CN109680223B - 一种易切削高强度复相非调质钢制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种易切削高强度复相非调质钢制备方法，在加热炉出口后加入超快速冷却设备，随后在进入加热炉进行二次加热，进行常规热轧，通过提前预热处理，可以使钢坯在超快冷下产生极大的芯表温差，并使原始粗大的奥氏体转变为细小的马氏体组织分割原奥晶粒，产生晶粒细化作用，借于组织遗传特性，使得二次加热原奥尺寸减小，热轧最终组织较常规工艺明显细化。在热轧进入超快冷设备，降温至贝氏体转变温度进行保温，后进入超快冷设备冷却到室温，得到贝氏体‑马氏体复相非调质钢组织提升强度。达到调制处理的性能水平，但是却省略了后期热处理的过程，节约了能源和生产成本，提升了生产效率。

Description

一种易切削高强度复相非调质钢制备方法
技术领域
本发明属于冶金领域，涉及一种高强度复相非调质钢制备的工艺方法。
背景技术
随着机械制造及汽车领域的飞速发展，环境保护越来越受到人们的重视。不仅在重视发展的基础上，更要合理的进行技术革新，采用新的材料来代替原有传统材料用于制造汽车等是一个行之有效的方式。通过资料显示，在汽车的行驶能耗占80％，材料生产能耗占15％，汽车制造能耗占5％。通过使用非调制钢材来替代传统调质钢可以很大程度降低生产能耗40％以上，同时还能降低制造成本20％以上，并且在保证材料所需要的综合力学性能及使用寿命。并可以有效的减少因调质处理不当引起的变形开裂等问题。
目前国内所使用的转向节是由球铁材质制造，通过使用非调质钢进行等效替代，重量可以从5kg降低到3.5kg；传统前轴用42CrMo调质处理后制造，采用非调质钢等效代替，可以从9.5kg降低到8.5kg；通过使用非调质钢代替传统钢材，可以极大的实现汽车的轻量化，汽车每减重10％就可以降低7％的油耗，并提升了汽车的操控性，对易损件的消耗上也起到一定的保护作用，增强其使用寿命，缩短刹车距离，提高车身的主动安全性。
传统易切削非调质钢中，由于MnS的存在，经过轧制后往往在钢内形成长条状，容易成为裂纹源，对性能造成不利影响，
而且非调质钢没有经过调制处理，其力学性能较低，传统的工艺下最终组织为珠光体和铁素体，其抗拉强度为800～850MPa，屈服强度700～750MPa，硬度260～280HV。
发明内容
本发明针对传统易切削非调质钢中，由于MnS的存在，经过轧制后往往在钢内形成长条状，容易成为裂纹源，对性能造成不利影响，通过成分改进加入稀土Ce来进行硫化物改性，形成团状或仿锥状，有助于提升钢材的韧性，降低由MnS引发的裂纹情况。通过热轧前加入预热处理，热轧后加入超快冷到贝氏体转变温度后等温转变，后进入超快冷却至室温，制备贝氏体-马氏体复相组织非调质钢，提升抗拉强度，硬度等力学性能。达到调质钢的水平，并省略了后期热处理的环节，节约了能源和生产成本，提升了生产效率。
具体技术方案为：
一种易切削高强度复相非调质钢制备方法，该复相组织非调质钢FAS2225成分按重量百分比：C：0.18～0.22％，Mn：1.80～2.20％，Si：0.35～0.40％，Cr：0.50～0.55％，Ni：0.05～0.08％，V：0.10～0.13％，Nb：0.05～0.08％，Ti：0.013～0.015％，Ce：0.005～0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质；其制备方法包括如下步骤：
第一步，预热处理：将铸态坯料放置于加热炉中加热到1200～1300℃，保温60～120min，通过水冷设备超快速水冷至马氏体相变点Ms；即248～362℃，通过预热处理将坯料组织由奥氏体快冷至马氏体，通过马氏体相变进行切割奥氏体达到细化晶粒的效果。
第二步，热轧处理：将预热处理后的坯料再送至加热炉中进行二次加热至1100～1150℃，保温20～30min，在奥氏体没有发生完全恢复再结晶时进行热轧处理，将坯料从加热炉中取出，通过水冷装置进行快速降温，去除表面氧化铁皮，使坯料芯表温差加大，在1045～1055℃奥氏体再结晶区进行初轧，通过坯料温度差促进芯部变形增加。提升组织均匀性消除疏松缩孔等缺陷产生。在935～955℃奥氏体未结晶区进行精轧。
第三步，冷却处理：将出精轧后的钢材进行超快速水冷降温至580～630℃，并在冷床上安装保温罩进行等温贝氏体转变，保温5～10min后，出冷床后进行超快速水冷降温至室温，得复相非调质钢。
进一步地，上述第一步预热处理中，通过水冷设备超快速水冷方式为：冷却长度为15～25m，冷却水量4000～5500m3/h，采用上下均匀喷射在铸坯上。
本发明钢材通过制备工艺得到的最终组织为马氏体，贝氏体及残余奥氏体。抗拉强度1100～1200MPa，屈服强度730～770MPa，硬度430～570HV。
本发明的有益效果为：通过轧制前加入预热处理，与传统热轧工艺对比，最终组织晶粒细化明显。并且组织均匀性有显著提高。再次加热未进行轧制前，未达到完全的奥氏体恢复和再结晶，保留了预热处理的组织细小的遗传特性。通过粗轧前进行超快冷提升芯表温差造成温度梯度，在较大变形参数下促进芯部变形，提升组织均匀性并且有效减轻疏松缩孔等缺陷。在精轧终轧后进行超快速冷却有效的避免奥氏体进行珠光体转变，直接冷却至贝氏体转变温度进行保温，达到预先设计的贝氏体转变含量后，出冷床进行超快速水冷至室温，将未发生贝氏体转变的残余奥氏体通过马氏体相变，转变成马氏体组织，最终得到贝氏体-马氏体复相组织结构的非调质钢。提升了最终组织的均匀性和细化晶粒尺寸，最终提升了钢材的力学性能。与传统调质钢对比为了达到同样的力学性能，调质钢在热轧后还需要进行淬火和高温回火热处理，极大的节约了能源，节约了生产周期，缩短了生产产线布置，并且精简了后期的热处理炉等设备，减低了生产成本，减少了环境污染。
附图说明
图1复相非调质钢制备新工艺图。
图2显微组织形貌图，(a)实例1；(b)实例2；(c)实例3。
具体实施方式
实例1：非调质钢FAS2225，在预热处理中，出炉温度1220℃，通过水冷设备超快速水冷至248℃，应用本发明提出的方法进行轧制，板坯厚度110mm，二次加热至1100℃，保温25min，通过水冷装置进行快速降温，去除表面氧化铁皮，在1045℃进行初轧，终轧(精轧)温度946℃。水冷后上冷床温度598℃，最终水冷至室温。
实例2：非调质钢FAS2225，在预热处理中，出炉温度1260℃，通过水冷设备超快速水冷至327℃，应用本发明提出的方法进行轧制，板坯厚度110mm，二次加热至1100℃，保温30min，通过水冷装置进行快速降温，去除表面氧化铁皮，在1048℃进行初轧，终轧(精轧)温度937℃。水冷后上冷床温度628℃，最终水冷至室温。
实例3：非调质钢FAS2225，在预热处理中，出炉温度1250℃，通过水冷设备超快速水冷至362℃，应用本发明提出的方法进行轧制，板坯厚度110mm，二次加热至1100℃，保温30min，通过水冷装置进行快速降温，去除表面氧化铁皮，在1052℃进行初轧，终轧(精轧)温度953℃。水冷后上冷床温度581℃，最终水冷至室温。
表1力学性能
Figure BDA0001988889540000041

