RU2788982C1 - Steel part and method for its production - Google Patents
Steel part and method for its production Download PDFInfo
- Publication number
- RU2788982C1 RU2788982C1 RU2022100629A RU2022100629A RU2788982C1 RU 2788982 C1 RU2788982 C1 RU 2788982C1 RU 2022100629 A RU2022100629 A RU 2022100629A RU 2022100629 A RU2022100629 A RU 2022100629A RU 2788982 C1 RU2788982 C1 RU 2788982C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- steel part
- cold
- temperature
- heat treatment
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 134
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 134
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 49
- 239000000047 product Substances 0.000 claims abstract description 41
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 35
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 claims description 35
- 229910001563 bainite Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 13
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 6
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 5
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 5
- 230000001050 lubricating Effects 0.000 claims description 4
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 38
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 38
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 30
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 24
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 23
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 19
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 14
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 11
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 11
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 11
- 230000000171 quenching Effects 0.000 description 11
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 9
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 8
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000003111 delayed Effects 0.000 description 7
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 7
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 7
- OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N precursor Substances N#CC(C)(C)N=NC(C)(C)C#N OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 6
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 6
- 230000001131 transforming Effects 0.000 description 6
- 101710028400 Alyref2 Proteins 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000001965 increased Effects 0.000 description 5
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 5
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 5
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium(0) Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 108060000351 ALYREF Proteins 0.000 description 4
- 230000001627 detrimental Effects 0.000 description 4
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 230000000717 retained Effects 0.000 description 4
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 4
- OXNIZHLAWKMVMX-UHFFFAOYSA-N Picric acid Chemical compound OC1=C([N+]([O-])=O)C=C([N+]([O-])=O)C=C1[N+]([O-])=O OXNIZHLAWKMVMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010622 cold drawing Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 3
- 230000001264 neutralization Effects 0.000 description 3
- 238000005554 pickling Methods 0.000 description 3
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 3
- 241000269627 Amphiuma means Species 0.000 description 2
- 229910000760 Hardened steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005591 charge neutralization Effects 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 iron boron carbides Chemical class 0.000 description 2
- 229910000529 magnetic ferrite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 2
- 229940114148 picric acid Drugs 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 229950002929 trinitrophenol Drugs 0.000 description 2
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- HRZFUMHJMZEROT-UHFFFAOYSA-L 7681-57-4 Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S(=O)S([O-])(=O)=O HRZFUMHJMZEROT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 101710039456 TR03 Proteins 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K [O-]P([O-])([O-])=O Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing Effects 0.000 description 1
- 238000007542 hardness measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 1
- YZCKVEUIGOORGS-UHFFFAOYSA-N hydrogen atom Chemical compound [H] YZCKVEUIGOORGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory Effects 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 238000011068 load Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TWXTWZIUMCFMSG-UHFFFAOYSA-N nitride(3-) Chemical compound [N-3] TWXTWZIUMCFMSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000399 optical microscopy Methods 0.000 description 1
- 229910001562 pearlite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000000452 restraining Effects 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229940001584 sodium metabisulfite Drugs 0.000 description 1
- 235000010262 sodium metabisulphite Nutrition 0.000 description 1
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к способу получения путем холодной формовки, в частности путем холодной высадки, сборочных деталей, таких как гайки, болты, и т.д., которые обычно применяются в автомобильной промышленности для монтажа заземляющего контакта или компонентов двигателя транспортного средства.The present invention relates to a method for producing by cold forming, in particular by cold heading, assembly parts such as nuts, bolts, etc., which are commonly used in the automotive industry for mounting a ground contact or vehicle engine components.
Как известно, в автомобильной промышленности имеется постоянная цель – повышение мощности двигателя, и одновременно, поиски снижения массы двигателя. Для снижения массы требуется все больше и больше уменьшать размер деталей. Однако эти детали по-прежнему подвергаются таким же механическим напряжениям, и поэтому должны обладать все более высокими механическими характеристиками, особенно пределом прочности при растяжении.As you know, in the automotive industry there is a constant goal - to increase engine power, and at the same time, the search for reducing engine weight. More and more downsizing of parts is required to reduce weight. However, these parts are still subjected to the same mechanical stresses and therefore must have increasingly higher mechanical characteristics, especially tensile strength.
В предшествующей заявке на патент США US 2010/0135745 описан способ получения сборочных деталей, таких как гайки и болты, для моторных транспортных средств, который включает в себя закалку с последующим отпуском для того, чтобы получить детали, имеющие микроструктуру, практически состоящую из отпущенного мартенсита. Указанные детали имеют предел прочности при растяжении от 1200 МПа до больше, чем 1500 МПа, что удовлетворительно для указанных выше областей применения.Prior U.S. Patent Application US 2010/0135745 describes a process for producing assembly parts such as nuts and bolts for motor vehicles which includes quenching followed by tempering in order to obtain parts having a microstructure essentially consisting of tempered martensite. . These parts have a tensile strength of 1200 MPa to more than 1500 MPa, which is satisfactory for the above applications.
Однако желательно дополнительное улучшение сопротивления водородной хрупкости деталей.However, a further improvement in the hydrogen embrittlement resistance of the parts is desirable.
Следовательно, задачей изобретения является предоставление стальной детали, которая может быть использована в качестве сборочной детали для моторного транспортного средства, и которая имеет предел прочности при растяжении больше или равный 1400 МПа, а также улучшенное сопротивление водородной хрупкости.Therefore, it is an object of the invention to provide a steel part that can be used as an assembly part for a motor vehicle, and which has a tensile strength greater than or equal to 1400 MPa, as well as improved resistance to hydrogen embrittlement.
Изобретение относится к способу получения стальной детали, который включает в себя:The invention relates to a method for producing a steel part, which includes:
- предоставление полупродукта, полученного из стали, включающей по массе:- provision of an intermediate product obtained from steel, including by weight:
0,35% ≤ C ≤ 0,60%0.35% ≤ C ≤ 0.60%
0,15% ≤ Si ≤ 0,5%0.15% ≤ Si ≤ 0.5%
0,8% ≤ Mn ≤ 2,0%0.8% ≤ Mn ≤ 2.0%
0,0003% ≤ B ≤ 0,01%0.0003% ≤ B ≤ 0.01%
0,003% ≤ Mo ≤ 1,0%0.003% ≤ Mo ≤ 1.0%
1,0% ≤ Cr ≤ 2,0%1.0% ≤ Cr ≤ 2.0%
0,01% ≤ Ti ≤ 0,04%0.01% ≤ Ti ≤ 0.04%
0,003% ≤ N ≤ 0,01%0.003% ≤ N ≤ 0.01%
S ≤ 0,015%S ≤ 0.015%
P ≤ 0,015%P ≤ 0.015%
0,01% ≤ Ni ≤ 1,0%0.01% ≤ Ni ≤ 1.0%
0,01% ≤ Nb ≤ 0,1%0.01% ≤ Nb ≤ 0.1%
необязательноnot necessary
0 ≤ Al ≤ 0,1%0 ≤ Al ≤ 0.1%
0 ≤ V ≤ 0,5%, 0 ≤ V ≤ 0.5%,
остальная часть состава приходится на железо и неизбежные примеси,the rest of the composition is iron and inevitable impurities,
- отжиг указанного полупродукта при температуре отжига, определенно ниже, чем температура Ac1 стали;- annealing said intermediate at an annealing temperature definitely lower than the Ac1 temperature of the steel;
- холодную формовку полупродукта в продукт холодной формовки;- cold forming of the semi-finished product into a cold-formed product;
- продукт холодной обработки подвергают термической обработке для того, чтобы получить стальную деталь, причем термическая обработка включает в себя:- the cold worked product is subjected to heat treatment in order to obtain a steel part, and the heat treatment includes:
- нагрев продукта холодной формовки до температуры термической обработки больше чем или равной температуре полной аустенизации Ac3 стали; и- heating the cold-formed product to a heat treatment temperature greater than or equal to the full austenitization temperature Ac3 of the steel; and
- выдерживание продукта при температуре выдержки, заключенной между 300°C и 400°C в течение времени, заключенного между 15 минут и 2 часа.- holding the product at a holding temperature between 300°C and 400°C for a time between 15 minutes and 2 hours.
