CN102199731A - 一种复合微合金化的大截面非调质钢 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合微合金化的大截面非调质钢，具体涉及大截面汽车半轴用轧制非调质钢及工程机械半轴用非调质钢。本发明一方面通过提高C含量来提高大截面非调质钢的强度，另一方面添加Nb、V、Ti等其他微合金元素，进一步细化晶粒，在提高强度的同时，保持一定的韧性；同时采取感应淬火的方法，提高半轴的疲劳强度，通过加入B来提高钢的淬透性。本发明有效解决了大截面非调质钢半轴使用强度要求，保证了半轴的疲劳寿命，提高了半轴性能，降低了半轴的成本，节约能源，减少热处理变形。
Description
技术领域
本发明涉及大截面汽车半轴用轧制非调质钢及工程机械半轴用非调质钢。
背景技术
汽车在给人们出行带来方便的同时，也产生了油耗、安全和环保三大问题，如何降低汽车制造过程中的能耗，提高汽车的使用寿命、降低零件的制造成本，是汽车工业关注的重要技术问题。
汽车零件中，有大量的轴类零件。如汽车半轴每车就有2-4根，轻型车半轴每根重10余公斤，重型车半轴重20余公斤，这些轴类零件，特别是半轴，多用调质钢制造，汽车产量达1800万辆时，半轴平均按公斤计算，每车用两根半轴计算，则年半轴用钢超过54万吨。每调质一公斤的钢件，消耗热量686KJ，即163.3Kcal,相当于0.19KWh，按这些数据计算，每年调质半轴的耗电量为1.03亿度。火电每生产1度电，将排放1.04公斤CO2。因此，每年调质汽车半轴产生的CO2排放约11万吨；同时，调质处理还要消耗淬火油，产生的油烟还要污染环境，清洗浪费水源，淬火过程还会使零件产生变形、氧化脱碳，影响零件的质量。因此，应用非调质钢替换调质钢制作汽车大量应用的调质零件、消除调质工艺，可以有效的节能减排，减小环境污染，避免淬火油的浪费，提升和改善零件的性能和质量，降低生产成本等都具有特殊意义。
非调质钢产生于20世纪80年代初，德国蒂森公司首先开发了非调质钢。以49MnVS3为代表进行生产并供应汽车行业，1981年发表文章，从而成为非调质钢的经典工作和基本钢号，在世界范围内广泛应用，取代了50Mn、40Cr等一系列调质钢，制作汽车半轴，提高了锻件的质量，改善了切削性能和疲劳性能，降低生产成本。非调质钢特点在于节能，缩短生产周期，工件截面硬度分布均匀，变形小。早期非调质钢主要是铁素体加珠光体非调质钢，这类钢主要是C-Mn钢加V微合金化，通过细化晶粒和组织，保证零件的性能。这类非调质钢一般应用的截面较小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种加入了Nb、V、Ti、B等微量元素，能有效细化晶粒和提高淬透性的复合微合金化的大截面非调质钢。
本发明采用的技术方案来实现：一种复合微合金化的大截面非调质钢，其化学成分按重量百分比计为：C：0.36%~0.45%, Mn：0.8%~1.5%，Si：0.2%~0.4%，Cr：0.3%~0.6%，V：0.04%~0.10%， Nb：0.02%~0.04%，P≤0.035%，S≤0.035%，B：0.001%~0.0035%，Ti：0.02%~0.04% 。
一种复合微合金化的大截面非调质钢半轴的生产步骤如下：
冶金和轧制的生产流程：100t EAF→100tLF → 100t VD → CCM（340*300mm） →缓冷或温送→加热轧制→控制冷却→切断→矫直→倒棱→检验、修磨→包装、入库；冶炼所得的钢材浇铸成的连铸坯，然后进行锻造和轧制，加热温度1180～1250℃，始轧温度1100～1200℃，终轧温度900～1000℃，轧后控冷，冷却速度5～15℃/s。
加工流程：下料→矫直→机加工→感应淬火→清理，感应淬火后的硬化层深度＞10mm。
本发明增加C含量提高大截面非调质钢强度，同时添加Nb-V复合微合金化保证得到细的晶粒和珠光体的细的片间距，在提高强度的同时，保持一定的韧性。
本发明为了提高半轴的疲劳强度，采取感应淬火的方法。为保证感应淬火层的深度，通过加入B来提高钢的淬透性。
Ti的加入既可细化晶粒，又保证了有效B的作用，使半轴表面感应淬火时达到所希望的淬硬层深度，从而保证了半轴的疲劳寿命。
采用上述材料和工艺步骤得到的大截面非调质钢，其静扭试验结果＞35000 N-m；从轧制坯料直径二分之一半径处按标准GB/T 2975-1998 ， 规定切取3个力学性能试样和冲击试样。3个试样的平均值为：屈服强度Rp0.2 ≥550 MPa ；抗拉强度 Rm ≥850MPa ；断后延伸率A5≥14% ；断面收缩率 Z ≥40% ；硬度≥260 HB；冲击试验冲击吸收功平均值Aku≥38.43 J。
