CN112703267A - 用于冷镦的线材、使用其的加工产品、及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及：用于冷镦的线材、使用其的加工产品、及其制造方法，所述线材通过减少Si含量并添加Mo和V来确保冷锻特性的同时还具有改善的氢延迟断裂抗性。根据本发明的一个实施方案的用于冷镦的线材包含：0.3重量％至0.5重量％的C；0.1重量％至0.3重量％的Si；0.5重量％至1.0重量％的Mn；0.5重量％至1.5重量％的Cr、0.5重量％至1.5重量％的Mo和0.01重量％至0.2重量％的V中的至少两者或更多者；以及余量的Fe和其他杂质，并且具有通过下式(1)获得的3.56或更大的值。式(1)[Cr]+2.7*[Mo]+6*[V]。

Description

用于冷镦的线材、使用其的加工产品、及其制造方法
技术领域
本公开内容涉及冷镦品质(Cold Heading Quality，CHQ)线材、使用其的加工产品、及其制造方法，并且更特别地，涉及在通过减少Si含量并添加Mo和V来确保冷锻特性的同时具有改善的对氢延迟断裂的抗性的冷镦品质线材、使用其的加工产品、及其制造方法。
背景技术
一般的冷镦品质线材产品通过线材、冷拔、球化热处理、冷拔、冷镦、淬火和回火而制造成机械结构和汽车零部件。
冷镦产品的最新技术开发趋势集中在高强度冷镦产品的开发上，该高强度冷镦产品可以实现零部件的重量减轻以响应全球汽车燃料经济性法规，同时可以实现省略热处理和加工的省略了加工的线材。例如，为了响应全球汽车燃料经济性法规以改善大气环境，正在进行车辆重量减轻，并且为此目的，诸如发动机的零部件被小型化和高功率化。为了制造这样的小型化且高功率化的部件，需要高强度冷镦产品。
这种高强度冷镦加工产品在冷镦之后经历快速冷却和回火热处理，作为此时形成的显微组织的回火马氏体组织对1300MPa或更大的高强度下的氢延迟断裂非常敏感，并且难以使用。因此，有必要开发具有冷锻特性和改善的对氢延迟断裂的抗性的线材，以及使用其的加工产品。
发明内容
技术问题
本公开内容旨在提供在不损害冷锻特性的情况下具有改善的对氢延迟断裂的抗性的冷镦品质线材、使用其的加工产品、及其制造方法。
技术方案
根据本公开内容的一个方面，以全部组成的重量百分比(％)计，冷镦品质线材包含，C：0.3％至0.5％；Si：0.1％至0.3％；Mn：0.5％至1.0％；Cr：0.5％至1.5％、Mo：0.5％至1.5％、V：0.01％至0.2％中的至少两者或更多者；剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质，以及下式(1)的值为3.56或更大。
(1)[Cr]+2.7*[Mo]+6*[V]
在此，[Cr]、[Mo]和[V]分别意指Cr、Mo和V的重量％。
线材可以包含贝氏体、马氏体和珠光体作为显微组织，以及以面积分数计，贝氏体可以为85％或更大，马氏体可以为2％至10％，以及珠光体可以为1％至5％。
线材的平均奥氏体晶粒尺寸可以为30μm或更小。
根据本公开内容的另一个方面，以全部组成的重量百分比(％)计，加工产品包含，C：0.3％至0.5％；Si：0.1％至0.3％；Mn：0.5％至1.0％；Cr：0.5％至1.5％、Mo：0.5％至1.5％、V：0.01％至0.2％中的至少两者或更多者；剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质，以及下式(1)的值为3.56或更大。
(1)[Cr]+2.7*[Mo]+6*[V]
加工产品可以包含回火马氏体作为显微组织。
加工产品的拉伸强度可以为1400Mpa或更大，以及加工产品的冲击韧性可以为50J或更大。
根据本公开内容的另一个方面，冷镦品质线材的制造方法包括：将坯料在900℃至1200℃下加热，所述坯料以全部组成的重量百分比(％)计包含，C：0.3％至0.5％；Si：0.1％至0.3％；Mn：0.5％至1.0％；Cr：0.5％至1.5％、Mo：0.5％至1.5％、V：0.01％至0.2％中的至少两者或更多者；剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质，以及具有下式(1)中的3.56或更大的值；在850℃至1150℃下对经加热的坯料进行精轧；以及通过使经轧制的坯料以0.2℃/秒至0.5℃/秒的速率冷却来将平均奥氏体晶粒尺寸控制为30μm或更小。