Согласно конкретным вариантам осуществления, способ может включать один или несколько из следующих признаков, взятых отдельно или согласно любой технически возможной комбинации:According to specific embodiments, the method may include one or more of the following features, taken alone or in any technically feasible combination:
- В течение стадии нагрева термической обработки, продукт холодной обработки нагревается до температуры термической обработки, которая составляет по меньшей мере на 50°C выше, чем температура полной аустенизации Ac3 стали.- During the heating stage of the heat treatment, the cold work product is heated to a heat treatment temperature that is at least 50°C higher than the Ac3 full austenitization temperature of the steel.
- Температура отжига составляет больше чем или равна Ac1 минус 20°C.- The annealing temperature is greater than or equal to Ac1 minus 20°C.
- Полупродукт представляет собой проволоку.- The semi-finished product is a wire.
- Дополнительно способ включает в себя подготовку поверхности полупродукта, которая включает очистку поверхности полупродукта и образование смазочного покрытия на его поверхности.- Additionally, the method includes preparing the surface of the intermediate, which includes cleaning the surface of the intermediate and the formation of a lubricating coating on its surface.
- Стадия образования смазочного покрытия на поверхности полупродукта включает в себя проведение фосфатирующей обработки и замыливания.- The stage of formation of a lubricating coating on the surface of the semi-finished product includes a phosphating treatment and soaping.
- Содержание углерода в стали составляет между 0,35 и 0,50 масс.%.- The carbon content in the steel is between 0.35 and 0.50 mass%.
- Содержание марганца в стали составляет между 0,9 и 1,4 масс.%.- The content of manganese in steel is between 0.9 and 1.4 wt.%.
- Содержание хрома в стали составляет между 1,0 и 1,6 масс.%.- The content of chromium in steel is between 1.0 and 1.6 wt.%.
- Стадия холодной формовки представляет собой стадию холодной высадки.- The cold forming step is a cold heading step.
- В течение стадии выдерживания продукт сохраняется при температуре выдержки в среде средства для изотермической закалки, в частности, в соляной ванне.- During the holding stage, the product is maintained at the holding temperature in an isothermal hardening medium, in particular in a salt bath.
Кроме того, изобретение относится к стальной детали, выполненной из сплава, включающего по массе:In addition, the invention relates to a steel part made of an alloy comprising, by weight:
0,35% ≤ C ≤ 0,60%0.35% ≤ C ≤ 0.60%
0,15% ≤ Si ≤ 0,5%0.15% ≤ Si ≤ 0.5%
0,8% ≤ Mn ≤ 2.0%0.8% ≤ Mn ≤ 2.0%
0,0003% ≤ B ≤ 0,01%0.0003% ≤ B ≤ 0.01%
0,003% ≤ Mo ≤ 1,0%0.003% ≤ Mo ≤ 1.0%
1,0% ≤ Cr ≤ 2,0%1.0% ≤ Cr ≤ 2.0%
0,01% ≤ Ti ≤ 0,04%0.01% ≤ Ti ≤ 0.04%
0,003% ≤ N ≤ 0,01%0.003% ≤ N ≤ 0.01%
S ≤ 0,015%S ≤ 0.015%
P ≤ 0,015%P ≤ 0.015%
0,01% ≤ Ni ≤ 1,0%0.01% ≤ Ni ≤ 1.0%
0,01% ≤ Nb ≤ 0,1%0.01% ≤ Nb ≤ 0.1%
необязательноnot necessary
0 ≤ Al ≤ 0,1%0 ≤ Al ≤ 0.1%
0 ≤ V ≤ 0,5%0 ≤ V ≤ 0.5%
остальная часть приходится на железо и неизбежные примеси,the rest is iron and inevitable impurities,
причем стальная деталь имеет микроструктуру, включающую бейнит, между 90% по площади и 98% по площади, и мартенситно-аустенитные островки, между 2% по площади и 10% по площади, при этом мартенситно-аустенитные островки имеют диаметр меньше или равный 50 мкм, где стальная деталь имеет предел прочности при растяжении, заключенный между 1400 МПа и 1800 МПа, и где средний размер зерна предшествующего аустенита составляет меньше или равный 20 мкм.wherein the steel part has a microstructure comprising bainite between 90% by area and 98% by area, and martensite-austenitic islands between 2% by area and 10% by area, while martensite-austenitic islands have a diameter less than or equal to 50 μm where the steel part has a tensile strength between 1400 MPa and 1800 MPa, and where the average grain size of the preceding austenite is less than or equal to 20 μm.
Согласно конкретным вариантам осуществления, стальная деталь может включать один или несколько из следующих признаков, взятых отдельно или согласно любой технически возможной комбинации:According to specific embodiments, the steel part may include one or more of the following features, taken alone or in any technically feasible combination:
- Содержание углерода в мартенситно-аустенитных островках составляет больше, чем или равное 1 масс.%.- The carbon content of the martensitic-austenitic islands is greater than or equal to 1 mass%.
- стальная деталь имеет твердость (по Виккерсу) больше или равную 400 HV.- the steel part has a hardness (Vickers) greater than or equal to 400 HV.
- стальная деталь представляет собой стальную деталь холодной формовки, и более конкретно стальную деталь холодной формовки и изотермической закалки.the steel part is a cold-formed steel part, and more specifically, a cold-formed and isothermally hardened steel part.
- стальная деталь представляет собой стальную деталь холодной высадки, и более конкретно стальную деталь холодной высадки и изотермической закалки.the steel part is a cold heading steel part, and more particularly a cold heading and isothermal hardening steel part.
Изобретение можно лучше понять при прочтении следующего ниже описания, приведенного только с целью примера.The invention can be better understood by reading the following description, given by way of example only.
