CN1380911A - 材质各向异性小且强度、韧性和被切削性优良的非调质钢及其制造方法 - Google Patents

材质各向异性小且强度、韧性和被切削性优良的非调质钢及其制造方法 Download PDF

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Abstract

作为机械结构用合金钢,提供在热加工后不需要特别的控制冷却速度或时效处理,即使是几乎不施加加工的部位,也能够使抗拉强度、屈服强度和韧性充分地提高,并且在材质各向异性以及被切削性方面都优良的非调质钢。也就是说,该种钢是含有C:超过0.05质量%～不到0.10质量%、Si:不到1.0质量%、Mn:超过2.2质量%～5.0质量%、S:不到0.020质量%、Cu:超过1.0质量%～3.0质量%、Ni:3.0质量%以下、Cr:0.01%～2.0质量%、Al:0.1质量%以下、Ti:0.01～0.10质量%、B:0.0003～0.03质量%、N:0.0010～0.0200质量%、O:0.0060质量%以下,剩余部分为Fe和不可避免的杂质,钢组织是片组织的面积率为10%以上的贝氏体的非调质钢。

Description

材质各向异性小且强度、韧性和 被切削性优良的非调质钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及尤其是作为机械结构用钢有用的材质各向异性小且强度、韧性和被切削性优良的非调质钢及其制造方法。又，所谓非调质钢是以热加工的状态供给使用为特征的钢。
背景技术
很多的汽车和产业机械的结构部件要求高强度、高韧性。历来，在制造这些部件时，使用SCM435(JIS)或者SCM440(JIS)等机械结构用合金钢。再者，为了赋予强度、韧性，通过热加工进行成形中，实施淬火—回火等调质处理。
但是，像上述的调质处理不仅需要时间，而且成本增加。因此，如果能省略这样的调质处理，就可达到大幅度的成本降低，在节能方面也是极有利的。
因此，一直以来已提出各种能够省略调质处理的非调质钢。
例如已提出向含有Mn且C量为0.3～0.5质量％的中碳钢中添加0.10质量％左右的V的铁素体—珠光体型非调质钢。该钢在热轧后的冷却过程中，使VC或VN在铁素体中析出而使铁素体的强度提高，进一步地，还出现高强度的珠光体，由此谋求钢整体的强度提高。
但是，铁素体—珠光体型的非调质钢，利用珠光体中的作为渗碳体而存在的0.3～0.5质量％的C来提高强度。因此，使抗拉强度和韧性并存是困难的。另外，为了得到稳定的质量，必须在非常狭小的范围内控制部件成形后的冷却速度，因而在操作中带有复杂性。
 另外，在特公平6-63025和特开平4-371547号中公开了向C量为0.05～0.3质量％的低碳钢中添加Mn、Cr或V等的贝氏体型或马氏体型热锻造非调质钢。
这些贝氏体型非调质钢和马氏体型非调质钢，是为了弥补韧性而提出的。这些钢虽然对小部件能够确保充分的韧性，但对于大部件，如果冷却速度慢，则韧性变得不充分。即，必须严格控制热加工后的冷却速度，因而给操作增添了复杂性。
又，对于以前的贝氏体型非调质钢，在热锻造时，未施行加工的部位其晶粒未进行细化。其结果是：未施行加工的部位与施行加工的部位相比，存在韧性降低的问题。另外，也存在屈服比低的问题。
本发明是有利地解决以上问题的发明。即，其目的在于：提出在热加工后不特别地进行冷却速度控制和时效处理也能够确保强度，即使对于几乎不施行加工的部位，也能够充分地使抗拉强度、屈服强度和韧性上升，又，材质各向异性和被切削性也优良的非调质钢及其制造方法。
发明的公开
本发明人等为了达到上述的目的，反复进行了专心研究。其结果得到以下所述的认识。
(1)如果在贝氏体组织中积极地生成片组织，则即使是来自粗大的奥氏体晶粒的相变组织也能谋求韧性提高。图1示意地表示本发明的贝氏体组织。1是原奥氏体晶界，2是片组织。片组织是呈几乎相同的结晶学位向关系的细板条状组织。由图1可知，以原奥氏体晶界包围的贝氏体外观上被片组织细分，有助于韧性提高。
(2)为了促进贝氏体组织中的片组织的生成，添加Mn、Cu、Cr和B，尤其是添加Mn和Cu是极其有效的。通过添加这些元素，即使在不充分地施行加工的部位也得到高的韧性。
(3)通过使钢中析出Cu，能够提高钢的屈服强度。另外，通过添加Cu，在冷却速度慢的情况下，不仅显著的强度提高成为可能，而且通过和适量的S同时使用。也提高被切削性。即，能够并存高强度和高被切削性。
(4)以往为了提高被切削性而添加S。由过剩的S生成的MnS在轧制时被拉长，以棒状的形态存在于钢中。这样的MnS成为材质各向异性的原因，难以使被切削性的提高和材质各向异性的降低并存。可是，在和添加Cu的并用作用下为提高被切削性而必需的S量是可以确保的，因此不需要添加过剩的S，能够抑制棒状MnS的生成。
(5)通过添加Mn、Ni、Cr、B等提高淬透性，在热轧后不进行调质处理也能够得到高的强度和韧性。
本发明是立足于上述的认识的发明。即，它是含有C：超过0.05质量％～不到0.10质量％、Si：1.0质量％以下、Mn：超过2.2质量％～5.0质量％、S：不到0.020质量％、Cu：超过1.0质量％～3.0质量％、Ni：3.0质量％以下、Cr：0.01～2.0质量％、Al：0.1质量％以下、Ti：0.01～0.10质量％、B：0.0003～0.03质量％、N：0.0010～0.0200质量％、O：0.0060质量％以下，余量为Fe和不可避免的杂质，钢组织是片组织的面积率在10％以上的贝氏体，材质各向异性小且强度、韧性和被切削性优良的非调质钢。另外，本发明也是将同成分的钢加热至1000～1250℃后，在850℃以上的温度下进行总断面减小率：30％以上的热加工后，将600～300℃温度区以0.001～1℃/s的冷却速度冷却的材质各向异性小且强度、韧性和被切削性优良的非调质钢的制造方法。进一步地，为了提高各种材质，也可以含有选自Mo、Nb、V、W、Zr、Mg、Hf、REM、P、Pb、Co、Ca、Te、Se、Sb、Bi中的1种或2种以上的微量元素。
附图的简单说明
图1是表示贝氏体中的片组织的生成状态的图。
图2是表示钢中的Cu和S对被切削性的影响的曲线图。
图3是表示钢中的Cu和S对轧制后的冲击值各向异性的影响的曲线图。
图4是表示将钢中的Cu量作为参数，轧制后的冷却速度对抗拉强度的影响的曲线图。
图5是表示钢中的Cu量对强度提高的影响的曲线图。
实施发明的最佳方案
以下，就原来达到的实验结果说明本发明。
采用连铸制造表1所示的各种成分范围的多个钢初轧方坯。将该钢初轧方坯加热至1100℃后，通过热轧轧成100mm的棒钢。热轧后，该棒钢将600～300℃的温度区以0.5℃/s或10℃/s的冷却速度冷却。对所得到的棒钢进行各种材质试验。
表1                        (质量％)
    C     Si     Mn     S      Cu     Ni
 0.07～0.10   0.2～0.3    2.9～3.1   0.001～0.10   0.5～3.0    1.30～1.40
    Cr     Al     Ti     B      N     O
 0.5～0.6   0.025～0.050    0.015～0.025   0.0010～0.0035   0.0035～0.0050    0.001～0.004
图2表示关于钢中的Cu和S对被切削性的影响进行调查的结果。在图2中，实线表示含有1.1质量％的Cu的钢的结果，虚线表示不含Cu的钢的结果。再者，供试验钢其热轧后的600～300℃的温度区是以0.5℃/s的冷却速度冷却的。被切削性根据刀具后隙面磨损量达0.10mm的总车削时间这一工具寿命进行评价。当工具磨损量减少时，则工具寿命延长，可评价为被切削性优良。再者，使用超硬工具，在切削速度：300m/min、走刀量：0.20mm/rev、进刀量：1mm的切削条件下进行。作为比较，以点线表示现有钢JIS G4105的SCM435QT材质的外周车削时的工具寿命。