(1)[Cr]+2.7*[Mo]+6*[V]
根据本公开内容的另一个方面，加工产品的制造方法还包括：将冷镦品质线材在850℃至1050℃下加热；使经加热的线材冷却至40℃至70℃；以及将经冷却的线材在500℃至600℃下加热5000秒至10000秒。
有益效果
根据本公开内容的一个实施方案的冷镦品质线材、使用其的加工产品、及其制造方法可以提供在确保冷锻特性的同时具有改善的对氢延迟断裂的抗性的线材及使用其的加工产品。
附图说明
图1是测量本公开内容的发明例和比较例的根据回火温度的拉伸强度的图。
图2是测量本公开内容的发明例和比较例的根据回火温度的冲击韧性的图。
具体实施方式
根据本公开内容的一个方面，以全部组成的重量百分比(％)计，冷镦品质线材包含，C：0.3％至0.5％；Si：0.1％至0.3％；Mn：0.5％至1.0％；Cr：0.5％至1.5％、Mo：0.5％至1.5％、V：0.01％至0.2％中的至少两者或更多者；剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质，以及下式(1)的值为3.56或更大。
(1)[Cr]+2.7*[Mo]+6*[V]
(在此，[Cr]、[Mo]和[V]分别意指Cr、Mo和V的重量％。)
发明实施方式
在下文中，将参照附图详细地描述本公开内容的实施方案。提供以下实施方案以向本领域普通技术人员传递本公开内容的技术构思。然而，本公开内容不限于这些实施方案，并且可以以另外的形式来实施。在附图中，可能未示出与描述无关的部分以阐明本公开内容，并且另外，为了易于理解，或多或少地夸大地示出了部件的尺寸。
根据本公开内容的一个方面，以全部组成的重量百分比(％)计，冷镦品质线材包含，C：0.3％至0.5％；Si：0.1％至0.3％；Mn：0.5％至1.0％；Cr：0.5％至1.5％、Mo：0.5％至1.5％、V：0.01％至0.2％中的至少两者或更多者；剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质，以及下式(1)的值为3.56或更大。
(1)[Cr]+2.7*[Mo]+6*[V]
(在此，[Cr]、[Mo]和[V]分别意指Cr、Mo和V的重量％。)
在下文中，将如下描述根据本公开内容的冷镦品质线材和使用其的加工产品中包含的各组分的作用和含量。以下组分的百分比意指重量百分比。
C(碳)的含量为0.3％至0.5％。
C是为了确保产品的强度而添加的元素。如果C含量小于0.3％，则难以确保目标强度，并且在淬火和回火热处理之后不容易确保足够的淬透性。相反，如果C含量超过0.5％，则可能由于碳化物的过量产生而降低疲劳寿命。因此，将上限设定为0.5％。因此，根据本公开内容的一个实施方案，C的含量设定为0.3％至0.5％。
Si(硅)的含量为0.1％至0.3％。
Si不仅用于钢的脱氧，而且还是有利于通过固溶强化来确保强度的元素。因此，添加0.1％或更多。然而，由于当过量添加时加工是困难的，所以将上限限制为0.3％。因此，根据本公开内容的一个实施方案，Si的含量为0.1％至0.3％。
Mn(锰)的含量为0.5％至1.0％。
Mn有利于通过改善加工产品的淬透性来确保强度，并且是增加可轧性并降低脆性的元素。为了确保足够的强度，添加0.5％或更多。然而，如果过量添加，则在热轧之后的冷却期间可能出现硬化组织，并且可能产生大量MnS夹杂物，导致疲劳特性降低。因此，将上限限制为1.0％。因此，根据本公开内容的一个实施方案，Mn的含量设定为0.5％至1.0％。
此外，根据本公开内容的一个实施方案，Cr：0.5％至1.5％、Mo：0.5％至1.5％和V：0.01％至0.2％中的至少两者或更多者被包含在内。
Cr与Mn一起有效地用于改善淬透性，并且Cr是改善钢的耐腐蚀性的元素。因此，当添加时，添加0.5％或更多。然而，如果超过一定水平添加Cr，则冲击韧性降低，并且由于形成对氢延迟断裂抗性差的碳化物，因此将上限限制为1.5％。
