CN115522139B - 一种活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢及其制备方法,提供的非调质热轧圆钢的化学成分按质量百分比计为:C:0.27‑0.29%,Mn:1.50‑1.60%,Si:0.60‑0.70%,V:0.09‑0.11%,N:0.012‑0.016%,Cr:0.40‑0.45%,Ti:0.04‑0.06%,P:0.010‑0.014%,S:0.03‑0.05%,RE:0.001‑0.003%,其余为Fe和不可避免的杂质。本发明提供的活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢具有优良的综合力学性能。
Description
技术领域
本发明属于冶金材料领域,具体涉及一种活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢及其制备方法。
背景技术
非调质钢开发的主要动力是使其成本大幅度降低。它包括如下几个方面:①非调质钢是在中碳钢中添加少量的微合金化元素,通过析出强化来满足其强度要求。它不需要提高淬透性的铬、钼等贵重合金元素,合金成本明显降低;②取消了调质热处理工艺,节约能源;③非调质钢最终得到铁素体—珠光体组织,它比回火马氏体组织更容易切削加工,改善了切削加工性能,大幅度减少了工件的加工费用。目前,在机械、汽车等行业,非调质钢代替传统的调质钢已经获得了广泛的应用。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明一个方面提供一种活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢,其化学成分按质量百分比计为:C:0.27-0.29%,Mn:1.50-1.60%,Si:0.60-0.70%,V:0.09-0.11%,N:0.012-0.016%,Cr:0.40-0.45%,Ti:0.04-0.06%,P:0.010-0.014%,S:0.03-0.05%,RE:0.001-0.003%,其余为Fe和不可避免的杂质。
在一些实施方式中,所述活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢的化学成分按质量百分比计为:C:0.28-0.29%,Mn:1.52-1.55%,Si:0.62-0.65%,V:0.09-0.10%,N:0.012-0.016%,Cr:0.41-0.44%,Ti:0.04-0.05%,P:0.012-0.013%,S:0.03-0.04%,RE:0.0012-0.0015%,其余为Fe和不可避免的杂质。
在一些实施方式中,所述活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢的力学性能满足:屈服强度≥540MPa;抗拉强度≥815MPa;面缩率≥53;延伸率≥19;室温冲击功Akv2≥40J;表面硬度HB240-260。
在一些实施方式中,所述活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢的直径为60-120mm。
本发明另一方面提供一种活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢的制备方法,其包括以下炼钢工艺和轧钢工艺,其中所述炼钢工艺流程包括:转炉—炉外精炼—VD真空处理—连铸;所述轧钢工艺流程包括:铸坯加热—高压水除鳞—Ф850mm开坯机—Ф700mm×3+Ф550mm×4连轧机组轧制—锯切—缓冷;其中在所述轧钢工艺流程中控制以下技术参数:
1)加热温度1150-1250℃,加热时间≥4小时;
2)开轧温度≤1050℃;
3)终轧温度≤840℃;
4)缓冷时间≥48小时。
基于以上技术方案,本发明通过合理控制C、Mn和Cr元素的含量,采用V、Ti等合金元素强化,利用N与合金元素V、Ti等易生产氮化物或氮碳化物,晶粒细化,进而通过析出强化来提高钢的强韧性,通过RE元素能对夹杂物变性的影响,改变硫化物的形态,提高钢材的韧性,最终获得一种具有优良综合力学性能的活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢。
具体实施方式
本发明旨在提供一种具有优良的综合力学性能的活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢,还提供了该活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢的制备方法。
在本发明的第一方面,提供一种活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢,其化学成分按质量百分比计为:C:0.27-0.29%,Mn:1.50-1.60%,Si:0.60-0.70%,V:0.09-0.11%,N:0.012-0.016%,Cr:0.40-0.45%,Ti:0.04-0.06%,P:0.010-0.014%,S:0.03-0.05%,RE:0.001-0.003%,其余为Fe和不可避免的杂质。
在一些实施例中,所述活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢的力学性能满足:屈服强度≥540MPa;抗拉强度≥815MPa;面缩率≥53;延伸率≥19;室温冲击功Akv2≥40J;表面硬度HB240-260。
