一种中碳低合金含硼结构钢及热处理方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN201210543746.8	申请日：	2012.12.14
公开号：	CN103866195A	公开日：	2014.06.18
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	授权\|\|\|专利申请权的转移IPC(主分类):C22C 38/32登记生效日:20160612变更事项:申请人变更前权利人:中国兵器工业第五二研究所变更后权利人:中国兵器科学研究院宁波分院变更事项:地址变更前权利人:315103 浙江省宁波市科技园区凌云路199号变更后权利人:315103 浙江省宁波市高新区凌云路199号变更事项:申请人变更后权利人:中国兵器工业第五二研究所\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):C22C 38/32申请日:20121214\|\|\|公开
IPC分类号：	C22C38/32; C22C38/34; C21C7/10; C21C5/52; C21D1/25; C21D8/06	主分类号：	C22C38/32
申请人：	中国兵器工业第五二研究所
发明人：	袁书强; 胡士廉; 陈炯; 周春华; 刘峰涛; 高永亮; 王芳; 陈巍
地址：	315103 浙江省宁波市科技园区凌云路199号
优先权：
专利代理机构：	宁波诚源专利事务所有限公司 33102	代理人：	袁忠卫
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内容摘要

一种中碳低合金含硼结构钢及其热处理方法，其特征在于其化学成分百分含量为：C0.37～0.44wt%、Si1.2～1.6wt%、Mn0.50～0.80wt%、Cr0.6～1.1wt%、S≤0.035wt%、P≤0.035wt%、B0.0005～0.0035wt%，余量为Fe；它将锻造后的棒材经850~870℃×30~40分钟水冷至室温，再经350~650℃保温150~160分钟，水冷至室温。其化学成分和冶炼成本与40Cr钢相近，但调质处理后综合力学性能优于40Cr，尤其是淬透性明显高于40Cr，可用于制造大型冷镦模具钢模块和高淬透性要求的大型轴类和齿轮，可以代替40Cr钢在机械制造业内推广应用。

权利要求书

权利要求书
1.  一种中碳低合金含硼结构钢，其特征在于其化学成分百分含量为：C0.37～0.44wt%、Si1.2～1.6wt%、Mn0.50～0.80wt%、Cr0.6～1.1wt%、S≤0.035wt%、P≤0.035wt%、B0.0005～0.0035wt%，余量为Fe。

2.  一种权利要求1所述中碳低合金含硼结构钢的热处理方法，其特征在于：锻造后的棒材经850~870℃×30~40分钟水冷至室温，再经350~650℃保温150~160分钟，水冷至室温。

