CN112301266A - 一种热锻用非调质圆钢及其生产方法 - Google Patents

一种热锻用非调质圆钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

一种热锻用非调质圆钢及其生产方法，按质量百分含量(%)：C0.48～0.52、Si0.40～0.60、Mn1.10～1.30、P≤0.015、S≤0.015、Cr0.10～0.20、Ni0.20～0.30、Mo0.03～0.07、Nb0.015～0.030、V0.08～0.15、Ti0.015～0.025、Al0.010～0.025、Cu≤0.2，N120～200ppm、H≤2.0ppm、O≤15ppm；余量为Fe及不可避免杂质。通过严格控制Nb、V、Ti和N的含量，使得显微组织均匀，轧制过程控制温度和冷却速度而使得该非调质钢Rm≥950MPa，Rel≥600MPa，A≥15%，Z≥35%，AKu≥42J，硬度265‑320HB，能替代20CrMnTiH、42CrMo和40Cr等钢材。

Description

一种热锻用非调质圆钢及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种热锻用非调质圆钢及其生产方法，属于微合金钢技术领域。
背景技术
新能源电动汽车的动力机为电动机，其驱动系统传动部分要承受行驶过程中复杂的交变负荷，所以对驱动电机花键输出轴的性能有很高的要求。目前电动汽车驱动电机花键输出轴使用合金渗碳钢20CrMnTiH、调质合金钢42CrMo和40Cr等制造。使用20CrMnTiH采用正火+渗碳淬火＋回火的工艺，使用42CrMo和40Cr采用正火+调质+感应淬火＋回火的工艺保证心部的韧性和表面的硬度。在机械性能由调质、正火、渗碳等热处理工艺来保证的前提下，不仅部件的开裂、弯曲变形需矫直不可避免，加工精度和装配精度得不到强有力的保证，而且截面的性能不均匀，往往使电机花键轴在服役过程中在其薄弱环节部位特别是花键根部发生早期失效；同时热处理需要耗费大量的能源，生产周期长、生产成本高，严重制约着新能源电动汽车性能的提高和产业的健康发展。另外，使用20CrMnTi、42CrMo和40Cr等材料制造的其它花键轴、齿轮和齿轮轴等零部件，也存在上述问题，亟待新材料替代。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，通过材料化学成分的优化和收窄，依靠微合金复合化技术及控制轧制和控制冷却等工艺，获得一种能够提高钢材的强韧性力学性能，取消调质、正火或渗碳热处理和校直等工序，避免零件开裂、变形等缺陷，生产过程节能环保，提高合格率，缩短生产周期的一种热锻用非调质钢及生产方法。
上述的目的通过以下技术方案实现：
1. 一种热锻用非调质圆钢及其生产方法，其特征在于，Nb、V和Ti微合金复合化，控制轧制和控制冷却，制得的非调质钢，其成分按质量百分含量包括C：0.48～0.52%；Si：0.40～0.60%；Mn：1.10～1.30%；P≤0.015%；S≤0.015%；Cr：0.10～0.20%；Ni： 0.20～0.30%；Mo：0.03～0.07%；Nb：0.015～0.030%；V：0.08%～0.15%；Ti：0.015～0.025%；Al：0.010～0.025%；Cu ≤0.2%；N：120～200ppm；H≤2.0ppm；O≤15ppm；余量为Fe及不可避免杂质。
2. 所述的一种热锻用非调质圆钢及其生产方法，包括如下步骤：电炉或转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→连铸→切割→冷却→检验→判定→加热炉加热→控轧→控制冷却→超声+漏磁探伤→判定→包装→称重→入库。
3. 所述的Nb、V和Ti微合金复合化，控制轧制和控制冷却，制得的非调质钢中包括以下质量百分比含量的元素的目标值，C：0.50％；Si：0.45％；Mn：1.30％；Nb：0.028％；P≤0.015％；S≤0.015％；Cr：0.15％；Ni：0.25％；V：0.10％；Ti：0.017％；Al：0.020％；N：0.015%；余量为Fe及不可避免杂质。
4. 所述的LF精炼时Nb的加入量0.028％，Mn的含量以1 .30%为目标；RH吊包时将S线一次性补喂≤0.015％。
5.所述的RH精炼时破空后立即喂入钛线调整Ti和N的含量；其中Ti的含量以0.017％为目标， N的含量以150ppm为目标。。
6.所述的轧制过程严格采用加热、轧制工艺技术，预热段＜900℃，加热段950~1020℃，均热段950~1080℃，加热时间＞2.5小时；终轧温度≤900℃。
7.所述的控制精轧后二次穿水控制冷却，棒材快速下冷床穿水强冷，入坑温度为760℃，出坑温度为≤450℃。
8.所述的轧制后钢材的显微组织为珠光体（P）+铁素体（F），少量贝氏体、马氏体组织占比≤5%。
本发明的有益效果是：通过严格控制其Nb、V、Ti和N的含量，使得棒材显微组织具有均匀分布的铁素体和珠光体，少量贝氏体、马氏体组织占比≤5%，轧制过程中控制轧制温度和冷却速度从而使得该非调质钢棒材的抗拉强度≥950MPa，屈服强度≥600，伸长率≥15，收缩率≥35，冲击功≥42J，硬度265-320HB，截面性能均匀，能够替代20CrMnTiH、42CrMo和40Cr等钢材。