在一些实施例中,所述活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢的直径为60-120mm。
上述活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢的成分设计原理如下:
C:C是提高钢材强度最有效的元素,C含量的增加钢的抗拉强度和屈服强度随之提高,但延伸率和冲击韧性下降,耐腐蚀能力也会下降,而且钢材的焊接热影响区还会出现淬硬现象,导致焊接冷裂纹的产生。为保证圆钢获得良好的综合性能,本发明钢C元素含量设计为0.27-0.29%。
Mn:Mn是重要的强韧化元素,且成本低廉,随着锰含量的增加,钢的强度明显提升,改善钢的加工性能,而韧脆转变温度几乎不发生变化。但锰含量过高,会抑制铁素体的转变,影响钢的屈服强度,不利于屈强比的控制。本发明钢的Mn元素含量设计为1.50-1.60%。
Si:Si能够提高钢的强度,通过增加Si元素,能够在一定程度上提高钢的强度,但是随着Si的质量百分比的进一步增加,容易造成钢中生成马氏体组织,因此,本发明对Si的质量百分比控制在0.60-0.70%。
V:V是重要的析出强化元素,加入0.1%左右的V,在不影响塑韧性的情况下,在铁素体和奥氏体中的析出物,较大地提高了材料的强度,V含量过低其强化效果不明显。当添加V的质量百分比高于0.15%时增加了成本,而对钢的性能提升效果不大,因此,在本发明中,V的控制的质量百分比为0.09-0.11%。
Ti:钢中添加Ti元素形成的TiN或Ti(N、C),由于熔点较高,是稳定的第二相粒子,能够阻止奥氏体再结晶时的晶粒长大,起到细化晶粒的作用。当Ti的质量百分比低于0.01%时,在锻造过程中抑制晶粒长大的作用不是很明显,当Ti的质量百分比超过0.18%时,在晶界上析出的粒子过多,弱化了晶界,降低了材料的韧性,因此,在本发明中对Ti的质量百分比控制在0.04-0.06%。
N:N与合金元素V、Ti等易生产氮化物或氮碳化物,将晶粒细化,进而通过析出强化来提高钢的强韧性;另一方面,钢中的N的质量百分比过高,则容易产生空隙缺陷。本发明中N的质量百分比限定在0.012-0.016%。
S:S是热脆性和易切削加工性元素,已知切削加工性能随着硫的质量百分比的增加而改善,但是热加工性随着硫含量的增加而变差,因此,S的质量百分比不宜过多,控制S的质量百分比上限在0.065%以下。此外,当硫的质量百分比低于0.025%时,其切削性又无法体现。因此,本发明中S的质量百分比限定在0.03-0.05%。
Cr:Cr能提高钢的强度、硬度和耐大气腐蚀性能,加入其他合金元素时,效果较显著。铬可以减缓奥氏体的分解速度,显著提高钢的淬透性,并有二次硬化作用,但亦增加钢的回火脆性倾向。但铬含量过高时,会降低基材和热影响区的韧性。本发明钢的Cr元素含量设计为0.40-0.45%。
RE:RE在钢中有净化和明显的变质知用。钢的洁净度不断提高,稀土元素的微合金化作用日益突出。稀土的微合金化包括微量稀土元素的固溶强化、稀土元素与其他溶质元素和化合物的交互作用、稀土元素的存在状态(原子、夹杂物或化合物)、大小、形态和分布,特别是在晶界的偏聚以及稀土对钢表面和基体组织结构的影响。因此,本发明中RE的质量百分比限定在0.001-0.003%。
本发明通过合理控制以上元素的含量,最终获得一种具有优良综合力学性能的活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢。
在本发明的第二方面提供一种活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢的制备方法,其包括以下工艺:炼钢工艺流程:转炉—炉外精炼—VD真空处理—连铸;轧钢工艺流程:铸坯加热—高压水除鳞—Ф850mm开坯机—Ф700mm×3+Ф550mm×4连轧机组轧制—锯切(取样)—缓冷—无损检测(超声波探伤+涡流/红外/漏磁探伤)—堆垛(冷却、热收集)—检查—修磨—打捆—入库—发货;其中在轧钢工艺流程中控制的主要技术参数为:
1)加热温度1150-1250℃,加热时间≥4小时;
2)开轧温度≤1050℃;
3)终轧温度≤840℃;
4)缓冷时间≥48小时。
以下通过具体实施例详细说明本发明的内容,实施例旨在有助于理解本发明,而不在于限制本发明的内容。
实施例1:活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢的制备
该实施例旨在生产一种活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢,该活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢的化学成分及其含量如下表1所示,制备方法具体包括以下工艺:
炼钢工艺流程:转炉—炉外精炼—VD真空处理—连铸;该工艺流程例如可采用真空感应炉进行生产。
轧钢工艺流程:铸坯加热—高压水除鳞—Ф850mm开坯机—Ф700mm×3+Ф550mm×4连轧机组轧制—锯切(取样)—缓冷;
其中在轧钢工艺流程中控制的主要技术参数为:
1)加热温度1250℃,加热时间≥4小时;
2)开轧温度1050℃;
3)终轧温度840℃;
4)缓冷时间≥48小时。
对该实施例生产获得的活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢的力学性能进行检测,结果如下表2所示。
实施例2:活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢的制备
