一种非调质钢及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种非调质钢及其制备方法。本发明专利技术的非调质钢，按重量百分比计含有以下成分：碳：0.46‑0.55％，硅：0.20‑0.60％，锰：1.20‑1.60％，铬：0.00‑0.30％，铝：0.010‑0.030％，镍：0.10‑0.30％，铜：0.00‑0.20％，磷：0.000‑0.030％，硫：0.020‑0.050％，钒：0.050‑0.250％，铌：0.020‑0.050％，钛：0.010‑0.030％，硼：0.0005‑0.0030％，氮0.012‑0.020％，余量为铁。本发明专利技术的非调质钢的强度高、韧性好，经表面淬火后的表面硬度高，完全能够满足高强度高韧性和表面耐磨的直接切削用非调质钢的要求。

A kind of non-quenched and tempered steel and its preparation method

The invention provides a non-quenched and tempered steel and a preparation method thereof. The non-temptemptemptempered steel according to the present invention contains the following components by weight percentage: carbon: 0.46_0.55%, silicon: 0.20_0.60%, silicon: 0.20_0.60%, manganese: 1.20_1.60%, manganese: 1.20_1.60%, chromium: 0.00_0.00_0.00_0.30%, aluminium: 0.01010 0 0 0 0_0.039 0 0 0.030%, nickel: 0.10_0 0 0.30.30%, copper: 0.00 8209 0.20%, copper: 0.20%, phosphorus: 0.000 8209 phosphorus: 0.000 8209_0.250%, niobium: 0.020_0.050%, titanium: 0.010_0.0 30%, boron: 0.0005 0.0030%, nitrogen 0.012 0.020%, the remaining amount is iron. The non-quenched and tempered steel of the invention has high strength, good toughness, high surface hardness after surface quenching, and can fully meet the requirements of non-quenched and tempered steel for direct cutting with high strength, high toughness and surface wear resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种非调质钢及其制备方法
本专利技术涉及一种钢材，具体涉及一种非调质钢及其制备方法。
技术介绍
目前，新能源汽车电机轴主要采用调质40Cr和20CrMnTiH来保证心部的韧性和表面的强度；其中，调质40Cr主要采用调质及表面淬火工艺，而20CrMnTiH主要采用渗碳淬火及低温回火工艺。然而，调质处理、渗碳淬火及低温回火热处理需要耗费大量的能源和时间，从而提高了零件的生产周期和生产成本；此外，材料在渗碳淬火过程中容易产生变形等问题。非调质钢是在中碳锰钢的基础上加入微合金化元素，该元素在加热过程中溶于奥氏体中并以细小的碳化物的氮化物形式在先析出的铁素体和珠光体中析出，析出物与母相保持共格关系，使钢强化。非调质钢的显微组织主要包括铁素体组织和珠光体组织，其力学性能主要取决于基体显微组织和析出相的强化，可区分为热锻用非调质钢、直接切削用非调质钢、冷作强化非调质钢和高韧性非调质钢。目前，国内非调质钢的抗拉强度Rm通常为800-900Mpa，表面硬度HRC通常为50-56。公开号为CN104651753A的专利公开了一种重型汽车平衡轴用非调质钢，该非调质钢按质量百分比计包括以下成分：C：0.20-0.35％，Si：0.20-0.45％，Mn：1.50-2.30％，P≤0.010％，S≤0.080％，Cr：0.30-0.70％，V：0.05-0.30％，Ni≤0.30％，Cu≤0.20％，Mo≤0.20％，Ti≤0.035％，Alt：0.010-0.040％，N：0.008-0.020％，O≤0.0015％，H≤0.00010％，Sn≤0.010％，Sb≤0.010％，As≤0.015％，Pb≤0.010％，其余为Fe。上述非调质钢的抗拉强度可达960-1000Mpa，屈服强度可达700-750Mpa，然而该材料的强度和表面硬度仍有待进一步提高。
技术实现思路
本专利技术提供一种非调质钢及其制备方法，该非调质钢的强度高、韧性好，经表面淬火后的表面硬度高，完全能够满足高强度高韧性和表面耐磨的直接切削用非调质钢的要求。本专利技术提供一种非调质钢，按重量百分比计含有以下成分：碳：0.46-0.55％，硅：0.20-0.60％，锰：1.20-1.60％，铬：0.00-0.30％，铝：0.010-0.030％，镍：0.10-0.30％，铜：0.00-0.20％，磷：0.000-0.030％，硫：0.020-0.050％，钒：0.050-0.250％，铌：0.020-0.050％，钛：0.010-0.030％，硼：0.0005-0.0030％，氮0.012-0.020％，余量为铁。在本专利技术中，若无特殊说明，含量均为质量含量。本专利技术的非调质钢将碳的含量设置在0.46-0.55％的范围内，通过与其他微合金元素的匹配，克服了传统非调质钢强度与韧性不匹配的问题，使非调质钢同时具备较高的强度和韧性；特别是，该非调质钢材料经表面淬火后，表面硬度HRC可达58-63。优选地，非调质钢中的碳含量可以为0.48-0.51％。本专利技术的非调质钢通过控制合金元素硅的含量在0.20-0.60％、锰的含量在1.20-1.60％、铬的含量在0.00-0.30％、铝的含量在0.010-0.030％、铜的含量在0.00-0.20％的范围内，确保非调质钢材料具有良好的固溶强化效果。优选地，非调质钢中的硅含量可以为0.35-0.55％；锰含量可以为1.37-1.57％；铬含量可以为0.10-0.30％，进一步为0.15-0.24％；铝含量可以为0.010-0.020％。本专利技术的非调质钢通过加入0.050-0.250％的钒、0.020-0.050％的铌、0.010-0.030％的钛和0.012-0.020％的氮，能够显著细化非调质钢的晶粒，并且可在热压力加工和冷却过程中发挥微合金元素的析出强化作用，提高材料的强韧性。优选地，非调质钢中的钒含量可以为0.13-0.20％；铌含量可以为0.028-0.030％；钛含量可以为0.010-0.020％。本专利技术的非调质钢通过增加一定含量的硼元素，改善了非调质钢的淬透性，保证了零件的淬硬层的深度。具体地，非调质钢中的硼含量可以为0.0005-0.0030％，优选为0.0012-0.0015％。本专利技术的非调质钢通过加入0.020-0.050％的硫，可显著提高材料的切削性能，改善零件的表面光洁度，提高零件的疲劳寿命。优选地，非调质钢中的硫含量可以为0.023-0.042％。本专利技术的非调质钢通过将磷含量控制在0.000-0.030％(即将磷含量控制在0.030％以下)，降低了钢材的低温脆性。同时，本专利技术的非调质钢通过加入0.10-0.30％的镍，可有效地强化铁素体，在提高材料强度的前提下，提高材料的韧性并降低脆韧性转变温度，使材料具有良好的低温韧性；优选地，非调质钢中的镍含量可以为0.16-0.23％。进一步地，本专利技术的非调质钢，按重量百分比计含有以下成分：碳：0.46-0.55％，硅：0.20-0.60％，锰：1.20-1.60％，铬：0.10-0.30％，铝：0.010-0.030％，镍：0.10-0.30％，硫：0.020-0.050％，钒：0.050-0.250％，铌：0.020-0.050％，钛：0.010-0.030％，硼：0.0005-0.0030％，氮0.012-0.020％，余量为铁。更进一步地，本专利技术的非调质钢，按重量百分比计含有以下成分：碳：0.48-0.51％，硅：0.35-0.55％，锰：1.37-1.57％，铬：0.15-0.24％，铝：0.010-0.020％，镍：0.16-0.23％，硫：0.023-0.042％，钒：0.13-0.20％，铌：0.028-0.030％，钛：0.010-0.020％，硼：0.0012-0.0015％，氮0.012-0.020％，余量为铁。本专利技术的非调质钢的心部组织包括含量为90％以上的珠光体组织和含量为10％以下的铁素体组织；特别是，该非调质钢心部组织珠光体团的尺寸为15-25微米；具有上述心部组织的非调质钢能够提供更高的强度。此外，经表面淬火后，本专利技术的非调质钢的表面组织包括含量为90％以上的隐晶马氏体和含量为10％以下的残余奥氏体组织；特别是，隐晶马氏体组织的碳含量为0.5％左右；具有上述表面组织的非调质钢能够提供更高的表面硬度。本专利技术的非调质钢的屈服强度Rel大于800Mpa，进一步为836-872Mpa；抗拉强度Rm大于1100Mpa，进一步为1103-1169Mpa；断后伸长率A≥14％，进一步为14-17％；断面收缩率Z≥48％，进一步为48-51％；冲击吸收功Aku2≥40J，进一步为40-45J；经表面淬火后，非调质钢的表面硬度HRC为58-63。本专利技术还提供上述非调质钢的制备方法，包括如下步骤：1)按所述成分进行配料，对配料进行EAF冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸，制得钢坯；2)对所述钢坯进行控温轧制、控速冷却，得到所述非调质钢。在本专利技术中，非调质钢制备方法的核心在于控温轧制和控速冷却；其中，控温轧制是将终轧温度控制为780-850℃；控速冷却是将冷却速度控制为3-5℃/s。非调质钢制备过程中的其它工艺步骤均可以为本领域的常规工艺，其对本专利技术非调质钢的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非调质钢，其特征在于，按重量百分比计含有以下成分：碳：0.46‑0.55％，硅：0.20‑0.60％，锰：1.20‑1.60％，铬：0.00‑0.30％，铝：0.010‑0.030％，镍：0.10‑0.30％，铜：0.00‑0.20％，磷：0.000‑0.030％，硫：0.020‑0.050％，钒：0.050‑0.250％，铌：0.020‑0.050％，钛：0.010‑0.030％，硼：0.0005‑0.0030％，氮0.012‑0.020％，余量为铁。

