CN105256238A - 一种汽车零件用低碳马氏体非调质钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种汽车零件用低碳马氏体非调质钢及其制备方法，本发明低碳马氏体非调质钢化学组成及其重量百分比为：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Fe；方法包括：1、按上述配方称量配料后采用真空或常规方法熔炼成铸锭；2、将铸锭加热至1100～1200℃保温1～2h后进行锻造或轧制，获得所需工件的形状和尺寸，然后空冷至室温；3、将工件在200℃下回火2h，得到低碳马氏体型组织；本发明钢具有高的淬透性并且具有良好的综合力学性能；本发明钢制备工艺简单，节能降耗，降低制造成本。

Description

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
本发明属于汽车调质低合金钢制造技术领域，特别涉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
材料的综合力学性能是保证汽车安全性的重要因素，以汽车前轴为例，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***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韧性。目前国内重型卡车厂家前轴材质普遍采用42CrMo并进行调质处理以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。应用非调质钢可以有效的节能减排，减少环境污染，还可以显著降低成本，同时还可以减少调质过程中淬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。
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+T、T3A/C、T4A/C采用V微合金强化，中国专利公开号CN102199731B“一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以达到强化的目的，如阿赛洛米塔尔钢铁集团开发的25MnCrSiVB6、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25Mn2CrV(FAS2225)。贝氏体钢相对于中碳微合金强化钢具有更高的韧性，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。
表142CrMo调质钢与贝氏体非调质钢的力学性能
发明内容
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，优异的强韧性的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一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Fe。
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：
步骤一：原料配比
选取炼钢原料，炼钢原料包括：含Cr量为60％的铬铁、含Mn量为82.5％的锰铁、含Si量为70％的硅铁、含Mo量为60％的钼铁、含V量为50％的钒铁、10#钢、生铁和纯铜，炼钢原料选取量按照以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Fe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％；
步骤二：合金熔炼
根据步骤一备好的原料，先将原料10#钢、铬铁、硅铁及生铁加热升温熔炼至原料熔化成钢水，再向钢水中依次加入钒铁、钼铁、纯铜和锰铁，保温直至加入的成分均匀化，然后浇铸成铸锭，浇铸温度控制在1530～1580℃，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Fe和其他不可避免的杂质；
步骤三：加热保温锻造
将步骤二中得到的铸锭加热至1100～1200℃后保温1～2h，然后进行锻造或轧制，得到所需工件的形状和尺寸，然后在空气中冷却至室温；
步骤四：回火
