CN102071299A - 高性能纳米晶弹簧钢板材的制造方法 - Google Patents

高性能纳米晶弹簧钢板材的制造方法 Download PDF

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Abstract

一种高性能纳米晶弹簧钢板材的制造方法，所述方法为：a.熔炼60Si2Mn钢，浇铸成铸锭；b.将铸锭加热到1190～1210℃保温8～10h，出炉进行粗轧，4道次轧制成22～26mm厚板坯，终轧温度控制在980～1000℃；c.空冷至930～950℃开始2道次精轧，得到13mm厚板坯，控制精轧终轧温度890～910℃，轧后停留2min，迅速在油中淬火，得到淬火板坯；d.将淬火板坯放入580～600℃的加热炉中保温8min；e.出炉迅速进行单道次轧制，工艺为：压下量50％，轧制线速度0.8m/s；f.轧后空冷到室温。本发明可大幅度提高60Si2Mn弹簧钢的力学性能，生产效率高，生产成本低。

Description

高性能纳米晶弹簧钢板材的制造方法
技术领域
本发明涉及一种弹簧钢板材制造方法，特别是涉及一种高性能纳米晶弹簧钢板材的制造方法。
背景技术
传统弹簧钢的常规热处理强化方法是按GBT1222-2007标准进行淬火+中温回火处理，并获得回火屈氏体组织，这种组织是以马氏体回复后得到的针片状和板条状铁素体为基体及在其界面上分布短杆状渗碳体的混合组织，短杆状的渗碳体作为主要强化相。但是，这种短杆状的渗碳体易于造成应力集中，而针片状或板条状的铁素体易于造成解理断裂。为了挖掘传统弹簧钢的性能潜力，进一步提高其强度和许用应力，以适应更高要求的弹性构件的制造，并减轻构件质量、节能减排，开发高强度和短工艺流程弹簧钢的制造方法具有重要的经济社会意义。众所周知，晶粒细化可以有效提高钢的强度和韧性。发明专利ZL200710092842.4公开了一种合金弹簧钢超细化马氏体热处理淬火强化工艺方法，该方法利用奥氏体化后快冷到某一温度等温处理一段时间，使过冷奥氏体先发生少量下贝氏体转变，将每个过冷奥氏体晶粒分割成几个区域，细化过冷奥氏体晶粒，再快冷淬火，使未转变的过冷奥氏体转变为马氏体，从而得到超细化马氏体组织，然后再在280～300℃回火，得到超细化的回火屈氏体组织，并使屈服强度得到提高，但使抗拉强度降低。这将会造成所制造的构件抗过载断裂能力降低，从而影响使用安全性。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种高性能纳米晶弹簧钢板材的制造方法，所述方法是将60Si2Mn弹簧钢铸锭经奥氏体轧制后淬火得到马氏体组织板坯，再在回火温度范围进行轧制，得到显微组织由纳米晶铁素体和碳化物颗粒组成的纳米晶板材，其屈服强度和抗拉强度均得到大幅度提高。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
a.熔炼商用60Si2Mn钢，浇铸成铸锭。b.将铸锭加热到1190～1210℃保温8～10h，出炉进行粗轧开轧，4道次轧制成25mm厚的板坯，终轧温度控制在980～1000℃。c.然后空冷至930～950℃开始进行2道次精轧，得到13mm厚的板坯，控制精轧终轧温度890～910℃，轧后停留2min，迅速在油中冷却淬火，得到淬火板坯。d.将上述淬火板坯放入580～600℃的加热炉中保温8min。e.出炉迅速进行单道次轧制，轧制工艺为：压下量50％，轧制线速度0.8m/s。f.轧后空冷到室温。
使用上述方法制造的高性能纳米晶弹簧钢板材具有纳米晶粒铁素体和纳米碳化物颗粒组织，铁素体平均晶粒尺寸为80～100nm，碳化物颗粒平均尺寸为25～40nm；抗拉强度为1465～1505MPa，屈服强度为1351～1400MPa。
本发明的有益效果是：
(1)采用上述技术方案，弹簧钢铸锭经奥氏体轧制后淬火，得到马氏体组织板坯，再在回火温度范围进行轧制，得到显微组织由纳米晶铁素体和碳化物颗粒组成的纳米晶板材，其屈服强度和抗拉强度均得到大幅度提高。铸锭奥氏体轧制目的是细化奥氏体晶粒，其淬火后得到细化的马氏体组织，再在回火温度范围进行轧制，轧制形变与回火同时发生，使碳化物析出颗粒更细小且分布更均匀，其抑制马氏体发生动态回复和动态再结晶及晶粒长大，从而得到纳米晶粒铁素体和纳米碳化物颗粒的纳米晶组织。与常规淬火+中温回火处理得到的针片状和板条状铁素体及在其界面上分布短杆状渗碳体混合组织相比，可以更为有效降低组织造成的应力集中和准解理脆性断裂倾向。
