专利名称：：中高碳微合金非调质钢及其控锻——控冷的工艺方法
技术领域：
：本发明属于金属材料热加工的
技术领域：
，涉及微合金非调质钢控锻——控冷技术，更具体地说，本发明涉及一种中高碳微合金非调质钢。另外，本发明还涉及这种中高碳微合金非调质钢的控锻——控冷的工艺方法。
背景技术：
：微合金技术是20世纪70年代出现的新型冶金学科，是传统钢铁生产向现代化冶金生产转变的重要标志。微合金化锻造用非调质钢，始于70年代中期，首先在德国，接着在瑞典进行开发。我国在80年代初开始这方面的研究工作。中碳钢中加入微量的强碳化物形成元素，控制锻造工艺，利用锻造时的高温变形及锻后的冷却来控制沉淀物的析出及晶粒细化，从而使钢强化。使其在不用后备热处理就能满足零件要求。为了节能降耗，微合金非调质钢越来越多地被用来制造有疲劳强度设计要求的运动部件上，同时成为衡量一个国家工业发展水平的重要标志。目前，微合金钢占钢材总量的比例，世界水平为10%-15%，工业化国家达到30%左右，而我国不足5%，因此，微合金钢非调质钢已成为钢铁生产的重要发展方向。由于这类高强度非调质钢生产技术要求高，不易掌握。在锻造过程中各部位变形量不一，温度分布不均匀，奥氏体晶粒变形与再结晶倾向复杂多变，最易生产混晶和晶粒异常长大。因而淬透性产生不均匀的变化。致使其在日常生产中还处在摸索阶段。同时也是制约其发展的另外一个重要因素。
发明内容本发明所要解决的第一个问题是提供一种中高碳微合金非调质钢，其目的是在锻造的过程中，通过控温冷却的方法，不需要经过后续热处理即能生产出满足力学性能的产品。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为-本发明所提供的这种中高碳微合金非调质钢，以Fe为主要成份，所述的中高碳微合金非调质钢按照在总质量的中的含量，包括以下成份C:0.520%0.730%;Si:《0.850%;Mn:0.40%0.90%;P《0.045%;S:《0.070%;Cr《0.250%;Mo《0.070%;Ni《0.30%;Cu《0.30%;Al:《0.050%，其特征在于所述的中高碳微合金非调质钢还包括微量的V、Ti和Nb。所述的V、Ti和Nb在总质量中的含量分别为V:0.060%0.220%;Ti:0.010%0.030%;Nb:0.020%0.030o/o。本发明所要解决的第二个问题是提供用于以上所述的中高碳微合金非调质钢的控锻——控冷的工艺方法，其发明目的与上述技术方案是相同的。所述的中高碳微合金非调质钢为C56E2，所述的C56E2用于制造轮毂类零件。其技术方案是所述的中高碳微合金非调质钢C56E2按照在总质量的中的含量，包括以下成份C:0.520%0.730%;Si:《0.850%;Mn:0.40%0.90%;P^O.045%;S:《0.0700/0;Cr《0.25o/o;Mo《0.070%;Ni《0.300/o;Cu《0.30%;Al:《0.010%。所述的C56E2的控锻——控冷的工艺方法包括以下过程锻前加热——锻前加热出炉——墩粗——预锻——终锻——切边——挤孔——锻后控冷入炉——锻后控冷——锻后控冷出炉——入料筐。在所述的C56E2的控锻——^^冷的工艺方法的过程中，所述的零件温度与时间的关系为以锻前加热出炉为时间起点，贝U-在锻前加热出炉时的温度为1231°C;至U0.25min，墩粗前的温度为1150°C;到0.53min，预锻前的温度为1090°C;到0.73min，终锻后的温度为1010°C;到0.90min，切边前的温度为960°C;到1.17min，挤孔前的温度为912°C;到1.30min，锻后控冷入炉时的温度为88《C;到5.30min，锻后控冷出炉时的温度为552°C;到7.30min，入料筐时的温度为454°C。