CN105143474A - 具有增强的材料特性的空气可硬化贝氏体钢 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于生产锻造钢部件的方法,其包括提供钢坯,所述钢坯的组成包括0.25-0.40重量%的C、1.50-3.00重量%的Mn、0.30-2.00重量%的Si、0.00-0.150重量%的V、0.02-0.06重量%的Ti、0.010-0.04重量%的S、0.0050-0.0150重量%的N、0.00-1.00重量%的Cr、0.00-0.30重量%的Mo、0.00-0.003重量%的B、余量的Fe以及偶存杂质。所述方法可以进一步包括将钢坯加热到大约1150℃至1350℃的奥氏体化温度,对钢坯进行热锻造以形成钢部件,以及在热锻后对所述锻造钢部件进行受控空气冷却。所述方法还可进一步包括在所述受控空气冷却后对所述锻造钢部件的选定部分进行感应加热,以增加所述锻造钢部件的选定部分的硬度,然后在最终机械加工前进行淬火和回火。
Description
技术领域
本发明总体上涉及一种空气可硬化的贝氏体钢,更具体地,涉及一种具有增强的材料特性的空气可硬化的贝氏体钢。
背景技术
用于机械的结构部件,例如在履带式推土机底盘上使用的履带链节,需要具有以下材料特性,包括良好的屈服强度、良好的耐磨性能、良好的韧性以及良好的抗滚动接触疲劳。在履带式机器的履带上使用的履带链节,在行业内是众所周知的,这些履带式机器例如为推土机或其他推土设备。履带链节通常具有下部,或链节本体,和上部,或链节的导轨部分。重要的是,履带链节的导轨部分具有高的表面硬度,然而履带链节的本体部分可以具有低的表面硬度,用于增强机械加工性能。由于导轨部分连续不断地接触履带支重轮而受到严重的磨损和碎裂,因此导轨部分的高表面硬度是必要的。履带链节本体部分的低表面硬度使得更易于在本体部分中加工用于衬套的孔。履带链节本体部分的低表面硬度也使衬套和履带链节本体上的孔之间形成压配合而不会产生过多的残余应力。
用于获得履带链节或其它结构部件所需要的材料特性的制造工艺通常包括将钢坯热锻造为部件、随后冷却、再加热至奥氏体化温度、淬火以及回火。这些热处理工艺之后可以紧接着在最终机械加工之前对部件的至少选定部分另行加热、再次淬火,以及再次回火。履带链节的处理过程包括:首先将钢部件加热到大约1150℃-1350℃,使材料进入奥氏体相区,然后热锻造部件。然后将部件缓慢冷却至室温,接着进行两次热处理工艺。在第一次热处理工艺中,履带链节被再次加热到奥氏体化温度,被淬火至室温,然后被回火至大约30-39洛氏硬度(HRC)的硬度。在第二次热处理工艺中,仅仅是履带链节的导轨部分被通过感应局部再加热,被淬火到室温,以及被回火至51-57HRC的硬度。这些热处理工艺使履带链节具有坚硬的导轨和硬度较低的履带链节本体。然后链节本体被加工成最终形状。热处理工艺显著地增加了生产部件的费用,而且也需要大量对炉的资金投入和持续的维护费用。
于1999年3月9日授予给Bhadeshia的第5,879,474号美国专利(下文称为“'474专利”)中提及了一种生产替代型钢材的尝试,所述钢材具有良好的耐磨性和抗滚动接触疲劳性能,外加提高的延展性、韧性和可焊性水平。’474专利公开了用于制造钢轨的钢材,其中钢材旨在提供高强度、耐磨性和抗滚动接触疲劳的微结构,其在导轨的头部中含有无碳化物的“贝氏体”,具有一些高碳马氏体和残留奥氏体。
尽管在'474专利中公开的合金钢可以提供改善的耐磨性和抗滚动接触疲劳,但生产成本和材料特性的进一步改善仍然是可能的。特别地,’474专利描述了大量昂贵合金元素如铬(Cr)和钼(Mo)的使用,以提高滚动接触疲劳强度、延展性、弯曲疲劳寿命和断裂韧性的水平,并使其滚动接触耐磨性与现有热处理珠光体钢轨相近或比后者更好。
根据本发明的化学和过程生产的贝氏体微合金化钢解决了上述一个或多个问题和/或本领域的其它问题。
发明内容
在一个方面,本发明涉及一种用于生产锻造钢部件的方法,其包括提供钢坯,其组成按重量计包括:
C:0.25-0.40重量%,
Mn:1.50-3.00重量%,
Si:0.30-2.00重量%,
V:0.00-0.15重量%,
Ti:0.02-0.06重量%,
S:0.010-0.04重量%,
N:0.0050-0.0150重量%,
Cr:0.00-1.00重量%,
Mo:0.00-0.30重量%,
B:0.00-0.005重量%,以及
