CN111378824B - 一种51CrV4亚共析精冲钢热加工工艺 - Google Patents

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Abstract

一种51CrV4亚共析精冲钢热加工工艺，属于材料加工技术领域。包括以下步骤：(1)均匀化热处理；(2)再结晶型控制轧制；(3)二次低温轧制；(4)组织调控热处理；(5)渗碳体调控热处理；(6)球化热处理。本发明加工后的加工后的51CrV4亚共析精冲钢微观组织中渗碳体球化率高，球状渗碳体颗粒均匀、细小、弥散分布在铁素体基体上，得到的精冲钢性能良好，铁素体组织呈小块均匀分布在组织中，本发明可实现热轧与渗碳体球化处理的一体化，利用热轧后的余热进行球化热处理，节省能源，降低成本，并且与传统精冲钢热轧‑冷轧‑球化退火生产工序相比，简化生产工序，节省时间，提高渗碳体球化质量。

Description

一种51CrV4亚共析精冲钢热加工工艺
技术领域
本发明属于材料加工技术领域，特别涉及一种51CrV4亚共析精冲钢热加工工艺。
背景技术
51CrV4是一种亚共析精冲钢，也是一种典型的中碳低合金钢，具有较好的淬透性。其精冲件要求冲裁面光洁、尺寸精度高和平面度高。钢材的组织是实现这些要求的关键。目前精冲钢普遍采用热轧—冷轧—球化退火的工艺进行生产，以得到细小球状渗碳体弥散、均匀分布在铁素体基体上的组织。然而，Cr和V元素是强碳化物形成元素，形成的碳化物熔点高，不易溶解，在片层渗碳体溶解时，会阻碍晶界迁移，使溶解变慢，因此，现有的生产51CrV4精冲钢的工艺，往往存在以下问题：(1)工艺流程复杂，热轧后钢板经过多道次冷轧需要长时间高温等温球化退火处理，消耗大量能源，成本昂贵；(2)片层状渗碳体的球化率低，粒状渗碳体颗粒在铁素体基体上没有完全呈弥散、均匀分布，这样的组织不利于冷加工成型，严重影响精冲面质量。因此，需要一种工艺简单，能耗低，周期短及渗碳体球化质量高的生产工艺来生产51CrV4精冲钢。
目前，国内51CrV4精冲钢的技术研发能力相对薄弱，控制精冲钢渗碳体球化的相关文献和专利较少。如CN108385019A号专利公开了一种汽车儿童座椅锁紧装置用冷轧精冲钢带51CrV4的制备方法，需要对热轧钢板进行16h以上退火处理和5道次冷轧，如此循环两次，最后再进行成品退火处理，目的是使热轧片状珠光体转变为细小弥散分布的粒状珠光体，提高其性能稳定性。这种方法虽然渗碳体球化率高，组织均匀，但是工艺复杂，生产周期长且消耗大量能源。CN106311789A号专利公开了一种51CrV4的精冲加工方法，通过软态退火、热轧纵剪、酸洗、压延、三阶梯球化退火和平整，有效提升了材料的渗碳体球化等级和球化率，提高了材料的成型性能。但是，软态退火和三阶梯球化退火共需要保温33h，球化所需时间太长，能耗较高。
对于51CrV4热加工工艺，目前已公开的专利有：如CN105734238A号专利公开了一种提高51CrV4弹簧片综合力学性能的热处理工艺，目的是改善弹簧片的组织稳定性，提高耐磨性及韧性等综合力学性能；CN105401073A号专利公开了一种汽车离合器膜片合金弹簧冷轧钢带51CrV4的热处理工艺，提高钢材的成品率，从而降低生产成本。与本发明的热加工工艺相比，研究目的不一样，具体的工艺过程也不一样。
本发明可实现热轧与渗碳体球化处理的一体化，简化生产工序，利用热轧后的余热进行球化热处理，节省能源和时间，改善渗碳体球化质量以及提高组织均匀性。该工艺对对精冲钢的生产具有重要的现实和指导意义。
发明内容
针对现有51CrV4亚共析精冲钢生产工艺的缺点，本发明提供一种51CrV4亚共析精冲钢热加工工艺，解决了现有技术中51CrV4亚共析精冲钢加工工艺复杂、渗碳体球化率低的技术问题。可实现热轧与渗碳体球化处理的一体化，简化生产工序，利用热轧后的余热进行球化热处理，节省能源和时间，改善渗碳体球化质量和提高组织均匀性。
本发明的技术方案如下：
(1)均匀化热处理：将51CrV4钢升温至1000～1050℃，保温30～60min，升温方式优选为随炉升温；
(2)再结晶型控制轧制：在920～960℃开轧，进行4道次轧制，快冷至700～750℃，总变形率优选为60％～75％，冷却速度优选为20～40℃/s；
(3)二次低温轧制：再结晶型控制轧制后，在步骤(2)中的冷却温度下进行5道次轧制，总变形率优选为70％～85％；
(4)组织调控热处理：将轧后热钢板放入加热炉中保温40～60min，保温温度为600～650℃；
(5)渗碳体调控热处理：将组织调控保温处理后的钢板以10℃/min随炉升温至730～740℃，随后随炉降温至710～715℃，按此过程循环3～5次；
(6)球化热处理：将渗碳体调控热处理后的板材随炉冷却至600～650℃，保温30～60min，随后空冷至室温。
所述的51CrV4亚共析精冲钢成分按重量百分比含量为：C：0.4％～0.53％，Si：0.23％～0.3％，Mn：0.88％～0.93％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr：1.00％～1.17％，V：0.13％～0.20％，Al：≤0.03％，N：≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明的方法通过均匀化热处理后的再结晶型控制轧制使奥氏体发生动态再结晶，然后利用超快速冷却短时控温，钢材在奥氏体状态下快速冷却到低温轧制温度，使其没有足够的时间静态回复，最终细化奥氏体晶粒；二次低温轧制变形过程在奥氏体内诱导铁素体相变，小块型铁素体将奥氏体分割成几小块；之后伴随冷却、等温的进行对组织进行调控，过冷奥氏体转变成细小片状珠光体，这种珠光体中渗碳体片层细小，更有利于之后渗碳体的球化。