本发明一方面通过提高C含量来提高大截面非调质钢的强度，另一方面增加其他微合金元素，进一步细化晶粒，保持一定的韧性；采取感应淬火的方法，提高半轴的疲劳强度；为保证感应淬火层的深度，加入B来提高钢的淬透性。本发明有效解决了大截面非调质钢半轴使用强度要求，保证了半轴的疲劳寿命，提高了半轴性能，降低了半轴的成本，节约能源，减少热处理变形。
附图说明
图1 冲击试验曲线及结果。
具体实施方式
实施例，一种复合微合金化的大截面非调质钢，其化学成分按重量百分比计为：C 0.39，Si 0.30， Mn 1.20，P 0.014，S 0.008，Cr 0.50，Al 0.016，Ti 0.028，V 0.119，Nb 0.018，B 0.0012。
用上述实施例材料制造的推土机半轴工艺如下：
100t EAF→100tLF → 100t VD → CCM（340*300mm） →缓冷或温送→加热轧制→控制冷却→切断→矫直→倒棱→检验、修磨→包装、入库。冶炼所得的钢材浇铸成340×300 mm的连铸坯，然后进行锻造和轧制，加热温度1180±20℃，始轧温度1100℃，终轧温度900℃，轧后控冷，轧材尺寸为Ø60mm，冷却速度10℃/s；
圆钢下料→矫直→切削加工——辊轧或铣削花键→感应淬火→清理，感应淬火后的硬化层深度为11mm。
将半轴进行静扭试验，断裂扭矩为38500Nm，而40Cr调质半轴为34600Nm，满足大截面半轴的使用要求，距离表面0～8.5mm的安全系数校核表明，每一层的安全系数均高于40Cr 0.5～1个单位，保证了半轴使用的安全性。
SEM组织观察表明：珠光体片间距缩小为无Nb的非调质钢（珠光体片间距为0.33～0.35μ m）的25%~30%（即为0.08～0.10μ m），冲击断口的起裂区和最后断裂区的延性宽度分别平均为370μ m和170μ m，而类同强度级别的不含Nb的非调质钢的冲击断口的起裂区和最后断裂区的延性部分，分别为45μ m和100μ m。（以上冲击试样均为10*10*55的U型缺口标准试样）；其拉伸性能为Rp0.2 650MPa，Rm 920MPa，A5 16.7%，Z 47%，HB 260，Aku 40J 。
Claims (5)
1.一种复合微合金化的大截面非调质钢，其化学成分按重量百分比计为：
C：0.36%~0.45%, Mn：0.8%~1.5%，Si：0.2%~0.4%，Cr：0.3%~0.6%，V：0.04%~0.10%， Nb：0.02%~0.04%，P≤0.035%，S≤0.035%， B：0.001%~0.0035%，Ti：0.02%~0.04%。
2.一种复合微合金化的大截面非调质钢的制造工艺，其特征在于：
按常规冶金工艺规程进行冶炼，冶炼所得的材料浇注成连铸坯进行轧制，轧材最终尺寸和连铸坯大小所决定的压缩比应大于6，轧制的加热温度1180±20℃，开轧温度＞1100℃，终轧温度≥900℃，轧后控冷，冷却速度5～15℃/s；
下料→矫直→机加工→感应淬火→清理，感应淬火后的硬化层深度＞10mm。
3.如权利要求2所述的一种复合微合金化的大截面非调质钢的制造工艺，其特征在于：静扭矩＞35000 N-m；从轧制坯料直径二分之一半径处，按标准GB/T 2975-1998， 规定切取3个力学性能试样，试验结果的平均值为：屈服强度Rp0.2 ≥550 MPa ；抗拉强度 Rm ≥850MPa ；断后延伸率A5≥14% ；断面收缩率 Z ≥40% ；硬度≥260 HB；冲击试验冲击吸收功平均值Aku≥38.4J。
4.如权利要求2所述的一种复合微合金化的大截面非调质钢的制造工艺，其特征在于：用化学成分按重量百分比计 C 0.39，Si 0.30， Mn 1.20，P 0.014，S 0.008，Cr 0.50，Al 0.016，Ti 0.028，V 0.119，Nb 0.018，B 0.0012制造的推土机半轴，其工艺为：
100t EAF→100tLF → 100t VD → CCM →缓冷或温送→加热轧制→控制冷却→切断→矫直→倒棱→检验、修磨→包装、入库；冶炼所得的钢材浇铸成340×300 mm的连铸坯，然后进行锻造和轧制，加热温度1180±20℃，始轧温度1100℃，终轧温度900℃，轧后控冷，轧材尺寸为Ø60mm，冷却速度10℃/s；
Φ60mm半轴加工工艺：圆钢下料→矫直→切削加工——辊轧或铣削花键→感应淬火→清理，感应淬火后的硬化层深度为11mm。
5.如权利要求4所述的一种复合微合金化的大截面非调质钢的制造工艺，其特征在于：半轴静扭矩为38500Nm，距离表面0～8.5mm的安全系数校核高于40Cr 0.5～1个单位；SEM组织观察：珠光体片间距为0.08～0.10um，冲击断口的起裂区和最后断裂区的延性宽度分别平均为370um和170um；其拉伸性能为屈服强度Rp0.2 650MPa，抗拉强度Rm 920MPa，断后延伸率A5 16.7%，断面收缩率Z 47%，硬度HB 260，冲击吸收功Aku 40J 。
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