Claims (2)

1.一种易切削高强度复相非调质钢制备方法，其特征在于，该复相组织非调质钢成分按重量百分比：C：0.18～0.22％，Mn：1.80～2.20％，Si：0.35～0.40％，Cr：0.50～0.55％，Ni：0.05～0.08％，V：0.10～0.13％，Nb：0.05～0.08％，Ti：0.013～0.015％，Ce：0.005～0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质；其制备方法包括如下步骤：
第一步，将非调质钢FAS2225预热处理：将铸态坯料放置于加热炉中加热到1200～1300℃，保温60～120min，通过水冷设备超快速水冷至马氏体相变点Ms；通过水冷设备超快速水冷方式为：冷却长度为15～25m，冷却水量4000～5500m3/h，采用上下均匀喷射在铸坯上；
第二步，热轧处理：将预热处理后的坯料再送至加热炉中进行二次加热至1100～1150℃，保温20～30min，将坯料从加热炉中取出，通过水冷装置进行快速降温，去除表面氧化铁皮，在1045～1055℃进行初轧，在935～955℃进行精轧；
第三步，冷却处理：将出精轧后的钢材进行超快速水冷降温至580～630℃，并在冷床上安装保温罩进行等温贝氏体转变，保温5～10min后，出冷床后进行超快速水冷降温至室温，得复相非调质钢。
2.权利要求1所述方法制备得到的复相非调质钢，其特征在于，抗拉强度1100～1200MPa，屈服强度730～770MPa，硬度430～570HV。
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