一种汽车零件用低碳马氏体非调质钢及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于汽车调质低合金钢制造技术领域，特别设及一种汽车零件用低碳马氏 体非调质钢及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 材料的综合力学性能是保证汽车安全性的重要因素，W汽车前轴为例，前轴是汽 车前桥总成中重要的保安构件之一，其内在质量和材料性能直接影响汽车转向系统的安全 可靠性和汽车的使用寿命。因此，要求前轴材料应具有足够的强度和塑初性。目前国内重 型卡车厂家前轴材质普遍采用42CrMo并进行调质处理W满足其对材料力学性能的要求， 但调质处理需要较大的能源消耗且污染环境。应用非调质钢可W有效的节能减排，减少环 境污染，还可W显著降低成本，同时还可W减少调质过程中泽火引起的变形和开裂。采用非 调质钢替代传统的调质钢已是汽车工业发展的趋势。
[0003] 非调质钢的研究从20世纪70年代逐渐兴起，20世纪80年代初，德国蒂森公司率 先开发了一类新型非调质钢49MnVS3并提供给汽车工业。目前，非调质钢材料一般选用中 碳钢添加微合金元素（V、Ti、Nb等）进行弥散强化，如欧洲的30MnVS6、38MnVS6、46MnVS6和 韩国的T1Q巧、T3A/C、T4A/C采用V微合金强化，中国专利公开号CN102199731B"-种复合 微合金化的大截面非调质钢"采用Nb、V、Ti、B等微量元素复合强化；另一种非调质钢则选 用低碳钢添加扩大贝氏体转变区域的元素和细化晶粒元素，控制冷却速度，得到低碳贝氏 体组织W达到强化的目的，如阿赛洛米塔尔钢铁集团开发的25Mn化SiVB6、中国江铃公司开 发的12Mn2VBS和一汽公司与东北特钢合作开发的25Mn2化V(FAS2225)。贝氏体钢相对于中 碳微合金强化钢具有更高的初性，但在实际生产中需要增加控冷设备并进行控制冷却，工 艺相对复杂，且同42CrMo调质钢相比强度较低，如表1所示。目前还未见关于汽车零件用 低碳空冷马氏体钢的相关报道。
[0004] 表1 42CrMo调质钢与贝氏体非调质钢的力学性能 阳0化]
【发明内容】
[0006] 为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种汽车零件用低碳马 氏体非调质钢及其制备方法，具有生产工艺简单，节约能源，减少污染，降低生产成本，优异 的强初性的特点。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是： W08] -种汽车零件用低碳马氏体非调质钢，制备所得成品的组分按质量百分比 (wt. % )为：C:0. 07%~0. 22wt. %;Si:1. 1%~2. 5%;Mn:1. 2%~2. 5%;Cr:0. 3%~ 1. 2 %;Cu:0. 05 % ~0. 4 %;Mo:0. 1 % ~0. 3 %;V:0. 05 % ~0. 15 %;P: < 0. 035 %;S: < 0.06%，余量为化。
[0009] 一种汽车零件用低碳马氏体非调质钢的制备方法，包括下述步骤：
[0010] 步骤一：原料配比
[0011] 选取炼钢原料，炼钢原料包括：含化量为60%的铭铁、含Μη量为82. 5%的儘铁、 含Si量为70 %的娃铁、含Mo量为60 %的钢铁、含V量为50 %的饥铁、10#钢、生铁和纯 铜，炼钢原料选取量按照W下总质量份数进行配比：元素C:0. 07%~0. 22%;Si:1. 1%~ 2. 5%;Mn:1. 2%~2. 5%;Cr:0. 3%~1. 2%;Cu:0. 05%~0. 4%;Mo:0. 1%~0. 3%;V: 0. 05%~0. 15%;余量为化和其他不可避免的杂质，杂质中含有P和S，所述的P和S的范 围控制应为P:< 0. 035%;S:< 0. 06% ;