如图2所示，由于添加Cu，工具寿命上升，尤其是在含有0.002～0.02质量％的S时显著。另外，为了相对现有钢使工具寿命超过约2倍，在添加Cu的情况下，只要含有0.002质量％以上的S就可以。
像这样，作为通过复合添加Cu和S而使工具寿命大幅度增加的理由，可推测是在刀具后隙面磨损面上所观察到的Cu的硫化物引起的百拉哥(ベラ一ク)效果。
再者，将热轧后的600～300℃的温度区以10℃/s冷却时，得不到像以0.5℃/s冷却时所得到的被切削性提高效果。进一步地，调查冷却速度和工具寿命的关系，结果是：通过复合添加Cu和S而使工具寿命大幅度增加的效果显著的是冷却速度为1℃/s以下的情形。
其次，图3表示关于钢中的Cu和S对轧制后的冲击值各向异性的影响进行调查的结果。在图3中，实线表示含有1.1质量％的Cu的钢的结果，虚线表示不含Cu的钢的结果。再者，供试验钢是热轧后的600～300℃的温度区以0.5℃/s的冷却速度冷却的。从L方向和C方向切取JIS3号冲击试样，开U型缺口，分别测定在20℃时的夏比冲击吸收功，计算出比率。
如图3所示，由于添加Cu，L方向和C方向的冲击值的比率接近于1，尤其是在含有0.002～0.02质量％的S时显著。为了使L方向和C方向的冲击值的比率达到80％以上，必须将S限制在不到0.020质量％。并且可知，特别是为了使L方向和C方向的冲击值的比率达到90％以上，必须将S限制在0.014质量％以下。
已经知道，材质各向异性最显著地表现在冲击值的各向异性中。因此，从该结果看，为了降低L方向和C方向的材质各向异性，需要添加Cu，并将S限制在不到0.020质量％，最好限制在0.014质量％以下。
图4表示关于热轧后的600～300℃的温度区的冷却速度对抗拉强度的影响进行调查的结果。在图4中，实线表示在含有1.5质量％的Cu的钢中的结果，虚线表示含有0.8质量％的Cu的钢的结果。S量是0.013质量％。将切取的JIS4号拉伸试样用于拉伸试验，测定抗拉强度。
如图4所示，对于含有1.5质量％的Cu的钢，在热轧后的600～300℃的温度区的冷却速度为1℃/s以下时，与含有0.8质量％的Cu的钢相比，TS上升，得到1000MPa左右的高的抗拉强度。作为其原因，可以认为是由于在热轧后的冷却过程中Cu微细地析出，对强度提高起有效的作用的缘故。
在一般的热加工中，加工后的冷却速度是1℃/s以下。就是说，对于添加了Cu的钢，没有必要严格管理轧制后的冷却速度，在非调质状态下就能够达到高强度化。
再者，对于未添加Cu的钢，像粗直径棒钢等那样冷却速度慢时，出现组织软化、产生强度不足的问题。
这一点，如图4所示，添加了Cu的钢即使在冷却速度变慢时，由于Cu的析出强化，从而组织的软化小，也能得到稳定的强度。因此，能够适用于从细直径到粗直径的大范围的尺寸。
图5表示关于钢中的Cu量对强度提高的影响进行调查的结果。再者，S量是0.013质量％，热轧后的600～300℃的温度区的冷却速度是0.5℃/s。ΔTS是和未添加Cu的钢的TS的差。
如图5所示，如果Cu量超过1.0质量％，则ΔTS就急剧变大。特别是如果Cu≥1.5质量％，则可得到250MPa左右的大的强度提高。
以下对在本发明中将钢的成分组成限定在上述的范围的理由加以说明。
C：超过0.05质量％～不到0.10质量％
C是为了确保强度以及使贝氏体组织中形成片组织而必需的元素。为此，必须含有超过0.05质量％的C。另一方面，如果含有0.10质量％以上，则变成马氏体组织，从而损害韧性。因此，规定为不到0.10质量％。
Si：1.0质量％以下
Si是对脱氧和固溶强化有用的元素。但是，如果过剩地含有，则导致韧性的降低。因此，限定在1.0质量％以下。
Mn：超过2.2质量％～5.0质量％
Mn是为了提高淬透性、使贝氏体组织中形成片组织而必需的元素。为了利用这些效果确保强度和韧性，其含量必须超过2.2质量％。但是，如果超过5.0质量％，则被切削性劣化。因此，限定在超过2.2质量％～5.0质量％的范围内。
S：不到0.020质量％
S是特别通过和Cu复合添加而提高被切削性的元素。为了发挥此效果，最好含有0.002质量％以上。但是，如果过剩的添加，就形成MnS，从而产生材质各向异性。因此，限制在不到0.020质量％。
Cu：超过1.0质量％～3.0质量％
Cu是析出强化以及通过与S复合添加而提高被切削性的元素。更促进贝氏体组织中的片组织的生成，使韧性提高。为了体现这些效果，其含量必须超过1.0质量％。另一方面，如果超过3.0质量％，则使韧性急剧降低。因此，限定在超过1.0～3.0质量％的范围。最好是1.5～3.0质量％的范围。
Ni：3.0质量％以下
Ni是对提高强度和韧性有效的元素。并且，在添加Cu时，对防止轧制时的Cu裂纹也有效。但是，Ni是高价的，而且即使过剩地添加其效果也达到饱和。因此，限定在3.0质量％以下。
Cr：0.01～2.0质量％
Cr是对提高淬透性有效的元素。并且，在降低热加工后的冷却速度对强度和韧性的影响上是极有用的元素。对进一步促进热锻造后的贝氏体中的片组织生成也有效果。但是，如果含量不到0.01质量％，则缺乏其添加效果。另一方面，如果多量添加超过2.0质量％，则会导致韧性降低。因此，Cr限定在0.01～2.0质量％的范围。
Al：0.1质量％以下
Al作为脱氧剂起有效的作用。但是，如果添加量超过0.1质量％，则使氧化铝夹杂物增大。其结果是不仅损害韧性，而且也降低被切削性。因此，限定在0.1质量％以下。
Ti：0.01～0.10质量％
Ti是析出强化元素。还和N一起形成TiN，从而有助于组织的细化，是提高韧性的有用元素。另外，作为脱氧剂也发挥作用。为此，添加0.01质量％以上。另一方面，如果过剩地添加，则在冷却速度慢的情况下，析出粗大的TiN，反而使韧性降低。因此，将上限规定为0.1质量％。
B：0.0003～0.03质量％
B是提高淬透性的元素。并且，在降低冷却速度对强度和韧性的影响上是有用的元素。另外，有效地有助于促进热锻造后的贝氏体组织的片组织生成。为了发挥此效果，必须添加0.0003质量％以上。另一方面，即使过剩地添加，其效果也饱和。因此，将0.03质量％规定为上限。
N：0.0010～0.0200质量％
N和Ti一起形成TiN而析出。在热锻造等加热时，作为抑制晶粒长大的钉扎点而发挥作用。其结果是有使组织细化、提高韧性的作用。但是，在含量不到0.0010质量％时，不能充分地发挥由TiN的析出而产生的效果。另一方面，即使添加量超过0.0200质量％，这些效果也饱和。又，固溶N降低钢材的韧性。因此，N限定在0.0010～0.0200质量％的范围。
O：0.0060质量％以下
O和熔炼时的脱氧剂发生反应形成氧化物。所形成的氧化物如果不能充分地除去，就残留在钢中。如果O量超过0.0060质量％，就使残留氧化物增加，而大幅度地降低韧性。因此，将O控制在0.0060质量％以下。最好是0.0045质量％以下。
在本发明中，除了以上的必须成分以外，还可以添加以下的微量元素。
作为提高淬透性，进而提高强度的元素，能够在以下的范围内含有Mo和Nb。
Mo：1.0质量％以下
Mo有提高常温和高温下的强度的效果。但是，如果过剩地添加，则导致成本提高。因此，限定在1.0质量％以下的范围。再者，为了发挥提高强度的效果，最好含有0.05质量％以上。
Nb：0.5质量％以下
Nb不仅有提高淬透性的效果，而且也有析出强化和提高韧性的效果。但是，如果添加量超过0.5质量％，则损害热加工性。因此，规定为含量在0.5质量％以下。
作为改善强度的成分，可在以下的范围含有V和W。
V：0.5质量％以下
VC和VN用于析出强化。进一步地，将在奥氏体区析出的VC和VN用作贝氏体生成核，可细化组织和提高韧性。但是，如果添加量超过0.5质量％，则其效果饱和，还出现连铸裂纹等问题。因此，V的含量规定为0.5质量％以下。
