CN1039033C - 疲劳强度、屈服强度和切削性优良的热锻造钢的制法 - Google Patents

疲劳强度、屈服强度和切削性优良的热锻造钢的制法 Download PDF

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Abstract

铁素体十贝氏体型热锻造钢的制造方法，其特征在于，对以重量比含有C0.10-0.35%、Si0.15-2.00%、Mn0.40-2.00%、S0.03-0.10%、Al0.0005-0.05%、Ti0.003-0.05%、N0.0020-0.0070%、V0.30-0.70%，进而含有特定的Cr、Mo、Nb、Pb和Ca中的一种或二种以上的钢材施行热锻造，然后冷却，使相变终了后的金属组织的80%以上是铁素体十贝氏体组织，进而在200-700℃温度下对其进行时效处理。按照本发明能够制造具有足够的疲劳强度、切削性和屈服强度的热锻造用钢。

Description

疲劳强度、屈服强度和切削性优良的热锻造钢的制法
                    技术领域
本发明是关于以往热锻造的汽车用为主的机械结构用钢的制造方法，更详细地说，是关于将具有特定化学成分的钢材进行热锻造，形成特定的金属组织后，通过时效处理，能够同时具有优良的疲劳强度、切削性和屈服强度的热锻造钢的制造方法。
                    背景技术
从节省工序、降低制造成本的观点出发，对于以汽车为主的机械结构用钢，正在普及使用非调质钢。
这些非调质钢主要着眼于开发具有高抗拉强度(或硬度)和屈服强度及切削性的非调质钢。因此，例如在特开昭62-205245等中所看到的那样，已提出使用强化析出的代表元素V的非调质钢。然而，真正防碍这种高强度高韧性的非调质钢应用于机械部件的原因是疲劳强度和切削性。
疲劳强度一般依赖于抗拉强度，提高抗拉强度，则使疲劳强度变高。但是，由于提高抗拉强度，使切削性极端恶化，若抗拉强度超过120kgf/mm2，则以通常的生产能力已经不能生产。因此，渴望在不恶化切削性的情况下，能够实现提高疲劳强度的非调质钢。
为此，有效的手段是提高疲劳强度和抗拉强度之比，即耐久比。因此，例如在特开平4-176842等中报导的那样，已提出作为贝氏体主体的金属组织，降低组织中的高碳岛状马氏体和残余奥氏体的方法。
然而，尽管致力于这样的开发，但是疲劳比最大是0.55左右，切削性也仅改善到切削性极差的以往贝氏体非调质钢的2倍。
本发明人首先对于在铁素体组织中混有适量贝氏体组织的金属组织的几种热锻造材料，研究其疲劳性能和切削性。从(1)使用以复合析出物作为铁素体的析出核，(2)低C和低N化，(3)使V碳化物在铁素体十贝氏体双相组织中析出这三点出发，发明了抗拉强度和疲劳强度提高而且切削性也确保在现行切削工序能容许水平的铁素体-贝氏体型的热锻造直接使用的非调质钢。但是，在具有直接相变成分的贝氏体组织的钢中，虽然抗拉强度和疲劳强度提高了，但存在屈服强度和屈服比显著降低的问题。由于这样的问题，使其难以适用于非正常时加以大载荷的汽车发动机部件。
本发明提供在以往的热锻造钢中难以实现的、具有高抗拉强度和高疲劳强度及高屈服点，同时也具有更良好的切削性的热锻造钢的制造方法。
                      发明的公开
屈服强度等于开始塑性变形的应力，例如如果是硬质相十软质相的双相组织，则由软质相的屈服强度决定屈服强度。因此若是铁素体十贝氏体的双相组织，则主要受软质相的铁素体相的屈服强度的影响。因为这种铁素体相在较高温度结束相变，所以也比低温转变相的贝氏体固溶的C量和N量少，不可能期待通过时效处理增加屈服强度。
但是，在存在较多V的铁素体十贝氏体组织的材料中，在铁素体中也能存在较多的固溶的V。已经知道，若对已将C和N控制较低的钢材成分的铁素体十贝氏体组织材料进行时效处理，则不仅在贝氏体相中，而且在铁素体基体中析出共格的细V碳化物，通过这种共格的细V碳化物防止在相变时引入的可动位错的变化来提高屈服强度，而且若在适当温度范围的时效处理，不会引起抗拉强度降低，而且提高屈服强度。
本发明人就是基于这样的认识，通过对具有特定化学成分的铁素体十贝氏体组织钢进行特定温度范围的时效处理，提供抗拉强度、疲劳强度和屈服强度都高，而且切削性也良好的理想的热锻造制造方法而完成了本发明。
即，本发明的第1发明是铁素体十贝氏体型热锻造钢的制造方法，其特征在于，对以重量比含有C 0.10-0.35％、Si0.15-2.00％、Mn 0.40-2.00％、S 0.03-0.10％、Al0.0005-0.05％、Ti 0.003-0.05％、N 0.0020-0.0070％、V0.30-0.70％、其余为Fe和杂质组成的钢材进行热锻造，终锻温度为1050℃以上，然后冷却，使相变终了后的金属组织的80％以上是铁素体十贝氏体组织，再在200-700℃对其进行时效处理。本发明的第2发明是为了晶粒细化和调整贝氏体组织比例及切削性，在第1发明钢的成分中进一步含有Cr 0.02-1.50％、Mo0.02-1.00％、Nb 0.001-0.20％、Pb 0.05-0.30％和Ca0.0005-0.010％中的一种或二种以上成分。
下面说明关于在本发明的铁素体一贝氏体型热锻造钢的制造方法中的钢材化学成分、在进行热锻造并冷却而相变终了后的金属组织和对该材料进行时效处理条件的限定理由。