该实施例旨在生产一种活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢,该活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢的化学成分及其含量如下表1所示,制备方法具体包括以下工艺:
炼钢工艺流程:转炉—炉外精炼—VD真空处理—连铸;
轧钢工艺流程:铸坯加热—高压水除鳞—Ф850mm开坯机—Ф700mm×3+Ф550mm×4连轧机组轧制—锯切(取样)—缓冷;
其中在轧钢工艺流程中控制的主要技术参数为:
1)加热温度为1200℃,加热时间≥4小时;
2)开轧温度为1040℃;
3)终轧温度为830℃;
4)缓冷时间≥48小时。
对该实施例生产获得的活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢的力学性能进行检测,结果如下表2所示。
实施例3:活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢的制备
该实施例旨在生产一种活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢,该活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢的化学成分及其含量如下表1所示,制备方法具体包括以下工艺:
炼钢工艺流程:转炉—炉外精炼—VD真空处理—连铸;
轧钢工艺流程:铸坯加热—高压水除鳞—Ф850mm开坯机—Ф700mm×3+Ф550mm×4连轧机组轧制—锯切(取样)—缓冷;
其中在轧钢工艺流程中控制的主要技术参数为:
1)加热温度为1150℃,加热时间≥4小时;
2)开轧温度为1030℃;
3)终轧温度为820℃;
4)缓冷时间≥48小时。
对该实施例生产获得的活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢的力学性能进行检测,结果如下表2所示。
对比例1
对比例1按照实施例1的方法进行操作,不同之处仅在于对比例1制备的钢材的化学成分含量不同,具体如下表1所示,该对比例1制备的钢材的力学性能检测结果如下表2所示。
表1:各实施例和对比例的化学成分及重量百分比含量
实施例 | C | Si | Mn | P | S | N | V | Cr | RE(Ce) | Ti |
1 | 0.28 | 0.65 | 1.52 | 0.012 | 0.03 | 0.016 | 0.10 | 0.42 | 0.0012 | 0.04 |
2 | 0.29 | 0.64 | 1.55 | 0.012 | 0.03 | 0.015 | 0.10 | 0.41 | 0.0015 | 0.05 |
3 | 0.28 | 0.62 | 1.54 | 0.013 | 0.04 | 0.014 | 0.09 | 0.44 | 0.0014 | 0.04 |
对比例1 | 0.28 | 0.65 | 1.65 | 0.012 | 0.03 | 0.016 | 0.10 | 0.35 | 0.0012 | 0.04 |
表2:各实施例和对比例制备的钢材的力学性能检测结果
由表1、表2可以看出,本发明通过合理控制钢中的化学成分(例如C、Mn、Cr、V、N、Ti和RE等)的含量,并设计合理的轧钢工艺,最终获得一种综合力学性能优良的活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢,其力学性能满足:屈服强度≥540MPa;抗拉强度≥815MPa;面缩率≥53;延伸率≥19;室温冲击功Akv2≥40J;表面硬度HB240-260。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例,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 (2)
1.一种活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢,其化学成分按质量百分比计为:C:0.28-0.29%,Mn:1.52-1.55%,Si:0.62-0.65%,V:0.09-0.10%,N:0.012-0.016%,Cr:0.41-0.44%,Ti:0.04-0.05%,P:0.012-0.013%,S:0.03-0.04%,RE:0.0012-0.0015%,其余为Fe和不可避免的杂质;
所述活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢的力学性能满足:屈服强度≥540MPa;抗拉强度≥815MPa;面缩率≥53%;延伸率≥19%;室温冲击功Akv2≥40J;表面硬度HB240-260;
所述活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢的制备方法包括以下炼钢工艺和轧钢工艺,其中所述炼钢工艺流程包括:转炉—炉外精炼—VD真空处理—连铸;所述轧钢工艺流程包括:铸坯加热—高压水除鳞—Ф850mm开坯机—Ф700mm×3+Ф550mm×4连轧机组轧制—锯切—缓冷;其中在所述轧钢工艺流程中控制以下技术参数:
1)加热温度1150-1250℃,加热时间≥4小时;
2) 开轧温度≤1050℃;
3) 终轧温度≤840℃;
4) 缓冷时间≥48小时。
2.根据权利要求1所述的活塞用F28MnVRE可锻非调质热轧圆钢,其直径为60-120mm。
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