钢组合物和用锻模锻造的零件制造技术

技术编号:1792208 阅读:156 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术涉及一种钢组合物,包括下列组分:C:0.12-0.45重量%,Si:0.10-1.00重量%,Mn:0.50-1.95重量%,S:0.005-0.060重量%,Al:0.004-0.050重量%,Ti:0.004-0.050重量%,Cr:0-0.60重量%,Ni:0-0.60重量%,Co:0-0.60重量%,W:0-0.60重量%,B:0-0.01重量%,Mo:0-0.60重量%,Cu:0-0.60重量%,Nb:0-0.050重量%,V:0.10-0.40重量%,N:0.015-0.040重量%,其余:Fe和不可避免的杂质,条件是:1)重量%V×重量%N=0.0021-0.0120,2)1.6×重量%S+1.5×重量%Al+2.4×重量%Nb+1.2×重量%Ti=0.035-0.140,3)1.2×重量%Mn+1.4×重量%Cr+1.0×重量%Ni+1.1×重量%Cu+1.8×重量%Mo=1.00-3.50。该钢组合物特别适用于制造用锻模锻造且不经最终淬火的高抗力、高韧性零件,该零件可用作客运车辆和商业运输工具的底盘零件。(*该技术在2023年保护过期,可自由使用*)

【技术实现步骤摘要】
专利技术描述本专利技术涉及一种新的钢组合物,用其制造的模压成形零件(die-formed parts),制造该模压成形零件的方法和它们作为客运车辆和商业运输工具底盘的应用。机动车底盘元件是与安全有关的零件。对于它们,除了要求高强度以外,还要求高韧性(例如,以断裂时的延伸率、断裂时的收缩、缺口冲击强度的特征数值为特征)。因此直到1980年代,几乎没有例外,这些元件都在热成形后经历一种昂贵和/或费力的最终热处理(淬火和回火)。而后,在1980年代,研究了“析出硬化的铁素体-珠光体钢”(“Ausscheidungshrtende Ferritisch-Perlitische Sthle”,AFP-Stahle),对这种钢,通过在钢的铁素体-珠光体基体中析出碳氮化物,不经最终热处理就达到了特征强度值。现在,将这种钢用作客运车辆底盘零件的锻造钢元件已成为惯例。在这些钢的加工过程中,温度控制的调节是重要的,以使钢的转变和碳氮化物的析出能够彼此优化地匹配。现在,对商业运输工具,与安全相关的底盘零件如轴的支持部分(axle leg),几乎无例外地通过淬火和回火钢,也就是说,经过昂贵和/或费力的最终热处理来制备。对此,可提到下列原因对于商业运输工具零件施加的较高的应变要求材料具有较高的规定强度,同时要求材料具有更高的韧性。特别地,通常要求达到技术规格,包括需要保证的缺口冲击强度值。这对现今市场上的相应强度的析出硬化的铁素体-珠光体钢是不可能的。由于它们非常大的质量,商业运输工具零件从热成形温度冷却下来时与客运车辆零件明显不同。由于温度控制对可达到的力学特征值(见上文)有至关重要的影响,即使对客运车辆零件来说普通的较低力学特征值,也是用现今可得到的析出硬化的铁素体-珠光体钢制备的商业运输工具零件大多不能达到的。在过去几年里,商业运输工具部分的材料的发展方向追求如下目的通过由变形热对低碳钢直接淬火和回火达到贝氏体结构条件,(bainitic structural conditions)而不需随后回火,并由此节省了昂贵的最终淬火和回火(见德国专利DE-PS 3628264 A1,DE-PS 4124704A1,美国专利US-PS 5660648)。然而,在此技术中,存在低弹性比、较低的蠕变抗力和性能的不均匀性以及增长的扭曲倾向等问题。在商业运输工具与安全相关的底盘零件的领域,该技术本身还未确定。在具有铁素体-珠光体结构的析出硬化的“AFP”钢的领域,进行了大量的以提高韧性为目的的改进工作,以便在商业运输工具底盘领域也可以使用这类钢(见Hertogs,J.A.,Ravenhorst,H;Richter,K.E.;Wolff,J.Neuere Anwendungen der ausscheidungshrtendenferritisch-perlitischen Sthle für geschmiedete Bauteile im Motor undFahrwerk.Conference“Stahl in Automobilbau”,Würzburg,24-26 Sep.1990;和Huchtemann,B.;Schüler,V.Entwicklungsstand derausscheidungshrtenden ferritisch-perlitischen(AFP-)Sthle mitVanadium.Stahl 2/1992,P.36-41)。因而得到了少许进步,例如通过降低成形温度。然而,由于在较低的成形温度,模具的填充性明显变差,进一步地工具的磨损剧烈增大,这一变化不适于操作使用。