[0012] 步骤二：合金烙炼
[0013] 根据步骤一备好的原料，先将原料10#钢、铭铁、娃铁及生铁加热升溫烙炼至原料 烙化成钢水，再向钢水中依次加入饥铁、钢铁、纯铜和儘铁，保溫直至加入的成分均匀化， 然后诱铸成铸锭，诱铸溫度控制在1530~1580°C，得到铸锭的元素组成成分为C:0. 07~ 0. 22;Si:1. 1 ~2. 5;Mn:1. 2 ~2. 5;Cr:0. 3 ~1. 2;Cu:0. 05 ~0. 4;Mo:0. 1 ~0. 3;V: 0. 05~0. 15;P:< 0. 035;S:< 0. 06,余量为化和其他不可避免的杂质；
[0014] 步骤S:加热保溫锻造
[0015] 将步骤二中得到的铸锭加热至1100~1200°C后保溫1~化，然后进行锻造或社 审IJ，得到所需工件的形状和尺寸，然后在空气中冷却至室溫；
[0016] 步骤四：回火
[0017] 将步骤Ξ中所得工件加热至200°C后保溫化，最终得到低碳马氏体型组织；此 外还有少量粒状贝氏体，贝氏体的体积分数小于30%，其力学性能为：Rp。750MPa， Rm> 1050MPa，A> 14%，Aku> 70J。
[0018] 所述的步骤二中烙炼至原料烙化成钢水是在电磁感应炉真空烙炼或常规方法进 行烙炼。
[0019] 本发明的有益效果：
[0020] 1、本发明的非调质钢通过合金元素的优化设计获得高的泽透性，〇70mm的圆棒空 冷可完全泽透，无需增加额外控冷设备和控冷工艺，生产工艺简单，节约能源，减少污染，降 低生产成本。
[0021] 2、本发明的非调质钢具有优异的强初性，综合力学性能优于42CrMo调质钢。
【附图说明】
[0022] 图1为1#材料社制后空冷并在200°C回火化后的组织照片。
[0023] 图2为3#材料锻造后空冷并在200°C回火化后的组织照片。
[0024] 图3为6#材料锻造后空冷并在200°C回火化后的组织照片。
[0025] 图4为2#、4#、6#材料的拉伸试验力学性能曲线。
【具体实施方式】
[00%] 下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。 W27] 实施例一 阳0測步骤一：原料配比
[0029] 选取炼钢原料，炼钢原料包括：含化量为60%的铭铁、含Μη量为82. 5%的儘铁、 含Si量为70 %的娃铁、含Mo量为60 %的钢铁、含V量为50 %的饥铁W及10#钢、生铁和 纯铜，炼钢原料选取量按照W下总质量份数进行配比：C:0. 07%;Si:2. 0%;Mn:2. 5% ;化： 0. 30% ;化：0.07%;Mo:0.20% ;V:0. 15% ;余量为化和其他不可避免的杂质，杂质中含有 P和S，所述的P和S的范围控制应为P:< 0. 035% ;S:<0. 06% ;
[0030] 步骤二：合金烙炼
[0031] 按照步骤一中的元素比例，然后在电磁感应炉真空烙炼，将原料10#钢、铭铁、娃 铁及生铁加热升溫烙炼至原料烙化成钢水，再向钢水中依次加入饥铁、钢铁、纯铜和儘铁， 保溫直至加入的成分均匀化，然后诱铸成〇150mm铸锭，诱铸溫度控制在1550±1(TC，得到 铸锭的成分为表2中1#成分的铸锭；
[0032] 步骤Ξ:加热保溫锻造
[0033] 将步骤二中得到的铸锭加热至liocrc后保溫化，然后按照〇70mm的尺寸进行锻 造，得到工件尺寸为〇70mm的圆棒，然后在空气中冷却至室溫；