附图说明
图1为本发明实施例提供的轧材心部100倍珠光体+铁素体显微组织图。
图2为本发明实施例提供的轧材心部TEM 纳米析出强化相形貌图。
具体实施方式
一种热锻用非调质圆钢，其成分按质量百分含量包括C：0.48～0.52%；Si：0.40～0.60%；Mn：1.10～1.30%；P≤0.015%；S≤0.015%；Cr：0.10～0.20%；Ni： 0.20～0.30%；Mo：0.03～0.07%；Nb：0.015～0.030%；V：0.08%～0.15%；Ti：0.015～0.025%；Al：0.010～0.025%；Cu ≤0.2%；N：120～200ppm；H≤2.0ppm；O≤15ppm；余量为Fe及不可避免杂质。
上述一种热锻用非调质圆钢的生产方法，该方法包括如下步骤：转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→连铸→切割→冷却→检验→判定→加热炉加热→控轧→控制冷却→超声+漏磁探伤→判定→包装→称重→入库。
通过该方法生产出的钢材化学元素质量百分比为C：0.50%；Si：0.44%；Mn：1.30%；P：0.008%；S：0.003%；Cr：0.14%；V：0.10%；Al：0.023%；Nb：0.015%；Ti：0.019%，Ni：0.25%；Mo：0.06%；Sn：0.001%；Cu：0.08%，其余为Fe和其他不可避免的杂质。气体含量【N】：152ppm，【O】：14ppm，【H】：0.7ppm。
通过该方法生产出的钢材力学性能见表1，截面性能均匀且强韧性较高，整体承受载荷能力更强、加工性能更好, 可替代20CrMnTiH、42CrMo和40Cr等钢材。
表1：非调质钢原材料热轧态力学性能表
Figure DEST_PATH_IMAGE002
通过该方法生产出的钢材显微组织见图1，截面金相组织均匀且晶粒较细达9级晶粒度，其强韧化机理为细晶和微观Nb、V、Ti复合纳米析出强韧化见图2。
应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明。本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种热锻用非调质圆钢及其生产方法，其特征在于，Nb、V和Ti微合金复合化，控制轧制和控制冷却，制得的非调质钢，其成分按质量百分含量包括C：0.48～0.52%；Si：0.40～0.60%；Mn：1.10～1.30%；P≤0.015%；S≤0.015%；Cr：0.10～0.20%；Ni： 0.20～0.30%；Mo：0.03～0.07%；Nb：0.015～0.030%；V：0.08%～0.15%；Ti：0.015～0.025%；Al：0.010～0.025%；Cu ≤0.2%；N：120～200ppm；H≤2.0ppm；O≤15ppm；余量为Fe及不可避免杂质。
2.一种热锻用非调质圆钢及其生产方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：电炉或转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→连铸→切割→冷却→检验→判定→加热炉加热→控轧→控制冷却→超声+漏磁探伤→判定→包装→称重→入库。
3.根据权利要求2所述的一种热锻用非调质圆钢及其生产方法，其特征在于，所述的Nb、V和Ti微合金复合化，控制轧制和控制冷却，制得的非调质钢中包括以下质量百分比含量的元素的目标值，C：0.50％；Si：0.45％；Mn：1.30％；Nb：0.028％；P≤0.015％；S≤0.015％；Cr：0.15％；Ni：0.25％；V：0.10％；Ti：0.017％；Al：0.020％；N：0.015%；余量为Fe及不可避免杂质。
4.根据权利要求2所述的一种热锻用非调质圆钢及其生产方法，其特征在于，LF精炼时Nb的加入量0.028％，Mn的含量以1 .30%为目标；RH吊包时将S线一次性补喂≤0.015％。
5.根据权利要求2所述的一种热锻用非调质圆钢及其生产方法，其特征在于，RH精炼时破空后立即喂入钛线调整Ti和N的含量；其中Ti的含量以0.017％为目标， N的含量以150ppm为目标。
6.根据权利要求2所述的一种热锻用非调质圆钢及其生产方法，其特征在于，轧制过程严格采用加热、轧制工艺技术，预热段＜900℃，加热段950~1020℃，均热段950~1080℃，加热时间＞2.5小时；终轧温度≤900℃。
7.根据权利要求2所述的一种热锻用非调质圆钢及其生产方法，其特征在于，控制精轧后二次穿水控制冷却，棒材快速下冷床穿水强冷，入坑温度为760℃，出坑温度为≤450℃。
8.根据权利要求2所述的一种热锻用非调质圆钢及其生产方法，其特征在于，轧制后钢材的显微组织为珠光体（P）+铁素体（F），少量贝氏体、马氏体组织占比≤5%。
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