CN116288013A - 一种汽车零部件用42CrMoRE热轧圆钢的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车零部件用42CrMoRE热轧圆钢的制备方法，其化学成分百分比要求为：C：0.41‑0.44％，Mn：0.68‑0.78％，Si：0.20‑0.30％，Cr：1.10‑1.20％，Mo：0.20‑0.24％，P：≤0.012％，S:0.020‑0.025％，Al:0.010‑0.030％，RE:0.0030‑0.0040％，其余为铁和不可避免的微量的化学元素；制备工艺：炼钢工艺流程和轧钢工艺流程。轧制成直径为120mm的圆钢，经热处理其屈服强度≥930MPa；抗拉强度≥1080MPa；面缩率≥45％；延伸率≥12％；常温冲击功KU2≥63J；回火后布氏硬度≤217HB。
Description
技术领域
本发明涉及材料冶金技术领域，尤其涉及一种汽车零部件用42CrMoRE热轧圆钢的制备方法。
背景技术
稀土元素具有非常活泼的化学性质，比之Al、Mn等元素稀土与O和S元素结合的吉布斯自由能更低，进而变质钢中的形状不规则的Al2O3硬质相与长条状的MnS塑性相，形成小尺寸球状稀土氧化物、稀土氧硫化物及稀土硫化物等，从而有效改善因夹杂物导致的力学性能损害问题。
稀土在冶金方面，能够将钢中的氧、硫含量降低到10-6量级，起到净化钢液的作用；其次可以与钢中的杂质元素结合，形成尺寸细小的稀土夹杂物，且部分稀土夹杂物满足与钢基体之间的晶格错配度小于6％的条件，并且尽管稀土元素的熔化温度较低，大约在798～1016℃范围内，但稀土化合物的熔化温度较高(稀土氧化物熔化温度范围约为1690～2291℃；稀土氧硫化物约为1940～1990℃；稀土硫化物约为1795～2450℃，可保证稀土夹杂物在钢液凝固前析出，及熔点高于钢液的凝固点，满足以上两个条件即可使夹杂物成为有效的异质形核核心进而证明了稀土元素的变质夹杂物及诱导细化组织等作用，有效提高了所得材料的强度和韧性。
42CrMo钢作为一种典型的中碳合金结构钢，因具有优异的抗疲劳、冲击性能以及良好的淬透性等，被广泛应用于制造发动机曲轴、连杆以及精密齿轮等一系列传动零部件。这些高精度零部件，加工工艺复杂繁多，在要求原材料具有优异的力学性能之外，还需具有一定的切削加工性能。通常，钢中加入一定含量的S元素，能够有效提高材料的切削性能。但是，S元素的加入，将明显降低钢的综合力学性能。
针对以上不足之处，根据RE元素在钢中的作用机理，在汽车零部件用钢42CrMo中加入RE元素来提高42CrMo的综合力学性能。本发明提供了一种汽车零部件用42CrMoRE热轧圆钢的制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种汽车零部件用42CrMoRE热轧圆钢的制备方法，轧制成直径为120mm的圆钢，经热处理其屈服强度≥930MPa；抗拉强度≥1080MPa；面缩率≥45％；延伸率≥12％；常温冲击功KU2≥63J；回火后布氏硬度≤217HB。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种汽车零部件用42CrMoRE热轧圆钢的制备方法，其化学成分百分比要求为：C：0.41-0.44％，Mn：0.68-0.78％，Si：0.20-0.30％，Cr：1.10-1.20％，Mo：0.20-0.24％，P：≤0.012％，S:0.020-0.025％，Al:0.010-0.030％，RE:0.0030-0.0040％，其余为铁和不可避免的微量的化学元素；其制备工艺包括：
炼钢工艺流程：铁水—铁水预处理—转炉—炉外精炼—VD真空处理—连铸280×380mm方坯；炼钢过程中主要控制参数为：1)转炉出钢C≥0.10％，P≤0.020％；2)VD深真空时间≥15min，软吹时间≥13min；3)铸机拉速0.62m/min—0.65m/min；4)铸坯缓冷时间≥72h；