C：是调整贝氏体组织比例，进而增加最终制品的抗拉强度的重要元素，但是过多时，强度过分提高，而切削性显著恶化。在不到0.10％时，抗拉强度和疲劳强度低，相反，在超过0.35％时，抗拉强度过高，而切削性显著降低。因此C是0.10-0.35％。
Si：是脱氧和调整贝氏体组织比例的元素，在不到0.15％时，其效果小，在超过2.00％时，耐久比、切削性都降低。因此Si是0.15-2.00％。
Mn：是在调整贝氏体组织比例的同时，通过形成MnS而成为铁素体析出部位的复合析出物的基底元素，在不到0.40％时，其效果小，在超过2.00％时，马氏体大量形成，使耐久比、切削性都降低。因此Mn是0.40-2.00％。
S：是通过形成MnS而成为铁素体析出部位的复合析出物的基底且提高切削性的元素，在不到0.03％时，其效果小，在超过0.10％时，耐久比降低。因此S是0.03-0.10％。
Al：是具有脱氧和晶粒细化效果的元素，在不到0.0005％时，其效果小，在超过0.05％时，形成硬质夹杂物，而使耐久比、切削性都降低。因此Al是0.0005-0.05％。
Ti：是在MnS上形成氮化物而析出，形成成铁素体析出部位的复合析出物的元素，在不到0.003％时，其效果小，在超过0.05％时，促进形成粗大硬质夹杂物，耐久比、切削性都降低。因此Ti是0.003-0.05％。
N：是与Ti和V形成氮化物或碳氮化物的元素，在不到0.0020％时，其效果小，在超过0.0070％时，耐久比、切削性都降低。因此N是0.0020-0.0070％。
V：是在与MnS和TiN形成复合析出物的同时，使贝氏体中的基体铁素体析出强化的元素，在不到0.30％时，其效果小，在超过0.70％时，耐久比、切削性都降低。因此V是0.30-0.70％。
以上是本申请第1发明钢的化学成分的限定理由。在本申请第2发明中，为了晶粒细化和调整贝氏体组织比例以及提高切削性，在第1发明钢的成分中进一步含有Cr、Mo、Nb、Pb和Ca中的一种或二种以上元素。下面说明关于这些化学成分的限定理由。
Cr：与Mn大致相同，是调整贝氏体组织比例的元素，在不到0.02％时，其效果小，在超过1.50％时，马氏体大量形成，耐久比、切削性都降低。因此Cr是0.02-1.50％。
Mo：是具有与Mn、Cr大致相同效果的元素，在不到0.02％时，其效果小，在超过1.00％时，马氏体大量形成，耐久比、切削性都降低。因此Mo是0.02-1.00％。
Nb：是具有与Ti和V大致相同效果的元素，在不到0.001％时，其效果小，在超过0.20％时，耐久比、切削性都降低。因此Nb是0.001-0.20％。
Pb：是提高切削性的元素，在不到0.05％时，其效果小，在超过0.30％时，其效果饱和，而疲劳强度和耐久比降低。因此Pb是0.05-0.30％。
Ca：是具有与Pb大致相同效果的元素。在不到0.0005％时，其效果小，在超过0.010％时，其效果饱和，而疲劳强度和耐久比降低。因此Ca是0.0005-0.010％。
接着，为了达到提高切削性和疲劳强度，在本申请的发明钢中，在热锻造后冷却，相变终了时的金属组织的80％以上必须是铁素体十贝氏体的双相组织。按组织比例，即使是不到20％的珠光体、马氏体或残余奥氏体也不影响该效果。
只要能够得到这样的铁素体一见氏体双相组织，就不特别限定热锻造后的冷却方式，但从设备和制造成本来看，当然希望自然冷却。另外，用光学显微镜等观察腐蚀过的试样和用显微维氏硬度计测定其组织的显微硬度等方法确定金属组织。
最后说明关于这样的材料进行时效处理的条件的限定理由。时效处理的加热温度不到200℃时，碳不易扩散，所以效果不够。另一方面，超过700℃时，析出的碳化物粗大化，不仅抗拉强度，而且疲劳强度也降低。因此时效处理的加热温度是200-700℃。若在此温度范围内，加热时间不必要特别限定，但是最好应当是10分-2小时。时效处理后的冷却方法，无论是空冷、水冷、油冷的哪种方法都能够得本发明的性能。
下面，借助实施例更具体地说明本发明的效果。
                 实施发明的最佳方式
实施例
在下面所列的各表中，用粗框线包围的部分是满足本发明的实施例，除此之外是比较例。
(1)钢材化学成分的影响
用高频炉熔炼表1中所示化学成分的钢，制成150kg的钢锭。而后从该钢锭上切取锻造用材料，一旦在进行950℃加热、空冷的退火后，就加热至1100-1250℃，在1050-1200℃的温度进行热锻造，然后空冷，从该材料的中央部切取JIS4号拉伸试样、JIS1号旋转弯曲试样，进行拉伸试验和旋转弯曲疲劳试验。从同一材料上切取光学显微镜观察试样，用5％硝酸酒精腐蚀液腐蚀，在200倍下进行观察，求出贝氏体组织比例。再从同一材料上切取切削试样，用SKH9(高速工具钢)制φ10mm的直柄钻头30mm深的盲孔，根据至钻头破坏寿命的总钻孔距离评价切削性。另外，切削速度是50m/min、进给速度0.35mm/转、切削油7L/min。
                              表1    (重量％)
  No    C   Si   Mn     S     Al     Ti     N   V   Cr    No    Nb   Pb    Ca