W：0.5质量％以下
W有由固溶强化产生的强度提高的效果。进一步地，和C反应而析出WC，有效地有助于强度提高。但是，如果添加量超过0.5质量％，则导致急剧的强度降低。由此，W的含量规定为0.5质量％以下。
又，为了细化晶粒、提高韧性，也可以含有以下的元素。
Zr：0.02质量％以下
Zr不仅是脱氧剂，而且是细化晶粒并提高强度、韧性的有用元素。但是，即使含量超过0.02质量％，其效果也饱和。因此，Zr的含量规定为0.02质量％以下。
Mg：0.02质量％以下
Mg是脱氧剂，同时，有效地有助于细化晶粒，提高强度、韧性。但是，即使含量超过0.02质量％，其效果也饱和。因此，Mg的含量规定为0.02质量％以下。
Hf：0.10质量％以下
Hf对细化晶粒、提高强度、韧性是有效的。但是，即使含量超过0.10质量％，其效果也饱和。因此，Hf的含量规定为0.10质量％以下。
REM：0.02质量％以下
REM对细化晶粒、提高强度、韧性有效。但是，即使超过0.02质量％，其效果也饱和。因此，REM的含量规定为0.02质量％以下。
另外，作为提高被切削性的元素，还可以分别在以下的范围含有P、Pb、Ca、Te、Co、Se、Sb和Bi的1种或2种以上。
P：0.10质量％以下
以提高被切削性为目的，也可以添加P。但是，由于给韧性或者耐疲劳性带来恶劣的影响，因此，其含量必须在0.10质量％以下。
Pb：0.30质量％以下
Pb的熔点低，当由于切削时的钢材发热而熔化时，则是发挥液体润滑作用从而提高被切削性的元素。但是，如果含量超过0.30质量％，其结果与其说是饱和，不如说导致耐疲劳性降低。因此，Pb的含量规定为0.30质量％以下。
Ca：0.02质量％以下
Ca是具有和Pb大致相同效果的元素，为了发挥其效果，最好含有0.0005质量％以上。但是，如果超过0.02质量％，则其效果饱和。因此，Ca的含量规定为0.02质量％以下。最好为0.0005～0.010质量％的范围。
Te：0.05质量％以下
Te与Pb、Ca相同，也是提高被切削性的元素。但是，如果超过0.05质量％，则其效果饱和，耐疲劳性降低。因此，其含量限定为0.05质量％以下。
Co：0.10质量％以下
Co也是具有和Pb、Ca、Te大致相同效果的成分，但如果超过0.10质量％，则其效果饱和。因此，其含量限定为0.10质量％以下。
Sb：0.05质量％以下
Sb也是具有和Co、Pb、Ca、Te大致相同效果的成分，但如果超过0.05质量％，则其效果饱和。因此，其含量限定为0.05质量％以下。
Bi：0.30质量％以下
Bi也是具有和Sb、Co、Pb、Ca、Te大致相同效果的成分，但如果超过0.05质量％，则其效果饱和。因此，其含量限定为0.05质量％以下。
Se：不到0.02质量％
Sb和Mn结合而形成MnSe。MnSe起长切片断裂器的作用，来改善被切削性。但是，添加0.02质量％以上给耐疲劳性带来恶劣的影响。因此，其含量规定为不到0.02质量％。
再者，上述的成分即使添加0.002质量％这一微量也能发挥其效果。
在本发明中，在将成分组成范围调整成以上范围的基础上，需要使钢组织为含有10％以上面积率的片组织的贝氏体组织。
这是因为对于铁素体来说，如果晶粒粒径粗大化，就得不到高韧性。另一方面原因是，对于马氏体组织来说，冷却速度范围狭窄，组织和硬度的冷却速度依存性变大。另外，通过含有用面积率表示的10％以上的片组织，在表观上贝氏体能够细分，韧性提高。
再者，为了使钢组织形成含有片组织的贝氏体组织，添加Cu，在制造工序中，尤其在冷却工序中，可以在0.001℃/s以上的冷却速度范围进行冷却。
下面，说明按照本发明的制造方法。
通常，采用铸锭法和连铸法将调制成上述的合适成分组成的钢水制成初轧方坯。
接着，实施初轧方坯加热，但该加热温度是1000～1250℃的范围。为了有效地利用Cu的析出强化、得到与S的复合作用，必须使Cu充分地固溶。为此，重要的是必须在1000～1250℃的温度实施加热。
接着，在850℃以上的温度实施总断面减小率：30％以上的热轧。为了降低材质各向异性，当然要减少MnS，还必须降低显微组织的各向异性。为此，相变前的奥氏体晶粒必须是等轴的再结晶晶粒。因此，轧制终了温度是奥氏体晶粒的再结晶区域的850℃以上，而且重要的是进行总断面减小率：30％以上的加工。
此后，以0.001～1℃/s的冷却速度将600～300℃的温度区冷却。在此，使冷却速度为0.001℃/s以上是为了提高被切削性以及形成含有片组织的贝氏体组织。另外，规定为1℃/s以下是为了使Cu细小地析出，而谋求强度提高。
再者，上述的冷却速度是此种钢材在热加工时的一般冷却速度，即大气放冷情况的一般冷却速度。即，在本发明中，轧制后没有必要实施特别的控制冷却。
另外，600～300℃的温度区是贝氏体生成温度区。因此，至少对于该温度区，可以以0.001～1℃/s的冷却速度进行冷却。
这样，可得到材质各向异性小、而且强度、韧性以及被切削性优良的非调质钢。
实施例
在转炉中熔炼表2～4所示成分组成的钢水，采用连铸铸成初轧方坯。再者，在比较例中，发明范围以外的成分，在其数值下加下线表示。接着，通过粗轧轧成84mm方、90mm方、250mm方和500mm方的钢坯，在表5所示的热轧条件下热轧这些钢坯，轧成80mm、85mm、200mm、350mm的棒钢，进行放冷。另外，其中一部分进行控制冷却。
调查这样得到的各棒钢的组织、机械性能、冲击特性和被切削性。得到的结果记于表5～8。
关于组织，是将用3％硝酸酒精腐蚀的试样进行光学显微镜观察。另外，从10个暗视场看到的部位的面积计算出片组织的面积率。
机械性能是切取JIS4号拉伸试样，通过拉伸试验测定的。
关于冲击特性，是从L方向和C方向切取JIS3号冲击试样，在20℃下进行夏比冲击试验，测定夏氏冲击功。在表中，示出L方向试样的冲击功，关于C方向，示出和L方向的比率。
关于被切削性，是用和图2所示的试验相同的试验测定工具寿命。
作为有关被切削性的指标，按以下的4个等级评价切屑处理性。
◎：细细地截断，产生长度为10mm以下的切屑
○：细细地截断，产生长度为10～15mm的切屑
△：部分地产生15～30mm长的切屑
×：连续地产生30mm以上的切屑
如表5～8所示，按照本发明得到的非调质钢都得到TS≥926MPa的高强度和uE20≥101J/cm2的高韧性。并且，被切削性也优良，材质各向异性也小。
与此相反，对于作为历来型的非调质钢的钢49，强度和韧性的冷却速度依存性大(No.59、60、61)。即，铁素体—珠光体组织的钢49，即使在冷却速度快时，TS也才是894MPa，达不到900 MPa。如果冷却速度变慢，则只能得到更低的值。另外，即使在冷却速度快时，韧性也才是46J/cm2，在冷却速度慢时，降低至18J/cm2左右。
这一点，即使历来型的非调质钢，钢48的强度和韧性的平衡在任何冷却速度下和钢49比都是良好的(No.56、57、58)。但是，如果与作为历来型的非调质钢的钢50(No.62、63、64)、钢51(No.65、66、67)以及本发明钢进行比较，钢48的强度、韧性都低。
即，作为比较例的钢49和钢48，有能够适用于冷却速度较快的细径棒钢的可能性，但对冷却速度慢的粗径棒钢是不适合的。
与此相反，发明钢的机械性能或者韧性，其冷却速度依存性极小。即，即使在为粗径棒钢的情形下，也能够均等地赋予充分的强度和韧性。
产业上的应用可能性
这样，按照本发明，原则上不需要热加工后的调质处理，并且也不需要控制按轧制尺寸而不同的冷却速度，能够在获得良好的被切削性和材质各向异性的同时，得到优良的强度和韧性。
像这样，本发明的非调质钢比现有的非调质钢具有优良的强度—韧性平衡。因此，能够广泛用于以需要高强度且高韧性的汽车用重要保险部件为首的轴类、转动部件和滑动部件等各种机械部件。
【表2】