以上所述的各时段的零件温度，其偏差控制在士2(TC以内。本发明所要解决的第三个问题是提供用于以上所述的中高碳微合金非调质钢的另一个控锻——控冷的工艺方法，其发明目的与上述技术方案是相同的。所述的中高碳微合金非调质钢为C70，所述的C70用于制造汽车发动机连杆类零件。其技术方案是所述的中高碳微合金非调质钢C70按照在总质量的中的含量，包括以下成份C:0.670%0.730%;Si:0.450%0.850%;Mn:0.40%0.70%;P《0.045%;S:《0.045%;Cr《0.20%;Mo《0.050%;Ni《0.20%;Cu《0.20%;Al:《0.010%。所述的C70的控锻——控冷的工艺方法包括以下过程锻前加热——锻前加热出炉——辊锻一预锻——终锻——冲孔——切边——锻后控冷入炉——锻后控冷——锻后控冷出炉——入料筐。在所述的C70的控锻——控冷的工艺方法的过程中，所述的零件温度与时间的关系为以锻前加热出炉为时间起点，贝U:在锻前加热出炉时的温度为1236'C;到0.25min，辊锻时的温度为1147°C;到0.53min，预锻前的温度为1093°C;到0.73min，终锻后的温度为1032°C;到0.90min，冲孔前的温度为976°C;到1.17min，切边前的温度为930'C;到1.30min，锻后控冷入炉时的温度为901°C;到5.30min，锻后控冷出炉时的温度为580°C;到7.30min，入料筐时的温度为431°C。以上所述的各时段的零件温度，其偏差控制在士2(TC以内。本发明采用上述技术方案，采用非调质钢代替传统的调质热处理钢，通过合理的控温冷却工艺可以取消调质(淬火及回火)工序，简化生产工艺流程，提高材料利用率，降低能耗和制造成本；同时还可以减小多次热处理对零件的变形影响，改善零件质量，取得调质钢的性能，甚至超过调质钢的性能。微合金元素钒、钛、铌以细小的碳化物、氮化物的形式在先析出的铁素体和珠光体中析出。这些析出物与母相保持共格关系，使钢强化。因此采用非调质钢在性价比上远远优于调质钢。下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明图1为本发明中的C56E2控锻控冷温度变化曲线图2为本发明中的C70控锻控冷温度变化曲线图3为通过本发明的工艺方法获得的C56E2零件的应力应变曲线图4为通过本发明的工艺方法获得的C70零件的应力应变曲线图5为通过本发明的工艺方法获得的C56E2的(X100)金相显微图6为通过本发明的工艺方法获得的C56E2的(X500)金相显微图7为通过本发明的工艺方法获得的C70的脱碳层显微图；图8为采用本发明的工艺方法获得的C56E2的芯部硬度分布图。图9为采用本发明的工艺方法获得的C70的硬度分布图。具体实施例方式下面对照附图，通过对实施示例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的材料成份、作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。一、中高碳微合金非调质钢的材料成份及相应性能指标本发明所提供的这种中高碳微合金非调质钢，以Fe为主要成份，所述的中高碳微合金非调质钢按照在总质量的中的含量，包括以下成份C:0.520%0.730%;Si:《0.850%;Mn:0.40%0.90%;P《0.045%;S:《0.070%;Cr《0.250%;Mo^O.070%;Ni《0.30%;Cu《0.30%;Ah《0.050%，其特征在于所述的中高碳微合金非调质钢还包括微量的V、Ti和Nb。