一种大功率发动机曲轴用高强韧性贝氏体非调质钢及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种大功率发动机曲轴用高强韧性贝氏体非调质钢及其制备方法，包括如下重量百分比的化学成分：C：0.30

【技术实现步骤摘要】
90ppm，200≤X≤260，其余为Fe和不可避免的杂质元素；其中，
[0009]X＝[25.4(0.003+0.53C)
×
(1+0.7Si)
×
(-1.12+5.1Mn)
×
(1+2.16Cr)
×
(1+1.74V)
×
(1+0.364Ni)
×
(1+3Mo)]，式中各元素所指数值＝该元素在钢中含量
×
100。
[0010]进一步地，所述大功率发动机曲轴用高强韧性贝氏体非调质钢优选为包括如下重量百分比的化学成分：C：0.32-0.38％，Si：0.63-1.25％，Mn：1.60-1.90％，Cr：0.65-0.85％，Mo：0.08-0.12％，V：0.07-0.15％，Ni：0.10-0.18％，Ti：0.022-0.029％，B：0.0020-0.0030％，Al：0.020-0.030％，P：≤0.010％，S：0.027-0.035％，T.O：≤10ppm，[H]：≤1.0ppm，[N]：65-85ppm，205≤X≤245，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
[0011]本专利技术提供的所述的大功率发动机曲轴用高强韧性贝氏体非调质钢的制备方法，包括以下步骤：冶炼
--
LF精炼
--
RH真空处理
--
连铸
--
轧制
--
缓冷
--
感应加热
--
锻造
--
精整
--
控温冷却成材。
[0012]进一步地，所述轧制步骤中，为了促进硫化物溶解、降低成分偏析等，适当的提高钢坯的加热温度及时间，钢坯在加热炉的均热温度控制在1210～1250℃、预热、加热和均热总时间控制6.0h-12.0h；开轧温度1090～1130℃、终轧温度900-950℃。
[0013]更进一步地，加热炉的均热温度优选为1235～1250℃，预热、加热和均热总时间优选为7.0-8.0h；开轧温度优选为1100～1125℃、终轧温度优选为920-935℃。
[0014]进一步地，所述轧制步骤后还包括精整的步骤。
[0015]进一步地，为了保证贝氏体非调质钢的组织性能以及适当的降低硬度，所述缓冷步骤中，轧后经过冷床冷却至480-560℃下线入坑缓冷，缓冷时间≥48h，出坑后进行修磨扒皮。
[0016]更进一步地，轧后经过冷床冷却至500-525℃下线入坑缓冷，缓冷时间45-50h。
[0017]进一步地，在保证材料晶粒度的前提下，为促进硫化物溶解、提升金属流动性能以及曲轴整体组织均匀性，所述感应加热步骤中，在中频感应加热时温度控制在1240-1260℃，优选为1245-1257℃。
[0018]进一步地，所述锻造步骤中，始锻温度1150-1200℃，终锻温度850-950℃。
[0019]更进一步地，始锻温度优选为1160-1175℃，终锻温度优选为910-920℃
[0020]进一步地，为保证曲轴组织及性能，所述控温冷却成材步骤中，锻后风冷至420-450℃后空冷，优选为锻后风冷至425-448℃后空冷。
[0021]本专利技术提供的大功率发动机曲轴用高强韧性贝氏体非调质钢的成分中，各元素作用及控制如下：
[0022]C：C是钢中最基本有效的强化元素，是影响强度、硬度及淬透性最有效的元素，为了保证材料足够的强度、硬度和淬透性，由于曲轴表面需要进行感应淬火强化，为保证感应淬火后表面硬度，C含量不能低于0.30％，但碳含量过高，会导致钢的韧、塑性过低，因此，C含量不能高于0.40％，故确定C含量为0.30-0.40％，优选为0.32-0.38％。
[0023]Si：Si是脱氧剂，具有较强的固溶强化效果，提高钢的硬度和强度，同时Si在钢中可以在冷却过程中抑制贝氏体转变时脆性碳化物析出，使钢中保留一定的残余奥氏体，有利于提高钢的韧性，同时，还可以提高钢的弹性模量，改善曲轴刚度，因此，Si的含量不能低于0.60％，但过量的硅使C的活性增加，促进钢在轧制和热处理过程中的脱碳和石墨化倾向，恶化钢的韧性，故Si的含量不能高于1.50％。Si含量控制在0.60％-1.50％，优选为
0.63-1.25％。
[0024]Mn：Mn是脱氧和脱硫的有效元素，提高钢的硬度和强度，Mn可以提高奥氏体组织的稳定性，显著提高钢的淬透性，同时还可以促进贝氏体相变，含量小于1.40％时，难以起到上述作用。但Mn含量过高，降低钢的塑性，钢在热轧时韧性变坏，并导致相变后残余奥氏体含量过高，贝氏体相变温度过低，导致钢的屈服强度及屈强比过低，内应力过大，恶化贝氏体非调质钢疲劳性能。因而控制Mn含量在1.40％-2.00％，优选为1.60-1.90％。
