CN109457194B - 一种保淬透性易切削钢及其热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种保淬透性易切削钢及其热处理方法，所述保淬透性易切削钢包含以下质量百分含量的化学组分：C：0.40～0.45％、Si：0.10～0.50％、Mn：1.00～1.50％、P≤0.025％、S：0.020～0.050％、Al：0.020～0.060％、B：0.0010～0.0035％、Cr：0.20～0.50％、V：0.03～0.20％、Ti：0.02～0.10％、Mo≤0.10％、Ni≤0.30％、Cu≤0.30％、Pb≤0.020％、Sn≤0.030％。本发明的热处理方法可以提高钢的整体硬度，达到刚性好、承载能力强、耐磨度高、以及淬透性和稳定性高等性能。

Description

一种保淬透性易切削钢及其热处理方法
技术领域
本发明属于金属热处理领域，具体涉及一种保淬透性易切削钢的的热处理方法。
背景技术
热处理是指根据金属或合金在固态下的组织转变的规律，通过特定的加热、保温和冷却方式，改变其组织来提高金属或者合金性能的一种热加工工艺。金属热处理工艺一般可分为表面热处理、化学热处理以及整体热处理。整体热处理是最为常用的热处理工艺，主要包含淬火、回火、正火以及退火四种形式以及它们之间配合使用的其他形式。随着以汽车工业为代表的机械制造业的发展，要求原材料具有更高的易加工性，而且对材料力学性能的要求越来越高，含硫易切削钢用途广泛、生产成本低且作为含铅易切削钢的替代品经济环保，近年来得到了快速发展，硫易切削钢的可切削性随硫质量分数的增多而改善，即在刀具同样寿命的条件下，硫质量分数越高，可切削速度越高。合理的热处理工艺，不仅使钢的性能达到用户要求，还能减少因不合理的热处理导致废品废件。硫易切削钢硫质量分数不同，可分为低硫钢w(S)≤0.025％、中硫钢w(S)＝0.040％-0.090％和高硫钢w(S)＝0.10％-0.30％。
但是目前，不当的热处理工艺会增加含硫钢夹杂物的变性，影响钢的切削性能、降低钢的淬透性、增加含硫钢的开裂率等缺陷，给金属热加工工业生产带来巨大的经济损失，亟需一种可以改善钢的切削性能、降低含硫钢的开裂率，最主要还能提高钢的淬透性和稳定性的热处理方法。
背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
发明内容
针对现有技术存在问题中的一个或多个，在本发明的一个方面，本发明提供一种保淬透性易切削钢，所述保淬透性易切削钢的化学组分及质量百分含量为：C：0.40～0.45％、Si：0.10～0.50％、Mn：1.00～1.50％、P≤0.025％、S：0.020～0.050％、Al：0.020～0.060％、B：0.0010～0.0035％、Cr：0.20～0.50％、V：0.03～0.20％、Ti：0.02～0.10％、Mo≤0.10％、Ni≤0.30％、Cu≤0.30％、Pb≤0.020％、Sn≤0.030％，其它为Fe和不可避免的杂质。
优选地，上述保淬透性易切削钢的化学组分及质量百分含量为：C：0.38％、Si：0.25％、Mn：1.10％、P：0.019％、S：0.032％、Al：0.020％、B：0.0025％、Cr：0.35％、V：0.10％、Ti：0.027％、Mo：0.08％、Ni：0.27％、Cu：0.25％、Pb：0.020％、Sn：0.030％，其它为Fe和不可避免的杂质。
优选地，上述保淬透性易切削钢中的气体含量满足以下条件：H≤2.5ppm；O≤25ppm；N≤80ppm。这样可以保证产品锻造使用时，降低钢中白点、夹杂物及降低N对钢的淬透性影响。
在本发明的另一方面，本发明提供了上述保淬透性易切削钢的热处理方法，所述热处理方法包括步骤：
正火：所述正火的温度为850℃～910℃，所述正火时间为55-65min；
第一淬火：所述第一淬火在所述正火之后，所述第一淬火的温度为860℃～880℃；
以上正火和第一淬火的热处理步骤可以增强钢的末端淬透性；
第二淬火：所述第二淬火的温度为850℃～910℃；
回火：所述回火在所示第二淬火之后，所述回火的温度为480℃～550℃；和
