一种非调质钢及其制造方法以及该非调质钢的应用技术

本发明专利技术公开了一种非调质钢，其抗拉强度Rm＝900‑1150MPa，屈服强度Rel≥600MPa，延伸率A≥10％，断面收缩率Z≥20％，冲击功AKu≥30J；非调质钢的化学元素含有：C、Si、Mn、P、S、Cr、V、Al、Nb、Ti、N、Ni、Mo、Sn、Cu其余为Fe和其他不可避免的杂质，本调质钢的制作方法为炼钢‑下料‑机加工‑表面感应淬火、回火‑磨外圆‑探伤。利用该方法制造的非调质钢力学性能优秀，取消了传统调质热处理工序，降低了加工余量，提高了生产效率，同时还提高了由该非调质钢制作的转向节销的切削加工性能和耐磨性。

【技术实现步骤摘要】
一种非调质钢及其制造方法以及该非调质钢的应用
本专利技术涉及汽车金属材料加工应用
，涉及一种非调质钢及其制造方法以及该非调质钢的应用。
技术介绍
汽车转向节销是汽车前轴与轮子之间的关键连接件，在使用过程中受力相当复杂，既承受轴头三个方向的力和力矩，同时也要求较高的耐磨性。目前国内载货汽车行业转向节销主要采用传统调质钢42CrMo进行表面淬火代替渗碳钢20CrMnTi渗碳处理，传统的调质热处理由于生产周期长，能耗大，制造成本高，且采用42CrMo钢表面淬火耐磨性不如20CrMnTi，传统调质钢，机加工余量较大，生产效率低下，成本较大。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种非调质钢及其制造方法以及该非调质钢的应用；解决了传统调质钢生产效率低下，成本较大的问题。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种非调质钢，其特征在于，其抗拉强度Rm＝900-1150MPa，屈服强度Rel≥600MPa，延伸率A≥10％，断面收缩率Z≥20％，冲击功AKu≥30J；所述的非调质钢的化学元素质量百分比含量范围为：C：0.43～0.47％；Si：0.50～0.80％；Mn：1.20～1.60％；P≤0.015％；S≤0.035％；Cr：0.15～0.30％；V：0.10～0.15％；Al：0.01～0.05％；Nb≤0.045％；Ti：0.015～0.035％；N：0.01～0.02％；Ni≤0.25％；Mo≤0.10％；Sn≤0.03％；Cu≤0.20％；其余为Fe和其他不可避免的杂质。C：0.43～0.47％，决定非调质钢强度的重要元素。保证钢的强度，碳是最有效且成本廉价的元素，能够与强碳化物形成元素V、Ti、Nb、Mo等结合形成碳化物起到沉淀强化和细晶强化的作用，既有利于钢材强度增加，又有利于阻止再结晶，提高再结晶温度；碳含量提高可增加珠光体体积分数，结果具有较高的强度但是韧性较低，因此综合考虑成本和钢材性能，将C的含量限定在0.43～0.47％范围内。Si：0.50～0.80％，提高非调质钢韧性的重要元素，对钢水脱氧具有良好作用。大部分微合金化非调质钢Si的含量大约在0.30％左右，提高Si含量既可以显著固溶强化铁素体，又可以促进铁素体的形成，有利于提高韧性，但Si含量大于0.90％时降低该钢的疲劳强度，易使钢中形成带状组织，使横向性能低于纵向性能，因此综合考虑，将Si的含量限定在0.50～0.80％。Mn：1.20～1.60％，提高非调质钢的强度，改善韧性的重要合金元素。Mn元素还可以提高VC和VN在奥氏体中的溶解度，有助于其在铁素体中析出，当Mn含量＞1.0％时，有利于细化珠光体，并减小珠光体片层间距，使珠光体中渗碳体片的厚度减薄，改善钢的韧性，但当Mn含量≥2％时，将提高该钢珠光体的体积分数，降低韧性，因此综合考虑，将Mn的含量限定在1.20～1.60％。S≤0.035％，改善切削性能，S与Mn结合形成的硫化物具有显著提高切削性能的效果，非调质钢通过添加硫并进行钙或碲的处理可以获得一种有利的硫化物形状和分布，该硫化物呈断粒状分布在晶内，在高温锻造(或热轧)时具有一定的塑性，可以避免锻压(或热轧)成型的热脆性，利于成型；钢经锻压(或热轧)成型后微观组织形成了较多的韧窝结构，在后续切削加工时，刀具切削到该区域由于受力不均而使得铁屑呈“C”形断落，从而避免铁屑缠绕刀具致刀具早期磨损现象，可实现自动化加工排屑功能。增加硫含量还可提高晶间铁素体含量从而改善韧性，依据切削性的要求综合考虑将S的含量限定在≤0.035％。Cr：0.15～0.30％，提高非调质钢强度的重要合金元素，同时对塑韧性影响不大。V：0.10～0.15％，非调质钢最常用也是最有效的强化元素。在Nb、V、Ti三种微合金化元素中，V具有较高的溶解度，在钢中通过形成细小析出相主要起沉淀强化和细晶强化的作用。V还是钢的脱氧剂，与O和N都具有很大的亲和力，也是强碳化物元素形成VC，VC在非调质钢中弥散度很高，且稳定，由于VC高度弥散分布可阻止焊缝晶粒粗大，所以可改善钢的可焊接性。但当V＞0.3％时，钢的回火脆性增大，综合考虑将V的含量限定在0.10％-0.15％。Al：0.01-0.05％，钢液中加入适量的Al，可以生成稳定的AlN，能够拟制Fe4N生成和析出，不仅改善钢的时效性，还可以阻止奥氏体晶粒的长大，钢液中Al、Ti、或V进行固氮处理后使氮固定在AlN、TiN或VN中进行析出强化，Al的含量一般限定在0.01-0.05％。Nb≤0.045％，添加Nb元素并通过奥氏体未再结晶区的低温轧制既有利于V(C，N)在晶界内及位错上大量的弥散析出，为铁素体提供了大量形核位置，可获得均匀细小的先共析铁素体，细化了非调质钢晶粒，提高了强度，又增加了未再结晶区宽度，改善了轧制工艺性，其中Nb(C，N)在轧钢时可以“钉扎”晶界，且固溶Nb由于其原子半径比Fe大得多，在晶界富集浓度可达到1％以上(原子比)，而晶内较低，使Nb具有强烈的“拖拽”晶界移动的能力，这两种作用让Nb具有阻止晶粒长大的效果。采用Nb-V-Ti复合微合金化可促进Nb(C，N)析出并钉扎晶界，拟制终轧或终锻过程中奥氏体的再结晶，使奥氏体再结晶终止温度可上升到950℃，使奥氏体向铁素体转变温度下降，利于先共析铁素体的晶粒细化。Nb-V-Ti微合金化非调质钢经850-900℃奥氏体未再结晶区低温轧制或锻造(变形率＞20％)可降低珠光体片层间距至50-100nm和渗碳体层片厚度至30-100nm，从而显著提高了非调质钢的高强高韧性。Nb-V-Ti复合微合金化非调质钢在900-1100℃之间的热加工道次之间不发生再结晶，也可通过累加变形量使奥氏体晶粒达到高形变而成薄“铁饼”状，在轧后控冷阶段γ→α转变时为α形核提供大量晶界面，通过提高γ晶粒的非再结晶形变量来提高相变后的铁素体晶粒度，提高非调质钢的强韧性。综合考虑将Nb的含量限定在≤0.045％。Ti：0.015％-0.035％，非调质钢重要的微合金化元素之一，在Nb、V、Ti微合金化碳氮化物中，TiN最稳定，对控制奥氏体晶粒长大最有效，当氮含量达到150-200ppm时，钢中Ti：N接近或低于1：1，TiN有效的控制晶粒长大的粗化温度可提高到1300℃以上。钢中增氮减少了TiN颗粒在高温奥氏体中的溶解，阻碍了其通过Ostald熟化机制的长大过程，从而提高了TiN颗粒的稳定性。但其含量不易过高，不然TiN颗粒粗大，不仅不能够阻止晶粒长大，而且会损害钢的切削加工性能和疲劳寿命，综合考虑将Ti的含量限定在0.015％-0.035％。N：0.010％-0.020％非调质钢中经济有效的微合金化元素，非调质钢的冶炼通过增氮处理促进VN粒子大量析出(与碳相比，氮与钒有更强的亲和力，且氮化物更稳定)，可有效细化奥氏体晶粒，促进晶内铁素体(IGF)的析出，有效的分割粗大的珠光体团，提高非调质钢的冲击韧性，并且还能促进钢中V(C、N)的析出，有效钉扎奥氏体-铁素体晶界，细化了铁素体组织。对微钛处理非调质钢，增氮本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非调质钢，其特征在于，其抗拉强度Rm＝900-1150MPa，屈服强度Rel≥600MPa，延伸率A≥10％，断面收缩率Z≥20％，冲击功AKu≥30J，；所述的非调质钢的化学元素质量百分比含量范围为：C：0.43～0.47％；Si：0.50～0.80％；Mn：1.20～1.60％；P≤0.015％；S≤0.035％；Cr：0.15～0.30％；V：0.10～0.15％；Al：0.01～0.05％；Nb≤0.045％；Ti：0.015～0.035％；N：0.01～0.02％；Ni≤0.25％；Mo≤0.10％；Sn≤0.03％；Cu≤0.20％；其余为Fe和其他不可避免的杂质。/n