[0025]Cr：Cr能够有效地提高钢的淬透性和推迟贝氏体相变，以获得所需的高强度，并且通过固溶强化还能够显著提升贝氏体铁素体硬度；同时Cr还可降低C的活度，可降低加热、轧制、锻造过程中的钢材表面脱碳倾向，有利用获得高的抗疲劳性能。过高的Cr会降低钢的韧性，Cr是强碳化物析出元素，会在感应淬火层组织中出现大量的碳化物，影响感应淬火层性能，故Cr的含量不能高于0.90％。Cr含量控制在0.60-0.90％，优选为0.65-0.85％。
[0026]Mo：Mo能明显提高钢的淬透性，促进贝氏体转变。Mo能够形成强碳化物，阻碍原子的扩散、位错的运动和晶界迁移，有效阻止形变奥氏体再结晶。Mo主要是通过碳化物的析出强化和固溶强化形式来提供钢的强度。Mo的碳化物颗粒细小而不会造成微观组织结构的应力集中，有利于提高钢的冲击韧性。但Mo成本较高，满足性能的要求下，尽量少用。因此，控制Mo含量为0.05-0.15％，优选为0.08-0.12％。
[0027]V：V是钢中的强化元素，V与C、N都有极强的亲和力，在钢中主要以碳化物的形态存在，主要是由于VC、V(CN)的沉淀强化，V在钢中主要的起的作用是细化组织晶粒，由于贝氏体相变温度较低，固溶的V可显著抑制贝氏体相变过程中C的扩散，可起到细化贝氏体铁素体作用，可提高钢的强度和韧性，由于材料晶粒的细化，细化后材料的晶界比重加大，钢的强度增加，材料对裂纹的敏感性大大降低。但V含量较高时，成本较高。因此，V含量控制为0.05～0.20％，优选为0.07-0.15％。
[0028]Ni：Ni能有效提高钢的心部韧性，降低韧脆转变温度，提高低温冲击性能，具有提高钢材料疲劳强度的效果，而Ni成本较高，且Ni含量过高会降低热加工后的切削性。故Ni含量控制在0.10-0.20％，优选为0.10-0.18％。
[0029]Ti：Ti与C、O、N都有极强的亲和力，在热轧/锻温度范围内，其与C、N结合析出的TiN、TiC相有效的阻碍奥氏体晶粒度长大，起到细化晶粒的作用，而V-Ti复合加入时，对组织的细化效果更好。同时，固溶Ti具有强烈抑制贝氏体相变过程中C的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大功率发动机曲轴用高强韧性贝氏体非调质钢，其特征在于，包括如下重量百分比的化学成分：C：0.30-0.40％，Si：0.60-1.50％，Mn：1.40-2.00％，Cr：0.60-0.90％，Mo：0.05-0.15％，V：0.05-0.20％，Ni：0.10-0.20％，Ti：0.020～0.030％，B：0.0010-0.0035％，Al：0.010～0.060％，P：≤0.010％，S：0.025-0.040％，T.O：≤10ppm，[H]：≤1.0ppm，[N]：60-90ppm，200≤X≤260，其余为Fe和不可避免的杂质元素；其中，X＝25.4(0.003+0.53C)
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(1+0.7Si)
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(-1.12+5.1Mn)
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(1+2.16Cr)
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(1+1.74V)
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(1+0.364Ni)
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(1+3Mo)，式中各元素所指数值＝该元素在钢中含量
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100。2.根据权利要求1所述的大功率发动机曲轴用高强韧性贝氏体非调质钢，其特征在于，包括如下重量百分比的化学成分：C：0.32-0.38％，Si：0.63-1.25％，Mn：1.60-1.90％，Cr：0.65-0.85％，Mo：0.08-0.12％，V：0.07-0.15％，Ni：0.10-0.18％，Ti：0.022～0.029％，B：0.0020-0.0030％，Al：0.020～0.030％，P：≤0.010％，S：0.027-0.035％，T.O：≤10ppm，[H]：≤1.0ppm，[N]：65-85ppm，205≤X≤245，其余为Fe和不可避免的...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪开忠，胡芳忠，郝震宇，杨少朋，胡乃悦，金国忠，陈世杰，杨志强，吴林，牟祖茂，王自敏，姜婷，尹德福，
申请(专利权)人：马鞍山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：