[0034] 步骤四：回火
[0035] 将步骤Ξ中所得的Φ70mm的圆棒加热至200°C后保溫化，最终得到表3的1#高 强度低碳马氏体型工件，。70皿圆棒从表面到屯、部可完全泽透。 W36] 实施例二
[0037] 步骤一：原料配比
[0038] 选取炼钢原料，炼钢原料包括：含化量为60%的铭铁、含Μη量为82. 5%的儘铁、 含Si量为70 %的娃铁、含Mo量为60 %的钢铁、含V量为50 %的饥铁W及10#钢、生铁和 纯铜，炼钢原料选取量按照W下总质量份数进行配比：C:0. 10%;Si:1. 1%;Mn:2. 4% ;化： 0. 50%;Cu:0. 25%;Mo:0. 10% ;V:0. 10% ;余量为化和其他不可避免的杂质，杂质中含有 P和S，所述的P和S的范围控制应为P:< 0. 035% ;S:<0. 06% ;
[0039] 步骤二：合金烙炼
[0040] 按照步骤一中的元素比例，然后在电磁感应炉真空烙炼，将原料10#钢、铭铁、娃 铁及生铁加热升溫烙炼至原料烙化成钢水，再向钢水中依次加入饥铁、钢铁、纯铜和儘铁， 保溫直至加入的成分均匀化，然后诱铸成Φ150mm铸锭，诱铸溫度控制在1560 +10°C，得到 铸锭的成分为表2中2#成分的铸锭；
[0041] 步骤Ξ:加热保溫锻造
[0042] 将步骤二中得到的铸锭加热至115(TC后保溫化，然后按照70mmX70mm的尺寸进 行锻造，得到70mmX70mm的棒，然后在空气中冷却至室溫； 阳0创步骤四：回火
[0044] 将步骤Ξ中所得70mmX70mm工件加热至200°C后保溫化，最终得到表3的2#高 强度低碳马氏体型工件，70mmX70mm的工件从表面到屯、部可完全泽透。 W45] 实施例Ξ
[0046] 步骤一：原料配比
[0047] 选取炼钢原料，炼钢原料包括：含化量为60%的铭铁、含Μη量为82. 5%的儘铁、 含Si量为70 %的娃铁、含Mo量为60 %的钢铁、含V量为50 %的饥铁W及10#钢、生铁和 纯铜，炼钢原料选取量按照W下总质量份数进行配比：C:0. 11%;Si:1. 4%;Mn:1. 5% ;化： 1. 2%;Cu:0. 11%;Mo:0. 15%;V:0. 05% ;余量为化和其他不可避免的杂质，杂质中含有P 和S，所述的P和S的范围控制应为P:< 0. 035% ;S:<0. 06% ; W48] 步骤二：合金烙炼
[0049] 按照步骤一中的元素比例，然后在电磁感应炉真空烙炼，将原料10#钢、铭铁、娃 铁及生铁加热升溫烙炼至原料烙化成钢水，再向钢水中依次加入饥铁、钢铁、纯铜和儘铁， 保溫直至加入的成分均匀化，然后诱铸成Φ150mm铸锭，诱铸溫度控制在1570 + 10°C，得到 铸锭的成分为表2中3#成分的铸锭； 阳化日]步骤Ξ:加热保溫锻造
[0051]将步骤二中得到的铸锭加热至115(TC后保溫化，然后按照〇50mm的尺寸进行锻 造，得到Φ50mm的棒，然后在空气中冷却至室溫； 阳05引步骤四：回火
[0053] 将步骤Ξ中所得〇50mm的工件加热至200°C后保溫化，最终得到表3的3#高强 度低碳马氏体型工件，Φ50mm的工件从表面到屯、部可完全泽透。
[0054] 实施例四
[005引步骤一：原料配比
[0056] 选取炼钢原料，炼钢原料包括：含化量为60%的铭铁、含Μη量为82. 5%的儘铁、 含Si量为70 %的娃铁、含Mo量为60 %的钢铁、含V量为50 %的饥铁W及10#钢、生铁和 纯铜，炼钢原料选取量按照W下总质量份数进行配比：C:0. 13%;Si:1. 5%;Mn:1. 7% ;化： 0. 60% ;化：0.40%;Mo:0.30%;V:0