  1   第1发明实施例   0.13  1.55  1.96   0.036   0.031   0.011   0.0051  0.55   -    -    -    -     -
2 ″ 0.19 1.15 1.95 0.045 0.032 0.012 0.0062 0.45 - - - - -
  3     ″   0.24  0.98  1.94   0.054   0.035   0.015   0.0065  0.41   -    -    -    -     -
  4     ″   0.32  0.55  1.92   0.064   0.041   0.016   0.0065  0.35   -    -    -    -     -
  5     ″   0.33  0.25  1.93   0.075   0.046   0.014   0.0066  0.31   -    -    -    -     -
  6  第2发明实施例   0.27  0.35  1.97   0.056   0.038   0.016   0.0056  0.42  0.35    -    -    -     -
  7     ″   0.31  1.29  1.98   0.057   0.035   0.012   0.0055  0.35   -   0.21    -    -     -
  8     ″   0.28  0.22  1.99   0.056   0.025   0.014   0.0057  0.35   -    -  0.031    -     -
  9     ″   0.31  0.26  1.95   0.055   0.026   0.016   0.0051  0.31  0.31   0.18    -    -     -
  10     ″   0.25  0.27  1.96   0.052   0.028   0.017   0.0042  0.32  0.25    -  0.025    -     -
  11     ″   0.26  0.31  1.96   0.051   0.031   0.012   0.0048  0.33   -   0.15  0.021    -     -
  12     ″   0.25  0.35  1.97   0.045   0.025   0.014   0.0057  0.35  0.22   0.12  0.021    -     -
  13     ″   0.31  0.26  1.96   0.044   0.041   0.015   0.0056  0.31   -    -    -   0.22     -
  14     ″   0.27  0.35  1.98   0.033   0.042   0.011   0.0058  0.36   -    -    -    -   0.0018
  15     ″   0.25  0.20  1.95   0.035   0.043   0.013   0.0059  0.42   -    -    -   0.12   0.0014
  16     ″   0.19  0.38  1.96   0.037   0.044   0.016   0.0061  0.39  0.31    -    -   0.11     -
  17     ″   0.29  1.36  1.96   0.041   0.035   0.017   0.0061  0.33  0.21   0.12    -    -   0.0015
  18     ″   0.27  1.12  1.97   0.046   0.038   0.014   0.0059  0.32   -   0.11  0.012   0.12     -
  19     ″   0.31  0.25  1.96   0.044   0.035   0.013   0.0060  0.37   -   0.33    -   0.11   0.0013
  20     ″   0.25  0.33  1.95   0.046   0.038   0.011   0.0055  0.33  0.32    -  0.011   0.11   0.0013
  21   比较例   0.09  0.24  1.95   0.076   0.046   0.014   0.0066  0.32   -    -    -    -     -
  22     ″   0.45  0.25  1.96   0.076   0.048   0.015   0.0065  0.31   -    -    -    -     -
  23     ″   0.28  0.07  1.95   0.045   0.033   0.012   0.0062  0.45   -    -    -    -     -
  24     ″   0.18  2.21  1.95   0.042   0.032   0.012   0.1063  0.44   -    -    -    -     -