钢编号                                       成分组成(质量％)   备注
    C     Si     Mn     S     Cu     Ni     Cr    Al    Ti    B     N     O     其他
    1    0.065     0.25     3.01    0.005     1.06     1.02     0.53    0.036   0.020   0.0015   0.0035   0.0022     —— 本发明
    2    0.096     0.26     2.97    0.005     1.08     0.98     0.55    0.033   0.021   0.0022   0.0048   0.0021     ——
    3    0.070     0.49     2.95    0.005     1.97     0.97     0.60    0.030   0.020   0.0020   0.0033   0.0028     ——
    4    0.082     0.27     4.80    0.004     1.11     1.12     0.63    0.025   0.022   0.0010   0.0042   0.0020     ——
    5    0.065     0.33     2.49    0.019     1.48     0.96     0.21    0.041   0.018   0.0008   0.0045   0.0022     ——
    6    0.071     0.22     2.98    0.004     2.78     0.54     0.50    0.038   0.020   0.0030   0.0038   0.0021     ——
    7    0.081     0.26     3.00    0.004     2.00     2.90     0.65    0.032   0.017   0.0016   0.0040   0.0028     ——
    8    0.075     0.24     3.10    0.003     1.05     1.01     1.75    0.045   0.020   0.0032   0.0040   0.0020     ——
    9    0.080     0.25     3.11    0.002     2.06     0.57     0.45    0.044   0.022   0.0013   0.0042   0.0028     ——
    10    0.071     0.27     2.92    0.004     1.23     0.59     0.46    0.039   0.090   0.0015   0.0045   0.0031     ——
    11    0.066     0.25     3.10    0.004     1.48     0.77     0.45    0.030   0.020   0.0240   0.0038   0.0020     ——
    12    0.062     0.26     3.05    0.003     1.65     0.86     0.11    0.028   0.022   0.0030   0.0185   0.0028     ——
    13    0.080     0.26     2.90    0.005     1.12     0.62     1.95    0.031   0.021   0.0022   0.0042   0.0054     ——
    14    0.085     0.26     2.96    0.005     1.15     0.58     0.70    0.035   0.012   0.0021   0.0044   0.0031     Nb：0.038
    15    0.091     0.24     2.50    0.005     1.10     0.78     0.66    0.005   0.076   0.0010   0.0044   0.0027     Mo：0.38
    16    0.081     0.24     3.21    0.004     1.08     0.96     0.65    0.071   0.021   0.0025   0.0043   0.0026     V：0.16
    17    0.080     0.28     2.92    0.004     1.36     0.95     0.70    0.032   0.027   0.0020   0.0039   0.0027     W：0.031
【表3】
钢编号                                                         成分组成(质量％)   备注
       C     Si     Mn     S     Cu     Ni     Cr     Al     Ti     B     N     O     其他
    18     0.075     0.26     2.96   0.005     1.45     0.96     0.69   0.035   0.021  0.0024  0.0045  0.0033     Zr：0.015 本发明
    19     0.072     0.32     3.11   0.006     1.65     0.95     0.65   0.034   0.021  0.0023  0.0044  0.0031     Mg：0.018
    20     0.069     0.32     2.58   0.004     1.33     0.82     0.62   0.030   0.019  0.0017  0.0042  0.0026     Hf：0.024
    21     0.077     0.25     2.98   0.005     1.32     1.42     0.58   0.035   0.022  0.0020  0.0039  0.0042     REM：0.02
    22     0.080     0.25     3.12   0.006     1.07     1.04     0.50   0.033   0.017  0.0011  0.0048  0.0012     P：0.023
    23     0.072     0.30     3.08   0.007     1.15     0.88     0.49   0.035   0.020  0.0030  0.0045  0.0011     Pb：0.21
    24     0.070     0.35     2.99   0.014     1.19     0.74     0.60   0.030   0.022  0.0029  0.0044  0.0013     Ca：0.002
    25     0.071     0.32     2.98   0.012     1.07     0.69     0.65   0.029   0.025  0.0021  0.0050  0.0011     Te：0.009