Во всей заявке на патент содержание элементов указано в масс.%.Throughout the patent application, the content of elements is indicated in wt.%.
Стальная деталь согласно изобретению имеет состав, включающий по массе:The steel part according to the invention has a composition comprising, by weight:
0,35% ≤ C ≤ 0,60%0.35% ≤ C ≤ 0.60%
0,15% ≤ Si ≤ 0,5%0.15% ≤ Si ≤ 0.5%
0,8% ≤ Mn ≤ 2,0%0.8% ≤ Mn ≤ 2.0%
0,0003% ≤ B ≤ 0,01%0.0003% ≤ B ≤ 0.01%
0,003% ≤ Mo ≤ 1,0%0.003% ≤ Mo ≤ 1.0%
1,0% ≤ Cr ≤ 2,0%1.0% ≤ Cr ≤ 2.0%
0,01% ≤ Ti ≤ 0,04%0.01% ≤ Ti ≤ 0.04%
0,003% ≤ N ≤ 0,01%0.003% ≤ N ≤ 0.01%
S ≤ 0,015%S ≤ 0.015%
P ≤ 0,015%P ≤ 0.015%
0,01% ≤ Ni ≤ 1,0%0.01% ≤ Ni ≤ 1.0%
0,01% ≤ Nb ≤ 0,1%0.01% ≤ Nb ≤ 0.1%
необязательноnot necessary
0 ≤ Al ≤ 0,1%0 ≤ Al ≤ 0.1%
0 ≤ V ≤ 0,5%0 ≤ V ≤ 0.5%
остальная часть приходится на железо и неизбежные примеси.the rest is iron and inevitable impurities.
При содержании углерода меньше 0,35%, невозможно достижение высокой прочности с учетом содержания других элементов, присутствующих в сплаве, особенно при высоких температурах выдержки в течение изотермического отпуска. При содержании углерода, превышающем 0,6%, повышается риск охрупчивания из-за образования цементита и увеличения твердости. Содержание углерода составляет, например, меньше или равное 0,50 масс.%.When the carbon content is less than 0.35%, it is impossible to achieve high strength, taking into account the content of other elements present in the alloy, especially at high holding temperatures during isothermal tempering. When the carbon content exceeds 0.6%, the risk of embrittlement increases due to the formation of cementite and an increase in hardness. The carbon content is, for example, less than or equal to 0.50 mass%.
Кремний в стали действует как раскислитель во время ее плавления, в жидком состоянии. Присутствуя в твёрдом растворе в затвердевшем металле, кремний также дает вклад в повышение прочности стали. В частности, при указанном выше содержании кремний дает эффект повышения прочности бейнитной микроструктуры путем упрочнения твердого раствора. Однако кремний может давать вредный эффект, если он присутствует в слишком высокой концентрации. Действительно, в течение термической обработки, такой как обработка сфероидизацией, кремний имеет тенденцию к образованию межкристаллитных оксидов и, таким образом, снижает когезию предшествующих границ зерен аустенита. Кроме того, при слишком высоком содержании кремния снижается холодная деформируемость стали под действием избыточного упрочнения матрицы. Поэтому согласно изобретению содержание кремния ограничено до 0,5 масс.%.Silicon in steel acts as a deoxidizer during its melting, in a liquid state. Being present in a solid solution in the hardened metal, silicon also contributes to the increase in the strength of the steel. In particular, at the above content, silicon has the effect of increasing the strength of the bainitic microstructure by hardening the solid solution. However, silicon can be harmful if present in too high a concentration. Indeed, during heat treatment, such as spheroidization treatment, silicon tends to form intergranular oxides and thus reduces the cohesion of the preceding austenite grain boundaries. In addition, if the silicon content is too high, the cold workability of the steel decreases due to excessive hardening of the matrix. Therefore, according to the invention, the silicon content is limited to 0.5 wt.%.
Марганец при содержании, заключенном между 0,8 и 2,0 масс.%, снижает температуру начала образования бейнита в стали, и следовательно, приводит к улучшению бейнитной структуры и, таким образом, улучшает механические характеристики детали. Кроме того, марганец оказывает благотворное воздействие на способность стали к закаливанию и, следовательно, на получение желательных конечных механических характеристик произведенной детали. При содержании выше, чем 2,0%, марганец имеет тенденцию к ускорению сегрегации серы и фосфора на границах предшествующих зерен аустенита и поэтому увеличивается риск водородной хрупкости стали. Предпочтительное содержание марганца заключено между 0,9 и 1,4 масс.%.Manganese, at a content between 0.8 and 2.0 mass %, lowers the bainite start temperature in the steel and consequently leads to an improvement in the bainite structure and thus improves the mechanical properties of the part. In addition, manganese has a beneficial effect on the hardenability of the steel and, consequently, on obtaining the desired final mechanical characteristics of the manufactured part. At a content higher than 2.0%, manganese tends to accelerate the segregation of sulfur and phosphorus at the boundaries of the previous austenite grains, and therefore the risk of hydrogen embrittlement of the steel increases. The preferred manganese content is between 0.9 and 1.4 wt%.
Содержание бора, присутствующего в сплаве, составляет от 0,0003 до 0,01 масс.%. Путем сегрегации на границах предшествующих зерен аустенита, бор, даже при весьма малом содержании, укрепляет границы зерен, и обеспечивает возможность увеличения сопротивления замедленному разрыву, вызванному водородом. Бор усиливает когезию границ зерен за счет присущего ему действия, а также путем затруднения процесса сегрегации фосфора на указанных границах зерен. Кроме того, бор существенно повышает способность к закаливанию стали и, таким образом, дает возможность ограничить содержание углерода, которое необходимо для получения желательной бейнитной микроструктуры. Наконец, бор действует в синергии с молибденом и ниобием, таким образом, повышается эффективность этих элементов и присущее им влияние, которое обеспечивается их соответствующим содержанием. Однако избыток бора (свыше 0,01 масс.%) может привести к образованию хрупких боро-карбидов железа.The content of boron present in the alloy is from 0.0003 to 0.01 mass%. By segregating at the boundaries of the preceding austenite grains, boron, even at a very low content, strengthens the grain boundaries, and enables an increase in resistance to delayed fracture caused by hydrogen. Boron enhances the cohesion of grain boundaries due to its inherent action, as well as by hindering the process of phosphorus segregation at these grain boundaries. In addition, boron significantly increases the hardenability of the steel and thus makes it possible to limit the carbon content that is necessary to obtain the desired bainitic microstructure. Finally, boron acts in synergy with molybdenum and niobium, thus increasing the effectiveness of these elements and their inherent influence, which is provided by their respective content. However, an excess of boron (over 0.01 wt.%) can lead to the formation of brittle iron boron carbides.