3.  根据权利要求2所述的的热处理方法，其特征在于：锻造后的棒材经860℃×35分钟水冷至室温，再经350~650℃保温155分钟，水冷至室温。

说明书

说明书一种中碳低合金含硼结构钢及热处理方法
技术领域
本发明属于低合金结构钢，化学成分和冶炼成本与40Cr钢相近，但调质处理后综合力学性能优于40Cr，尤其是淬透性明显高于40Cr，可用于制造大型冷镦模具钢模块和高淬透性要求的大型轴类和齿轮，可以代替40Cr钢在机械制造业内推广应用。
背景技术
40Cr、45MnB、45B等合金结构钢多用在轴类、齿轮、模具模块等部件，主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。工作时常受交变载荷作用，导致疲劳失效破坏，且随着部件截面尺寸的大幅增加，现有结构钢的淬透性不能满足使用要求。为了提高材料的强度和淬透性，改善热处理后构件的应力状态急需开发一种相对回火温度较高淬透性良好的综合力学性能优良的结构钢。
本材料在上述结构钢的基础上，将Si的成分定在1.2%～1.6%范围之间，并加入适当B元素提高淬透性，其元素构成比重为：C0.37～0.44wt%、Si1.2～1.6wt%、Mn0.50～0.80wt%、Cr0.6～1.1wt%、S≤0.035wt%、P≤0.035wt%、B0.0005～0.0035wt%，其余为Fe。经淬火和中温回火后得到良好的综合力学性能。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种低合金结构钢，其化学成分和冶炼成本与40Cr钢相近，但调质处理后综合力学性能优于40Cr，尤其是淬透性明显高于40Cr，可用于制造大型冷镦模具钢模块和高淬透性要求的大型轴类和齿轮，可以代替40Cr钢在机械制造业内推广应用。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种相关的热处理方法，以获得晶粒度9级以上的细晶组织，并具有高的淬透性，抗拉强度Rm在900～1984MPa，延伸率A在7%～20%，硬度HRC在30HRC～65HRC范围内变化，满足轴类、齿轮、模具模块等部件对材料力学性能和淬透性的要求。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种中碳低合金含硼结构钢，其特征在于其化学成分百分含量为：C0.37～0.44wt%、Si1.2～1.6wt%、Mn0.50～0.80wt%、Cr0.6～1.1wt%、S≤0.035wt%、P≤0.035wt%、B0.0005～0.0035wt%，余量为Fe。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种上述中碳低合金含硼结构钢的热处理方法，其特征在于：锻造后的棒材经850~870℃×30~40分钟水冷至室温，再经350~650℃保温150~160分钟，水冷至室温。
作为优选，所述锻造后的棒材经860℃×35分钟水冷至室温，再经350~650℃保温155分钟，水冷至室温。
与现有技术相比，本发明的优点在于：该低合金含硼结构钢采用电弧炉偏心底出钢加LF精炼并进行VD抽真空冶炼，氩气保护浇注，经锻造成型或轧制成型后进行调质处理，可获得晶粒度9级以上的细晶组织，并具有高的淬透性，抗拉强度Rm在900～1984MPa，延伸率A在7%～20%，硬度HRC在30HRC～65HRC范围内变化，满足轴类、齿轮、模具模块等部件对材料力学性能和淬透性的要求；在相同回火温度下可以获得与40Cr相当的强度水平，但材料塑性却远远高于40Cr钢以及与之性能相近的45MnB、45B钢（性能对比情况见表1），用来制造轴类零件，具有更好的抗扭转疲劳性能，可以大大提高零件的使用寿命。
表1.几种合金钢的力学性能对比

附图说明
图1为860℃×35min水冷+350℃×155min水冷后金相形貌；
图2为860℃×35min水冷+650℃×155min水冷后金相形貌；
图3为860℃×35min水冷+550℃×155min水冷后金相形貌。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
合金成分为C：0.43wt%、Si：1.5wt%、Mn：0.809wt%，Cr：0.91wt%、B:0.0048wt%、S:0.004wt%、P：0.014wt%，余量为Fe，锻造后的棒材经860℃×35分钟水冷至室温，再经350℃保温2小时35分钟水冷至室温，获得抗拉强度Rm1984MPa，屈服强度Rp0.21705MPa，延伸率A15%，硬度HRC60HRC，晶粒度为10级，形貌见图1.
实施例2：
合金成分为C：0.372wt%、Si：1.21wt%、Mn：0.577wt%，Cr：0.76wt%、B:0.001wt%、S:0.004wt%、P：0.014wt%，余量为Fe，锻造后的棒材经860℃×35分钟水冷至室温，再经650℃保温155分钟水冷至室温，获得抗拉强度Rm994MPa，屈服强度Rp0.2846MPa，延伸率A21.5%，硬度45HRC，晶粒度为9级，形貌见图2
实施例3：
合金成分为C：0.4wt%、Si：1.29wt%、Mn：0.66wt%，Cr：0.79wt%、B:0.002wt%、S:0.003wt%、P：0.015wt%，余量为Fe，锻造后的棒材经880℃正火，860℃×35分钟水冷至室温，再经550℃保温155分钟水冷至室温，获得抗拉强度Rm1010MPa，屈服强度Rp0.2882MPa，延伸率A17.8%，硬度33HRC，晶粒度为10级，形貌见图3。

资源描述

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1、(10)申请公布号 CN 103866195 A (43)申请公布日 2014.06.18 CN 103866195 A (21)申请号 201210543746.8 (22)申请日 2012.12.14 C22C 38/32(2006.01) C22C 38/34(2006.01) C21C 7/10(2006.01) C21C 5/52(2006.01) C21D 1/25(2006.01) C21D 8/06(2006.01) (71)申请人中国兵器工业第五二研究所地址 315103 浙江省宁波市科技园区凌云路 199 号 (72)发明人袁书强胡士廉陈炯周春华刘峰涛高永亮。