余量的Fe和偶存杂质,将钢坯加热至大约1150℃-1350℃的奥氏体温度,将钢坯热锻造成钢部件,并在热锻造之后对锻造钢部件进行受控空气冷却。
在另一个方面,本发明涉及一种空气可硬化的贝氏体钢部件,其组成按重量计包括:
C:0.25-0.40重量%,
Mn:1.50-3.00重量%,
Si:0.30-2.00重量%,
V:0.00-0.15重量%,
Ti:0.02-0.06重量%,
S:0.010-0.04重量%,
N:0.0050-0.0150重量%,
Cr:0.00-1.00重量%,
Mo:0.00-0.30重量%,
B:0.00-0.003重量%,
余量为Fe和偶存杂质,以及整个钢部件中贝氏体微结构按体积计大于50%的微结构。
在另一个方面,本发明涉及一种锻造钢部件,所述锻造钢部件被制造成其化学组成按重量计包括:
C:0.25-0.40重量%,
Mn:1.50-3.00重量%,
Si:0.30-2.00重量%,
V:0.00-0.15重量%,
Ti:0.02-0.06重量%,
S:0.010-0.04重量%,
N:0.0050-0.0150重量%,
Cr:0.00-1.00重量%,
Mo:0.00-0.30重量%,
B:0.00-0.003重量%,
余量为Fe和偶存杂质,以及整个钢部件中贝氏体微结构按体积计大于50%的微结构,并且锻造钢部件通过如下步骤制成:热锻造、在热锻造之后进行受控空气冷却以制备锻造钢部件中贝氏体大于50%的贝氏体微结构,然后进行最终机械加工。
附图说明
图1是省略了典型的热处理步骤的示例性公开方法的示意图;
图2是制备本发明的示例性实施方式的微结构的连续冷却转变(CCT)图;以及
图3是描绘了可用于制备具有增强特性的示例性微合金化贝氏体钢的示例性公开方法的流程图。
具体实施方式
本发明公开了一种微合金化的、可空气硬化的、以贝氏体为主的钢,其具有增强的强度、耐磨性和韧性特性。在无需多次热处理工艺的情况下,可以经济地制备微合金化贝氏体钢,而之前认为,为得到所期望的强度、耐磨损性和韧性特性,这些热处理工艺是必需的。如图1所示,在钢部件的热锻造之后的典型的热处理工艺可以包括冷却、再加热至奥氏体化温度、淬火和回火。这些热处理工艺之后,可以在最终机械加工之前使用感应对钢部件的选定部分进行二次再加热、二次淬火和二次回火。传统的热锻造过程可能需要至少第一顺序的热处理步骤,包括再加热、淬火和回火,以便获得期望的强度和韧性特性,并且同时最终获得对于机械加工来说不太硬的部件。如果可以省去这些中间热处理工艺中的至少一些,那么可以显著节约成本。可以降低用于热处理能力的资本投资以及对炉和其他设备的维护成本。在本发明的某些实施方式中,微合金化贝氏体钢可以具有必要的组成,并且在热锻造之后冷却以得到约50-55洛氏硬度C(HRC)的硬度,甚至在最终机械加工之前不需要进行感应再加热、淬火和回火。
根据本发明的各个实现方式,以贝氏体为主的微结构为包含至少按体积计50%的贝氏体微结构的微结构。某些实施方式可以具有至少按体积计70%的贝氏体微结构。其他实施方式可以具有至少按体积计85%的贝氏体微结构。贝氏体是一种在约250℃至550℃下(取决于合金含量)形成于钢中的微结构。贝氏体是分解产物之一,其可以在当奥氏体(铁的面心立方晶体结构)冷却通过取决于合金含量的727℃(1340°F)的临界温度时形成。贝氏体微结构可以在外观和硬度特性上与回火的马氏体相似。
精细的、非层状结构的贝氏体通常含有渗碳体和富位错的铁素体。贝氏体中存在的铁素体中的高浓度的位错使得这种铁素体比其正常情况下更硬。如图2的连续冷却转变(CCT)图所示,转变成贝氏体的温度范围(250℃-550℃)介于转变成珠光体的温度范围和转变成马氏体的温度范围之间。当在连续冷却期间形成贝氏体时,形成贝氏体的冷却速率比形成珠光体所需的冷却速率更快,但是比形成马氏体所需的冷却速率更慢(在相同组成的钢中)。根据本发明的各个实现方式,具有如下将更详细说明的化学组成的微合金化钢可以被首先加热至约1150℃-1350℃或更高的奥氏体化温度。然后钢可以被热锻造成所期望的形状,并且被控制从锻造温度冷却,以获得贝氏体微结构。可以实施大气冷却或使用吹风机的强制空气冷却,来进行热锻造之后的冷却。在各个可替换的实现方式中,钢可以被快速冷却至大约共析转变温度,然后再从大约900℃缓慢冷却至500℃。在又一可替换的实现方式中,钢在热锻造之后可以快速冷却至大约500℃至300℃,并且可以保持在大约500℃至300℃范围内的平衡温度下,以促进贝氏体转变。