Содержание молибдена, присутствующего в сплаве, заключено между 0,003 и 1,0 масс.%. Молибден активно взаимодействует с фосфором и ограничивает вредное воздействие фосфора, сдерживая сегрегацию фосфора на границах предшествующих зерен аустенита. Кроме того, молибден играет значительную роль при формировании карбидов. При заданных механических характеристиках, молибден делает возможным повышенные температуры отпуска в ходе изотермической закалки, что в результате способствует развитию карбидов, которые могут быть ловушками водорода. Поэтому молибден является элементом, который повышает сопротивления замедленному разрушению.The content of molybdenum present in the alloy is between 0.003 and 1.0 mass%. Molybdenum actively interacts with phosphorus and limits the harmful effects of phosphorus by restraining the segregation of phosphorus at the boundaries of the previous austenite grains. In addition, molybdenum plays a significant role in the formation of carbides. Given the mechanical characteristics, molybdenum allows for higher tempering temperatures during isothermal quenching, which as a result promotes the development of carbides that can trap hydrogen. Therefore, molybdenum is an element that increases resistance to delayed fracture.
При содержание хрома, заключенном между 1,0 и 2,0 масс.%, снижается температура начала образования бейнита в стали, и поэтому хром приводит к улучшению бейнитной структуры и, таким образом, к улучшению механических характеристик детали. Кроме того, хром оказывает эффект упрочнения, и дает вклад в достижение высокого механического сопротивления. Подобно молибдену, хром замедляет размягчение в ходе выдерживания при изотермической закалке, обеспечивая повышенные температуры выдержки, что способствует дегазированию, а также образованию карбидов, которые захватывают водород. При содержании более 2,0 масс.%, путем чрезмерного увеличения твердости стали, становится затруднительным формование стали путем холодной формовки, и особенно путем холодной высадки. Предпочтительно содержание хрома заключено между 1,0 и 1,6 масс.%.With a chromium content between 1.0 and 2.0 wt %, the bainite initiation temperature in the steel is lowered, and therefore chromium leads to an improvement in the bainite structure and thus to an improvement in the mechanical properties of the part. In addition, chromium has a hardening effect and contributes to achieving high mechanical resistance. Like molybdenum, chromium retards softening during isothermal quenching, allowing for elevated holding temperatures that promote degassing as well as the formation of carbides that trap hydrogen. At more than 2.0 wt.%, by excessively increasing the hardness of the steel, it becomes difficult to form the steel by cold forming, and especially by cold heading. Preferably the chromium content is between 1.0 and 1.6% by weight.
Содержание титана, присутствующего в сплаве, заключено между 0,01 и 0,04 масс.%. Титан добавляют в жидкую сталь для того, чтобы увеличить твердость материала. Внутри указанных здесь диапазонов, титан также увеличивает сопротивление замедленному разрушению несколькими способами. Он дает вклад в улучшение аустенитных зерен и образует фазы осадков, которые захватывают водород. Окончательно, эффект упрочнения от титана позволяет проводить изотермическую закалку при повышенной температуре выдержки. Максимальное содержание титана установлено здесь для того, чтобы избежать получения частиц осадка слишком большого размера, которые затем могли бы ухудшить сопротивление стали замедленному разрушению.The content of titanium present in the alloy is between 0.01 and 0.04 mass%. Titanium is added to liquid steel in order to increase the hardness of the material. Within the ranges indicated here, titanium also increases delayed fracture resistance in several ways. It contributes to the improvement of the austenite grains and forms precipitation phases that capture hydrogen. Finally, the hardening effect of titanium allows isothermal hardening at elevated holding temperatures. The maximum titanium content is set here in order to avoid getting too large sediment particles, which could then impair the resistance of the steel to delayed fracture.
Кроме того, сталь содержит ниобий в количестве, заключенном между 0,01 и 0,1 масс.%. Ниобий улучшает стойкость к водороду, так как, с одной стороны, он может ограничивать образование борокарбидов Fe3(C,B); Fe23(C,B)26, которые потребляются, и поэтому, снижается содержание “свободного” бора для сегрегации на границе зерен, и, с другой стороны, ниобий ограничивает рост аустенитных зерен путем образования карбонитридов. Улучшение структуры зерен приводит к увеличению общей длины границы зерен, и поэтому к лучшему распределению вредных элементов, таких как фосфор и сера, с пониженной концентрацией. Более того, уменьшение размера аустенитных зерен приводит к увеличению скорости трансформации бейнита. Максимальное содержание ниобия установлено для того, чтобы избежать получения частиц осадка слишком большого размера, которые затем могли бы ухудшить сопротивление стали замедленному разрушению. Кроме того, введение слишком большого количества ниобия приводит к повышенному риску дефектов "трещины" на поверхности заготовок и болванок, которые непрерывно отливаются. Если эти дефекты нельзя полностью устранить, они могут оказаться весьма вредоносными в отношении целостности свойств конечной детали, особенно это касается усталостной прочности и стойкости к водороду. Вот почему содержание ниобия поддерживают ниже 0,1 масс.%.In addition, the steel contains niobium in an amount between 0.01 and 0.1 mass%. Niobium improves resistance to hydrogen, since, on the one hand, it can limit the formation of Fe 3 (C,B) boron carbides; Fe 23 (C,B) 26 that are consumed, and therefore, the content of "free" boron for segregation at the grain boundary is reduced, and, on the other hand, niobium limits the growth of austenite grains by forming carbonitrides. The improvement in the grain structure leads to an increase in the overall length of the grain boundary, and therefore to a better distribution of detrimental elements such as phosphorus and sulfur at a reduced concentration. Moreover, a decrease in the size of austenite grains leads to an increase in the rate of bainite transformation. The maximum content of niobium is set in order to avoid getting too large precipitate particles, which could then worsen the steel's resistance to delayed fracture. In addition, the introduction of too much niobium leads to an increased risk of "crack" defects on the surface of blanks and ingots that are continuously cast. If these defects cannot be completely eliminated, they can be very detrimental to the integrity of the properties of the final part, especially in terms of fatigue strength and hydrogen resistance. That is why the content of niobium is maintained below 0.1 mass%.
В стали согласно изобретению содержание азота заключено между 0,003 и 0,01 масс.%. Азот захватывает бор путем образования нитридов бора, что делает неэффективной роль этого элемента в закаливании стали. Поэтому, в стали согласно изобретению содержание азота ограничено до 0,01 масс.%. Тем не менее при введении в небольшом количестве азот позволяет, в частности путем образования нитрида титана (TiN) и нитрида алюминия (AlN), избежать избыточного укрупнения аустенитных зерен в течение термической обработки, которой подвергается сталь. В этом случае азот также обеспечивает образование карбонитридных выделений, которые могут способствовать захватыванию водорода. Поэтому в стали согласно изобретению, содержание азота составляет больше чем или равное 0,003 масс.%.In the steel according to the invention, the nitrogen content is between 0.003 and 0.01% by weight. Nitrogen captures boron by forming boron nitrides, which makes the role of this element in steel hardening ineffective. Therefore, in the steel according to the invention, the nitrogen content is limited to 0.01 mass%. However, when introduced in a small amount, nitrogen makes it possible, in particular by forming titanium nitride (TiN) and aluminum nitride (AlN), to avoid excessive coarsening of the austenite grains during the heat treatment to which the steel is subjected. In this case, nitrogen also provides for the formation of carbonitride precipitates, which can contribute to the capture of hydrogen. Therefore, in the steel according to the invention, the nitrogen content is greater than or equal to 0.003 mass%.