2、王芳陈巍 (74)专利代理机构宁波诚源专利事务所有限公司 33102 代理人袁忠卫 (54) 发明名称一种中碳低合金含硼结构钢及热处理方法 (57) 摘要一种中碳低合金含硼结构钢及其热处理方法，其特征在于其化学成分百分含量为： C0.37 0.44wt%、 Si1.2 1.6wt%、 Mn0.50 0.80wt%、 Cr0.6 1.1wt%、 S 0.035wt%、 P 0.035wt%、 B0.0005 0.0035wt%，余量为 Fe ；它将锻造后的棒材经8508703040分钟水冷至室温，再经 350650保温 150160 分钟，水冷至室温。其化学成分和。

3、冶炼成本与 40Cr 钢相近，但调质处理后综合力学性能优于 40Cr，尤其是淬透性明显高于 40Cr，可用于制造大型冷镦模具钢模块和高淬透性要求的大型轴类和齿轮，可以代替 40Cr 钢在机械制造业内推广应用。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页说明书 2 页附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书1页说明书2页附图2页 (10)申请公布号 CN 103866195 A CN 103866195 A 1/1 页 2 1. 一种中碳低合金含硼结构钢，其特征在于其化学成分百分含量为： C0.37 0.44wt%、 Si1.。

4、2 1.6wt%、 Mn0.50 0.80wt%、 Cr0.6 1.1wt%、 S 0.035wt%、 P 0.035wt%、 B0.0005 0.0035wt%，余量为 Fe。 2. 一种权利要求 1 所述中碳低合金含硼结构钢的热处理方法，其特征在于：锻造后的棒材经 850870 3040 分钟水冷至室温，再经 350650保温 150160 分钟，水冷至室温。 3. 根据权利要求 2 所述的的热处理方法，其特征在于：锻造后的棒材经 860 35 分钟水冷至室温，再经 350650保温 155 分钟，水冷至室温。权利要求书 CN 103866195 A 。

5、2 1/2 页 3 一种中碳低合金含硼结构钢及热处理方法技术领域 0001 本发明属于低合金结构钢，化学成分和冶炼成本与 40Cr 钢相近，但调质处理后综合力学性能优于 40Cr，尤其是淬透性明显高于 40Cr，可用于制造大型冷镦模具钢模块和高淬透性要求的大型轴类和齿轮，可以代替 40Cr 钢在机械制造业内推广应用。背景技术 0002 40Cr、 45MnB、 45B 等合金结构钢多用在轴类、齿轮、模具模块等部件，主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。工作时常受交变载荷作用，导致疲劳失效破坏，且随着部件截面尺寸的大幅增加，现有结构钢的淬透性不能满足使用。

6、要求。为了提高材料的强度和淬透性，改善热处理后构件的应力状态急需开发一种相对回火温度较高淬透性良好的综合力学性能优良的结构钢。 0003 本材料在上述结构钢的基础上，将 Si 的成分定在 1.2% 1.6% 范围之间，并加入适当 B 元素提高淬透性，其元素构成比重为： C0.37 0.44wt%、 Si1.2 1.6wt%、 Mn0.50 0.80wt%、 Cr0.6 1.1wt%、 S 0.035wt%、 P 0.035wt%、 B0.0005 0.0035wt%，其余为 Fe。经淬火和中温回火后得到良好的综合力学性能。发明内容 0004 本发明所要解决的第一个技术问题是。

7、提供一种低合金结构钢，其化学成分和冶炼成本与 40Cr 钢相近，但调质处理后综合力学性能优于 40Cr，尤其是淬透性明显高于 40Cr，可用于制造大型冷镦模具钢模块和高淬透性要求的大型轴类和齿轮，可以代替 40Cr 钢在机械制造业内推广应用。 0005 本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种相关的热处理方法，以获得晶粒度 9 级以上的细晶组织，并具有高的淬透性，抗拉强度 Rm 在 900 1984MPa，延伸率 A 在 7% 20%，硬度 HRC 在 30HRC 65HRC 范围内变化，满足轴类、齿轮、模具模块等部件对材料力学性能和淬透性的要求。 0006 本。

