一种高强韧易切削非调质圆钢及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种高强韧易切削非调质圆钢，其除了Fe和不可避免的杂质以外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：C：0.36～0.45％、Si：0.20～0.70％、Mn：1.25～1.85％、Cr：0.15～0.55％、Ni：0.10～0.25％、Mo：0.10～0.25％、Al：0.02～0.05％、Nb：0.001～0.040％、V：0.10～0.25％、S：0.02～0.06％。相应地，本发明专利技术还公开了上述高强韧易切削非调质圆钢的制造方法，其包括步骤：(1)冶炼和浇铸；(2)加热；(3)锻造或轧制：控制终轧温度或终锻温度≥800℃；轧后或锻后冷却；(4)精整。该高强韧易切削非调质圆钢具有较高的强度和良好的冲击韧性、延伸率及断面收缩率，并有良好的切削性能和抗疲劳性能，可用于汽车及工程机械等需要高强度钢材的场合。钢材的场合。钢材的场合。

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧易切削非调质圆钢及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种钢材及其制造方法，尤其涉及一种非调质钢及其制造方法。

技术介绍

[0002]高强度钢棒材通常用于制造高安全性机械及结构类部件，例如：汽车零部件或工程机械的关键受力部件。因此，高强度钢不仅需要具有较高的强度，其还应具有高强韧易切削等性能。
[0003]在现有技术中，通常选取适当的化学成分，并配合采用淬火+回火热处理或控制轧制+控制冷却工艺，生产高强度钢材。其中，采用淬火+回火工艺生产高强度钢材，可以通过优化合金元素和碳元素的含量，提高钢的淬透性，使钢在冷却过程中形成马氏体组织。这种以马氏体为主的高强度钢材位错密度大，会导致钢材冲击韧性较差，而且在拉伸过程中出现微小缺陷如微裂纹的情况下会迅速断裂失效，断裂韧性较低。
[0004]而采用控轧控冷的方式生产高强度钢材，虽然无需进行淬火+回火的调质处理，即可以获得非调质钢，但由于在轧制和冷却过程中控制难度较大，因此这种生产方法会影响钢力学性能的整体均匀性。
[0005]自20世纪70年代的石油危机以来，在节能环保的推动下，德国和日本等国相继在微合金化技术的基础上，开发了49MnVS3、46MnVS6、C70S6、38MnVS6和30MnVS6等若干非调质钢，并取得了较为广泛的应用。中国在1990年代也开发了F45MnV、F35MnVN等钢种，于1995年首次发布了GB/T15712《非调质机械结构钢》的国家标准，并于2008年进行了修订，增加到10个牌号的系列钢种。
[0006]传统的非调质钢通常指在中低碳钢基础上添加微合金化元素如钒等，通过控轧(锻)控冷，在铁素体+珠光体中弥散析出碳氮化物，从而产生强化效果，使之在轧后(锻后)不经调质处理即可获得与调质后相当的力学性能。贝氏体和马氏体组织的新型非调质钢具有比传统非调质钢更高的强度，马氏体非调质钢的韧性相对较低，而贝氏体非调钢可以达到合金结构钢调质后的强度和韧性，是高强韧非调质钢的一个发展方向，一般采用调整化学成分、优化工艺获得细晶或贝氏体组织等方法。
[0007]非调质钢具有良好的经济性和一定的强韧性，其广泛应用于汽车和工程机械等领域，是未来发展的必然趋势。但是，目前现有技术中的非调质钢仍然存在存在强度、硬度有余而韧性不足的问题。
[0008]基于此，针对现有技术中存在的缺陷，为了改善高强度非调质钢的韧性，本专利技术期望获得一种高强韧易切削非调质圆钢及其制造方法，该高强韧易切削非调质圆钢不仅具有良好的冲击韧性和塑性，还具有良好的抗疲劳性能，其易于切削，可以有效应用于汽车和工程机械等需要高强韧钢材的场合。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的之一在于提供一种高强韧易切削非调质圆钢，该高强韧易切削非调
质圆钢不仅具有良好的冲击韧性和塑性，还具有良好的抗疲劳性能，其易于切削，可以有效应用于汽车和工程机械等需要高强韧钢材的场合，具有十分重要的现实意义。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术提出了一种高强韧易切削非调质圆钢，其除了Fe和不可避免的杂质以外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：
[0011]C：0.36～0.45％、Si：0.20～0.70％、Mn：1.25～1.85％、Cr：0.15～0.55％、Ni：0.10～0.25％、Mo：0.10～0.25％、Al：0.02～0.05％、Nb：0.001～0.040％、V：0.10～0.25％、S：0.02～0.06％。
[0012]进一步地，在本专利技术所述的高强韧易切削非调质圆钢中，其各化学元素质量百分含量为：
[0013]C：0.36～0.45％、Si：0.20～0.70％、Mn：1.25～1.85％、Cr：0.15～0.55％、Ni：0.10～0.25％、Mo：0.10～0.25％、Al：0.02～0.05％、Nb：0.001～0.040％、V：0.10～0.25％、S：0.02～0.06％；余量为Fe和不可避免的杂质。