    26     0.065     0.27     2.98   0.016     1.14     0.78     0.71   0.033   0.020  0.0014  0.0036  0.0025     Se：0.018
    27     0.066     0.28     3.05   0.008     1.16     0.74     0.72   0.036   0.017  0.0024  0.0033  0.0026     Sb：0.02
    28     0.074     0.29     3.01   0.003     1.14     0.72     0.54   0.037   0.017  0.0026  0.0036  0.0024     Bi：0.03
    29     0.040     0.31     2.99   0.010     1.16     0.69     0.55   0.041   0.019  0.0023  0.0045  0.0026     ——   比较例
    30     0.140     0.28     2.98   0.012     1.28     0.63     0.51   0.088   0.022  0.0015  0.0052  0.0022     ——
    31     0.071     1.20     2.96   0.014     1.33     0.65     0.50   0.045   0.023  0.0018  0.0048  0.0025     ——
    32     0.070     0.33     1.80   0.003     1.32     0.87     0.69   0.035   0.024  0.0025  0.0047  0.0026     ——
    33     0.071     0.38     5.50   0.005     1.14     0.59     0.55   0.034   0.020  0.0009  0.0040  0.0020     ——
    34     0.069     0.31     2.98   0.040     1.15     1.05     0.52   0.065   0.021  0.0022  0.0041  0.0029     ——
【表4】
钢编号                                                     成分组成(质量％)   备注
      C     Si     Mn     S     Cu     Ni     Cr     Al     Ti     B     N     O  其他
  35     0.077     0.25     2.99   0.006     0.52     2.29     0.53   0.035   0.021   0.0020   0.0040   0.0022  —— 比较例
  36     0.070     0.24     2.98   0.007     3.60     0.37     0.60   0.034   0.020   0.0018   0.0041   0.0054  ——
  37     0.071     0.32     2.97   0.005     1.65     3.10     0.62   0.033   0.019   0.0025   0.0039   0.0022  ——
  38     0.066     0.26     3.04   0.005     1.24     0.54     0.008   0.036   0.018   0.0023   0.0045   0.0023  ——
  39     0.069     0.25     3.02   0.003     1.18     0.56     2.30   0.035   0.021   0.0030   0.0048   0.0021  ——
  40     0.071     0.26     3.11   0.004     1.19     0.52     0.55   0.120   0.022   0.0035   0.0043   0.0028  ——
  41     0.070     0.25     3.01   0.006     1.23     0.54     0.48   0.035   0.005   0.0020   0.0044   0.0032  ——
  42     0.070     0.22     2.95   0.004     1.22     0.58     0.44   0.033   0.160   0.0018   0.0038   0.0027  ——
  43     0.064     0.28     2.89   0.005     1.12     0.56     0.70   0.041   0.035   0.0001   0.0042   0.0029  ——
  44     0.075     0.25     3.06   0.004     1.45     2.20     0.53   0.044   0.022   0.0410   0.0042   0.0029  ——
  45     0.090     0.27     3.01   0.006     1.54     1.95     0.56   0.028   0.018   0.0022   0.0008   0.0031  ——
  46     0.076     0.25     2.96   0.004     1.65     1.41     0.60   0.033   0.019   0.0024   0.0250   0.0035  ——
  47     0.082     0.22     2.85   0.005     1.25     1.25     0.49   0.032   0.020   0.0015   0.0045   0.0078  ——
  48     0.02     1.24     1.53   0.055     0.45     —     0.21   0.002   0.020   —   0.0030   0.0031  V：0.15，Nb：0.012P：0.017
  49     0.45     0.25     1.35   0.045     —     —     —   0.001   —   —   0.0031   0.0034  V：0.12，P：0.015
  50     0.35     0.22     0.75   0.012     0.02     0.04     1.10   0.035   —   —   —   0.0029  Mo：0.21，P：0.012
  51     0.42     0.25     0.85   0.018     0.01     0.03     1.09   0.025   —   —   —   0.0027  Mo：0.23，P：0.011
【表5】
No.   钢编号   钢坯尺寸(mm)    棒钢直径(mmφ)  断面减小率(％)   热轧后冷却速度(℃/s)   热处理   显微组织   块组织面积率(％)     YS(MPa)    TS(MPa)   YR(％)     EI(％)     RA(％)     uE20(J/cm2)   材质各向异性(G/L)     工具寿命(s)  切屑处理性 备注