将步骤三中所得工件加热至200℃后保温2h，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：Rp0.2≥750MPa，Rm≥1050MPa，A≥14％，AkU≥70J。
所述的步骤二中熔炼至原料熔化成钢水是在电磁感应炉真空熔炼或常规方法进行熔炼。
本发明的有益效果：
1、本发明的非调质钢通过合金元素的优化设计获得高的淬透性，Ф70mm的圆棒空冷可完全淬透，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。
2、本发明的非调质钢具有优异的强韧性，综合力学性能优于42CrMo调质钢。
附图说明
图1为1#材料轧制后空冷并在200℃回火2h后的组织照片。
图2为3#材料锻造后空冷并在200℃回火2h后的组织照片。
图3为6#材料锻造后空冷并在200℃回火2h后的组织照片。
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
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例一
步骤一：原料配比
选取炼钢原料，炼钢原料包括：含Cr量为60％的铬铁、含Mn量为82.5％的锰铁、含Si量为70％的硅铁、含Mo量为60％的钼铁、含V量为50％的钒铁以及10#钢、生铁和纯铜，炼钢原料选取量按照以下总质量份数进行配比：C：0.07％；Si：2.0％；Mn：2.5％；Cr：0.30％；Cu：0.07％；Mo：0.20％；V：0.15％；余量为Fe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％；
步骤二：合金熔炼
按照步骤一中的元素比例，然后在电磁感应炉真空熔炼，将原料10#钢、铬铁、硅铁及生铁加热升温熔炼至原料熔化成钢水，再向钢水中依次加入钒铁、钼铁、纯铜和锰铁，保温直至加入的成分均匀化，然后浇铸成Ф150mm铸锭，浇铸温度控制在1550±10℃，得到铸锭的成分为表2中1#成分的铸锭；
步骤三：加热保温锻造
将步骤二中得到的铸锭加热至1100℃后保温2h，然后按照Ф70mm的尺寸进行锻造，得到工件尺寸为Ф70mm的圆棒，然后在空气中冷却至室温；
步骤四：回火
将步骤三中所得的Ф70mm的圆棒加热至200℃后保温2h，最终得到表3的1#高强度低碳马氏体型工件，Ф70mm圆棒从表面到心部可完全淬透。
实施例二
步骤一：原料配比
选取炼钢原料，炼钢原料包括：含Cr量为60％的铬铁、含Mn量为82.5％的锰铁、含Si量为70％的硅铁、含Mo量为60％的钼铁、含V量为50％的钒铁以及10#钢、生铁和纯铜，炼钢原料选取量按照以下总质量份数进行配比：C：0.10％；Si：1.1％；Mn：2.4％；Cr：0.50％；Cu：0.25％；Mo：0.10％；V：0.10％；余量为Fe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％；
步骤二：合金熔炼
按照步骤一中的元素比例，然后在电磁感应炉真空熔炼，将原料10#钢、铬铁、硅铁及生铁加热升温熔炼至原料熔化成钢水，再向钢水中依次加入钒铁、钼铁、纯铜和锰铁，保温直至加入的成分均匀化，然后浇铸成Ф150mm铸锭，浇铸温度控制在1560±10℃，得到铸锭的成分为表2中2#成分的铸锭；
步骤三：加热保温锻造
将步骤二中得到的铸锭加热至1150℃后保温2h，然后按照70mm×70mm的尺寸进行锻造，得到70mm×70mm的棒，然后在空气中冷却至室温；
步骤四：回火
将步骤三中所得70mm×70mm工件加热至200℃后保温2h，最终得到表3的2#高强度低碳马氏体型工件，70mm×70mm的工件从表面到心部可完全淬透。
实施例三
步骤一：原料配比
选取炼钢原料，炼钢原料包括：含Cr量为60％的铬铁、含Mn量为82.5％的锰铁、含Si量为70％的硅铁、含Mo量为60％的钼铁、含V量为50％的钒铁以及10#钢、生铁和纯铜，炼钢原料选取量按照以下总质量份数进行配比：C：0.11％；Si：1.4％；Mn：1.5％；Cr：1.2％；Cu：0.11％；Mo：0.15％；V：0.05％；余量为Fe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％；
步骤二：合金熔炼
按照步骤一中的元素比例，然后在电磁感应炉真空熔炼，将原料10#钢、铬铁、硅铁及生铁加热升温熔炼至原料熔化成钢水，再向钢水中依次加入钒铁、钼铁、纯铜和锰铁，保温直至加入的成分均匀化，然后浇铸成Ф150mm铸锭，浇铸温度控制在1570±10℃，得到铸锭的成分为表2中3#成分的铸锭；