通过参考CCT图,可以确定通过贝氏体转变区的冷却速率的范围,从而控制所确定的冷却速率。CCT图可以事先准备好,存储在数据库中,或另外被制作成可用于控制冷却过程。在大约900℃和500℃之间冷却时,可以使用风扇或其他循环冷却空气的方式对锻造产品进行空气冷却,以达到介于大约每秒0.5℃至5℃、或每分钟30℃至300℃的范围内的冷却速率。大多数合金元素将降低形成贝氏体的最大速率所需的温度,而碳在此情况下是最有效的。贝氏体的硬度通常大于珠光体的典型硬度并小于马氏体的硬度。微结构中的珠光体可以使韧性降低。选择根据本发明的各个实施方式的微合金化钢的组成和工艺,以避免含有珠光体或至少使珠光体的含量减到最少。在商业实践中,虽然可能不可避免地存在少量的珠光体(例如,按体积计小于2%),特别是在大断面的中心处,但是注意使珠光体的存在和影响减至最小。
贝氏体微结构基本上具有由铁素体和碳化铁或渗碳体组成的双相微结构。根据在热锻造过程期间的奥氏体的组成,以及热锻造之后的冷却速率,所得到的贝氏体的形态存在变化。所得到的微结构被称为上贝氏体或下贝氏体。上贝氏体可描述为通常被发现于平行连晶中以形成板状区域的铁素体板条的聚集体。与上贝氏体有关的碳化物相析出在条间区处,并且根据碳含量,这些碳化物可以在板条边界之间形成几乎完整的碳化物膜。下贝氏体也包含铁素体和碳化物的聚集体。碳化物沉淀在铁素体板的内部。碳化物沉淀非常微小并且通常为棒形或叶片形。因此,贝氏体微结构在最初冷却之后,无需另外的热处理,就可以获得介于珠光体钢和马氏体钢之间的硬度值,这是非常有用的。微合金化的和锻造钢的材料特性可以根据组合物中所含的合金元素的具体类型和数量,在大范围内改变。当钢含有充足量的Si和/或Al时,可以显著延缓碳化物的形成,使得在连续冷却过程中没有充足的时间形成碳化物,从而产生了贝氏体铁素体和残余奥氏体的混合微结构。这类贝氏体微结构可以被称为“无碳化物的”贝氏体。已经发现,这种贝氏体可以具有优于常规类贝氏体的韧性。根据本发明的各个实施方式,所含合金元素的组成产生这样一种钢部件,其具有的强度、硬度和韧性特性先前仅能通过包括在再加热至奥氏体化温度的热锻造、淬火和回火之后的中间热处理步骤获得。
当贝氏体微结构的体积百分比增加时,发现上述的有利材料特性在较大程度上得以实现。因此,与按体积计50%的贝氏体微结构且余量为铁素体和/或珠光体类型的微结构的部件相比,按体积计70%的贝氏体微结构的部件可呈现出更好的强度、硬度和韧性特性。此外,与按体积计70%的贝氏体微结构且余量为铁素体和/或珠光体类型的微结构的部件相比,按体积计85%或更高的贝氏体微结构的部件可呈现出进一步增强的强度、硬度和韧性特性。如图1所示,根据本发明的各个实现方式,在锻造产品的最终机械加工之前,可以省略再加热至奥氏体化温度、淬火和回火的中间热处理步骤。可包括感应再加热钢部件的选定部分,例如用于与土方作业机械上的履带接触的履带链节的导轨部分,以实现某些部件或部件的部分的增强的硬度和强度特性。增强的硬度还可以提高钢部件的选定部分的耐磨性。根据本发明的各个实施方式,还可选择添加到组成中的合金元素,以获得所期望的贝氏体微结构在部件中的体积百分比,而不论具有不同厚度的部件的不同区段或部分可能会遇到不同的冷却速率。
在本发明的各个实现方式中已经发现,在受控空气冷却后获得的贝氏体微结构还可呈现出与先前通过热锻造后淬火、再加热、再淬火和回火获得的贝氏体微结构相同或相似的硬度和强度特性。通过在油或水中淬火,从热锻造温度迅速冷却下来之后,微合金化钢可呈现出马氏体微结构。根据钢的碳含量,马氏体微结构在淬火后可具有洛氏硬度C(HRC)50。处理马氏体微结构钢的典型方法可包括再加热回升至大约800℃-950℃的奥氏体化温度,再淬火,然后通过再次再加热至大约500℃-590℃而回火,以将钢软化至大约HRC30。根据本发明的各个实现方式,用于制备以贝氏体为主的微结构的受控空气冷却工艺可导致HRC30的相同硬度,而无需先前所需的所有的淬火、再加热、淬火和回火步骤。如上所述,以贝氏体为主的微结构可含有按体积计大于50%的贝氏体微结构。根据本发明,空气冷却后的硬度可落入大约HRC35-45的范围内。根据各个实施方式,在可空气硬化贝氏体钢的组成中所含的微合金元素的类型和含量还可以使硬度水平在空气冷却之后落入大约HRC40-55的范围内。