Сталь согласно изобретению содержит по большей мере 0,015 масс.% фосфора и самое большее 0,015 масс.% серы. Влияние фосфора и серы является особенно вредным в сталях согласно изобретению по нескольким причинам. Действительно, поскольку эти элементы подавляют рекомбинацию водорода, они вносят вклад в повышение концентрации атомарного водорода, который способен проникать внутрь материала, поэтому способствуют повышенному риску замедленного разрушения используемой детали. Кроме того, из-за сегрегации на границах зерен, фосфор и сера уменьшают когезию зерен. Поэтому содержание фосфора и серы необходимо поддерживать на очень низком уровне. С этой целью необходимо принять меры для обеспечения удаления фосфора и серы из стали во время ее выплавки в жидком состоянии.The steel according to the invention contains at most 0.015 wt.% phosphorus and at most 0.015 wt.% sulfur. The influence of phosphorus and sulfur is particularly detrimental in the steels according to the invention for several reasons. Indeed, since these elements suppress the recombination of hydrogen, they contribute to an increase in the concentration of atomic hydrogen that is able to penetrate into the material, therefore, contribute to an increased risk of delayed failure of the used part. In addition, due to segregation at grain boundaries, phosphorus and sulfur reduce grain cohesion. Therefore, the content of phosphorus and sulfur must be kept at a very low level. To this end, measures must be taken to ensure the removal of phosphorus and sulfur from the steel during its smelting in a liquid state.
Сталь содержит от 0,01 до 1,0 масс.% никеля. Указанный элемент обеспечивает увеличение прочности стали и оказывает благотворное влияние на сопротивление хрупкому разрушению. Кроме того, никель известным способом улучшает коррозионную стойкость стали.Steel contains from 0.01 to 1.0 wt.% Nickel. The specified element provides an increase in the strength of the steel and has a beneficial effect on the resistance to brittle fracture. In addition, nickel improves the corrosion resistance of steel in a known manner.
Необязательно сталь содержит алюминий в количестве по большей мере, равном 0,1 масс.%. Алюминий является раскислителем стали в жидком состоянии. Кроме того, алюминий в форме нитрида способствует регулированию укрупнения аустенитных зерен в течение горячей прокатки. С другой стороны, при повышенном содержании алюминий может привести к укрупнению включений алюминатного типа в сталь, что может оказаться вредным для характеристик стали, особенно для ударной вязкости. В частности, содержание алюминия может находиться в количестве между 0,001 и 0,1 масс.%.Optionally, the steel contains aluminum in an amount of at least 0.1 wt%. Aluminum is a steel deoxidizer in the liquid state. In addition, aluminum in the form of nitride helps to control the coarsening of austenite grains during hot rolling. On the other hand, at higher levels of aluminum, it can lead to coarsening of the aluminate-type inclusions in the steel, which can be detrimental to the characteristics of the steel, especially the toughness. In particular, the aluminum content may be between 0.001 and 0.1% by weight.
Кроме того, необязательно сталь может содержать ванадий в количестве меньше или равном 0,5 масс.%. В случае наличия ванадия, благодаря его упрочняющему эффекту, ванадий обеспечивает возможность проведения изотермической закалки при повышенной температуре. Максимальное содержание ванадия установлено таким образом, чтобы избежать получения слишком крупных осажденных частиц, которые могли бы снизить сопротивление стали замедленному водородному разрушению. В частности, содержание ванадия может находиться в количестве между 0,05 и 0,5 масс.%.In addition, optionally, the steel may contain vanadium in an amount less than or equal to 0.5 wt.%. In case of presence of vanadium, due to its hardening effect, vanadium makes it possible to carry out isothermal hardening at elevated temperature. The maximum content of vanadium is set in such a way as to avoid getting too large precipitated particles, which could reduce the resistance of the steel to delayed hydrogen destruction. In particular, the vanadium content may be between 0.05 and 0.5% by weight.
Остальная часть композиции приходится на железо и неизбежные примеси, в частности, появившиеся при переработке.The rest of the composition is iron and inevitable impurities, in particular those that appear during processing.
Более конкретно, композиция стальной детали состоит из указанных выше элементов.More specifically, the composition of the steel part consists of the above elements.
Более конкретно, стальная деталь согласно изобретению представляет собой, в частности, стальную деталь холодной формовки, и более конкретно стальную деталь холодной высадки.More specifically, the steel part according to the invention is, in particular, a cold formed steel part, and more specifically a cold heading steel part.
Более конкретно, стальная деталь имеет средний размер зерна предшествующего аустенита меньше или равный 20 мкм, и например, средний размер зерна предшествующего аустенита заключен между 8 мкм и 15 мкм. Такой малый средний размер зерен предшествующего аустенита является типичным для холодной формовки, и более конкретно, для холодной высадки.More specifically, the steel part has an average austenite precursor grain size less than or equal to 20 µm, and for example, the average austenite precursor grain size is between 8 µm and 15 µm. Such a small average grain size of the precursor austenite is typical of cold forming, and more particularly cold heading.
Средний размер зерна предшествующего аустенита представляет собой средний размер зерна аустенита непосредственно перед его трансформацией при охлаждении. Зерна предшествующего аустенита могут быть выявлены на конечной детали, то есть, после охлаждения, с помощью подходящего метода, известного специалисту в этой области техники, например, путем травления реагентом для травления - пикриновой кислотой. Зерна предшествующего аустенита наблюдаются под оптическим микроскопом или сканирующим электронным микроскопом. Затем определяют размер зерна предшествующего аустенита, используя анализ изображений с помощью обычного программного обеспечения, известного специалисту в этой области техники.The average grain size of the preceding austenite is the average grain size of the austenite immediately prior to its transformation upon cooling. Pre-austenite grains can be detected on the final part, i.e., after cooling, by a suitable method known to the person skilled in the art, for example by etching with picric acid etchant. Preceding austenite grains are observed under an optical microscope or a scanning electron microscope. The grain size of the precursor austenite is then determined using image analysis with conventional software known to one of skill in the art.
Стальная деталь обладает микроструктурой, которая включает в себя, в долях поверхности или % по площади, между 90% и 98% бейнита и между 2% и 10% мартенситно-аустенитных (M/A) островков.The steel part has a microstructure that includes, in surface fractions or area %, between 90% and 98% bainite and between 2% and 10% martensitic-austenitic (M/A) islands.
M/A островки состоят из остаточного аустенита на периферии M/A островков и из аустенита, частично превращенного в мартенсит в центре M/A островков.The M/A islands are composed of retained austenite at the periphery of the M/A islands and of austenite partially transformed into martensite at the center of the M/A islands.