之后的步骤中为了调控渗碳体的形貌和分布，进行渗碳体调控热处理，先将温度升至730～740℃，略高于Ac1温度(Ac1＝720℃)，进行奥氏体化，奥氏体优先在铁素体/渗碳体界面形核，碳原子的扩散控制奥氏体的生长过程，因此具有高碳浓度的渗碳体会溶解向奥氏体和铁素体中扩散碳原子，使奥氏体沿着平行和垂直于片层两个方向生长，渐渐使渗碳体片层断裂。之后降温至710～715℃(Ac1温度以下)时，奥氏体化停止，渗碳体停止溶解。当再次升温到Ac1以上时，由于之前的热处理剩余渗碳体边界上的缺陷变多，为奥氏体形核提供更多形核位置，提高奥氏体形核率，这样循环热处理过程可以加快渗碳体片层破碎断裂。最终获得分散的未溶渗碳体颗粒，以及细小的奥氏体晶粒。随后球化热处理的600～650℃保温过程可以促进离异共析相变过程，渗碳体进行异质形核，使细小球状渗碳体均匀、弥散分布在铁素体基体上。加工后的所述51CrV4亚共析精冲钢微观组织中球状渗碳体均匀、弥散分布在铁素体基体上，渗碳体球化率≥95％，球状碳化物的平均直径50～200nm，屈服强度280～330MPa，抗拉强度450～500MPa，断面收缩率30％～35％，延伸率20％～25％，加工后的所述51CrV4亚共析精冲钢球化后硬度100～150HV。
本发明具有以下有益效果：(1)加工后的51CrV4亚共析精冲钢微观组织中渗碳体球化率高，球状渗碳体颗粒均匀、细小、弥散分布在铁素体基体上，得到的精冲钢性能良好；(2)铁素体组织未出现大块状，呈小块均匀分布在组织中；(3)整个热轧+渗碳体球化为一体化流程，可利用热轧的余热直接对精冲钢进行球化热处理，节省时间和能源，提高生产效率；(4)简化了精冲钢生产工艺，便于工业化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
实施例1：
所述的51CrV4亚共析精冲钢，其成分按照质量百分比含C：0.51％，Si：0.25％，Mn：0.88％，P：0.015％，S：0.015％，Cr：1.00％，V：0.16％，Al：0.03％，N：0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。
51CrV4亚共析精冲钢热加工工艺方法步骤为：
(1)均匀化热处理：将51CrV4钢随炉升温至1000℃，保温60min；
(2)再结晶型控制轧制：在950℃开轧，进行4道次轧制，总变形率为75％，随后以20℃/s冷速，快冷至750℃；
(3)二次低温轧制：再结晶型控制轧制后，在步骤(2)中的冷却温度下进行5道次轧制，总变形率为70％；
(4)组织调控热处理：将轧后钢板放入加热炉中保温60min，保温温度为600℃；
(5)渗碳体调控热处理：将组织调控保温处理后的钢板以10℃/min随炉升温至740℃，随后冷却至710℃，按此过程循环3次；
(6)球化热处理：将渗碳体调控热处理后的板材随炉冷至600℃保温40min，随后空冷至室温。
试验钢的球状渗碳体颗粒细小、均匀和弥散地分布在铁素体基体上，渗碳体球化率达到97％，球状渗碳体颗粒的平均直径130nm，屈服强度300MPa，抗拉强度450MPa，断面收缩率32％，拉伸率20％，硬度110HV。
实施例2：
所述的51CrV4亚共析精冲钢，其成分按照质量百分比含C：0.45％，Si：0.3％，Mn：0.93％，P：0.01％，S：0.015％，Cr：1.16％，V：0.17％，Al：0.025％，N：0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。
51CrV4亚共析精冲钢热加工工艺方法步骤为：
(1)均匀化热处理：将51CrV4钢随炉升温至1050℃保温60min；
(2)再结晶型控制轧制：在920℃开轧，进行4道次轧制，总变形率为70％，随后以40℃/s冷速，快冷至750℃；
(3)二次低温轧制：再结晶型控制轧制后，在步骤(2)中的冷却温度下进行5道次轧制，总变形率为85％；
(4)组织调控热处理：将轧后钢板放入加热炉中保温50min，保温温度为650℃；
(5)渗碳体调控热处理：将组织调控保温处理后的钢板以10℃/min随炉升温至730℃，随后冷却至710℃，按此过程循环5次；
(6)球化热处理：将渗碳体调控热处理后的板材随炉冷至650℃保温30min，随后空冷至室温。
试验钢的球状渗碳体颗粒细小、均匀和弥散地分布在铁素体基体上，渗碳体球化率达到98％，球状渗碳体颗粒的平均直径100nm，屈服强度310MPa，抗拉强度450MPa，断面收缩率35％，拉伸率23％，硬度130HV。
实施例3：
所述的51CrV4亚共析精冲钢，其成分按照质量百分比含C：0.53％，Si：0.3％，Mn：0.88％，P：0.015％，S：0.012％，Cr：1.17％，V：0.16％，Al：0.03％，N：0.002％，余量为Fe和不可避免的杂质。
51CrV4亚共析精冲钢热加工工艺的方法步骤为：
(1)均匀化热处理：将51CrV4钢随炉升温至1050℃保温40min；
(2)再结晶型控制轧制：在960℃开轧，进行4道次轧制，总变形率为60％，随后以30℃/s冷速，快冷至700℃；
(3)二次低温轧制：再结晶型控制轧制后，在步骤(2)中的冷却温度下进行5道次轧制，总变形率为75％；
(4)组织调控热处理：将轧后钢板放入加热炉中保温40min，保温温度为630℃；
(5)渗碳体调控热处理：将组织调控保温处理后的钢板直接随炉升温至735℃，随后冷却至715℃，按此过程循环4次；
(6)球化热处理：将渗碳体调控热处理后的板材随炉冷至600℃保温60min，随后空冷至室温。
试验钢的球状渗碳体颗粒细小、均匀和弥散地分布在铁素体基体上，渗碳体球化率达到98％，球状渗碳体颗粒的平均直径110nm，屈服强度300MPa，抗拉强度470MPa，断面收缩率30％，拉伸率24％，硬度100HV。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (6)