  25     ″   0.32  0.95  0.30   0.054   0.036   0.016   0.0065  0.41   -    -    -    -     -
  26     ″   0.25  0.91  2.15   0.054   0.035   0.015   0.0066  0.43   -    -    -    -     -
  27     ″   0.31  0.55  1.95   0.015   0.041   0.016   0.0066  0.35   -    -    -    -     -
  28     ″   0.30  0.56  1.96   0.121   0.043   0.015   0.0063  0.34   -    -    -    -     -
                                 表1(续)
 No     ″   C  Si  Mn   S   Al   Tl   N  V   Cr   Mo   Nb   Pb   Ca
 29 比较例   0.35  0.26  1.96   0.077   0.0002   0.013   0.0064  0.34   -   -    -    -    -
 30     ″   0.34  0.28  1.97   0.075   0.053   0.014   0.0066  0.38   -   -    -    -    -
 31     ″   0.25  0.34  1.97   0.056   0.041   0.001   0.0056  0.41   -   -    -    -    -
 32     ″   0.26  0.35  1.95   0.056   0.038   0.061   0.0056  0.42   -   -    -    -    -
 33     ″   0.28  0.31  1.95   0.057   0.036   0.013   0.0015  0.35   -   -    -    -    -
 34     ″   0.27  0.33  1.96   0.058   0.035   0.012   0.0078  0.35   -   -    -    -    -
 35     ″   0.31  0.22  1.96   0.057   0.026   0.014   0.0055  0.24   -   -    -    -    -
 36     ″   0.30  0.21  1.96   0.056   0.025   0.016   0.0057  0.75   -   -    -    -    -
 37     ″   0.30  0.29  1.95   0.052   0.028   0.015   0.0042  0.32  1.61   -    -    -    -
 38     ″   0.31  0.32  1.96   0.051   0.031   0.012   0.0048  0.33   -  1.15    -    -    -
 39     ″   0.24  0.35  1.97   0.032   0.025   0.014   0.0057  0.34   -   -  0.320    -    -
 40     ″   0.26  0.33  1.98   0.044   0.041   0.015   0.0055  0.31   -   -    -  0.33    -
 41     ″   0.28  0.34  1.96   0.033   0.042   0.011   0.0058  0.36   -   -    -    -  0.0115
 42 比较例：現行调质钢   0.45  0.23  0.78   0.027   0.028    -   0.0083   -   -   -    -    -    -
在表2中列出各供试验材料的贝氏体组织比例和性能评价结果。
首先，与调质钢No.42的耐久比0.47和切削性1.00相比，本发明实施例中的No.1-20的耐久比都是0.57以上，并且切削性也是No.42的2-3倍。
比较例No.21，因C量低，所以抗拉强度低，而且因耐久比也低，疲劳特性不好。比较例No.22，因C量过高，形成马氏体，不能满足本发明的铁素体十贝氏体组织比例的条件，虽然抗拉强度高，但与本发明实施例相比，耐久比低，切削性也差。
比较例No.23，因Si量低，脱氧程度低，耐久比较本发明实施例低。比较例No.24，因Si量高，形成马氏体，不能满足本发明的铁素体十贝氏体组织比较的条件，耐久比较本发明实施例低，切削性也不好。
比较例No.25，因Mn量低，复合析出物的析出量少，耐久比较本发明实施例低。比较例No.26，因Mn量高，形成马氏体，不能满足本发明的铁素体十贝氏体组织比例的条件，耐久比较本发明实施例低，切削性也不好。
