CN101333633A - 一种低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢及其制备方法 - Google Patents

一种低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种低碳贝氏体型Nb－V复合微合金化非调质钢及其制备方法，其特征在于该非调质钢的组成按重量百分比为含C：0.22～0.28％，Si：0.20～0.40％，Mn：1.80～2.10％，Cr：0.38～0.65％，V：0.06～0.10％，Nb：0.03～0.07％，P：≤0.03％，S：0.02～0.05％，N：0.005～0.016％，其余为铁。制备方法为：将上述成分的坯料加热至1200～1280℃，保温1～2h；出炉后立即进行锻造，锻造比大于5，终锻温度在850℃以上，锻后进行空冷，制备成低碳贝氏体型Nb－V复合微合金化非调质钢。采用本发明的低碳贝氏体型Nb－V复合微合金化非调质钢生产的重型卡车前轴，其金相组织和硬度沿横截面均匀分布，强度、塑性、韧性、硬度和疲劳性能均合乎前轴的使用要求，综合性能良好。

Description

一种低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢及其制备方法
技术领域
本发明属于材料科学领域，一种低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢及其制备方法。
背景技术
汽车前轴是前桥中的重要保安件，大约承载着三分之一的整车载荷，它直接影响汽车行驶的安全性与可靠性，因此必须具有足够的强度、刚度以及抗疲劳性能。目前，重型卡车前轴用钢采用只含有V的微合金非调质钢，但含V的非调质钢其韧性较差，有时不能够满足工程材料对高韧性的要求。若采用Nb-V复合微合金化，则可以在不降低强度的同时韧性得到改善，满足了工程材料对高强度高韧性的要求，具有很好的发展前景。此外，V的国际市场价格不稳定，而Nb的价格长期保持不变且低于V的价格，采用Nb-V微合金化可以进一步降低材料的制造成本。综上所述，考虑生产一种Nb-V微合金非调质钢来替代只含V的非调质钢。
非调质钢按其微观组织可分为铁素体-珠光体、贝氏体和马氏体非调质钢。铁素体-珠光体非调质钢目前广泛应用于汽车发动机曲轴、连杆等零部件的制造；其缺点是，在同样强度级别时韧性指标比调质钢低，因此很少应用于汽车上的一些重要保安件。铁素体非调质钢可以通过降低碳含量，添加微合金元素细化奥氏体晶粒来提高韧性指标。贝氏体非调质钢与铁素体-珠光体非调质钢相比，在同样的强度水平上韧性较高，所以贝氏体非调质钢替代调质钢在强韧性上几乎不存在问题，只是贝氏体钢的切削性能稍差一些。
发明内容
针对以上问题，本发明提供一种低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢及其制备方法。
本发明的低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢的化学成分为：
低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢的化学成分按重量百分比为含C：0.22～0.28％，Si：0.20～0.40％，Mn：1.80～2.10％，Cr：0.38～0.65％，V：0.06～0.10％，Nb：0.03～0.07％，P：≤0.03％，S：0.02～0.05％，N：0.005～0.016％，余量为Fe。
本发明的低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢制备方法为：
将上述成分冶炼出的坯料加热至1200～1280℃，保温1～2h；出炉后立即进行锻造，锻造比大于5，终锻温度在850℃以上，锻后进行空冷，制备成低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢。
采用本发明的低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢生产的重型卡车前轴，其金相组织和硬度沿横截面均匀分布，强度、塑性、韧性、硬度和疲劳性能均合乎前轴的使用要求，综合性能良好。
附图说明
图1为本发明的低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢的贝氏体组织金相照片。
具体实施方式
实施例1
低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢的化学成分见表1。
表1低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢的化学成分(wt％)
  成分   C   Mn   Si   Cr   S   P   V   Nb   N   Fe
  含量   0.24   1.98   0.32   0.65   0.037   0.006   0.066   0.03   0.0088   余量
将上述成分的坯料放入燃气加热炉中，加热至1200℃，保温1h，出炉后立即进行锻造，锻造比为5，终锻温度在850℃以上，锻后进行空冷，制备成低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢。
制备的低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢的力学性能见表2。
表2实施例1的低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢的力学性能
  σs(MPa)   σb(MPa)   δ(％)   ψ(％)   αk(J/cm2)   HBW(心部)   HBW(边部)
  796   966   9   22   70   279   282
前轴用钢对力学性能的要求为σs≥650MPa，σb在900～1040MPa之间，αk≥55J/cm2，可见实施例1的低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢的力学性能完全能够满足前轴用钢的使用要求，且组织和硬度沿横截面均匀分布。