8、发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种中碳低合金含硼结构钢，其特征在于其化学成分百分含量为： C0.37 0.44wt%、 Si1.2 1.6wt%、 Mn0.50 0.80wt%、 Cr0.6 1.1wt%、 S 0.035wt%、 P 0.035wt%、 B0.0005 0.0035wt%，余量为 Fe。 0007 本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种上述中碳低合金含硼结构钢的热处理方法，其特征在于：锻造后的棒材经 850870 3040 分钟水冷至室温，再经 350650保温 150160 分钟，水冷至室温。 0008 作为优选，。

9、所述锻造后的棒材经86035分钟水冷至室温，再经350650保温 155 分钟，水冷至室温。 0009 与现有技术相比，本发明的优点在于：该低合金含硼结构钢采用电弧炉偏心底出钢加 LF 精炼并进行 VD 抽真空冶炼，氩气保护浇注，经锻造成型或轧制成型后进行调质处说明书 CN 103866195 A 3 2/2 页 4 理，可获得晶粒度9级以上的细晶组织，并具有高的淬透性，抗拉强度Rm在9001984MPa，延伸率 A 在 7% 20%，硬度 HRC 在 30HRC 65HRC 范围内变化，满足轴类、齿轮、模具模块等部件对材料力学性能和淬透性的要求；在。

10、相同回火温度下可以获得与 40Cr 相当的强度水平，但材料塑性却远远高于 40Cr 钢以及与之性能相近的 45MnB、 45B 钢（性能对比情况见表 1），用来制造轴类零件，具有更好的抗扭转疲劳性能，可以大大提高零件的使用寿命。 0010 表 1. 几种合金钢的力学性能对比 0011 附图说明 0012 图 1 为 860 35min 水冷 +350 155min 水冷后金相形貌； 0013 图 2 为 860 35min 水冷 +650 155min 水冷后金相形貌； 0014 图 3 为 860 35min 水冷 +550 155min 水冷后金相形貌。具体实施方式 0。

11、015 以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。 0016 实施例 1 ： 0017 合金成分为 C ： 0.43wt%、 Si ： 1.5wt%、 Mn ： 0.809wt%， Cr ： 0.91wt%、 B:0.0048wt%、 S:0.004wt%、 P ： 0.014wt%，余量为 Fe，锻造后的棒材经 860 35 分钟水冷至室温，再经 350保温 2 小时 35 分钟水冷至室温，获得抗拉强度 Rm1984MPa，屈服强度 Rp0.21705MPa，延伸率 A15%，硬度 HRC60HRC，晶粒度为 10 级，形貌见图 1. 0018 实施例 2 ： 0019 合金。

12、成分为 C ： 0.372wt%、 Si ： 1.21wt%、 Mn ： 0.577wt%， Cr ： 0.76wt%、 B:0.001wt%、 S:0.004wt%、 P ： 0.014wt%，余量为 Fe，锻造后的棒材经 860 35 分钟水冷至室温，再经 650保温 155 分钟水冷至室温，获得抗拉强度 Rm994MPa，屈服强度 Rp0.2846MPa，延伸率 A21.5%，硬度 45HRC，晶粒度为 9 级，形貌见图 2 0020 实施例 3 ： 0021 合金成分为 C ： 0.4wt%、 Si ： 1.29wt%、 Mn ： 0.66wt%， Cr ： 0.79wt%、 B:0.002wt%、 S:0.003wt%、 P ： 0.015wt%，余量为Fe，锻造后的棒材经880正火， 86035分钟水冷至室温，再经550保温155分钟水冷至室温，获得抗拉强度Rm1010MPa，屈服强度Rp0.2882MPa，延伸率 A17.8%，硬度 33HRC，晶粒度为 10 级，形貌见图 3。说明书 CN 103866195 A 4 1/2 页 5 图 1 图 2 说明书附图 CN 103866195 A 5 2/2 页 6 图 3 说明书附图 CN 103866195 A 6 。

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