  1   1   90     80   38.0     0.24   —     贝氏体     56     842  1057  0.78     21     68     148   0.95   1012   ◎ 发明例
  2   ″   250     200   49.8     0.08   —     ″     51     829  1041  0.80     21     68     134   0.94   1027   ◎
  3   ″   500     350   61.5     0.002   —     ″     44     825  1036  0.80     21     68     142   0.96   1033   ◎
  4   ″   84     80   28.8     0.08   —     ″     42     719  1025  0.66     21     67     63   0.74   1043   ◎ 比较例
  5   ″   250     ″   92.0     0.95   —     ″     58     758  1064  0.81     21     67     140   0.93   1005   ◎ 发明例
  6   ″   500     ″   98.0     0.008   —     铁素体     0     578  694  0.82     25     67     44   0.54   1364   △ 比较例
  7   ″   90     ″   38.0     1.3   —     马氏体     98     604  785  0.78     24     62     33   0.49   1276   △
  8   2   250     ″   92.0     0.24   —     贝氏体     63     769  1068  0.81     21     67     132   0.49   1001   ◎ 发明例
  9   ″   500     200   87.4     0.08   —     ″     61     748  1054  0.78     21     67     148   0.95   1015   ◎
  10   ″   ″     350   61.5     0.04   —     ″     48     729  1039  0.79     21     67     133   0.90   1029   ◎
  11   3   250     200   49.8     0.08   —     ″     34     781  1055  0.79     21     67     153   0.92   1014   ◎
  12   4   ″     ″   ″     ″   —     ″     82     1049  1457  0.81     16     62     253   0.92   624   ◎
  13   5   ″     ″   ″     ″   —     ″     13     698  926  0.80     22     70     101   0.94   1139   ◎
  14   6   ″     ″   ″     ″   —     ″     42     727  1010  0.79     21     68     135   0.95   1058   ◎
  15   7   ″     ″   ″     ″   —     ″     92     882  1242  0.79     19     62     192   0.90   833   ◎
  16   8   ″     ″   ″     ″   —     ″     88     943  1275  0.81     18     67     201   0.95   801   ◎
  17   9   ″     ″   ″     ″   —     ″     52     746  1037  0.81     21     62     143   0.94   1031   ◎
  18   10   ″     ″   ″     ″   —     ″     38     717  996  0.78     22     67     131   0.96   1071   ◎
【表6】
No.  钢编号   钢坯尺寸(mm)    棒钢直径(mmφ)   断面减小率(％)   热轧后冷却速度(℃/s)   热处理   显微组织   块组织面积率(％)     YS(MPa)   TS(MPa)   YR(％)    EI(％)   RA(％)    uE20(J/cm2)   材质各向异性(G/L)   工具寿命(s)   切屑处理性 备注
  19   11     250     200     49.8     0.08   —     贝氏体     40   772   1043  0.79     21     67     134   0.95   1026   ◎ 发明例
  20   12     ″     ″     ″     ″   —     ″     38   708   984  0.79     22     69     128   0.93   1083   ◎
  21   13     ″     ″     ″     ″   —     ″     91   890   1236  0.78     19     63     190   0.94   838   ◎
  22   14     ″     ″     ″     ″   —     ″     56   756   1050  0.77     21     67     136   0.92   1019   ◎
  23   15     ″     85     90.9     0.24   —     ″     51   739   1041  0.79     21     67     146   0.92   1028   ◎
  24   16     ″     200     49.8     0.08   —     ″     74   830   1122  0.78     20     65     157   0.95   949   ◎
  25   17     ″     ″     ″     ″   —     ″     57   770   1069  0.78     21     67     152   0.94   1000   ◎
  26   18     ″     85     90.9     0.24   —     ″     68   795   1074  0.78     21     66     143   0.93   996   ◎
  27   19     ″     ″     ″     ″   —     ″     62   778   1095  0.79     20     66     149   0.92   975   ◎
  28   20     ″     200     49.8     0.08   —     ″     31   698   970  0.80     22     69     134   0.92   1096   ◎
