專利名稱：用于制造有貝氏體組織鍛件的鋼及制造鍛件的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造鍛件的鋼，該用鋼制成的鍛件具有貝氏體組織及很好的機(jī)械性能。
很多機(jī)械上用的鍛件，尤其是用于汽車工業(yè)的鍛件是通過將，比如，冷剪切鋼棒或鋼坯而得到的坯料進(jìn)行熱鍛而制成的。鍛后將鍛件以受控方式冷到室溫，以便使之具有所需的機(jī)械性能，而又無需后續(xù)的熱處理。
為制造這類鍛件，已經(jīng)，尤其是在EP0,191,873中提出采用這樣的鋼，其化學(xué)組成包含(重量)0.04-0.14％的C、0.56-0.99％的Mn、0.05-0.5％的Si、1.01-2％的Cr，最多為0.5％的Ti，最多為0.1％的Al，最多為0.015％的B和最多為0.15％的S，及余量的Fe。鍛后將此鍛件水淬。
這種技術(shù)有一些缺點(diǎn)，因?yàn)?，一方面，該鋼的鑄造性能，尤其是在連鑄時(shí)不是非常好，這就使得制造鋼坯很困難，而另一方面，半成品的內(nèi)部致密性有時(shí)很差，特別是在為了改善此鋼的機(jī)加工性而再硫化時(shí)則尤為如此。此外，所到的抗拉強(qiáng)度有時(shí)不夠。比如，含碳量過低則不能保證足以獲得所需的拉伸機(jī)械性能的淬透性。此外，過低的錳含量導(dǎo)致不夠好的拉伸機(jī)械性能含0.05％的C、0.8％的Mn、1.1％的Cr、B、Al和Ti的鋼既不能使Rp0.2超過690MPa，也不能使Rm超過830MPa。出于所有的這些原因，用這種鋼生產(chǎn)的鍛件的可靠性是不令人滿意的。
本發(fā)明的目的在于通過提供一種鋼及一種生產(chǎn)鍛件的工藝來克服這些缺點(diǎn)，該鋼及該工藝能使所生產(chǎn)的鍛件有好的可靠性，高的拉伸性能和韌性。
因此本發(fā)明的主題是用于制造有貝氏體組織，而其于20℃的機(jī)械性能為
RP0.2≥800MPaRm≥1000MPaKcu≥50J/cm2的鍛件的鋼。
其化學(xué)組成包含(重量)0.05％≤C≤0.12％0.1％≤Si≤0.45％1.01％≤Mn≤1.8％0.15％≤Cr≤1.15％0.06％≤M0≤0.12％Cu≤0.30％Ni≤0.30％0.01％≤Ti≤0.04％0.005％≤Al≤0.04％0.006％≤N≤0.013％0.0005％≤B≤0.004％P≤0.025％0.02％≤S≤0.1％0％≤Pb≤0.1％0％≤Te≤0.07％可供選擇的0.0002％-0.002％的Ca，余量的Fe及因熔煉而產(chǎn)生的雜質(zhì)，該化學(xué)組成還滿足如下關(guān)系0.2％≤Ni+Mo+Cu≤0.7％，在950℃以上時(shí)未結(jié)合的B含量不小于0.0005％。
鋼的化學(xué)組成更好為0.05％≤C≤0.08％0.15％≤Si≤0.35％1.01％≤Mn≤1.35％0.8％≤Cr≤1.15％0.08％≤Mo≤0.11％。
本發(fā)明還涉及制造鍛件的工藝，其中
-采用用符合本發(fā)明的鋼制成的坯料、-將此坯料加熱到1000-1320℃間的重加熱溫度T1，然后鍛造，該鍛造在溫度T2時(shí)結(jié)束，該重加熱溫度T1是這樣選擇的要使在溫度T2時(shí)未結(jié)合的硼含量Buc大于或等于0.0005％，及-在鍛后直接將該鍛件冷到室溫，其中，在溫度T2和100℃之間的平均冷卻速率大于14℃/秒，而更好是小于255℃/秒。
最后，本發(fā)明涉及由符合本發(fā)明的鋼制成的，有貝氏體組織的，而且20℃時(shí)的機(jī)械性能為Rp0.2≥800MPaRm≥1000MPaKcu≥50J/cm2的鍛件。
更好是該鍛件有小于或等于55mm的當(dāng)量直徑。
現(xiàn)在將更完全的，但以非限制性的方式敘述本發(fā)明.