以上第二淬火和回火的热处理步骤可以增强钢的力学性能；
第三淬火：所述第三淬火的温度≥850℃，其中介质为油或≥40℃的水或水溶液。
以上第三淬火热处理步骤是在成品轧制后利用余热进行淬火处理，轧件温度≥850℃，其中介质为油或≥40℃的水或水溶液，可以根据实际情况具体选择所需的介质。
基于以上技术方案，本发明获得一种保淬透性易切削钢，通过成分的合理设计及控制合理的成分范围，添加少量S来增加钢的可切削性，再通过合理的热处理工艺，进而提高钢的整体硬度，达到刚性好、承载能力强、耐磨度高、以及淬透性和稳定性高等性能，降低钢的开裂率。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同方法。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的材料和步骤进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
本发明的一个目的是提供一种保淬透性易切削钢，另一目的是提供上述保淬透性易切削钢的热处理方法。
本发明的目的听过一下具体实施方式实现：
在本发明的第一实施方式中，本发明提供一种保淬透性易切削钢，所述保淬透性易切削钢的化学组分及质量百分含量为：C：0.40～0.45％、Si：0.10～0.50％、Mn：1.00～1.50％、P≤0.025％、S：0.020～0.050％、Al：0.020～0.060％、B：0.0010～0.0035％、Cr：0.20～0.50％、V：0.03～0.20％、Ti：0.02～0.10％、Mo≤0.10％、Ni≤0.30％、Cu≤0.30％、Pb≤0.020％、Sn≤0.030％，其它为Fe和不可避免的杂质。例如，本发明的保淬透性易切削钢的化学组分及质量百分含量为：C：0.40％、Si：0.50％、Mn：1.00％、P≤0.025％、S：0.050％、Al：0.020％、B：0.0035％、Cr：0.20％、V：0.20％、Ti：0.02％、Mo≤0.10％、Ni≤0.30％、Cu≤0.30％、Pb≤0.020％、Sn≤0.030％，其它为Fe和不可避免的杂质；或C：0.45％、Si：0.10％、Mn：1.50％、P≤0.025％、S：0.020％、Al：0.060％、B：0.0010％、Cr：0.50％、V：0.03％、Ti：0.10％、Mo≤0.10％、Ni≤0.30％、Cu≤0.30％、Pb≤0.020％、Sn≤0.030％，其它为Fe和不可避免的杂质等。
根据本发明的一个优选实施方式，上述保淬透性易切削钢的化学组分及质量百分含量为：C：0.38％、Si：0.25％、Mn：1.10％、P：0.019％、S：0.032％、Al：0.020％、B：0.0025％、Cr：0.35％、V：0.10％、Ti：0.027％、Mo：0.08％、Ni：0.27％、Cu：0.25％、Pb：0.020％、Sn：0.030％，其它为Fe和不可避免的杂质。
根据本发明的一个优选实施方式，上述保淬透性易切削钢中的气体含量满足以下条件：H≤2.5ppm；O≤25ppm；N≤80ppm。这样可以保证产品锻造使用时，降低钢中白点、夹杂物及降低N对钢的淬透性影响。
在本发明的第二实施方式中，本发明提供了上述保淬透性易切削钢的热处理方法，所述热处理方法包括步骤：
正火：所述正火的温度为850℃～910℃，所述正火时间为55-65min；
第一淬火：所述第一淬火在所述正火之后，所述第一淬火的温度为860℃～880℃；
以上正火和第一淬火的热处理步骤可以增强钢的末端淬透性；
第二淬火：所述第二淬火的温度为850℃～910℃；
回火：所述回火在所示第二淬火之后，所述回火的温度为480℃～550℃；和
以上第二淬火和回火的热处理步骤可以增强钢的力学性能；
第三淬火：所述第三淬火的温度≥850℃，其中介质为油或≥40℃的水或水溶液。
以上第三淬火热处理步骤是在成品轧制后利用余热进行淬火处理，轧件温度≥850℃，其中介质为油或≥40℃的水或水溶液，可以根据实际情况具体选择所需的介质。
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