根据本发明的各个实现方式的微合金化钢可具有的化学组成(按重量计)如表1中所列:
表1:微合金化钢的组成(按重量百分比计)。
碳(C)有助于可达到的硬度水平以及硬化深度。根据本发明的各个实现方式,碳含量按重量计至少为0.25%,以在回火后维持足够的砂芯硬度,并且按重量计不大于约0.40%,以保证抗淬裂性和钢韧性。已经发现如果碳含量按重量计大于约0.40%,那么水淬火可引起复杂形状制品的开裂或变形,在此情况下,可能需要较缓和的骤冷介质(例如油)。因此,C的有利范围为约0.25-0.40重量%。根据本发明的各个实现方式的微合金化贝氏体钢可根据图2的CCT图上所选的冷却曲线进行空气冷却。
锰(Mn)是低成本的选择并有助于深层淬透性,并且因此存在于大部分可硬化合金钢品种中。所公开的合金钢含有按重量计至少1.50%的锰,以保证足够的砂芯硬度,并且含有按重量计不大于约3.00%的锰,以防止锰偏析和块状残留奥氏体的形成。
根据本发明,含量介于大约0.30-2.00重量%之间的硅(Si)与Mn一起使得钢在从热锻造温度空气冷却之后,形成以贝氏体为主的微结构。当将充足的Si添加到钢中时,Si还可以帮助钢水脱氧,并有助于形成韧性提高的无碳化物贝氏体。
铬有助于本发明的钢合金的淬透性,并且可以被以不超过按重量计1.00%的少量添加,以便允许调整CCT曲线,以在空气冷却之后形成以贝氏体为主的微结构。更多的铬增加了钢成本。
还可以添加少量其他元素,包括钼(Mo)和硼(B),以允许进一步调整CCT曲线,以在空气冷却之后形成以贝氏体为主的微结构。
尽管钒(V)和氮(N)的量少,但是钒(V)和氮(N)也是本发明合金钢组成的重要组分,并且可以被添加以提供析出硬化,并实现可持续测量的表层和芯部硬度的增强。氮与钢中的钛结合,以形成碳氮化钛,以防止在锻造之前的再加热过程中和在热锻造之后的冷却过程中的晶粒粗化。在没有Ti和N的情况下,锻造钢可能具有大的原始奥氏体晶粒尺寸,从而导致韧性差。
合金钢组成的剩余部分除了可能少量存在的非必需或残留量的元素之外,基本上为铁。还可以提供含量大约介于0.02%-0.06%之间的钛(Ti),以形成碳氮化钛,以防止在锻造之前和之后的晶粒粗化。少量的硫(S)可有益于促进机械加工,因此还可以提供少量但足够的硫(S),不会使延性和韧性受损。超过0.05%的量的磷(P)可能引起脆化,因此优选地,上限不应当超过0.035%。通常认为是偶存杂质的其他元素可以以商业上认可的允许量存在。
具有上述组成的制品,例如履带链节,可以通过在将微合金化钢加热至大约1150℃-1350℃的奥氏体化温度之后热锻造,被首先有利地形成为所期望的形状。然后形成的制品如上所述受控冷却,以制成以贝氏体为主的微结构。然后热锻造产品的选定部分,例如履带链节的导轨部分,可以在最终机械加工成所期望的最终尺寸之前,通过感应加热所述选定部分、淬火和回火,得到额外的热处理。
图3示出了根据本发明的各个实现方式的可以用于制备以贝氏体为主的微合金化钢部件的示例性方法。在以下部分中将更详细地讨论图3,以进一步说明所公开的构思。
工业实用性
根据本发明的各个实施方式的钢和制造钢的方法,可以通过省略通常在热锻造之后进行的热处理步骤来降低成本。所公开的微合金化的、锻造的、可空气硬化的贝氏体钢可以提供与先前热锻造的和热处理的钢部件相似的硬度、强度和韧性特性,而无需所有的热处理工艺。微合金元素与受控空气冷却结合,可以在从热锻造温度空气冷却之后制备以贝氏体为主的微结构。如果需要,可以使用局部感应加热以及随后的淬火和回火,进一步硬化根据本发明的组成和工艺制备的钢部件的选定部分。可选择地,根据本发明的贝氏体钢的组成可以在所公开的范围内调整,并且被空气冷却,以便在空气冷却之后并且没有进一步热处理的情况下,获得大约50-55HRC的范围内的硬度。
根据本发明的各个有利的实现方式制备的钢部件呈现的材料特性可以包括:在空气冷却之后在无热处理情况下用于良好可机械加工性的35-45HRC的本体硬度;在空气冷却之后的大于1000兆帕(MPa)的本体屈服强度;通过选择性感应加热而额外硬化的部分处大于约50HRC的硬度,以及在室温下在夏氏冲击测试中约20焦耳或更高的本体韧性。
如图3所示,在步骤320,具有如上表1中所述组成的微合金化钢可以被加热到大约1150℃至1350℃的奥氏体化温度。根据本发明的不同的实施方式制造的部件的类型可以包括在至少一个部分需要良好机械加工性能、高屈服强度、良好的磨损特性以及良好韧性的部件。所公开的组成和过程的示例性应用是在履带式机器(例如推土机或其他推土设备)的履带中使用的履带链节。部件的大小决定钢坯的大小,根据步骤320首先将钢坯加热到奥氏体化温度。