Mo是通过析出强化和由细碳化物的析出引起的固溶强化而改善淬透性的元素。由于Mo而引起的淬透性的改善比Mn和Cr更有效。当添加Mo时，如果含量小于0.5％，则无法进行充分的硬化，因此在淬火和回火热处理之后不容易确保足够的强度。相反，当添加超过1.5％的Mo时，加工产品的形状可能由于过高的淬透性而在淬火之后变形。因此，存在需要对此进行校正的另外的过程的问题，将上限设定为1.5％。当添加Mo时，含量设定为0.5％至1.5％。
V是通过形成细碳化物例如VC、VN和V(C、N)来细化钢的组织的元素。当添加V时，如果含量小于0.01％，V析出物在基础钢中的分布小，使得无法固定奥氏体晶界。因此，在热处理过程中的回火期间晶粒变粗，导致强度降低。当添加V时，添加0.01％或更多。相反，当过量添加V时，形成粗大的碳氮化物，这降低了韧性，将上限限制为0.2％。因此，根据本公开内容的一个实施方案，当添加V时，含量设定为0.01％至0.2％。
下式(1)的值为3.56或更大。
(1)[Cr]+2.7*[Mo]+6*[V]
为了改善对氢延迟断裂的抗性，需要获得能够捕获扩散氢的细碳化物。能够捕获氢的微小碳化物包括CrC、MoC和VC碳化物，其各自主要由Cr、Mo和V构成。当这些碳化物以一定数量或更多存在时，可以在500℃至600℃的回火温度下确保1400MPa或更大的强度，并且氢捕获效果可以最大化。特别地，通过将作为Cr、Mo和V的含量的组合的式(1)的值控制为3.56或更大，可以增加冷镦钢的强度并改善对氢延迟断裂的抗性。
根据本公开内容的一个实施方案的冷镦品质线材具有包含贝氏体、马氏体和珠光体的显微组织，并且以面积分数计，贝氏体为85％或更大，马氏体为2％至10％，以及珠光体为1％至5％。
此外，根据本公开内容的一个实施方案，平均奥氏体晶粒尺寸可以为30μm或更小。
此外，根据本公开内容的一个实施方案的加工产品可以包含回火马氏体。
此外，根据本公开内容的一个实施方案的加工产品的拉伸强度可以为1400Mpa或更大，并且加工产品的冲击韧性可以为50J或更大。
在下文中，将描述根据本公开内容的一个实施方案的冷镦品质线材和使用其的加工产品的制造方法。
将满足上述组分的坯料加热。坯料的加热在900℃至1200℃下进行。
在850℃至1150℃下对经加热的坯料进行精轧。坯料在轧制之后可以被卷绕。轧制率可以为80％或更大。
将经轧制的坯料以0.2℃/秒至0.5℃/秒的速率冷却，并将平均奥氏体晶粒尺寸控制为30μm或更小。冷却可以用空气冷却进行。冷却之后，线材的显微组织包含贝氏体、马氏体和珠光体，并且包含，以面积分数计，贝氏体占85％或更大，马氏体占2％至10％，以及珠光体占1％至5％。
然后，将经冷却的线材在850℃至1050℃下加热。加热时间可以为3000秒至4000秒。
使经加热的线材冷却至40℃至70℃，即淬火。冷却可以通过浸入油中进行。
将经冷却的线材在500℃至600℃下加热5000秒至10000秒，即回火。回火之后，加工产品的显微组织可以由回火马氏体构成。由于在500℃或更高的高温下回火，因此这防止了奥氏体晶界的薄膜状碳化物的形成，球化碳化物被分散并分布在晶界的内部和外部。这可以改善加工产品的对氢延迟断裂的抗性。
在下文中，将通过实施例详细地描述本公开内容，但以下实施例用于更详细地说明本公开内容，并且本公开内容的范围不限于这些实施例。
发明例
将具有下[表1]的组成的坯料加热至900℃至1200℃，以1000℃的终轧温度和80％或更大的轧制率进行热轧。之后，以0.2℃/秒至0.5℃/秒的冷却速率进行空气冷却。根据ASTM E8标准将经热轧的线材加工成拉伸试样之后，将其在920℃下加热3600秒，然后浸入50℃的油中进行快速冷却，然后在500℃至600℃下回火5000秒至10000秒。然后，进行拉伸测试。比较例1至5和发明例1至5的拉伸测试结果示于图1中。
[表1]
Figure BDA0002978545360000071
从[表1]可以看出，根据本公开内容的发明例1至5中的式(1)的值均为3.56或更大，但根据本公开内容的比较例的比较例1至比较例5中的式(1)的值均小于3.56。