為制造有貝氏體組織的鍛件，其當(dāng)量直徑最好小于55mm，用化學(xué)組成(重量)如下的鋼-0.05-0.12％，更好是0.05-0.08％的C，以便得到有所需的抗拉和韌性機(jī)械性能的低碳貝氏體組織-0.1-0.45％，而更好是0.15-0.35％的Si，以便充分脫氧，而又不使軋態(tài)的鐵素體過分變硬；-1.01-1.8％，更好是1.01-1.35％的Mn，以便得到良好的鑄造性能和良好的內(nèi)部致密度，在為改善機(jī)加工性能和提高淬透性而加硫時(shí)，尤應(yīng)如此；-0.15-1.15％，而更好是0.8-1.15％的Cr，以便提高淬透性，而不使軋態(tài)下的鐵素體過分變硬，從而不損害被冷剪切的能力；-0.06-0.12％，更好是0.08-0.11％的Mn，以便與B、小于0.3％的Ni和小于0.3％的Cu協(xié)同地改善淬透性；該Ni、Cu和Mo含量的總和必需大于0.2％，以便得到足夠的淬透性，而小于0.7％，以便避免在鍛后形成貝氏體；-0.01-0.04％的Ti，0.005-0.04％的Al、0.006-0.013％的N和0.0005-0.004％的B，以便與其它淬硬元素結(jié)合而得到所需的淬透性；-小于0.025％的P，以不損于韌性；-0.02％-0.1％的S，可選擇的最多為0.07％的Te，可選擇的最多為0.1％的Pb及任選的0.0002％-0.002％之間的Ca，以便改善機(jī)加工性能；余量是Te及來自熔煉過程的雜質(zhì)。
為取得硼對(duì)淬透性的充分的效果，則以這樣的方式調(diào)整B、Ti、Al和N的含量一旦該溫度T大于或等于950℃，則未結(jié)合的B含量Buc大于0.0005％。
該未結(jié)合的硼含量可用以℃表示的溫度T和該Ti、Al、B和N含量(以重量％表達(dá))按下式算出Buc＝10.5×10-13970/(T+273)/A其中A＝-(0.29×Ti+1.27×B+0.52×Al-N)+Δ而在該式中Δ應(yīng)為Δ2＝0.29×Ti+1.27×B+0.52×Al-N+1.16×KTi+5.08×KB+2.08×KAl其中KTi＝4.73×10-16210/(T+273)KB＝5.24×10-13910/(T+273)KAl＝0.725×10-6180/(T+273)此鋼液通過在加熱鋼包中真空精煉，或通過在加熱鋼包中精煉，然后經(jīng)真空處理而熔煉，然后或以連鑄鑄成坯狀，或鑄成錠。在將此鋼鑄成錠時(shí)，則將此錠熱軋成扁坯或圓坯，它們是放置于空氣中冷卻的。當(dāng)將此鋼連鑄時(shí)，則將此連鑄坯熱軋成扁坯或圓坯。
用冷剪切將此扁坯或圓坯剪開以獲得將被熱軋的坯料.
為制造鍛件，將坯料加熱到1000-1320℃的重加熱溫度T1，以便得到均勻的奧氏體組織，然后進(jìn)行鍛造工序，其在溫度T2時(shí)結(jié)束，該鍛件在T2和100℃之間以大于14℃/秒而最好是小于250℃/秒的平均冷卻速度冷到室溫。該溫度T1必需以這樣的方式選擇以給定的鍛造條件，最終鍛造溫度T2要在鍛造結(jié)束時(shí)使未結(jié)合的硼含量Buc大于0.0005％。該未結(jié)合的硼含量可用上述公式，以溫度T1和Ti、Al、B和N含量算出。
因此，特別是對(duì)其當(dāng)量直徑小于55mm的鍛造而言，貝氏體組織遍及該材料，20℃時(shí)其機(jī)械性能為Rp0.2≥800MPaRm≥1000MPaKcu≥50J/cm2鍛件的當(dāng)量直徑是圓件的直徑，在鍛后冷卻鍛件的過程中，其芯部的冷卻速度等于該鍛件的冷卻速度。
根據(jù)該鍛件的當(dāng)量直徑，鍛后的冷卻可以吹風(fēng)、噴霧、在油或水中，或借助于任何的其它的能滿足規(guī)定的冷卻條件的方法進(jìn)行.