在步骤322,可以将被加热的坯热锻造成所期望的构造。在热锻造后,步骤324可以包括以冷却速率对热锻造产品进行空气冷却,这导致形成在整个热锻造部件中以贝氏体为主的微结构。如图2的CCT图表所示,可以选择冷却速率,来避免形成大量的马氏体微结构或以铁素体和珠光体为主的微结构。在本发明的各个实施方式中,当钢被从大约900℃冷却到大约500℃,可以以每秒降低大约0.5℃到5℃的速度对热锻造钢进行冷却。在不同的选择性实施方式中,可以改变钢组成中的合金元素的重量百分比,以改变CCT图上的相转变曲线,并以通过在室温下沿着输送机输送热锻造钢部件得到的冷却速率,得到所期望的以贝氏体为主的微结构。微合金化钢还可以有利地具有组成,所述组成使整个部件实现所期望的贝氏体微结构和硬度水平,即使具有不同厚度的部件的不同区段受到不同的冷却速率也是如此。以贝氏体为主的微结构可以是这样的微结构,其在整个热锻造钢部件中具有大于50%的贝氏体,或更为有利地大于70%的贝氏体,或甚至更有利地大于85%的贝氏体。在空气冷却之后的整个锻造钢部件的硬度水平落入大约35-45HRC的范围内。在其他有利的实施例中,整个锻造钢部件的硬度水平在空气冷却之后无进一步热处理的情况下可以落入大约40-55HRC的范围内。
在步骤326,钢部件的选定部分可以被感应加热,以达到更高的硬度水平。在履带链节的示例性实施方式中,由于导轨部分连续不断地接触履带支重轮而受到严重的磨损,因此导轨部分的高表面硬度是必要的。履带链节本体部分的低表面硬度使得更易于在本体部分中加工用于衬套、销和螺栓的孔。履带链节本体部分的低表面硬度也使履带链节本体中的衬套和孔之间形成压配合,而不会产生过多的残余应力。在不同的示例性实施例中,钢部件的感应热部分的硬度可以介于大约50-57HRC的范围内。
在步骤328,在钢部件的选定部分进行感应加热后,通过使用例如将淬火流体定向喷射到部件的感应受热区域上等技术,可以淬火钢部件的至少这些受热部分。淬火之后,在步骤330,可将钢部件再加热至回火温度,以提高其韧性。然后可以在步骤332进行最终机械加工。
对于本领域技术人员来说显而易见的是,可以在不脱离本发明的范围的情况下对公开的微合金化钢和将钢形成为成品部件的方法进行各种修改和变化。通过考虑说明书和本文公开的实践,可替换的实施方式对本领域的技术人员来说是显而易见的。说明书和示例仅仅是示例性的,本发明的实际范围由下面的权利要求及其等同方案确定。
Claims (10)
1.一种用于生产锻造钢部件的方法,其包括:
提供钢坯,其组成按重量计包括:
C:0.25-0.35重量%,
Mn:1.50-3.00重量%,
Si:0.30-2.00重量%,
V:0.10重量%,
Ti:0.02-0.06重量%,
S:0.015-0.04重量%,
N:0.01重量%,
Cr:0.00-0.30重量%,
Mo:0.00-0.03重量%,
B:0.00-0.003重量%,以及
余量的Fe和偶存杂质;
将所述钢坯加热到大约1150℃至1350℃的奥氏体化温度;
对所述钢坯进行热锻造,以形成所述钢部件;以及
在所述热锻造后对所述锻造钢部件进行受控空气冷却。
2.根据权利要求1所述的方法,其中以一定的速率进行所述受控空气冷却,以使所述钢部件在所述受控空气冷却之后产生大约35-45洛氏硬度的本体硬度。
3.根据权利要求1所述的方法,其中以一定的速率进行所述受控空气冷却,以使所述钢部件在所述受控空气冷却之后产生大约大于1000兆帕(MPa)的屈服强度。
4.根据权利要求1所述的方法,其中通过在室温下沿着输送机移动所述锻造钢部件,进行所述受控空气冷却。
5.根据权利要求1所述的方法,其中选择所述钢坯的所述组成,使得所述锻造钢部件的所述受控空气冷却和得到的具有不同厚度的所述锻造钢部件的区段的不同冷却速率导致在所述受控空气冷却之后整个所述锻造钢部件中贝氏体微结构按体积计大约大于50%的微结构。
6.根据权利要求1所述的方法,其中选择所述钢坯的所述组成,使得所述锻造钢部件的所述受控空气冷却和得到的具有不同厚度的所述锻造钢部件的区段的不同冷却速率导致在所述受控空气冷却之后整个所述锻造钢部件的硬度水平大约大于35-45洛氏硬度。