轧钢工艺流程：铸坯加热—高压水除磷—Ф850mm开坯机—Ф700mm×3+Ф550mm×4连轧机组轧制—锯切(取样)—缓冷—无损检测(超声波探伤+涡流/红外/漏磁探伤)—堆垛(冷却、热收集)—检查—修磨—打捆—入库—发货；轧制工艺中控制的技术参数为：1)预热段温度≤700℃；2)均热温度1130—1230℃，保温时间≥3小时；3)开轧温度≤1050℃；4)终轧温度≤850℃；5)圆钢缓冷时间≥48小时；6)入缓冷坑温度≥600℃。
进一步的，其化学成分百分比要求为：C：0.42％，Mn：0.72％，Si：0.27％，Cr：1.12％，Mo：0.21％，P：0.011％，S:0.023％，Al:0.020％，RE:0.0032％，其余为铁和不可避免的微量的化学元素。
进一步的，其化学成分百分比要求为：C：0.42％，Mn：0.71％，Si：0.25％，Cr：1.13％，Mo：0.21％，P：0.010％，S:0.022％，Al:0.021％，RE:0.0035％，其余为铁和不可避免的微量的化学元素。
进一步的，其化学成分百分比要求为：C：0.43％，Mn：0.74％，Si：0.25％，Cr：1.11％，Mo：0.22％，P：0.010％，S:0.024％，Al:0.020％，RE:0.0034％，其余为铁和不可避免的微量的化学元素。
化学成分限定理由如下：
C：C是提高钢材强度最有效的元素，C含量的增加钢的抗拉强度和屈服强度随之提高，但延伸率和冲击韧性下降，耐腐蚀能力也会下降，而且钢材的焊接热影响区还会出现淬硬现象，导致焊接冷裂纹的产生。为保证圆钢获得良好的综合性能，本发明钢C元素含量设计为0.41-0.44％。
Mn：Mn是重要的强韧化元素，且成本低廉，随着锰含量的增加，钢的强度明显提升，改善钢的加工性能，而韧脆转变温度几乎不发生变化。但锰含量过高，会抑制铁素体的转变，影响钢的屈服强度，不利于屈强比的控制。本发明钢的Mn元素含量设计为0.68-0.78％。
Si：Si能够提高钢的强度，通过增加Si元素，能够在一定程度上提高钢的强度，但是随着Si的质量百分比的进一步增加，容易造成钢中生成马氏体组织，因此，本发明所述的一种汽车零部件用42CrMoRE热轧圆钢的制备方法对Si的质量百分比控制在0.20-0.30％。
Cr：Cr能提高钢的强度、硬度和耐大气腐蚀性能，加入其他合金元素时，效果较显著。铬可以减缓奥氏体的分解速度，显著提高钢的淬透性，并有二次硬化作用，但亦增加钢的回火脆性倾向。但铬含量过高时，会降低基材和热影响区的韧性。本发明钢的Cr元素含量设计为1.10-1.20％。
Mo：Mo元素可以提高腐蚀的均匀性，抑制局部腐蚀。此外，Mo也是提高钢高温强度最有效的元素。通常其含量越高，其高温强度越高，但Mo元素成本较高，过量可引起焊接性能下降。本发明钢的Mo元素含量设计为0.20-0.24％
P：P在钢中固溶强化和冷作硬化作用强。作为合金元素加入低合金钢中，能提高其强度和钢的耐大气腐蚀性能，但降低其冷冲压性能。P作用于铁素体，虽然能提高钢的强度和硬度，最大的害处是，偏析严重，增加回火脆性，显著增加钢的塑性及韧性，致使钢在冷加工是容易脆裂的现象也即所谓“冷脆”现象。因此本发明钢的P元素含量设计为≤0.012％。
S：S是热脆性和易切削加工性元素，已知切削加工性能随着硫的质量百分比的增加而改善，但是热加工性随着硫含量的增加而变差，因此，本发明所述的一种汽车零部件用42CrMoRE热轧圆钢的制备方法中S的质量百分比限定在0.020-0.025％。
Al：Al主要用来脱氧和细化晶粒。在渗氮钢中促使形成坚硬耐腐蚀的渗氮层。Al能抑制低碳钢的时效，提高钢在低温下的韧性。含量高时能提高钢的抗氧化性及在氧化性酸和H2S气体中的耐蚀性，能改善钢的电、磁性能。如果Al用量过多，则会使钢产生反常组织和有促进钢的石墨化倾向，并给冶炼、浇注等方面带来若干问题。因此本发明钢的Al元素含量设计为0.010-0.030％之间。
RE:RE在钢中有净化和明显的变质知用。钢的洁净度不断提高，稀土元素的微合金化作用日益突出。稀土的微合金化包括微量稀土元素的固溶强化、稀土元素与其他溶质元素和化合物的交互作用、稀土元素的存在状态(原子、夹杂物或化合物)、大小、形态和分布，特别是在晶界的偏聚以及稀土对钢表面和基体组织结构的影响。因此，本发明所述的一种汽车零部件用42CrMoRE热轧圆钢的制备方法中RE的质量百分比限定在0.0030-0.0040％。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明创新点在于合理控制S元素的含量，使42CrMo具有较好的易切削性能，添加RE元素来进行球化硫化物，使42CrMo具有良好的综合性能。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明作进一步的说明，实施例仅用于解释的目的，本发明保护范围不限于本实施例。