根据下表1中钢的组分及质量百分含量(％)设计本发明的实施例。
表1：各炉中钢的组分及质量百分含量(％)
Figure BDA0001845546140000041
注：各炉中钢中气体含量满足：H≤2.5ppm；O≤25ppm；N≤80ppm。
1)末端淬透性热处理工艺
如上述表1中成分热轧圆钢在850℃～910℃正火60min后，加工成端淬试样后，在860℃～880℃淬火。(具体热处理工艺见表2)，测定各实施例的末端淬透性，结果见下表3。
表2：末端淬透性热处理工艺
Figure BDA0001845546140000042
Figure BDA0001845546140000051
表3各实施例的末端淬透性
Figure BDA0001845546140000052
从上表3中的数据可以明显看出，经过末端淬透性热处理工艺后，在提高钢J7mm、J15mm的硬度均能达到50HRC以上，证明经过本发明的热处理工艺后，钢的耐磨性较好。
2)力学性能热处理工艺
经过末端淬透性热处理工艺后，各实施例的热轧圆钢在850℃～910℃淬火后，在480℃～550℃回火，测定各实施例的力学相关性能，各实施例的相关性能检测结果见下表4、5。
表4：各实施例圆钢拉伸试验结果
Figure BDA0001845546140000053
Figure BDA0001845546140000061
表5：各实施例夏比冲击试验及硬度检测结果
Figure BDA0001845546140000062
由上表4和5中数据可明显看到力学性能热处理工艺后，各试样的力学性能相关指数屈服性能达到850MPa以上，延伸达到14％以上，夏比冲击大于27J，表明经本发明的热处理工艺后，钢的综合力学性能良好。
3)将圆钢轧制成品后利用余热进行淬火处理，要求轧件温度≥860℃，介质为≥40℃的水或水溶液检验其试样表面硬度。
表6：各实施例成品构件表面硬度
Figure BDA0001845546140000063
从上表6中数据可以明显看到，经本发明的热处理工艺后，各实施例的成品构件表面硬度均在370以上，结合上述实施例数据，表明本发明的热处理工艺可以提高钢的整体硬度，达到刚性好、承载能力强、耐磨度高、以及淬透性和稳定性高等性能，降低钢的开裂率。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种保淬透性易切削钢的热处理方法，其特征在于，所述保淬透性易切削钢的化学组分及质量百分含量为：C：0.38～0.45％、Si：0.10～0.50％、Mn：1.00～1.50％、P≤0.025％、S：0.020～0.050％、Al：0.020～0.060％、B：0.0010～0.0035％、Cr：0.20～0.50％、V：0.03～0.20％、Ti：0.02～0.10％、Mo≤0.10％、Ni≤0.30％、Cu≤0.30％、Pb≤0.020％、Sn≤0.030％，其它为Fe和不可避免的杂质；
所述热处理方法包括步骤：
正火：所述正火的温度为850℃～910℃，所述正火时间为55-65min；
第一淬火：所述第一淬火在所述正火之后，所述第一淬火的温度为860℃～880℃；
第二淬火：所述第二淬火的温度为850℃～910℃；
回火：所述回火在所示第二淬火之后，所述回火的温度为480℃～550℃；和
第三淬火：所述第三淬火的温度≥850℃，其中介质为油或≥40℃的水或水溶液。
2.权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述保淬透性易切削钢的化学组分及质量百分含量为：C：0.38％、Si：0.25％、Mn：1.10％、P：0.019％、S：0.032％、Al：0.020％、B：0.0025％、Cr：0.35％、V：0.10％、Ti：0.027％、Mo：0.08％、Ni：0.27％、Cu：0.25％、Pb：0.020％、Sn：0.030％，其它为Fe和不可避免的杂质。
3.权利要求1或2所述的热处理方法，其特征在于，所述保淬透性易切削钢中的气体含量满足以下条件：H≤2.5ppm；O≤25ppm；N≤80ppm。
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