  29   21     ″     ″     ″     ″   —     ″     65   792   1100  0.80     20     66     151   0.94   970   ◎
  30   22     ″     ″     ″     ″   —     ″     61   804   1086  0.81     21     66     147   0.95   984   ◎
  31   23     ″     ″     ″     ″   —     ″     54   751   1058  0.82     21     67     139   0.90   1011   ◎
  32   24     ″     ″     ″     ″   —     ″     48   773   1044  0.78     21     67     155   0.91   1025   ◎
  33   25     ″     ″     ″     ″   —     ″     51   753   1046  0.79     21     67     135   0.92   1023   ◎
  34   26     ″     ″     ″     ″   —     ″     55   784   1060  0.77     21     67     149   0.93   1009   ◎
  35   27     ″     ″     ″     ″   —     ″     62   762   1073  0.78     21     67     143   0.95   996   ◎
  36   28     ″     ″     ″ -   ″   —     ″     48   748   1039  0.79     21     66     123   0.92   1029   ◎
【表7】
No. 钢编号   钢坯尺寸(mm)   棒钢直径(mmφ)   断面减小率(％)   热轧后冷却速度(℃/s) 热处理   显微组织     块组织面积率(％)      YS(MPa)     TS(MPa)   YR(％ )     EI(％)   RA(％)    uE20(J/cm2)   材质各向异性(G/L)   工具寿命(s)   切屑处理性 备注
  37   29     250     200     49.8     0.08 —     贝氏体     8     658     875  0.75     23     66     28   0.58   1189   △ 比较例
  38   30     ″     ″     ″     ″ —     ″     5     989     1578  0.63     15     48     42   0.83   98   ×
  39   31     ″     ″     ″     ″ —     ″     3     731     1015  0.72     21     63     19   0.74   1053   △
  40   32     ″     ″     ″     ″ —     ″     9     594     794  0.75     24     68     33   0.75   1267   ○
  41   33     ″     ″     ″     ″ —     ″     4     1091     1536  0.71     16     60     26   0.74   247   △
  42   34     ″     ″     ″     ″ —     ″     28     759     1055  0.72     21     62     138   0.28   1014   ○
  43   35     ″     ″     ″     ″ —     ″     5     487     786  0.62     24     64     43   0.61   1275   ×
  44   36     ″     ″     ″     ″ —     ″     4     718     1011  0.71     21     63     12   0.78   1057   ○
  45   37     ″     ″     ″     ″ —     ″     72     894     1242  0.72     19     63     192   0.79   833   ○
  46   38     ″     ″     ″     ″ —     ″     5     452     696  0.65     25     61     63   0.74   1362   △
  47   39     ″     ″     ″     ″ —     ″     1     926     1192  0.78     19     59     18   0.72   272   ×
  48   40     ″     ″     ″     ″ —     ″     5     772     1043  0.74     21     62     38   0.71   126   ×
  49   41     ″     ″     ″     ″ —     ″     5     719     1012  0.71     21     63     29   0.74   156   ×
  50   42     ″     ″     ″     ″ —     ″     2     718     997  0.72     22     63     13   0.74   270   ×
  51   43     ″     ″     ″     ″ —     ″     3     593     725  0.82     25     60     28   0.78   1334   △
  52   44     ″     ″     ″     ″ —     ″     31     868     1124  0.77     20     60     158   0.77   947   ○
【表8】
No.  钢编号   钢坯尺寸(mm)   棒钢直径(mmφ)   断面减小率(％)   热轧后冷却速度(℃/s)   热处理    显微组织   块组织面积率(％)      YS(MPa)     TS(MPa)   YR(％)     EI(％)     RA(％)    uE20(J/cm2)   材质各向异性(G/L)   工具寿命(s)   切屑处理性 备注
  53   45     250     200     49.8     0.08    —     贝氏体     2     820     1155  0.71     20     60     31   0.76   917   △ 比较例
  54   46     ″     ″     ″     ″    —     ″     1     812     1098  0.74     20     61     9   0.74   972   △
  55   47     ″     ″     ″     ″    —     ″     28     744     1048  0.71     21     62     29   0.73   1021   △