下面对本发明作进一步的描述：
表1为本发明各实施例的化学成分及重量百分比含量列表，
表2为本发明各实施例力学、韧性等检测结果列表。
表1实施例的化学成分及重量百分比含量％
| 实施例 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | Al | RE |
| 1 | 0.42 | 0.27 | 0.72 | 0.011 | 0.023 | 1.12 | 0.21 | 0.020 | 0.0032 |
| 2 | 0.42 | 0.25 | 0.71 | 0.010 | 0.022 | 1.13 | 0.21 | 0.021 | 0.0035 |
| 3 | 0.43 | 0.25 | 0.74 | 0.011 | 0.024 | 1.11 | 0.22 | 0.020 | 0.0034 |
表2为各实施例力学等检测结果
通过表1、2数据可以看出：
本发明一种汽车零部件用42CrMoRE热轧圆钢的制备方法，通过合理的元素配比及稀土微合金化其性能满足技术要求。
本发明一种汽车零部件用42CrMoRE热轧圆钢的制备方法，化学成分简单，针对汽车零部件用钢的生产具有控制简单、制造成本低、可操作性强等优点。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种汽车零部件用42CrMoRE热轧圆钢的制备方法，其特征在于，其化学成分百分比要求为：C：0.41-0.44％，Mn：0.68-0.78％，Si：0.20-0.30％，Cr：1.10-1.20％，Mo：0.20-0.24％，P：≤0.012％，S:0.020-0.025％，Al:0.010-0.030％，RE:0.0030-0.0040％，其余为铁和不可避免的微量的化学元素；其制备工艺包括：
炼钢工艺流程：铁水—铁水预处理—转炉—炉外精炼—VD真空处理—连铸280×380mm方坯；炼钢过程中主要控制参数为：1)转炉出钢C≥0.10％，P≤0.020％；2)VD深真空时间≥15min，软吹时间≥13min；3)铸机拉速0.62m/min—0.65m/min；4)铸坯缓冷时间≥72h；
轧钢工艺流程：铸坯加热—高压水除磷—Ф850mm开坯机—Ф700mm×3+Ф550mm×4连轧机组轧制—锯切—缓冷—无损检测—堆垛—检查—修磨—打捆—入库—发货；轧制工艺中控制的技术参数为：1)预热段温度≤700℃；2)均热温度1130—1230℃，保温时间≥3小时；3)开轧温度≤1050℃；4)终轧温度≤850℃；5)圆钢缓冷时间≥48小时；6)入缓冷坑温度≥600℃。
2.根据权利要求1所述的汽车零部件用42CrMoRE热轧圆钢的制备方法，其特征在于，其化学成分百分比要求为：C：0.42％，Mn：0.72％，Si：0.27％，Cr：1.12％，Mo：0.21％，P：0.011％，S:0.023％，Al:0.020％，RE:0.0032％，其余为铁和不可避免的微量的化学元素。
3.根据权利要求1所述的汽车零部件用42CrMoRE热轧圆钢的制备方法，其特征在于，其化学成分百分比要求为：C：0.42％，Mn：0.71％，Si：0.25％，Cr：1.13％，Mo：0.21％，P：0.010％，S:0.022％，Al:0.021％，RE:0.0035％，其余为铁和不可避免的微量的化学元素。
4.根据权利要求1所述的汽车零部件用42CrMoRE热轧圆钢的制备方法，其特征在于，其化学成分百分比要求为：C：0.43％，Mn：0.74％，Si：0.25％，Cr：1.11％，Mo：0.22％，P：0.010％，S:0.024％，Al:0.020％，RE:0.0034％，其余为铁和不可避免的微量的化学元素。
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