此，本发明人在冷作强化技术和机理的启发下，对F+P型非调质钢 热锻造后再进行再结晶温度下锻造，即复合锻造（热锻+温锻）成型，发现在提高抗拉强 度的同时，可进一步显著提高屈服强度。金庆生也对35MnVN非调质钢、40MnVTi非调质钢、 40Cr调质钢和45钢进行热锻后再加热到650°C进行温锻研宄，通过比较发现非调质钢温锻 后屈服强度提升效果显著高于调质钢和碳钢（金庆生，非调质钢35MnVN、40MnVTi温锻后的 组织性能研宄，热加工工艺，2005,（9) : 16-19)。温锻造不仅改善了非调质钢的成型性，而且 还提高了锻件的综合力学性能，因此，温锻造越来越引起人们的重视，温锻造成型工艺已应 用于含V、Ti中碳非调质钢，为提高非调质钢的韧性开辟了新的途径。然而，对一些强度级 别较高的中、高碳非调质钢进行再结晶温度下锻造时，由于变形温度较低，导致锻造成型困 难，容易在材料内部形成微裂纹缺陷、降低成材率，同时对模具的磨损非常严重。因此，开发 具有较高再结晶温度的F+P型非调质钢对温锻成型顺利进行，提高成材率和降低模具损耗 具有重要意义。
【发明内容】
[0003] 为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高强韧性非调质钢，能够提 高非调质钢的再结晶温度，使其更好地适用于复合锻造成型，又具有高强韧性。
[0004] 为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
[0005] 一种适用于复合锻造成型的高强韧性非调质钢，其化学成分按质量百分比 (wt. % )如下：C :0? 25 ?0? 40，Mn :1. 0 ?2. 0，Si :0? 3 ?1. 0，A1 :0? 01 ?0? 10，V :0? 01 ? 0? 15, N :0? 008 ?0? 02, Nb :0? 005 ?0? 05, RE (混合稀土）：0? 001 ?0? 0075, P :0? 005 ? 0? 03, S彡0? 005,余量为Fe及杂质。
[0006] 优选地，前述的一种适用于复合锻造成型的高强韧性非调质钢，其化学成分按质 量百分比（wt. % )如下：C :0? 32 ?0? 40，Mn :1. 5 ?2. 0，Si :0? 3 ?0? 7，A1 :0? 05 ?0? 10， V :0? 05 ?0? 10, N :0? 012 ?0? 02, Nb :0? 01 ?0? 05, RE (混合稀土）：0? 001 ?0? 0075, P : 0? 005?0? 03, S彡0? 005,余量为Fe及杂质。
[0007] 进一步地，在前述的一种适用于复合锻造成型的高强韧性非调质钢中，还单一添 加或复合添加有如下化学成分：Ti :0? 01?0? 15wt. %，W :0? 01?0? lwt. %，Mo :0? 005? 0? 05wt. %〇
[0008] 作为一个具体实施例，前述的一种适用于复合锻造成型的高强韧性非调质钢，其 化学成分按质量百分比（wt. % )如下：C :0? 28，Mn :1. 81，Si :0? 45，A1 :0? 077，V :0? 071，N : 0? 018, Nb :0? 033, RE :0? 0017, P :0? Oil ;S :0? 002,余量为 Fe 及杂质。
[0009] 作为另一个具体实施例，前述的一种适用于复合锻造成型的高强韧性非调质钢， 其特征在于，其化学成分按质量百分比（wt. % )如下：C :0. 30, Mn :1. 70, Si :0. 34, A1 : 0. 065, V ：0. 13, N ：0. 009, Nb ：0. 045, RE ：0. 0038, P ：0. 009 ；S ：0. 0039, Ti ：0. 04, ff ：0. 017, Mo :0. 007,余量为Fe及杂质。
[0010] 在本发明中，各元素作用及配比依据如下：
[0011] 碳：能够与强碳化物形成元素V、Ti、Mo、W等结合形成碳化物，这些碳化物起到沉 淀强化和细晶强化作用，一方面有利于强度增加，另一方面能够拖拽基体晶界而阻止再结 晶，提高再结晶温度，但C含量增加，韧性下降，碳含量高于0.4wt. %，产品的（低温）韧性 降低较明显，本发明C含量设计为0? 25?0? 40wt. %，进一步控制在0? 32?0? 40wt. %。
[0012] 锰：是提高非调质钢强度，改善韧性的重要合金元素，Mn元素还可以提高VC和VN 在奥氏体中的溶解度，有助于其在铁素体中析出。一般Mn含量低于l.Owt. %时，其强韧化 效果不明显，增加Mn含量，有利于珠光体团变细小，并减小珠光体片层间距，还使珠光体中 渗碳体片的厚度减薄，但Mn含量大于2. Owt. %时，将提高珠光体的体积分数，降低钢的韧 性，因此，本发明Mn含量设计为1. 0?2. Owt. %，进一步在1. 0?1. 5wt. %。
[0013] 硅：显著强化铁素体，具有较强的固溶强化效果，又可增加铁素体的体积分数，有 利于提高韧性，但Si含量过高，将降低钢的韧性和其它工艺性能，一般在F+P型非调质钢 中，Si含量不高于1. Owt. %，本发明Si含量设计为0. 3?1. Owt. %，进一步控制在0. 5? 1.