Остальная часть микроструктуры включает в себя, в долях поверхности, вплоть до 5% свежего мартенсита. В этом контексте термин “свежий мартенсит” означает не отпущенный или не подвергнутый авто-отпуску мартенсит.The rest of the microstructure includes, in fractions of the surface, up to 5% fresh martensite. In this context, the term "fresh martensite" means untempered or non-auto-tempered martensite.
Островки M/A имеют диаметр меньше или равный 50 мкм, более конкретно меньше или равный 20 мкм, и еще более конкретно, заключенный между 8 и 15 мкм. В этом контексте “диаметр” означает наибольшее измерение M/A островка. Диаметр M/A островков в частности измеряют при увеличении 500:1.The M/A islands have a diameter less than or equal to 50 microns, more specifically less than or equal to 20 microns, and even more specifically between 8 and 15 microns. In this context, “diameter” refers to the largest M/A dimension of an island. The diameter M/A of the islands is in particular measured at a magnification of 500:1.
Содержание углерода в M/A островков, например, составляет больше или равно 1 масс.%. Указанное конкретное содержание углерода является выгодным, поскольку это стабилизирует превращение в мартенсит остаточного аустенита в M/A островках.The carbon content of the M/A islands, for example, is greater than or equal to 1 wt%. This specific carbon content is advantageous because it stabilizes the martensitic transformation of the retained austenite in the M/A islands.
Стальная деталь обладает пределом прочности при растяжении, который заключен между 1400 МПа и 1800 МПа, и более конкретно, в диапазоне между 1500 МПа и 1800 МПа. В этом контексте предел прочности при растяжении определяется по традиционной методике, в частности согласно стандарту NF EN ISO 6892-1.The steel part has a tensile strength which is between 1400 MPa and 1800 MPa, and more specifically, in the range between 1500 MPa and 1800 MPa. In this context, the tensile strength is determined by conventional methods, in particular according to NF EN ISO 6892-1.
Кроме того, стальная деталь имеет твердость больше чем или равную 400 HV. В этом контексте, твердость определяется по традиционной методике, в частности согласно стандарту NF EN ISO 6507-1.In addition, the steel part has a hardness greater than or equal to 400 HV. In this context, hardness is determined according to traditional methods, in particular according to the NF EN ISO 6507-1 standard.
Оптимизированный состав и микроструктура стальной детали согласно изобретению позволяет получить очень хорошее сопротивление водородной хрупкости в сочетании с механической прочностью более 1400 МПа, более конкретно, в диапазоне между 1400 и 1800 МПа.The optimized composition and microstructure of the steel part according to the invention makes it possible to obtain very good resistance to hydrogen embrittlement in combination with a mechanical strength of over 1400 MPa, more specifically in the range between 1400 and 1800 MPa.
Получение микроструктуры, которая включает в себя бейнит между 90 и 98% по площади, является выгодным. Действительно, авторы изобретения обнаружили, что такая микроструктура приводит к хорошему компромиссу между сопротивлением водородной хрупкости и механической прочностью, и особенно пределом прочности при растяжении. В частности, бейнит обладает меньшей чувствительностью к водородной хрупкости, чем мартенсит. Кроме того, с вышеупомянутой микроструктурой может быть получен предел прочности при растяжении больше или равный 1400 МПа.Obtaining a microstructure that includes between 90 and 98 area % bainite is advantageous. Indeed, the inventors have found that such a microstructure results in a good compromise between hydrogen embrittlement resistance and mechanical strength, and especially tensile strength. In particular, bainite is less sensitive to hydrogen embrittlement than martensite. In addition, with the above microstructure, a tensile strength greater than or equal to 1400 MPa can be obtained.
В частности, наличие M/A островков на вышеупомянутых частях поверхности является выгодным для сопротивления водородной хрупкости. Действительно, M/A островки являются более пластичными, чем бейнитные области микроструктуры, и кроме того, представляют собой очень хорошие ловушки для водорода. Поэтому, благодаря присутствию M/A островков, водород захватывается в относительно пластичной области детали. Это уменьшает количество водорода, диспергированного по всей микроструктуре, который, вероятно, диффундирует в наиболее хрупкие области детали в результате напряжения, которому подвергается деталь при использовании, и который поэтому мог бы еще больше уменьшить сопротивление разрушению таких хрупких областей.In particular, the presence of M/A islands on the aforementioned surface portions is advantageous for resistance to hydrogen embrittlement. Indeed, M/A islands are more plastic than the bainite regions of the microstructure and, in addition, are very good traps for hydrogen. Therefore, due to the presence of M/A islands, hydrogen is trapped in a relatively ductile region of the part. This reduces the amount of hydrogen dispersed throughout the microstructure, which is likely to diffuse into the most brittle regions of the part as a result of the stress the part is subjected to in use, and which would therefore further reduce the fracture resistance of such brittle regions.
Доля поверхности M/A островков определённо больше, чем 10%, является нежелательной, поскольку остаточный аустенит в M/A островках при приложении напряжения превращается в более хрупкий мартенсит. Поскольку в M/A островках ранее был захвачен водород, указанный мартенсит содержит относительно большое количество водорода, и поэтому может образовывать предпочтительную зону хрупкого разрушения детали.A surface fraction of M/A islands certainly greater than 10% is undesirable because retained austenite in M/A islands transforms into more brittle martensite when stress is applied. Because the M/A islands have previously been trapped in hydrogen, said martensite contains a relatively high amount of hydrogen, and therefore may form the preferred brittle fracture zone of the part.
Вышеуказанный размер M/A островков еще больше улучшает стойкость к водороду, поскольку затем водород захватывается в меньших областях. Кроме того, превращение в мартенсит остаточного аустенита в M/A островках становится менее проблематичным в отношении сопротивления разрушению, поскольку указанное превращение может протекать в относительно небольшой области мартенсита.The above M/A size of the islands further improves the hydrogen resistance, as hydrogen is then trapped in smaller areas. In addition, transformation to martensite of retained austenite in M/A islands becomes less problematic in terms of fracture resistance, since said transformation can take place in a relatively small region of martensite.
Относительно небольшой размер зерен предшествующего аустенита еще больше улучшает сопротивление хрупкому разрушению. Действительно, размер пакетов решетки бейнита не может быть больше размера предшествующего аустенита. Поэтому, небольшой размер зерен предшествующего аустенита имеет следствием относительно малый размер пакетов решетки бейнита, что, в свою очередь, позволяет добиться лучшего распределения водорода, который имеет тенденцию к сегрегации в соединениях зерен. Поэтому указанное улучшенное распределение водорода, которое может присутствовать в бейнитной области микроструктуры, повышает сопротивление детали хрупкому разрушению.The relatively small grain size of the precursor austenite further improves the brittle fracture resistance. Indeed, the size of the bainite lattice packets cannot be larger than the size of the preceding austenite. Therefore, the small grain size of the precursor austenite results in a relatively small size of the bainite lattice packets, which in turn allows a better distribution of hydrogen, which tends to segregate in grain junctions. Therefore, this improved distribution of hydrogen, which may be present in the bainitic region of the microstructure, increases the brittle fracture resistance of the part.