  56   48     250     85     90.9     0.24    —     ″     6     608     923  0.66     15     55     58   0.24   86   ×
  57   ″     500     200     87.4     0.08    —     ″     8     582     874  0.67     16     56     32   0.26   92   ×
  58   ″     500     350     61.5     0.04    —     ″     5     553     808  0.68     15     54     25   0.25   107   ×
  59   49     250     85     90.9     0.24    —    铁素体-珠光体     5     596     894  0.67     16     56     46   0.27   71   ×
  60   ″     500     200     87.4     0.08    —    ″     6     564     823  0.69     17     58     22   0.28   85   ×
  61   ″     500     350     61.5     0.04    —    ″     7     512     783  0.65     17     58     18   0.27   96   ×
62 50 250 85 90.9 0.24   Q：880℃T：580℃ 回火马氏体 13 795 963 0.83 18 63 111 0.64 263 △
  63   ″     500     200     87.4     0.08    ″    ″     11     764     926  0.83     18     63     101   0.65   284   △
  64   ″     500     350     61.5     0.04    ″    ″     9     694     818  0.85     19     62     81   0.65   318   △
  65   51     250     85     90.9     0.24    ″    ″     14     863     1042  0.83     18     63     134   0.63   207   △
  66   ″     500     200     87.4     0.08    ″    ″     18     821     1008  0.81     19     62     124   0.64   248   △
  67   ″     500     350     61.5     _0.04    ″    ″     12     765     948  0.81     19     63     107   0.65   301   △

Claims (10)

1.一种材质各向异性小且强度、韧性和被切削性优良的非调质钢，其特征在于：含有
    C：超过0.05质量％～不到0.10质量％、Si：1.0质量％以
下、
    Mn：超过2.2质量％～5.0质量％、S：不到0.020质量％、
    Cu：超过1.0质量％～3.0质量％、Ni：3.0质量％以下、
    Cr：0.01～2.0质量％、         Al：0.1质量％以下、
    Ti：0.01～0.10质量％、        B：0.0003～0.03质量％、
    N：0.0010～0.0200质量％、     O：0.0060质量％以下，剩余部分是Fe和不可避免的杂质，钢组织是片组织的面积率为10％以上的贝氏体。
2.按照权利要求1所述的材质各向异性小且强度、韧性和被切削性优良的非调质钢，其特征在于：钢还含有从
    Mo：1.0质量％以下、           Nb：0.5质量％以下中选择的1种或者2种。
3.按照权利要求1或2所述的材质各向异性小且强度、韧性和被切削性优良的非调质钢，其特征在于：钢还含有从
    V：0.5质量％以下、            W：0.5质量％以下中选择的1种或者2种。
4.按照权利要求1、2或3所述的材质各向异性小且强度、韧性和被切削性优良的非调质钢，其特征在于：钢还含有从
    Zr：0.020质量％以下、         Mg：0.02质量％以下
    Hf：0.10质量％以下、          REM：0.02质量％以下中选择的1种或者2种以上。
5.按照权利要求1～4中的任何一项所述的材质各向异性小且强度、韧性和被切削性优良的非调质钢，其特征在于：钢还含有从
    P：0.10质量％以下、           Pb：0.30质量％以下、
    Co：0.1质量％以下、           Ca：0.02质量％以下、
    Te：0.05质量％以下、        Se：不到0.02质量％、
    Sb：0.05质量％以下、        Bi：0.30质量％以下中选择的1种或者2种以上。
6.一种材质各向异性小且强度、韧性和被切削性优良的非调质钢的制造方法，其特征在于：将含有
    C：超过0.05质量％～不到0.10质量％、Si：1.0质量％以下、
    Mn：超过2.2质量％～5.0质量％、S：不到0.020质量％、
    Cu：超过1.0质量％～3.0质量％、Ni：3.0质量％以下、
    Cr：0.01％～2.0质量％、       Al：0.1质量％以下、
    Ti：0.01～0.10质量％、        B：0.0003～0.03质量％、
    N：0.0010～0.0200质量％、     O：0.0060质量％以下，剩余部分为Fe和不可避免的杂质构成的钢加热至1000～1250℃后，在850℃以上的温度下进行总断面减小率：30％以上的热加工，然后以0.001～1℃/s的冷却速度将600～300℃的温度区冷却。
7.按照权利要求6所述的材质各向异性小且强度、韧性和被切削性优良的非调质钢的制造方法，其特征在于：钢还含有从
    Mo：1.0质量％以下、           Nb：0.5质量％以下中选择的1种或者2种。
8.按照权利要求6或7所述的材质各向异性小且强度、韧性和被切削性优良的非调质钢的制造方法，其特征在于：钢还含有从
    V：0.5质量％以下、            W：0.5质量％以下中选择的1种或者2种。
9.按照权利要求6、7或8所述的材质各向异性小且强度、韧性和被切削性优良的非调质钢的制造方法，其特征在于：钢还含有从
    Zr：0.020质量％以下、         Mg：0.02质量％以下
    Hf：0.10质量％以下、          REM：0.02质量％以下中选择的1种或者2种以上。
10.按照权利要求6～9中的任何一项所述的材质各向异性小且强度、韧性和被切削性优良的非调质钢的制造方法，其特征在于：钢还含有从
    P：0.10质量％以下、    Pb：0.30质量％以下、
    Co：0.1质量％以下、    Ca：0.02质量％以下、
    Te：0.05质量％以下、   Se：不到0.02质量％、
    Sb：0.05质量％以下、   Bi：0.30质量％以下中选择的1种或者2种以上。
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