下面是本发明采用微量的V、Ti和Nb的具体实施示例所述的V、Ti和Nb在总质量中的含量分别为V:0.060%0.220%;Ti:0.010%0.030%;Nb:0.020%0.030%。本发明的主要原理非调质钢是在中高碳锰钢的基础上加入钒、钛、铌等微合金化元素，在加热过程中溶于奥氏体中，因奥氏体中的钒、钛、铌的固溶度随着冷却而减小。微合金元素钒、钛、铌将以细小的碳化物、氮化物的形式在先析出的铁素体和珠光体中析出。这些析出物与母相保持共格关系，使钢强化。主要优势是采用非调质钢，代替传统的调质热处理钢，可以取消调质(淬火及回火)工序，可以简化生产工艺流程，提高材料利用率，改善零件质量，降低能耗和制造成本，同时还可以减小多次热处理对零件的变形影响，取得调质钢或超过它的性能。因此采用非调质钢在性价上远远优于调质钢。二、微合金非调质钢C56E2(用于汽车上的零件)本发明提供的中高碳微合金非调质钢，采用C56E2，是作为锻件应用于汽车轮毂类锻件的原材料，其形状都属于回转体，保安件，其机械性能要求如下:l.抗拉强度大于900N/mm22.屈服点大于550N/mm23.延伸率大于12%4.断面收缩率大于25%5.硬度HB265-300其产品要求及其特点晶粒度要求四级以上，在常规情况下，该类锻件只有在调质(淬火+回火)的情况下，才能满足其力学性能要求。但是，随着微合金技术的发展，通过原材料的替代，选用微合金非调质钢C56E2，通过合理的冷却工艺，就能达到和超过调质钢的机械性能要求，同时还降低了生产成本。对C56E2原材料的要求如下所述的中高碳微合金非调质钢C56E2按照在总质量的中的含量，包括以下成份C:0.520o/O0.730o/o;Si:《0.850%;Mn:0.40%0.90%;P《0.045%;S:《0.070%;Cr《0.25%;Mo《0.070%;Ni《0.30%;Cu《0.30%;Al:《0.010%。对其它成份的控制O《0.0015;As《0.04;Sn《0.03;Sb《0.005;Pb《0.002;Ca《0扁；H2《0細2。除了对材料成份的要求外，对原材料的其它要求为1、物理性能和机械性能RmN/mm2《859，HBW2.5/187.5《255。2、显微组织未经处理铁素体和细珠光体(允许有球状渗碳体)。3、奥氏体晶粒度7级或更细，按DIN50601/ASTME112淬火法。由于非调质钢的力学性能取决于基体显微组织和析出相的强化，因此，在非调质钢生产过程中，如何做到有效的控制其冷却速度，同时保证零件各个部分冷却均匀，得到符合要求的金相组织是关键。非调钢的质钢设计方案主要分为两个部分即采用Nb、V、Ti、B等的微量合金化元素和控制加工热处理及其冷却控制工艺，其化学成分是微合金化非调质钢性能的内在因素，而其合适的热加工制定，即控制轧制(锻造)、控制冷却是保证性能的外部条件，也就是说非调质钢成分设计确定以后，其性能是由热加工条件调控决定的，这正是我们在生产中所要解决的问题。控轧控冷工艺，包括加热温度、终轧温度、轧后冷却速度、形变程度以及形变速率等对非调质钢的强度、韧性有着显著的影响。综上所述，本发明提供了用于以上所述的微合金非调质钢C56E2的控锻一一控冷的工艺方法，所述的C56E2的控锻——控冷的工艺方法包括以下过程锻前加热——锻前加热出炉——墩粗——预锻——终锻——切边——挤孔——锻后控冷入炉——锻后控冷——锻后控冷出炉——入料筐。该工艺采用的控温炉，其内部结构分别有三组风机和三组加热器。对于C56E2非调质钢来说，其主要是得到铁素体-珠光体组织。其加热随着温度的升高，碳化物和氮化物按钒、铌、钛的顺序逐渐溶入奥氏体中，奥氏体晶粒逐渐长大，这导致相变后珠光体百分数、珠光体团直径和渗碳体片厚度增大，铁素体晶粒尺寸减小。