【技术特征摘要】
1.一种非调质钢，其特征在于，按重量百分比计含有以下成分：碳：0.46-0.55％，硅：0.20-0.60％，锰：1.20-1.60％，铬：0.00-0.30％，铝：0.010-0.030％，镍：0.10-0.30％，铜：0.00-0.20％，磷：0.000-0.030％，硫：0.020-0.050％，钒：0.050-0.250％，铌：0.020-0.050％，钛：0.010-0.030％，硼：0.0005-0.0030％，氮0.012-0.020％，余量为铁。2.根据权利要求1所述的非调质钢，其特征在于，按重量百分比计含有以下成分：碳：0.46-0.55％，硅：0.20-0.60％，锰：1.20-1.60％，铬：0.10-0.30％，铝：0.010-0.030％，镍：0.10-0.30％，硫：0.020-0.050％，钒：0.050-0.250％，铌：0.020-0.050％，钛：0.010-0.030％，硼：0.0005-0.0030％，氮0.012-0.020％，余量为铁。3.根据权利要求1所述的非调质钢，其特征在于，按重量百分比计含有以下成分：碳：0.48-0.51％，硅：0.35-0.55％，锰：1.37-1.57％，铬：0.15-0.24％，铝：0.010-0.02...

【专利技术属性】
技术研发人员：程勇，刘家善，周志伟，俞杰，包耀宗，王乾，周旭，徐益峰，刘栋林，
申请(专利权)人：苏州苏信特钢有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32