7.根据权利要求1所述的方法,其中在所述受控空气冷却后,至少所述钢部件的本体的内部的韧性根据夏比冲击试验在室温下大约大于或等于20焦耳。
8.根据权利要求1所述的方法,其还包括在所述受控空气冷却后对所述锻造钢部件的选定部分进行感应加热,以增加所述锻造钢部件的所述选定部分的硬度。
9.根据权利要求8所述的方法,其中在感应加热后,所述锻造钢部件的所述选定部分的硬度大于大约50洛氏硬度。
10.一种空气可硬化的贝氏体钢部件,其组成包括:
C:0.25-0.35重量%,
Mn:1.50-3.00重量%,
Si:0.30-2.00重量%,
V:0.00-0.10重量%,
Ti:0.02-0.06重量%,
S:0.015-0.04重量%,
N:0.00-0.01重量%,
Cr:0.00-0.40重量%,
Mo:0.00-0.05重量%,
B:0.00-0.003重量%,
余量的Fe和偶存杂质;以及
整个钢部件中贝氏体微结构按体积计大于50%的微结构。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110662849A (zh) * | 2017-05-22 | 2020-01-07 | 安赛乐米塔尔公司 | 用于生产钢部件的方法和相应的钢部件 |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9440693B2 (en) * | 2014-03-20 | 2016-09-13 | Caterpillar Inc. | Air-hardenable bainitic steel part |
JP6782060B2 (ja) * | 2015-01-22 | 2020-11-11 | 臼井国際産業株式会社 | フューエルレールの製造方法 |
JP6789611B2 (ja) * | 2015-01-22 | 2020-11-25 | 臼井国際産業株式会社 | ガソリン直噴用フューエルレールの製造方法 |
CN106048149A (zh) * | 2016-07-16 | 2016-10-26 | 柳州科尔特锻造机械有限公司 | 一种低合金钢的热处理工艺 |
US10882574B2 (en) * | 2016-07-26 | 2021-01-05 | Caterpillar Inc. | Method of track link manufacture |
MX2016013350A (es) * | 2016-10-06 | 2018-04-05 | Aboytes Trejo Juan | Proceso y sistema para tratamiento termico de piezas de acero aleado, de medio y bajo carbon para la obtencion de una estructura cristalina deseada. |
CN107385156B (zh) * | 2017-06-29 | 2019-01-15 | 江南工业集团有限公司 | 30CrMnSiA钢的强韧化复合热处理方法 |
WO2021009543A1 (en) * | 2019-07-16 | 2021-01-21 | Arcelormittal | Method for producing a steel part and steel part |
CN111733311B (zh) * | 2020-06-17 | 2024-11-01 | 大冶特殊钢有限公司 | 塑料模具钢模块锻后冷却装置及锻后在线热处理的方法 |
CN112008031B (zh) * | 2020-08-25 | 2023-06-16 | 无锡继平新材料科技有限公司 | 一种页岩气开采用阀体的锻造及热处理工艺 |
CN114850365B (zh) * | 2022-04-19 | 2024-07-23 | 中国恩菲工程技术有限公司 | 贝氏体基研磨介质及其制备方法和应用 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5660648A (en) * | 1993-04-05 | 1997-08-26 | Nippon Steel Corporation | Microalloyed steel for hot forging free of subsequent quenching and tempering, process for producing hot forging, and a hot forging |