溶解在奥氏体中的微合金元素碳氮化物在冷却过程中析出，因此随着加热温度的升高，钢的强度增加，塑性和韧性降低，韧脆转变温度升高。变形量和形变的速率增大能引起奥氏体晶粒更加脆化或者"拉长"，铁素体百分素增加，铁素体和珠光团尺寸减小，细小的组织使强度和韧性同时上升.但是在现实生产中，变形速率主要取决于设备，而变形量主要取决零件的复杂程度，对这些来说，其相对影响较小，较难改变。终轧温度降低，奥氏体再结晶不充分或被抑制，转变后组织为细小的铁素体晶粒和珠光体。屈服强度和韧性提高。加工温度和形变量即影响到再结晶和奥氏体尺寸，又影响到形变诱发析出程度，加工温度过高，再结晶速度快，奥氏体晶粒过大，冷却后强度升高，韧性下降；加工温度低，再结晶驱动力小，并产生形变诱发析出，细化晶粒，强度提高，特别是韧性提高较大。在同一温度下形变量增加，强度和韧性同时提高。珠光体和铁素体非调质钢的轧后冷却方式影响微合金化元素化合物的析出沉淀强化及显微组织转变。冷却过慢导致沉淀相和显微组织粗化；热加工后快冷，珠光体百分数增加，同时铁素体晶粒尺寸、珠光体片间距和渗碳体片厚降低，强度和韧性均有提高；但冷却过快会导致贝氏体出现，冷却速度对析出强化的影响表现为冷却速度增加，析出物弥散程度增大，但当冷却速度超过一定值后，析出不充分，反而降低析出强化作用。合适的冷却速度将得到细小弥散度较高的沉淀相和较细的铁素体和珠光体轧后组织。总之，对于铁素体-珠光体型非调质钢，降低加热温度和终轧(锻)温度，增大变形量和形变速率、较快的冷却速度均有利于提高强度和韧性。在所述的C56E2的控锻——控冷的工艺方法的过程中，对于该工艺采用的控温炉，其内部结构分别有三组风机和三组加热器。如图1所示，所述的零件温度与时间的关系为以锻前加热出炉为时间起点，贝廿在锻前加热出炉时的温度为1231°C;至lj0.25min，墩粗前的温度为U5(TC;到0.53min，预锻前的温度为1090°C;到0.73min，终锻后的温度为IOI(TC;到0.90min，切边前的温度为960°C;到U7min，挤孔前的温度为912'C;到1.30min，锻后控冷入炉时的温度为884°〇；到5.30min，锻后控冷出炉时的温度为552°C;到7.30min，入料筐时的温度为454°C。以上所述的各时段的零件温度，其偏差控制在士2(TC以内。采用上述工艺后的检测结果-A、拉伸实验检测结果为(机械性能合格)<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>B、金相检测结果通过本发明的工艺方法获得的C56E2的金相显微图如图5和图6所示。图5为X100倍；图6为X500。半脱碳层约0.07mm。金相组织铁素体+珠光体；晶粒度6级。C、应力-应变曲线通过本发明的工艺方法获得的C56E2零件的应力应变曲线图如图3所示。D、样件芯部硬度-采用本发明的工艺方法获得的C56E2的芯部硬度分布图如图8所示。各点的硬度分别为-a、HB290;b、HB285;c、HB272;d、HB292;e、HB285。三、微合金非调质钢C70(用于汽车上的零件)本发明提供的中高碳微合金非调质钢，采用C70，是作为锻件应用于汽车发动机连杆的原材料，属于保安件，其机械性能要求如下l.抗拉强度大于850N/mm22.屈服点大于550N/mm23.延伸率大于10%4.断面收缩率大于20%5.硬度HB252-296其产品要求及其特点表面有脱碳要求，总脱碳层最大0.3mm，全脱碳层最大O.lmm。锻件有重量公差要求3.714Kg士120g。锻件尺寸精度要求较高。在常规情况下，该类锻件只有在调质(淬火+回火)的情况下，才能满足其力学性能要求。