以實(shí)施例的方式，制造一根大體為圓柱形的機(jī)械軸，其當(dāng)量直徑為30mm.為制造此軸，采用在加熱鋼包中真空熔煉的鋼，其化學(xué)組成(重量)為C＝0.08％Si＝0.40％Mn＝1.30％Cr＝0.92％Mo＝0.1％Cu＝0.22％Ni＝0.095％Ti＝0.023％Al＝0.032％N＝0.0075％B＝0.0028％P＝0.015％S＝0.072％余量為Fe及得自熔煉的雜質(zhì)。
鍛造前，將坯料加熱到1280℃的溫度，然后鍛造，以便制成當(dāng)量直徑為30mm的軸。最終鍛造溫度為1050℃。在此溫度下，該鋼中的未結(jié)合的B含量為0.0021％。鍛后，將此軸于20℃的水中伴隨攪動(dòng)而冷卻，這種冷卻形成了在1050℃-100℃之間的冷到芯部的36℃/秒的平均冷卻速度，從而產(chǎn)生貝氏體組織，該軸的機(jī)械性能為Rp0.2＝896MpaRm＝1116MpaKcu＝84J/cm2該鋼的鑄造無任何困難，而且盡管為了取得好的機(jī)加工性能加了高的硫含量，半成品未出現(xiàn)任何內(nèi)部致密性的缺陷。
權(quán)利要求
1.用于制造有貝氏體組織，機(jī)械性能為RP0.2≥800MPaRm≥1000MPaKcu≥50J/cm2的鍛件的鋼，其特征在于其化學(xué)組成包含(重量)0.05％≤C≤0.12％0.1％≤Si≤0.45％1.01％≤Mn≤1.8％0.15％≤Cr≤1.15％0.06％≤Mo≤0.12％Cu≤0.30％Ni≤0.30％0.01％≤Ti≤0.04％0.005％≤Al≤0.04％0.006％≤N≤0.013％0.0005％≤B≤0.004％P≤0.025％0.02％≤S≤0.1％0％≤Pb≤0.1％0％≤Te≤0.07％任選的0.0002％-0.002％的Ca、余量的Fe及得自熔煉的雜質(zhì)，該化學(xué)組成還滿足此關(guān)系0.2％≤Ni+Mo+Cu≤0.7％在950℃以上時(shí)未結(jié)合的B含量不小于0.0005％。
2.權(quán)利要求1的鋼，其特征在于該化學(xué)組成為0.05％≤C≤0.08％0.15％≤Si≤0.35％1.01％≤Mn≤1.35％0.8％≤Cr≤1.15％0.08％≤Mo≤0.11％。
3.制造鍛件的工藝，其特征在于-取用符合權(quán)利要求1或2的鋼制成的坯料；-將此坯料加熱至在1000-1320℃間的重加熱溫度T1然后鍛造，在溫度T2時(shí)終止鍛造，該重加熱溫度T1的選擇要使得在溫度T2時(shí)，未結(jié)合的B的含量大于或等于0.0005％；-鍛后以這樣的方式將該鍛件直接冷卻至室溫在溫度T2和100℃之間，在該鍛件中的所有點(diǎn)上平均冷卻速率都大于14℃/秒，并且最好是小于250℃/秒。
4.由權(quán)利要求1或2的鋼構(gòu)成的鍛件，其特征在于它具有貝氏體組織及20℃的機(jī)械性能為Rp0.2≥800MPaRm≥1000MPaKcu≥50J/cm2.
5.權(quán)利要求4的鍛件，其特征為其當(dāng)量直徑小于或等于55mm。
全文摘要
制備具有貝氏體組織并且機(jī)械性能為R
文檔編號(hào)C22C38/28GK1156186SQ96121809
公開日1997年8月6日 申請(qǐng)日期1996年11月25日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月25日
發(fā)明者C·皮查德, J·貝魯斯, G·皮爾遜 申請(qǐng)人:阿斯克邁塔爾公司