进一步的变化集中于用于晶粒细化的钛合金添加物,并因此用于改进韧性。这里的问题在于晶粒的细化靠氮化钛实现。韧性增大所需的氮因此处于受约束的形式,并因此不可利用。结果是与淬火和回火钢相比低得多的韧性。因此本专利技术的根本问题是提供一种用于析出硬化的铁素体-珠光体钢组合物,用以制造模压成形零件,该钢不需额外热处理,在其构成的零件中同时显示高强度和高韧性,从而它们在商业运输工具中也可用于底盘零件。该问题通过含有下列组分的钢组合物得到解决(以重量%计)C 0.12-0.45Si0.10-1.00Mn0.50-1.95S 0.005-0.060Al0.004-0.050Ti0.004-0.050Cr0-0.60Ni0-0.60Co0-0.60W 0-0.60B 0-0.01Mo0-0.60Cu0-0.60Nb0-0.050V 0.10-0.40N 0.015-0.040其余Fe和不可避免的杂质条件是1)wt%V×wt%N=0.0021 to 0.01202)1.6×wt%S+1.5×wt%Al+2.4×wt%Nb+1.2×wt%Ti=0.035 to 0.1403)1.2×wt%Mn+1.4×wt%Cr+1.0×wt%Ni+1.1×wt%Cu+1.8×wt%Mo=1.00 to 3.50本专利技术的核心点在于在给定的强度水平下,与当今通常的碳含量相比,通过降低钢的含碳量实现必要的韧性提高。预期根据现有技术由于采用这一措施造成的强度损失在本专利技术中不仅完全不会出现,而且甚至通过其余组分的特定组合得到了超额的补偿。导致含碳量降低时仍具有高强度的主要因素特别地在于0.10-0.40重量%的钒含量和0.015-0.040重量%的氮含量,其中根据本专利技术需要满足下列条件重量%V×重量%N=0.0021-0.0120;优选地,重量%V×重量%N=0.0028-0.0060。微合金化元素Ti、Al和Nb与硫的平衡比,其中根据本专利技术需要满足下列条件1.6×重量%S+1.5×重量%Al+2.4×重量%Nb+1.2×重量%Ti=0.035-0.140;优选地,1.6×重量%S+1.5×重量%Al+2.4×重量%Nb+1.2×重量%Ti=0.040-0.080。提高混合晶体强度的合金化元素的平衡比,其中根据本专利技术需要满足下列条件1.2×重量%Mn+1.4×重量%Cr+1.0×重量%Ni+1.1×重量%Cu+1.8×重量%Mo=1.00-3.50;优选1.2×重量%Mn+1.4×重量%Cr+1.0×重量%Ni+1.1×重量%Cu+1.8×重量%Mo=1.65-2.80。上述钢组合物极好地适用于制造可用于底盘零件的模压成形零件,如用于客运车辆或商业运输工具的轴的支持件。根据本专利技术的模压成形零件通过包括下列步骤的方法制造(a)将用上述钢组合物制造的进料材料加热到1000-1300℃的温度;(b)将步骤(a)的进料材料通过锻造成形;(c)将步骤(b)得到的模压成形零件冷却到室温,其中在580℃以下的温度范围冷却速度至少为0.2℃/秒。下面以单个制造步骤详细描述根据本专利技术的制造方法。首先,在步骤(a),将根据本专利技术的钢组合物制造的进料材料加热到1000-1300℃,该进料材料具有商业可用几何形状,例如长钢。该材料在此温度范围保温到至少形成了均匀的奥氏体结构。通常该持续时间为5-10分钟。当该模压成形零件将被用于商业运输工具的底盘零件时,优选该进料材料的质量超过15千克。对于将被用于客运车辆底盘零件的模压成形零件,通常采用质量为5-14千克的进料材料。在步骤(b),在通常的成形加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢组合物,其特征在于它包括以重量%计的下列组分:C:0.12-0.45Si:0.10-1.00Mn:0.50-1.95S:0.005-0.060Al:0.004-0.050Ti:0.004 -0.050Cr:0-0.60Ni:0-0.60Co:0-0.60W:0-0.60B:0-0.01Mo:0-0.60Cu:0-0.60Nb:0-0.050V:0.10- 0.40N:0.015-0.040其余:Fe和不可避免的杂质条件是:1)wt%V×wt%N=0.0021to0.01202)1.6×wt%S+1.5×wt%Al+2.4×wt%Nb+1.2×wt% Ti=0.035to0.1403)1.2×wt%Mn+1.4×wt%Cr+1.0×wt%Ni+1.1×wt%Cu+1.8×wt%Mo=1.00to3.50。...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员:J阿恩德特T姆罗斯
申请(专利权)人:CDP印地冶炼厂有限责任公司
类型:发明
国别省市:DE[德国]

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