中高碳微合金非调质钢及其控锻控冷的工艺方法.pdf

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：V：0.060％～0.220％；Ti：0.010％～0.030％；Nb：0.020％～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。

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：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。

2、  按照权利要求1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，则：
在锻前加热出炉时的温度为1231℃；
到0.25min，墩粗前的温度为1150℃；
到0.53min，预锻前的温度为1090℃；
到0.73min，终锻后的温度为1010℃；
到0.90min，切边前的温度为960℃；
到1.17min，挤孔前的温度为912℃；
到1.30min，锻后控冷入炉时的温度为884℃；
到5.30min，锻后控冷出炉时的温度为552℃；
到7.30min，入料筐时的温度为454℃；
以上所述的各时段的零件温度，其偏差控制在±20℃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：0.40％～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。

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，则：
在锻前加热出炉时的温度为1236℃；
到0.25min，辊锻时的温度为1147℃；
到0.53min，预锻前的温度为1093℃；
到0.73min，终锻后的温度为1032℃；
到0.90min，冲孔前的温度为976℃
到1.17min，切边前的温度为930℃；
到1.30min，锻后控冷入炉时的温度为901℃；
到5.30min，锻后控冷出炉时的温度为580℃；
到7.30min，入料筐时的温度为431℃；
以上所述的各时段的零件温度，其偏差控制在±20℃以内。

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％～0.030％。
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≤0.045％；S：≤0.070％；Cr≤0.25％；Mo≤0.070％；Ni≤0.30％；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——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，则：
在锻前加热出炉时的温度为1231℃；
到0.25min，墩粗前的温度为1150℃；
到0.53min，预锻前的温度为1090℃；
到0.73min，终锻后的温度为1010℃；
到0.90min，切边前的温度为960℃；
到1.17min，挤孔前的温度为912℃；
到1.30min，锻后控冷入炉时的温度为884℃；
到5.30min，锻后控冷出炉时的温度为552℃；
到7.30min，入料筐时的温度为454℃。
以上所述的各时段的零件温度，其偏差控制在±20℃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——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，则：
在锻前加热出炉时的温度为1236℃；
到0.25min，辊锻时的温度为1147℃；
到0.53min，预锻前的温度为1093℃；
到0.73min，终锻后的温度为1032℃；
到0.90min，冲孔前的温度为976℃；
到1.17min，切边前的温度为930℃；
到1.30min，锻后控冷入炉时的温度为901℃；
到5.30min，锻后控冷出炉时的温度为580℃；
到7.30min，入料筐时的温度为431℃。
以上所述的各时段的零件温度，其偏差控制在±20℃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。
附图说明
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；
图2为本发明中的C70控锻控冷温度变化曲线图；
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；
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；
图5为通过本发明的工艺方法获得的C56E2的(×100)金相显微图；
图6为通过本发明的工艺方法获得的C56E2的(×500)金相显微图；
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≤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。
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：