但是，随着微合金技术的发展，通过原材料的替代，选用微合金非调质钢C70，通过试验，制定合理的控温冷却工艺，就能达到和超过调质钢的机械性能要求，同时还降低了生产成本。对C70原材料的要求如下所述的中高碳微合金非调质钢C70按照在总质量的中的含量，包括以下成份C:0.670o/o0,730o/o;Si:0.450%0.850%;Mm0.40%0.70%;P《0.045%;S:《0.045%;Cr《0.20%;Mo《0.050%;Ni《0.200/o;Cu《0.200/o;Ah《0.010%。除了对材料成份的要求外，对原材料的其它要求为1、物理性能和机械性能无物理性能和机械性能要求。2、显微组织原材料显微组织应为珠光体和铁素体。3、奥氏体晶粒度(GB/T6394):按我国标准方法测定，奥氏体晶粒度48级。5、非金属夹杂物评级i氧化物(GB/T10561)《4级；ii硫化物(GB/T10561)《4级。本发明提供了用于以上所述的中高碳微合金非调质钢的另一个控锻——控冷的工艺方法，其发明目的与上述技术方案是相同的。所述的中高碳微合金非调质钢为C70，所述的C70用于制造汽车发动机连杆类零件。其技术方案是如图2所示，以上所述的C70的控锻——控冷的工艺方法包括以下过程锻前加热——锻前加热出炉——辊锻——预锻——终锻——冲孔——切边——锻后控冷入炉——锻后控冷——锻后控冷出炉——入料筐。该工艺采用的控温炉，其内部结构分别有三组风机和三组加热器。其控锻、控冷的基本原理、要求如前所述。由于生产过程中，冷却工艺受零件形状的影响较大，其头部和尾部的形变量不同，且冷却速度也不均匀，通过反复的工艺试验和验证，得出其控温冷却曲线如图2所示。g卩在所述的C70的控锻——控冷的工艺方法的过程中，所述的零件温度与时间的关系为以锻前加热出炉为时间起点，贝U:在锻前加热出炉时的温度为1236°C;到0.25min，辊锻时的温度为1147°C;到0.53min，预锻前的温度为1093°C;到0.73min，终锻后的温度为1032°C;到0.90min，冲孔前的温度为976。C;到1.17min，切边前的温度为93(TC;到1.30min,锻后控冷入炉时的温度为90rC;到5.30min，锻后控冷出炉时的温度为580°C;到7.30min，入料筐时的温度为431°C。以上所述的各时段的零件温度，其偏差控制在土2(TC以内。采用上述工艺后的检测结果-A、拉伸实验检测结果为(机械性能合格)<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>B、脱碳层检测通过本发明的工艺方法获得的C70的脱碳层显微图如图7所示。C、应力-应变曲线-通过本发明的工艺方法获得的C70零件的应力应变曲线图如图4所示。D、硬度采用本发明的工艺方法获得的C70的硬度分布图如图9所示。硬度分别为HB263和HB267。上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。1权利要求1、一种中高碳微合金非调质钢，以Fe为主要成份，所述的中高碳微合金非调质钢按照在总质量的中的含量，包括以下成份C0.520％～0.730％；Si≤0.850％；Mn0.40％～0.90％；P≤0.045％；S≤0.070％；Cr≤0.250％；Mo≤0.070％；Ni≤0.30％；Cu≤0.30％；Al≤0.050％，其特征在于所述的中高碳微合金非调质钢还包括微量的V、Ti和Nb。2、按照权利要求l所述的中高碳微合金非调质钢，其特征在于所述的V、Ti和Nb在总质量中的含量分别为V:0.060%0.220%;Ti:0.010%0.030%;Nb:0.020%0.030%。