【技术特征摘要】
1.一种非调质钢，其特征在于，其抗拉强度Rm＝900-1150MPa，屈服强度Rel≥600MPa，延伸率A≥10％，断面收缩率Z≥20％，冲击功AKu≥30J，；所述的非调质钢的化学元素质量百分比含量范围为：C：0.43～0.47％；Si：0.50～0.80％；Mn：1.20～1.60％；P≤0.015％；S≤0.035％；Cr：0.15～0.30％；V：0.10～0.15％；Al：0.01～0.05％；Nb≤0.045％；Ti：0.015～0.035％；N：0.01～0.02％；Ni≤0.25％；Mo≤0.10％；Sn≤0.03％；Cu≤0.20％；其余为Fe和其他不可避免的杂质。


2.根据权利要求1所述的一种非调质钢，其特征在于，所述的非调质钢的金相组织为珠光体+铁素体+马氏体或珠光体+铁素体+贝氏体。


3.根据权利要求2所述的一种非调质钢，其特征在于，所述的铁素体的体积百分含量为5％-25％，奥氏体晶粒度平均晶粒度7-9级，所述的珠光体为微细珠光体形态，珠光体片层间距≤200nm。


4.根据权利要求2所述的一种非调质钢，其特征在于，所述的贝氏体的体积百分含量小于5％。


5.根据权利要求1所述的一种非调质钢，其特征在于，所述的非调质钢的表面组织为针状马氏体+片状马氏体。


6.根据权利要求1所述的一种非调质钢，其特征在于，所述的非调质钢的内部基体组织为片状珠光体+断...

【专利技术属性】
技术研发人员：严超峰，包耀宗，周湛，吉光，董立社，王欢锐，谢余，
申请(专利权)人：陕西汽车集团有限责任公司，陕西东铭车辆系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61