(2)上述技术方案，容易在轧制生产线上实施，而且与常规淬火+中温回火处理相比，大大缩短了处理周期，可以提高生产效率，降低生产成本。
(3)与常规淬火+中温回火处理相比，采用上述技术方案处理得到的高性能纳米晶弹簧钢板材的抗拉强度和屈服强度同时得到显著提高。
附图说明
图1是实施例1高性能纳米晶弹簧钢板材微观组织的透射电子显微镜照片；
图2是实施例1高性能纳米晶弹簧钢板材的拉伸应力-应变曲线；
图3是实施例2高性能纳米晶弹簧钢板材微观组织的透射电子显微镜照片；
图4是实施例2高性能纳米晶弹簧钢板材的拉伸应力-应变曲线。
具体实施方式
实施例1
用25kg真空感应炉熔炼商用60Si2Mn弹簧钢，浇铸成直径100mm的圆柱形铸锭；将铸锭加热到1190℃保温10h，出炉进行粗轧开轧，4道次轧制成25mm厚的板坯，终轧温度控制在980℃；然后空冷至930℃开始进行2道次精轧，得到13mm厚的板坯，控制精轧终轧温度890℃，轧后停留2min，迅速在油中冷却淬火，得到淬火板坯；将淬火板坯放入580℃的加热炉中保温8min，出炉迅速以压下量50％、轧制线速度0.8m/s进行单道次轧制，轧后空冷到室温。采用JEM-2010型透射电子显微镜观察组织沿板材纵截面观察组织，测定晶粒和碳化物颗粒尺寸。用DDL100型电子万能试验机测定抗拉强度和屈服强度，所用板状拉伸试样按标准ASTM E8-04金属材料拉伸试验方法给出的小试样尺寸加工，拉伸轴平行轧制方向，板面平行于轧面，标距尺寸为25mm×6mm×3mm。测定结果表明，所制造的弹簧钢板材具有纳米晶粒铁素体和纳米碳化物颗粒组织，铁素体晶粒平均尺寸为80nm，碳化物颗粒平均尺寸为25nm；抗拉强度为1505MPa，屈服强度为1400MPa。
实施例2
用25kg真空感应炉熔炼商用60Si2Mn弹簧钢，浇铸成直径100mm的圆柱形铸锭；将铸锭加热到1210℃保温8h，出炉进行粗轧开轧，4道次轧制成25mm厚的板坯，终轧温度控制在1000℃；然后空冷至950℃开始进行2道次精轧，得到13mm厚的板坯，控制精轧终轧温度910℃，轧后停留2min，迅速在油中冷却淬火，得到淬火板坯；将淬火板坯放入600℃的加热炉中保温8min，出炉迅速以压下量50％、轧制线速度0.8m/s进行单道次轧制，轧后空冷到室温。采用JEM-2010型透射电子显微镜观察组织沿板材纵截面观察组织，测定晶粒和碳化物颗粒尺寸。用DDL100型电子万能试验机测定抗拉强度和屈服强度，所用板状拉伸试样按标准ASTM E8-04金属材料拉伸试验方法给出的小试样尺寸加工，拉伸轴平行轧制方向，板面平行于轧面，标距尺寸为25mm×6mm×3mm。测定结果表明，所制造的弹簧钢板材具有纳米晶粒铁素体和纳米碳化物颗粒组织，铁素体晶粒平均尺寸为100nm，碳化物颗粒平均尺寸为40nm；抗拉强度为1465MPa，屈服强度为1351MPa。

Claims (2)

1.一种高性能纳米晶弹簧钢板材的制造方法，其特征是：所述方法的工艺流程为：
a.熔炼商用60Si2Mn钢，浇铸成铸锭；
b.将铸锭加热到1190～1210℃保温8～10h，出炉进行粗轧开轧，4道次轧制成22～26mm厚的板坯，终轧温度控制在980～1000℃；
c.然后空冷至930～950℃开始进行2道次精轧，得到13mm厚的板坯，控制精轧终轧温度890～910℃，轧后停留2min，迅速在油中淬火，得到淬火板坯；
d.将上述淬火板坯放入580～600℃的加热炉中保温8min；
e.出炉迅速进行单道次轧制，轧制工艺为：压下量50％，轧制线速度0.8m/s；
f.轧后空冷到室温。
2.根据权利要求1所述的高性能纳米晶弹簧钢板材的制造方法，其特征是：所述方法制造的高性能纳米晶弹簧钢板材的显微组织由纳米晶粒铁素体和纳米碳化物颗粒组成，铁素体平均晶粒尺寸为80～100nm，碳化物颗粒平均尺寸为25～40nm；抗拉强度为1465～1505MPa，屈服强度为1351～1400MPa。
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