3、一种用于权利要求1或2所述的中高碳微合金非调质钢的控锻——控冷的工艺方法，其特征在于:所述的中高碳微合金非调质钢为C56E2，所述的C56E2用于制造轮毂类零件，所述的中高碳微合金非调质钢C56E2按照在总质量的中的含量，包括以下成份C:0.520%0.730%;Si:《0.850%;Mn:0.40%0.90%;P《0.045%;S:《0.070%;Cr《0.25%;Mo《0.070%;Ni《0.30%;Cu《0.30%;Al:《0.010%;所述的控锻——控冷的工艺方法包括以下过程锻前加热——锻前加热出炉——墩粗——预锻——终锻——切边——挤孔——锻后控冷入炉——锻后控冷——锻后控冷出炉——入料筐。4、按照权利要求3所述的控锻——控冷的工艺方法，其特征在于在所述的控锻——控冷的工艺方法的过程中，所述的零件温度与时间的关系为以锻前加热出炉为时间起点，贝IJ:在锻前加热出炉时的温度为123rc;到0.25min，墩粗前的温度为1150°C;到0.53min，预锻前的温度为1090°C;到0.73min，终锻后的温度为1010°C;到0.90min，切边前的温度为960°C;到1.17min，挤孔前的温度为912°C;到1.30min，锻后控冷入炉时的温度为884°C;到5.30min，锻后控冷出炉时的温度为552°C;到7.30min,入料筐时的温度为454°C;以上所述的各时段的零件温度，其偏差控制在土20。C以内。5、一种用于权利要求1或2所述的中高碳微合金非调质钢的控锻——控冷的工艺方法，其特征在于所述的中高碳微合金非调质钢为C70，所述的C70用于制造汽车发动机连杆类零件，所述的中高碳微合金非调质钢C70按照在总质量的中的含量，包括以下成份C:0.670%0.730%;Si:0.450%0.850%;Mn:0.400/00.70%;P《0.045%;S:《0.045%;Cr《0.20%;Mo《0.050%;M《0.20%;Cu《0.20%;Al:《0.010%;所述的控锻——控冷的工艺方法包括以下过程锻前加热——锻前加热出炉——辊锻——预锻——终锻——冲孔——切边——^IS后控冷入炉——锻后控冷——锻后控冷出炉——入料筐。6、按照权利要求5所述的控锻——控冷的工艺方法，其特征在于在所述的控锻——控冷的工艺方法的过程中，所述的零件温度与时间的关系为以锻前加热出炉为时间起点，贝lj:在锻前加热出炉时的温度为1236t:;到0.251^11，辊锻时的温度为1147°C;到0.53min，预锻前的温度为1093°C;至"0.73min，终锻后的温度为1032°C;到0.90min，冲孔前的温度为976°C;到1.17min，切边前的温度为930°C;到1.30min，锻后控冷入炉时的温度为90rC;到5.30min，锻后控冷出炉时的温度为580°C;到7.30min，入料筐时的温度为431°C;以上所述的各时段的零件温度，其偏差控制在士20。C以内。全文摘要本发明公开了中高碳微合金非调质钢的成份，所述的中高碳微合金非调质钢包括微量的V、Ti和Nb；所述的V、Ti和Nb在总质量中的含量分别为V0.060％～0.220％；Ti0.010％～0.030％；Nb0.020％～0.030％。本发明还公开了所述的微合金非调质钢的控锻——控冷的工艺方法，例如它包括以下过程锻前加热、锻前加热出炉、墩粗、预锻、终锻、切边、挤孔、锻后控冷入炉、锻后控冷、锻后控冷出炉、入料筐。采用上述技术方案的目的是在锻造的过程中，通过控温冷却的方法，不需要经过后续热处理即能生产出满足力学性能的产品。文档编号C22C38/14GK101492787SQ200910116288公开日2009年7月29日申请日期2009年3月5日优先权日2009年3月5日发明者孟江峰申请人:芜湖三联锻造有限公司