CN1189542A (zh) * | 1997-01-28 | 1998-08-05 | 山东工业大学 | 多元微合金化空冷贝氏体钢 |
CN1224769A (zh) * | 1998-12-30 | 1999-08-04 | 宝山钢铁(集团)公司 | 一种微合金化塑料模具钢的制造方法 |
JPH11286744A (ja) * | 1998-04-02 | 1999-10-19 | Nippon Steel Corp | 熱間鍛造用非調質鋼および熱間鍛造非調質品の製造方法ならびに熱間鍛造非調質品 |
Family Cites Families (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60215743A (ja) * | 1984-04-11 | 1985-10-29 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 耐摩耗鋼 |
JP3300500B2 (ja) * | 1993-10-12 | 2002-07-08 | 新日本製鐵株式会社 | 疲労強度、降伏強度および被削性に優れる熱間鍛造用鋼の製造方法 |
JP2979987B2 (ja) * | 1994-12-20 | 1999-11-22 | 住友金属工業株式会社 | 軟窒化用鋼 |
GB2297094B (en) * | 1995-01-20 | 1998-09-23 | British Steel Plc | Improvements in and relating to Carbide-Free Bainitic Steels |
JP2000199041A (ja) * | 1999-01-07 | 2000-07-18 | Nippon Steel Corp | 耐ころがり疲労損傷性、耐内部疲労損傷性に優れたベイナイト系レ―ル |
KR100401951B1 (ko) | 1999-01-28 | 2003-10-17 | 스미토모 긴조쿠 고교 가부시키가이샤 | 기계구조용 강재 |
TWI290177B (en) * | 2001-08-24 | 2007-11-21 | Nippon Steel Corp | A steel sheet excellent in workability and method for producing the same |
JP4038361B2 (ja) * | 2001-11-14 | 2008-01-23 | 新日本製鐵株式会社 | 非調質高強度・高靭性鍛造品およびその製造方法 |
FR2847910B1 (fr) * | 2002-12-03 | 2006-06-02 | Ascometal Sa | Procede de fabrication d'une piece forgee en acier et piece ainsi obtenue. |
US20070227634A1 (en) | 2005-03-16 | 2007-10-04 | Mittal Steel Gandrange | Forged or Stamped Average or Small Size Mechanical Part |
JP5268225B2 (ja) * | 2005-10-07 | 2013-08-21 | トピー工業株式会社 | 建設機械下部走行体のローラーシェルの製造方法 |
JP4385019B2 (ja) * | 2005-11-28 | 2009-12-16 | 新日本製鐵株式会社 | 鋼製軟窒化機械部品の製造方法 |
US20080189930A1 (en) * | 2007-02-13 | 2008-08-14 | Yung-Shou Chen | Method for making a hammer |
JP2009197314A (ja) * | 2007-05-18 | 2009-09-03 | Jfe Steel Corp | 機械構造用部品 |
JP5332371B2 (ja) * | 2008-07-23 | 2013-11-06 | 株式会社ジェイテクト | 軸受装置の製造方法及び軸受装置 |