步骤三：加热保温锻造
将步骤二中得到的铸锭加热至1150℃后保温2h，然后按照Ф50mm的尺寸进行锻造，得到Ф50mm的棒，然后在空气中冷却至室温；
步骤四：回火
将步骤三中所得Ф50mm的工件加热至200℃后保温2h，最终得到表3的3#高强度低碳马氏体型工件，Ф50mm的工件从表面到心部可完全淬透。
实施例四
步骤一：原料配比
选取炼钢原料，炼钢原料包括：含Cr量为60％的铬铁、含Mn量为82.5％的锰铁、含Si量为70％的硅铁、含Mo量为60％的钼铁、含V量为50％的钒铁以及10#钢、生铁和纯铜，炼钢原料选取量按照以下总质量份数进行配比：C：0.13％；Si：1.5％；Mn：1.7％；Cr：0.60％；Cu：0.40％；Mo：0.30％；V：0.07％；余量为Fe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％。
步骤二：合金熔炼
按照步骤一中的元素比例，然后在电磁感应炉真空熔炼，将原料10#钢、铬铁、硅铁及生铁加热升温熔炼至原料熔化成钢水，再向钢水中依次加入钒铁、钼铁、纯铜和锰铁，保温直至加入的成分均匀化，然后浇铸成Ф150mm铸锭，浇铸温度控制在1550±10℃，得到铸锭的成分为表2中4#成分的铸锭；
步骤三：加热保温锻造
将步骤二中得到的铸锭加热至1200℃后保温2h，然后按照70mm×70mm的尺寸进行锻造，得到70mm×70mm的棒，然后在空气中冷却至室温；
步骤四：回火
将步骤三中所得70mm×70mm工件加热至200℃后保温2h，最终得到表3的4#高强度低碳马氏体型工件，70mm×70mm的工件从表面到心部可完全淬透。
实施例五
步骤一：原料配比
选取炼钢原料，炼钢原料包括：含Cr量为60％的铬铁、含Mn量为82.5％的锰铁、含Si量为70％的硅铁、含Mo量为60％的钼铁、含V量为50％的钒铁以及10#钢、生铁和纯铜，炼钢原料选取量按照以下总质量份数进行配比：C：0.15％；Si：1.3％；Mn：1.5％；Cr：0.30％；Cu：0.05％；Mo：0.15％；V：0.10％，余量为Fe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％；
步骤二：合金熔炼
按照步骤一中的元素比例，然后在电磁感应炉真空熔炼，将原料10#钢、铬铁、硅铁及生铁加热升温熔炼至原料熔化成钢水，再向钢水中依次加入钒铁、钼铁、纯铜和锰铁，保温直至加入的成分均匀化，然后浇铸成Ф150mm铸锭，浇铸温度控制在1540±10℃，得到铸锭的成分为表2中5#成分的铸锭；
步骤三：加热保温锻造
将步骤二中得到的铸锭加热至1200℃后保温2h，然后按照Ф70mm的尺寸进行锻造，得到Ф70mm的棒，然后在空气中冷却至室温；
步骤四：回火
将步骤三中所得Ф70mm工件加热至200℃后保温2h，最终得到表3的5#高强度低碳马氏体型工件，Ф70mm的工件从表面到心部可完全淬透。
实施例六
步骤一：原料配比
选取炼钢原料，炼钢原料包括：含Cr量为60％的铬铁、含Mn量为82.5％的锰铁、含Si量为70％的硅铁、含Mo量为60％的钼铁、含V量为50％的钒铁以及10#钢、生铁和纯铜，炼钢原料选取量按照以下总质量份数进行配比：C：0.17％；Si：1.3％；Mn：1.2％；Cr：0.50％；Cu：0.20％；Mo：0.15％；V：0.08％，余量为Fe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％；
步骤二：合金熔炼
按照步骤一中的元素比例，然后在电磁感应炉真空熔炼，将原料10#钢、铬铁、硅铁及生铁加热升温熔炼至原料熔化成钢水，再向钢水中依次加入钒铁、钼铁、纯铜和锰铁，保温直至加入的成分均匀化，然后浇铸成Ф150mm铸锭，浇铸温度控制在1550±10℃，得到铸锭的成分为表2中6#成分的铸锭；
步骤三：加热保温锻造
将步骤二中得到的铸锭加热至1200℃后保温2h，然后按照50mm×50mm的尺寸进行锻造，得到50mm×50mm的棒，然后在空气中冷却至室温；
步骤四：回火
将步骤三中所得50mm×50mm工件加热至200℃后保温2h，最终得到表3的6#高强度低碳马氏体型工件，50mm×50mm的工件从表面到心部可完全淬透。
实施例七
步骤一：原料配比
选取炼钢原料，炼钢原料包括：含Cr量为60％的铬铁、含Mn量为82.5％的锰铁、含Si量为70％的硅铁、含Mo量为60％的钼铁、含V量为50％的钒铁以及10#钢、生铁和纯铜，炼钢原料选取量按照以下总质量份数进行配比：C：0.19％；Si：1.4％；Mn：2.1％；Cr：0.35％；Cu：0.15％；Mo：0.10％；V：0.05％，余量为Fe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％；