1.一种51CrV4亚共析精冲钢热加工工艺，其特征在于, 包括以下步骤：
(1) 均匀化热处理：将51CrV4钢升温至1000~1050 ℃，保温30~60 min；
(2) 再结晶型控制轧制：在920~960 ℃开轧，进行4道次轧制，随后冷却至700~750 ℃，冷却速率为20~40 ℃/s；
(3) 二次低温轧制：再结晶型控制轧制后，在步骤(2)中的冷却温度下进行5道次轧制变形；
(4) 组织调控热处理：将轧后热钢板放入加热炉中保温40~60 min，保温温度为600~650 ℃；
(5) 渗碳体调控热处理：将组织调控保温处理后的钢板以10 ℃/min随炉升温至730~740 ℃，随后随炉降温至710~715 ℃，按此过程循环3~5次；
(6) 球化热处理：将渗碳体调控热处理后的板材随炉冷至600~650 ℃，保温30~60min，随后空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的一种51CrV4亚共析精冲钢热加工工艺，其特征在于所述的51CrV4亚共析精冲钢成分按重量百分比含量为：C：0.4%~0.53%，Si：0.23%~0.3%，Mn：0.88%~0.93%，P≤0.015%，S≤0.015%，Cr：1.00%~1.17%，V：0.13%~0.20%，Al：≤0.03%，N：≤0.005%，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种51CrV4亚共析精冲钢热加工工艺，其特征在于所述步骤（1）的升温方式为随炉升温。
4.根据权利要求1所述的一种51CrV4亚共析精冲钢热加工工艺，其特征在于所述步骤（2）的轧制过程总变形率为60%~75%。
5.根据权利要求1所述的一种51CrV4亚共析精冲钢热加工工艺，其特征在于所述步骤（3）的轧制过程总变形率为70%~85%。
6.根据权利要求1所述的一种51CrV4亚共析精冲钢热加工工艺，其特征在于，经所述51CrV4亚共析精冲钢热加工工艺加工后的51CrV4亚共析精冲钢屈服强度280~330 MPa，抗拉强度450~500 MPa，断面收缩率30%~35%，延伸率20%~25%，硬度100~150 HV，微观组织中球状渗碳体均匀、弥散分布在铁素体基体上，渗碳体球化率≥95%，球状碳化物的平均直径50~200 nm。
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