比较例No.27，因S量低，复合夹杂物的析出少，耐久比较本发明实施例低，并且因为得不到MnS增强切削性的效果，所以切削性也不好。比较例No.28，因S量高，MnS的析出过多，耐久比较本发明实施例低。
比较例No.29，因Al量低，脱氧程度和晶粒细化效果小，耐久比比本发明实施例低。比较例No.30，因Al量高，形成硬质夹杂物，耐久比较本发明实施例低，切削性也不好。
比较例No.31，因Ti量低，复合析出物的析出少，耐久比较本发明实施例低。比较例No.32，因Ti量高，形成硬质夹杂物，耐久比较本发明实施例低，切削性也不好。
比较例No.33，因N量低，复合析出物的析出少，耐久比较本发明实施例低。比较例No.34，因N量高，基体硬化，耐久比较本发明实施例低，切削性也不良。
比较例No.35，因V量低，复合析出物的析出少，使基体铁素体析出强化的效果小，所以耐久比较本发明实施例低。比较例No.36，因V量高，耐久比较本发明实施例低，切削性也不好。
比较例No.37，因Cr量高，形成马氏体，不能满足本发明的铁素体十贝氏体组织比例的条件，耐久比较本发明实施例低，切削性也不好。
比较例No.38，因Mo量高，形成马氏体，不能满足本发明的铁素体十贝氏体组织比例的条件，耐久比较本发明实施例低，切削性也不好。
比较例No.39，因Nb量高，耐久比较本发明实施例低，切削性也不好。
比较例No.40，因Pb量高，切削性良好，但耐久比差。
比较例No.41，因Ca量高，切削性良好，但耐久比差。
                          表2
铁素体+贝氏体组织比例     机械性能 切削性
  No 本发明范围  实际值   抗拉强度(Kgf/mm2)   屈服强度(Kgf/mm2)   屈服比    疲劳强度(Kgf/mm2)   耐久比
  1   第1发明实施例   ≥0.80   0.85   126.6    93.5   0.74     72.0   0.57   1.97
  2      ″     ″   0.88   118.3    89.0   0.75     66.0   0.56   2.11
  3      ″     ″   0.90   117.0    88.3   0.75     70.1   0.60   2.14
  4      ″     ″   0.93   111.5    85.2   0.76     66.1   0.59   2.24
  5      ″     ″   0.93   104.0    81.1   0.78     60.7   0.58   2.40
  6   第2发明实施例     ″   0.91   113.3    86.2   0.76     67.4   0.59   2.21
  7      ″     ″   0.92   105.8    82.1   0.78     62.0   0.59   2.36
  8      ″     ″   0.91   101.7    79.8   0.78     69.0   0.58   2.46
  9      ″     ″   0.92   108.8    83.7   0.77     64.1   0.59   2.30
  10      ″     ″   0.90   103.1    80.6   0.78     60.0   0.58   2.43
  11      ″     ″   0.90   100.5    79.2   0.79     68.1   0.58   2.49
  12      ″     ″   0.90   105.8    82.1   0.78     62.0   0.59   2.36
  13      ″     ″   0.92   103.0    80.5   0.78     59.9   0.58   2.67
  14      ″     ″   0.91   104.0    81.1   0.78     60.7   0.58   2.64
  15      ″     ″   0.90   101.0    79.5   0.79     58.5   0.58   2.72
  16      ″     ″   0.88   104.5    81.4   0.78     61.0   0.58   2.63
  17      ″     ″   0.92   130.5    95.9   0.73     80.1   0.61   2.10
  18      ″     ″   0.91   119.4    39.5   0.75     71.8   0.60   2.30
  19      ″     ″   0.92   105.5    81.9   0.78     61.7   0.59   2.61
  20      ″     ″   0.90   104.0    77.2   0.74     62.1   0.60   2.64
21 比较例 ″ 0.85 82.5 60.5 0.73 40.2 0.49 3.03
  22      ″     ″   0.75   131.2    98.6   0.75     68.3   0.44   0.95