BRPI0901378A2 (pt) * | 2009-04-03 | 2010-12-21 | Villares Metals Sa | aço bainìtico para moldes |
JP5245997B2 (ja) * | 2009-04-06 | 2013-07-24 | 新日鐵住金株式会社 | 靭性に優れた高強度熱間鍛造非調質鋼及びその製造方法 |
JP5327106B2 (ja) * | 2010-03-09 | 2013-10-30 | Jfeスチール株式会社 | プレス部材およびその製造方法 |
FR2958660B1 (fr) * | 2010-04-07 | 2013-07-19 | Ascometal Sa | Acier pour pieces mecaniques a hautes caracteristiques et son procede de fabrication. |
JP5764383B2 (ja) * | 2011-05-12 | 2015-08-19 | Jfe条鋼株式会社 | 車両懸架用ばね部品用鋼、車両懸架用ばね部品およびその製造方法 |
JP5678833B2 (ja) | 2011-07-28 | 2015-03-04 | 新日鐵住金株式会社 | 高周波焼入れ用鋼及びそれを用いて製造されるクランクシャフト |
-
2013
- 2013-03-22 US US13/848,829 patent/US20140283960A1/en not_active Abandoned
-
2014
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-
2015
- 2015-09-04 US US14/845,699 patent/US20150376750A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5660648A (en) * | 1993-04-05 | 1997-08-26 | Nippon Steel Corporation | Microalloyed steel for hot forging free of subsequent quenching and tempering, process for producing hot forging, and a hot forging |
CN1189542A (zh) * | 1997-01-28 | 1998-08-05 | 山东工业大学 | 多元微合金化空冷贝氏体钢 |
JPH11286744A (ja) * | 1998-04-02 | 1999-10-19 | Nippon Steel Corp | 熱間鍛造用非調質鋼および熱間鍛造非調質品の製造方法ならびに熱間鍛造非調質品 |
CN1224769A (zh) * | 1998-12-30 | 1999-08-04 | 宝山钢铁(集团)公司 | 一种微合金化塑料模具钢的制造方法 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110662849A (zh) * | 2017-05-22 | 2020-01-07 | 安赛乐米塔尔公司 | 用于生产钢部件的方法和相应的钢部件 |
CN110662849B (zh) * | 2017-05-22 | 2021-06-15 | 安赛乐米塔尔公司 | 用于生产钢部件的方法和相应的钢部件 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20140283960A1 (en) | 2014-09-25 |
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JP2016518521A (ja) | 2016-06-23 |
AU2014235986B2 (en) | 2017-11-16 |
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RU2015143271A (ru) | 2017-04-27 |
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