Стальная деталь, например, имеет предел текучести больше или равный 1080 МПа.A steel part, for example, has a yield strength greater than or equal to 1080 MPa.
Предпочтительно, стальная деталь обладает относительным удлинением больше или равным 8% и/или относительное сужение больше или равное 44%. Величины относительного удлинения и относительного сужения измеряются по традиционной методике, и в частности согласно стандарту NF EN ISO 6892-1.Preferably, the steel piece has an elongation greater than or equal to 8% and/or a contraction greater than or equal to 44%. The elongation and shrinkage values are measured according to conventional methods, and in particular according to NF EN ISO 6892-1.
Стальные детали согласно изобретению могут быть выгодно использованы в качестве деталей для двигателей, трансмиссий и при сборке мостов для моторных транспортных средств. В частности, указанные стальные детали могут быть использованы в качестве болтов и гаек в таких областях применения, например, как болты головки цилиндра, болты крышки коренного подшипника и болты соединительного штока.The steel parts according to the invention can be advantageously used as parts for engines, transmissions and in the assembly of axles for motor vehicles. In particular, these steel parts can be used as bolts and nuts in applications such as cylinder head bolts, main bearing cap bolts, and connecting rod bolts.
Диаметр стальной детали является, например, меньше или равен 20 мм, и более конкретно меньше или равен 16 мм, и еще более конкретно меньше или равен 12 мм. Более конкретно, диаметр стальной детали является, например, больше или равен 5,5 мм.The diameter of the steel part is, for example, less than or equal to 20 mm, and more specifically less than or equal to 16 mm, and even more specifically less than or equal to 12 mm. More specifically, the diameter of the steel part is, for example, greater than or equal to 5.5 mm.
Описанная выше стальная деталь может быть получена, например, с использованием способа, который включает в себя:The steel part described above can be obtained, for example, using a method that includes:
- получение полупродукта, выполненного из стали;- obtaining a semi-finished product made of steel;
- отжиг указанного полупродукта при температуре отжига, определенно ниже, чем температура Ac1 стали;- annealing said intermediate at an annealing temperature definitely lower than the Ac1 temperature of the steel;
- холодную формовку полупродукта с образованием продукта холодной формовки;- cold molding of the semi-finished product with the formation of a cold molded product;
- продукт холодной формовки подвергают термической обработке таким образом, чтобы получить стальную деталь холодной формовки, причем термическая обработка включает в себя:- the cold-formed product is subjected to heat treatment so as to obtain a cold-formed steel part, and the heat treatment includes:
- нагревание продукта холодной формовки до температуры термической обработки больше или равной температуре полной аустенизации (Ac3) стали; и затем- heating the cold-formed product to a heat treatment temperature greater than or equal to the full austenization temperature (Ac3) of the steel; and then
- выдерживание продукта при температуре выдержки, заключенной между 300°C и 400°C в течение времени в диапазон между 15 минут и 2 часа.- keeping the product at a holding temperature between 300°C and 400°C for a time in the range between 15 minutes and 2 hours.
В частности, способ получения стальной детали не включает любые промежуточные этапы закалки.In particular, the method for producing the steel part does not include any intermediate hardening steps.
Полупродукт, полученный на этапе предоставления, имеет следующий состав, по массе:The semi-finished product obtained at the stage of provision has the following composition, by weight:
0,35% ≤ C ≤ 0,60%0.35% ≤ C ≤ 0.60%
0,15% ≤ Si ≤ 0,5%0.15% ≤ Si ≤ 0.5%
0,8% ≤ Mn ≤ 2,0%0.8% ≤ Mn ≤ 2.0%
0,0003% ≤ B ≤ 0,01%0.0003% ≤ B ≤ 0.01%
0,003% ≤ Mo ≤ 1,0%0.003% ≤ Mo ≤ 1.0%
1,0% ≤ Cr ≤ 2,0%1.0% ≤ Cr ≤ 2.0%
0,01% ≤ Ti ≤ 0,04%0.01% ≤ Ti ≤ 0.04%
0,003% ≤ N ≤ 0,01%0.003% ≤ N ≤ 0.01%
S ≤ 0,015%S ≤ 0.015%
P ≤ 0,015%P ≤ 0.015%
0,01% ≤ Ni ≤ 1,0%0.01% ≤ Ni ≤ 1.0%
0,01% ≤ Nb ≤ 0,1%0.01% ≤ Nb ≤ 0.1%
необязательноnot necessary
0 ≤ Al ≤ 0,1%0 ≤ Al ≤ 0.1%
0 ≤ V ≤ 0,5%0 ≤ V ≤ 0.5%
остальная часть приходится на железо и неизбежные примеси.the rest is iron and inevitable impurities.
Этот состав соответствует описанному ранее составу стальной детали.This composition corresponds to the previously described composition of the steel part.
Полупродукт, в частности, представляет собой тонкий пруток, имеющий, например, диаметр, заключенный между 5 мм и 25 мм.The intermediate is in particular a thin rod having, for example, a diameter between 5 mm and 25 mm.
Как упомянуто выше, этап отжига может осуществляется при температуре отжига, которая определенно ниже, чем температура Ac1 стали. Как обычно, температура Ac1 представляет собой температуру, при которой аустенит начинает формироваться в течение нагревания.As mentioned above, the annealing step may be carried out at an annealing temperature that is specifically lower than the Ac1 temperature of the steel. As usual, the temperature Ac1 is the temperature at which austenite begins to form during heating.
Этап отжига предназначен для временного снижения предела прочности при растяжении стали для того, чтобы подготовить сталь для холодной формовки. Например, в конце этапа отжига сталь имеет предел прочности при растяжении меньше или равный 600 МПа. Указанный отжиг называется сфероидизирующим отжигом.The annealing step is intended to temporarily reduce the tensile strength of the steel in order to prepare the steel for cold forming. For example, at the end of the annealing step, the steel has a tensile strength of less than or equal to 600 MPa. This annealing is called spheroidizing annealing.
Более конкретно, в течение этапа отжига полупродукт нагревается до температуры отжига выше или равной Ac1 - 20°C.More specifically, during the annealing step, the intermediate is heated to an annealing temperature greater than or equal to Ac1 - 20°C.
В течение этапа отжига полупродукт предпочтительно выдерживают при температуре отжига в течение времени, которое выбирают в зависимости от температуры отжига для того, чтобы предел прочности при растяжении стали после отжига составлял меньше, или был равен 600 МПа. Например, время выдерживания при температуре отжига составляет между 5 и 9 час.During the annealing step, the semi-finished product is preferably kept at the annealing temperature for a time which is selected depending on the annealing temperature so that the tensile strength of the steel after annealing is less than or equal to 600 MPa. For example, the holding time at the annealing temperature is between 5 and 9 hours.