23 ″ ″ 0.91 102.1 80.1 0.78 50.2 0.49 2.45
  24      ″     ″   0.77   140.8    109.9   0.78     73.8   0.52   0.88
  25      ″     ″   0.92   94.0    75.6   0.80     45.2   0.48   2.66
  26 ″     ″   0.75   1.32.3    105.2   0.80     61.7   0.47   0.85
  27      ″     ″   0.92   111.1    85.0   0.77     65.7   0.50   0.77
                                表2(续)
铁素体+贝氏体组织比例     机械性能  切削性
  No  本发明范围  实际值   抗拉强度(Kgf/mm2)   屈服强度(Kgf/mm2)   屈服比 疲劳强度(Kgf/mm2)  耐久比
  28 比較例      ″   0.93     110.2     84.5   0.77     55.1   0.50   3.35
  29   ″      ″   0.94     107.9     83.3   0.77     53.7   0.50   2.32
  30   ″      ″   0.95     109.5     84.1   0.77     54.7   0.50   0.88
  31   ″      ″   0.91     104.1     81.1   0.78     51.4   0.49   2.40
  32   ″      ″   0.94     106.3     81.8   0.78     52.1   0.50   0.87
  33   ″      ″   0.93     103.0     80.6   0.78     50.7   0.49   2.43
  34   ″      ″   0.92     102.8     80.4   0.78     50.6   0.49   0.96
  35   ″      ″   0.91     98.9     78.3   0.79     48.2   0.49   2.53
  36   ″      ″   0.94     120.8     90.3   0.75     61.6   0.51   0.95
  37   ″      ″   0.72     134.1     97.6   0.73     69.7   0.52   0.85
  38   ″      ″   0.71     125.3     95.5   0.76     52.1   0.42   0.84
  39   ″      ″   0.91     100.2     79.0   0.79     49.0   0.49   0.88
  40   ″      ″   0.92     100.4     79.1   0.79     49.1   0.49   2.74
  41   ″      ″   0.91     104.3     81.3   0.78     51.5   0.49   2.64
  42   ″   淬火回火组织     31.3     65.9   0.81     38.2   0.47   1.00
(2)热锻造后的冷却方法对铁素体十贝氏体组织比例变化的影响。
用高频炉熔炼表1中所示化学成分的钢，制成150kg的钢锭。从该钢锭上切取锻造用材料，一旦进行950℃加热、空冷的退火后，就加热到1100-1250℃，在1050-1200℃温度下进行热锻造，然后以相同于表3所示的方法进行冷却。再将这些材料装入400℃温度的加热炉中进行时效处理。从该材料的中央部，用和实施例1相同的方法，求出抗拉强度、疲劳强度、切削性和铁素体十贝氏体组织比例。在表4中列出各供试验材料的贝氏体组织比例和性能评价结果。
No.43、44、45和46的铁素体十贝氏体组织比例是0.8以上，满足本发明的条件，都能保证耐久比在0.56以上，并且切削性也是现行调质钢No.48的大致2.5倍，是良好的。
No.47因冷却速度高，形成以马氏体为主的组织，抗拉强度高，但耐久比低，并且切削性也差，而使工具寿命短。
                       表  3
No 供试验钢 锻造后的冷却方法 800～500℃的平均冷速
43 表1的No.20 在玻璃棉绝热材料中缓冷 約0.30℃/秒
44     ″ 自然冷却 約0.80℃/秒
45     ″ 微风冷却 約1.40℃/秒
46     ″ 由水喷雾产生急冷 約4.00℃/秒
47     ″ 放入油淬火槽中淬火 約30.00℃/秒
48 表1的No.42比较钢：現行调质材 淬入875℃油中后570℃回火热后水冷  ---
表4
No 供试验钢 铁素体+见氏体组织比例 机械性能 切削性