步骤二：合金熔炼
按照步骤一中的元素比例，然后在电磁感应炉真空熔炼，将原料10#钢、铬铁、硅铁及生铁加热升温熔炼至原料熔化成钢水，再向钢水中依次加入钒铁、钼铁、纯铜和锰铁，保温直至加入的成分均匀化，然后浇铸成Ф150mm铸锭，浇铸温度控制在1540±10℃，得到铸锭的成分为表2中7#成分的铸锭；
步骤三：加热保温锻造
将步骤二中得到的铸锭加热至1200℃后保温2h，然后按照Ф70mm的尺寸进行锻造，得到Ф70mm的棒，然后在空气中冷却至室温；
步骤四：回火
将步骤三中所得Ф70mm工件加热至200℃后保温2h，最终得到表3的7#高强度低碳马氏体型工件，Ф70mm的工件从表面到心部可完全淬透。
实施例八
步骤一：原料配比
选取炼钢原料，炼钢原料包括：含Cr量为60％的铬铁、含Mn量为82.5％的锰铁、含Si量为70％的硅铁、含Mo量为60％的钼铁、含V量为50％的钒铁以及10#钢、生铁和纯铜，炼钢原料选取量按照以下总质量份数进行配比：C：0.22％；Si：2.5％；Mn：1.6％；Cr：0.70％；Cu：0.30％；Mo：0.30％；V：0.12％，余量为Fe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％；
步骤二：合金熔炼
按照步骤一中的元素比例，然后在电磁感应炉真空熔炼，将原料10#钢、铬铁、硅铁及生铁加热升温熔炼至原料熔化成钢水，再向钢水中依次加入钒铁、钼铁、纯铜和锰铁，保温直至加入的成分均匀化，然后浇铸成Ф150mm铸锭，浇铸温度控制在1570±10℃，得到铸锭的成分为表2中8#成分的铸锭；
步骤三：加热保温锻造
将步骤二中得到的铸锭加热至1200℃后保温2h，然后按照Ф70mm的尺寸进行锻造，得到Ф70mm的圆棒，然后在空气中冷却至室温；
步骤四：回火
将步骤三中所得工件加热至200℃后保温2h，最终得到表3的8#高强度低碳马氏体型工件，Ф70mm的工件从表面到心部可完全淬透。
表2汽车前轴非调质钢的化学成分组成(wt.％)
表3前轴非调质钢的力学性能
由上表和图4中的力学性能指标可以看出，上述成分范围内的该低碳马氏体型非调质钢具有较高的强韧性配合：Rp0.2≥750MPa，Rm≥1050MPa，A≥14％，AkU≥70J。

Claims (3)

1.一种汽车零件用低碳马氏体非调质钢，其特征在于，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Fe。
2.基于权利要求1的一种汽车零件用低碳马氏体非调质钢的制备方法：其特征在于，包括下述步骤：
步骤一：原料配比
选取炼钢原料，炼钢原料包括：含Cr量为60％的铬铁、含Mn量为82.5％的锰铁、含Si量为70％的硅铁、含Mo量为60％的钼铁、含V量为50％的钒铁、10#钢、生铁和纯铜，炼钢原料选取量按照以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Fe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％；
步骤二：合金熔炼
根据步骤一备好的原料，先将原料10#钢、铬铁、硅铁及生铁加热升温熔炼至原料熔化成钢水，再向钢水中依次加入钒铁、钼铁、纯铜和锰铁，保温直至加入的成分均匀化，然后浇铸成铸锭，浇铸温度控制在1530～1580℃，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Fe和其他不可避免的杂质；
步骤三：加热保温锻造
将步骤二中得到的铸锭加热至1100～1200℃后保温1～2h，然后进行锻造或轧制，得到所需工件的形状和尺寸，然后在空气中冷却至室温；
步骤四：回火
将步骤三中所得工件加热至200℃后保温2h，最终得到主要为低碳马氏体型组织，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：Rp0.2≥750MPa，Rm≥1050MPa，A≥14％，AkU≥70J。
3.根据权利要求2所述的一种汽车零件用低碳马氏体非调质钢的制备方法，其特征在于，所述的步骤二中熔炼至原料熔化成钢水在电磁感应炉真空熔炼或常规方法进行熔炼。
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