此外，参照图1所示的拉伸测试结果，发明例1至发明例5均显示出1400MPa或更大的拉伸强度，但在比较例1至比较例5中，可以看出，拉伸强度在600℃附近下降，因此拉伸强度小于1400MPa。
此外，参照图2所示的冲击韧性结果，可以看出，发明例1至发明例5都具有50J或更大的冲击韧性。
因此，根据本公开内容的发明例，通过使引起固溶强化而抑制冷锻特性的Si的含量最小化、添加Mo以防止强度降低、以及添加V以增加强度并细化晶粒，可以确保冷锻特性。此外，同时，通过在500℃或更高的高温下进行回火热处理、以及通过添加V以细化晶粒，可以改善对氢延迟断裂的抗性。因此，加工产品可以具有1400Mpa或更大的拉伸强度和50J或更大的冲击韧性。
如上所述，尽管已经描述了本公开内容的示例性实施方案，但本公开内容不限于此，并且本领域普通技术人员将理解，可以在不脱离所附权利要求书的构思和范围的情况下进行各种改变和修改。
工业实用性
根据本公开内容的冷镦品质线材和加工产品提供了同时具有冷锻特性和对氢延迟断裂的抗性并且可以用作汽车零部件的1.4GPa高强度CHQ钢。

Claims (8)

1.一种冷镦品质线材，以全部组成的重量百分比(％)计，包含：C：0.3％至0.5％；Si：0.1％至0.3％；Mn：0.5％至1.0％；Cr：0.5％至1.5％、Mo：0.5％至1.5％、V：0.01％至0.2％中的至少两者或更多者；剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质，以及
下式(1)的值为3.56或更大，
(1)[Cr]+2.7*[Mo]+6*[V]
在此，[Cr]、[Mo]和[V]分别意指Cr、Mo和V的重量％。
2.根据权利要求1所述的冷镦品质线材，其中所述线材包含贝氏体、马氏体和珠光体作为显微组织，以及
以面积分数计，所述贝氏体为85％或更大，所述马氏体为2％至10％，以及所述珠光体为1％至5％。
3.根据权利要求1所述的冷镦品质线材，其中所述线材的平均奥氏体晶粒尺寸为30μm或更小。
4.一种加工产品，以全部组成的重量百分比(％)计，包含：C：0.3％至0.5％；Si：0.1％至0.3％；Mn：0.5％至1.0％；Cr：0.5％至1.5％、Mo：0.5％至1.5％、V：0.01％至0.2％中的至少两者或更多者；剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质，以及
下式(1)的值为3.56或更大，
(1)[Cr]+2.7*[Mo]+6*[V]
在此，[Cr]、[Mo]和[V]分别意指Cr、Mo和V的重量％。
5.根据权利要求4所述的加工产品，其中所述加工产品包含回火马氏体作为显微组织。
6.根据权利要求4所述的加工产品，其中所述加工产品的拉伸强度为1400Mpa或更大，以及所述加工产品的冲击韧性为50J或更大。
7.一种根据权利要求1至3中任一项所述的冷镦品质线材的制造方法，所述方法包括：
将坯料在900℃至1200℃下加热，所述坯料以全部组成的重量百分比(％)计包含，C：0.3％至0.5％；Si：0.1％至0.3％；Mn：0.5％至1.0％；Cr：0.5％至1.5％、Mo：0.5％至1.5％、V：0.01％至0.2％中的至少两者或更多者；剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质，以及具有3.56或更大的下式(1)中的值；
在850℃至1150℃下对经加热的坯料进行精轧；以及
通过使经轧制的坯料以0.2℃/秒至0.5℃/秒的速率冷却来将平均奥氏体晶粒尺寸控制为30μm或更小，
(1)[Cr]+2.7*[Mo]+6*[V]
在此，[Cr]、[Mo]和[V]分别意指Cr、Mo和V的重量％。
8.根据权利要求7所述的加工产品的制造方法，所述方法还包括：
将所述冷镦品质线材在850℃至1050℃下加热；
使经加热的线材冷却至40℃至70℃；以及
将经冷却的线材在500℃至600℃下加热5000秒至10000秒。
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