实施例2
低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢的化学成分见表3。
表3低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢的化学成分(wt％)
  成分   C   Mn   Si   Cr   S   P   V   Nb   N   Fe
  含量   0.24   1.96   0.36   0.50   0.035   0.008   0.10   0.03   0.0081   余量
将上述成分的坯料放入燃气加热炉中，加热至1250℃，保温1.5h，出炉后立即进行锻造，锻造比为7，终锻温度在850℃以上，锻后进行空冷，制备成低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢。
制备的低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢的力学性能见表4。
表4实施例2的低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢的力学性能
  σs(MPa)   σb(MPa)   δ(％)   ψ(％)   αk(J/cm2)   HBW(心部)   HBW(边部)
  868   1000   10   19   61   276   282
实施例2的低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢的力学性能也能够满足前轴用钢的使用要求，且组织和硬度沿横截面均匀分布。
实施例3
低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢的化学成分见表5。
表5低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢的化学成分(wt％)
  成分   C   Mn   Si   Cr   S   P   V   Nb   N   Fe
  含量   0.24   1.99   0.30   0.51   0.050   0.008   0.08   0.07   0.0050   余量
将上述成分的坯料放入燃气加热炉中，加热至1250℃，保温1.5h，出炉后立即进行锻造，锻造比为7，终锻温度在850℃以上，锻后进行空冷，制备成低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢。
制备的低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢的力学性能见表6。
表6实施例3的低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢的力学性能
  σs(MPa)   σb(MPa)   δ(％)   ψ(％)   αk(J/cm2)   HBW(心部)   HBW(边部)
765 910 15 49 81 255 264
可见，实施例3的低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢在上述锻造条件下其力学性能也能够满足前轴用钢的使用要求，而且其韧性有了较大的提高。
本发明实施例3的低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢与只含V的非调质钢相比较，主要化学元素的含量基本相同，V含量低于含V的非调质钢，并添加了微量的Nb，其抗拉强度均在900MPa以上，但塑性和冲击韧性却有很大的提高，能够满足前轴材料对于高韧性的要求。而且由于Nb的市场价格比较低廉稳定(相对于V)，采用Nb-V复合微合金化可以进一步降低非调质钢的生产成本。本发明实施例3和只含V的非调质钢的化学成分对比和力学性能对比见表7和表8。
表7化学成分对比
  钢种   C   Mn   Si   Cr   S   P   V   Nb   N
  本发明   0.24   1.99   0.30   0.51   0.050   0.008   0.08   0.07   0.0050
  只含V非调质钢   0.22   1.95   0.30   0.47   0.049   0.021   0.14   -   0.0080
表8力学性能比较
 钢种   σs(MPa)   σb(MPa)   δ(％)   ψ(％)   αk(J/cm2)
 本发明   765   910   15   49   81
 只含V非调质钢   765   995   12   26   54
重型卡车前轴在使用过程中的受力状态为三点弯曲，为了模拟前轴的实际使用情况，还进行了三点弯曲疲劳试验，结果表明，本发明在最大应力为800MPa的正弦载荷下(R＝0.1)，其循环载荷次数超过500万次，而含V非调质钢在最大应力为690MPa的正弦载荷下(R＝0.1)，其循环载荷次数才超过500万次，可见本发明钢的疲劳性能要远优于含V的非调质钢，适合于应用在重型卡车的前轴制造中。

Claims (2)

1、一种低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢，其特征在于该非调质钢的组成按重量百分比为含C：0.22～0.28％，Si：0.20～0.40％，Mn：1.80～2.10％，Cr：0.38～0.65％，V：0.06～0.10％，Nb：0.03～0.07％，P：≤0.03％，S：0.02～0.05％，N：0.005～0.016％，余量为Fe。
2、权利要求1所述一种低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢的制备方法，其特征在于：将上述成分的坯料加热至1200～1280℃，保温1～2h；出炉后立即进行锻造，锻造比大于5，终锻温度在850℃以上，锻后进行空冷，制备成低碳贝氏体型Nb-V复合微合金化非调质钢。
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