本发明范围    实际值   抗拉强度(Kgf/mm2)   屈服强度(Kgf/mm2)   屈服比   疲劳强度(Kgf/mm2)    耐久比
43   本发明实施例   ≥0.80     0.88     100.5     72.5     0.72     58.8     0.59   2.74
44     ″   ≥0.80     0.90     104.0     77.2     0.74     62.1     0.60   2.64
45     ″   ≥0.80     0.92     108.2     82.5     0.76     60.5     0.56   2.54
46     ″   ≥0.80     0.85     115.1     87.8     0.75     64.5     0.56   2.39
47   比较例   ≥0.80     0.61     121.2     95.8     0.79     60.5     0.50   1.25
48   淬火回火组织   ≥0.80     0.00     81.3     65.9     0.81     38.2     0.47   1.00
(3)时效处理温度变化的影响
用高频炉熔炼和实施例2相同化学成分的钢，制成150kg的钢锭。从该钢锭上切取锻造用材料，一旦进行950℃加热、空冷的退火后，就加热到1100-1250℃，在1050-1200℃温度下进行热锻造，然后空冷。再将该材料在表5所示温度的加热炉中进行1小时时效处理。用和实施例1相同的方法，对这些材料进行拉伸试验、疲劳试验、切削试验和金属组织观察。在表6中例出各试验材料的性能评价结果。
No.50、51和52，满足本发明的时效温度范围200-700℃，都能保证耐久比在0.58以上，并且切削性也是现行调质钢No.54的大致2.5倍，是良好的。
No.49的时效温度低于本发明的范围，耐久比低。另外No.53的时效温度高于本发明的范围，耐久比也低。
                       表5
  No   供试验钢   回火条件
  49   表1的No.20   100℃×1小时→水冷
  50     ″   300℃×1小时→水冷
  51     ″   400℃×1小时→水冷
  52     ″   600℃×1小时→水冷
  53     ″   720℃×1小时→水冷
  54   表1的No.42比较钢：現行调质材   在875℃油淬后570℃回火，然后水冷
                        表6
No 供试验钢 铁素体±贝氏体组织比例     机械性能 切削性
本发明范围  实际值   抗拉强度(Kgf/mm2)   屈服强度(Kgf/mm2)  屈服比   疲劳强度(Kgf/mm2)  耐久比
49 比较例   ≥0.80   0.90     108.1     65.1   0.50     55.4   0.51   2.54
50 本发明实施例 ≥0.80 0.90 106.4 75.6 0.71 62.1 0.58 2.58
51 ″   ≥0.80   0.90     104.0     77.2   0.74     62.1   0.60   2.64
52   ″   ≥0.80   0.90     100.5     77.1   0.77     59.5   0.59   2.74
53 比较例   ≥0.80   0.90     95.1     72.1   0.76     47.0   0.49   2.89
54 淬火回火组织   ≥0.80   0.00     81.3     55.9   0.81     38.2   0.47   1.00
工业实用性
如上所述，本发明通过形成铁素体十贝氏体双相组织，在获得高抗拉强度的同时，确保切削性，进而利用由MnS、Ti氮化物和V氮化物形成的复合析出物，同时进行金属组织细化和由V碳化物(或碳氮化物)引起的贝氏体中的铁素体基体的强化，高V和低C、N化后，再通过时效处理提供能够获得高屈服强度的极理想的热锻造钢的制造方法，在工业上的效果是极大的。

Claims (2)

1.疲劳强度、屈服强度和切削性优良的铁素体十贝氏体型热锻造钢的制造方法，其特征在于，对以重量比含有C 0.10-0.35％、Si 0.15-2.00％、Mn 0.40-2.00％、S 0.03-0.10％、Al0.0005-0.05％、Ti 0.003-0.05％、N 0.0020-0.0070％、V0.30-0.70％、其余为o和杂质组成的钢材施行热锻造，终锻温度为1050℃以上，然后冷却，使相变终了后的金属组织的80％以上是铁素体十贝氏体组织，进而使其在200-700℃温度下进行时效处理。
2.权利要求1所述的疲劳强度、屈服强度和切削性优良的铁素体十贝氏体型热锻造钢的制造方法，其特征在于，使用在其中还含有Cr 0.02-1.50％、Mo 0.02-1.00％、Nb 0.001-0.20％、Pb0.05-0.30％和Ca 0.0005-0.010％中的一种或二种以上成分的钢材。
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