[0014]在本专利技术所述的技术方案中，本专利技术通过合理的化学元素成分设计，可以获得具有良好的冲击韧性、塑性和抗疲劳性能，且易于切削的高强韧易切削非调质圆钢。在本专利技术中，为了改善高强韧易切削非调质圆钢的韧性，采用贝氏体组织强化，以及钒、铌、铝等元素复合微合金化，提高沉淀析出强化效果，细化晶粒。另外，为了提高本专利技术所述的高强韧易切削非调质圆钢的切削性能，钢中还加入一定量的硫元素。
[0015]相应地，本专利技术所述高强韧易切削非调质圆钢中，各化学元素的设计原理具体如下所述：
[0016]C：在本专利技术所述的高强韧易切削非调质圆钢中，C元素可以提高钢材的淬透性，使钢在淬火冷却过程中形成硬度较高的相变组织。当钢中C元素含量提高时，会提高硬质相比例，提高钢材的硬度，但同时会导致钢材的韧性下降；而当钢中C元素含量太低时，则会导致钢材的相变组织如贝氏体含量过低，钢材无法获得足够的抗拉强度。因此，在本专利技术所述的高强韧易切削非调质圆钢中，可以将C元素的质量百分含量控制在0.36～0.45％之间。
[0017]Si：在本专利技术所述的高强韧易切削非调质圆钢中，Si元素有益于提升钢材的强度，添加适量的Si可以在回火时可避免形成粗大的碳化物。但需要注意的是，钢中Si元素含量不宜过高，钢中Si元素含量过高时，会降低钢材的冲击韧性。因此，综合考虑Si的有益效果和不利影响，在本专利技术所述的高强韧易切削非调质圆钢中，可以将Si元素的质量百分含量控制在0.20～0.70％之间。
[0018]Mn：在本专利技术所述的高强韧易切削非调质圆钢中，Mn是影响钢淬透性的主要元素之一。Mn在钢中主要以固溶形式存在，其可以有效提高钢的淬透性，在淬火时形成高强度的低温相变组织，使得钢材具有良好的强韧性。但需要注意的是，钢中Mn元素含量不宜过高，当钢中Mn元素含量过高时，会导致形成较多的残留奥氏体，降低钢的屈服强度，并容易导致中心偏析。因此，在本专利技术所述的高强韧易切削非调质圆钢中，将Mn元素的质量百分含量控制在1.25～1.85％之间。
[0019]Cr：在本专利技术所述的高强韧易切削非调质圆钢中，Cr元素可以显著提高钢的淬透性。钢中添加适量的Cr元素可以有效形成硬化的贝氏体组织，从而提高钢材的强度。相应地，钢中Cr元素含量不宜过高，当钢中Cr元素含量过高时，会形成粗大的碳化物，降低钢材的冲击性能。因此，在本专利技术所述的高强韧易切削非调质圆钢中，将Cr元素的质量百分含量
控制在0.15～0.55％之间。
[0020]Ni：在本专利技术所述的高强韧易切削非调质圆钢中，Ni在钢中以固溶形式存在，钢中添加适量的Ni元素可以有效提高材料的低温冲击性能。但钢中Ni元素含量不宜过高，过高的Ni含量会导致钢材中的残留奥氏体含量过高，从而降低钢材的强度。因此，在本专利技术所述的高强韧易切削非调质圆钢中，将Ni元素的质量百分含量控制在0.10～0.25％之间。
[0021]Mo：在本专利技术所述的高强韧易切削非调质圆钢中，Mo元素可在钢中固溶，并有利于提高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强韧易切削非调质圆钢，其特征在于，其除了Fe和不可避免的杂质以外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：C：0.36～0.45％、Si：0.20～0.70％、Mn：1.25～1.85％、Cr：0.15～0.55％、Ni：0.10～0.25％、Mo：0.10～0.25％、Al：0.02～0.05％、Nb：0.001～0.040％、V：0.10～0.25％、S：0.02～0.06％。2.如权利要求1所述的高强韧易切削非调质圆钢，其特征在于，其各化学元素质量百分含量为：C：0.36～0.45％、Si：0.20～0.70％、Mn：1.25～1.85％、Cr：0.15～0.55％、Ni：0.10～0.25％、Mo：0.10～0.25％、Al：0.02～0.05％、Nb：0.001～0.040％、V：0.10～0.25％、S：0.02～0.06％；余量为Fe和不可避免的杂质。3.如权利要求1或2所述的高强韧易切削非调质圆钢，其特征在于，其还含有：0＜Cu≤0.25％。4.如权利要求1或2所述的高强韧易切削非调质圆钢，其特征在于，在不可避免的杂质中，各杂质元素含量满足下述各项的至少其中之一：P≤0.015％、N≤0.015％、O≤0.002％、Ti≤0.003％、Ca≤0.005％。5.如权利要求1或2所述的高强韧易切削非调质圆钢，其特征在于：淬透性临界理想直径DI的值为5.0～9.0；其中DI＝0.54
×
C
×
(5.10Mn
‑
1.12)
×
(0.70Si+1)
×
(0.363Ni+1)
×
(2.16Cr+1)
×
(3.00Mo+1)
×
(0.365Cu+1)
×
(1.73V+1)，式中的各化学元素均代入该化学元素的质量百分含量的百分号前面的数值。6.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：高加强，赵四新，黄宗泽，陈林，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：