Согласно конкретному примеру, этап отжига осуществляется при температуре отжига, равной 730°C, и время выдерживания при температуре отжига равняется 7 час.According to a specific example, the annealing step is carried out at an annealing temperature of 730°C and the holding time at the annealing temperature is 7 hours.
Предпочтительно этап отжига проводят в нейтральной атмосфере, например, в атмосфере, состоящей из газообразного азота.Preferably, the annealing step is carried out in a neutral atmosphere, such as an atmosphere consisting of nitrogen gas.
После выдерживания при температуре отжига, полупродукт охлаждается до комнатной температуры.After keeping at the annealing temperature, the intermediate is cooled to room temperature.
Предпочтительно охлаждение осуществляется со скоростью, которую выбирают для того, чтобы избежать осаждения перлита и образования бейнита, и таким образом, с целью поддержания предела прочности при растяжении меньше или равного 600 МПа после охлаждения. Эта скорость охлаждения может быть определена без затруднений с использованием диаграммы превращений при охлаждении стали.Preferably, cooling is carried out at a rate that is chosen to avoid precipitation of pearlite and formation of bainite, and thus to maintain a tensile strength of less than or equal to 600 MPa after cooling. This cooling rate can be determined without difficulty using the steel cooling transformation diagram.
Согласно конкретному примеру, охлаждение от температуры отжига осуществляется в три этапа: первый этап – охлаждение от температуры отжига до приблизительно 670°C, на котором сталь охлаждается со скоростью охлаждения меньше или равной 25°C/ч, второй этап охлаждения - приблизительно от 670°C до приблизительно 150°C, со скоростью охлаждения меньше или равной 250°C/с, и третий этап охлаждения - приблизительно от 150°C до комнатной температуры проводят со скоростью охлаждения, соответствующей охлаждению в атмосферном или естественном воздухе. Указанное трехступенчатое охлаждение и соответствующие температуры и скорости даны только в качестве примера, и могут быть использованы другие температуры и скорости, в частности зависящие от состава стали и желательного окончательного предела прочности при растяжении.According to a specific example, cooling from the annealing temperature is carried out in three stages: the first stage is cooling from the annealing temperature to approximately 670°C, in which the steel is cooled at a cooling rate less than or equal to 25°C/h, the second stage is cooling from approximately 670°C C to about 150°C, with a cooling rate less than or equal to 250°C/s, and the third stage of cooling - from about 150°C to room temperature is carried out at a cooling rate corresponding to cooling in atmospheric or natural air. The three-stage cooling and associated temperatures and rates are given by way of example only, and other temperatures and rates may be used, particularly depending on the composition of the steel and the desired final tensile strength.
Этап холодного формообразования является, например, этапом холодной высадки, таким, чтобы в конце этапа холодного формообразования получить холодновысаженный продукт, и получить стальную деталь холодной высадки в конце термической обработки.The cold forming step is, for example, a cold heading step such that a cold heading product is obtained at the end of the cold forming step, and a cold heading steel part is obtained at the end of the heat treatment.
Способ необязательно включает в себя, между этапами отжига и холодной высадки, этап холодного волочения отожжённого полупродукта для того, чтобы уменьшить диаметр продукта. Указанный этап холодного волочения, в частности, является этапом волочения тонкого прутка. В течение этого этапа волочения тонкого прутка уменьшение диаметра составляет, например, меньше или равное 5%.The method optionally includes, between the annealing and cold heading steps, the step of cold drawing the annealed semi-finished product in order to reduce the diameter of the product. Said cold drawing step is in particular a thin rod drawing step. During this step of drawing a thin rod, the reduction in diameter is, for example, less than or equal to 5%.
Предпочтительно, этапу холодного волочения предшествует подготовка поверхности, которая включает очистку поверхности заготовки детали, с последующим этапом формирования смазочного покрытия на поверхности заготовки детали.Preferably, the cold drawing step is preceded by surface preparation, which includes cleaning the surface of the part blank, followed by the step of forming a lubricant coating on the surface of the part blank.
Этап очистки, например, включает в себя удаление смазки и/или механическое или химическое удаление окалины или травление, необязательно с последующей нейтрализацией. В этом контексте, нейтрализация представляет собой процесс очистки, применяемый с целью очистки от всех посторонних частиц или соединений с поверхности стали для того, чтобы снизить риск коррозии.The cleaning step, for example, includes degreasing and/or mechanical or chemical descaling or pickling, optionally followed by neutralization. In this context, neutralization is a cleaning process used to remove all foreign particles or compounds from the steel surface in order to reduce the risk of corrosion.
Этап формирования смазочного покрытия, например, включает в себя фосфатную обработку и замыливание.The step of forming a lubricating coating, for example, includes phosphate treatment and soaping.
После холодной обработки, продукт холодной обработки подвергается термической обработке для того, чтобы получить стальную деталь холодной обработки, причем термическая обработка включает в себя:After cold working, the cold worked product is subjected to heat treatment to obtain a cold worked steel part, the heat treatment including:
- нагревание продукта холодной обработки до температуры термической обработки больше или равной температуре полной аустенизации Ac3 стали; и затем- heating the cold work product to a heat treatment temperature greater than or equal to the full austenitization temperature Ac3 of the steel; and then
- выдерживание продукта при температуре выдержки, заключенной между 300°C и 400°C в течение времени, в диапазоне между 15 минут и 2 часа.- holding the product at a holding temperature between 300°C and 400°C for a time between 15 minutes and 2 hours.
Указанная термическая обработка представляет собой изотермическую закалку.Said heat treatment is an isothermal hardening.
Согласно примеру, в течение стадии выдерживания продукт выдерживают при температуре выдержки в среде изотермической закалки. Например, средой изотермической закалки является солевая ванна.According to an example, during the holding step, the product is held at the holding temperature in an isothermal quenching environment. For example, the isothermal hardening medium is a salt bath.
В частности, в течение термической обработки продукт холодной обработки охлаждается от температуры термической обработки до температуры выдержки, предпочтительно в среде изотермической закалки. В частности, продукт охлаждается от температуры термической обработки до температуры выдержки в солевой ванне.In particular, during the heat treatment, the cold work product is cooled from the heat treatment temperature to the holding temperature, preferably in an isothermal quenching environment. In particular, the product is cooled from the heat treatment temperature to the salt bath temperature.
После завершения этапа выдержки, продуктам дают охладиться до комнатной температуры в атмосферном или естественном воздухе.After the holding stage is completed, the products are allowed to cool to room temperature in atmospheric or natural air.
Этап нагрева проводится таким образом, чтобы стальная деталь обладала полностью аустенитной микроструктурой в конце этапа нагрева.The heating step is carried out so that the steel part has a fully austenitic microstructure at the end of the heating step.
Средний размер зерен аустенита, образовавшихся в течение указанного этапа нагрева, является меньше или равным 20 мкм, и в частности, заключен между 8 и 15 мкм. Указанный размер измеряют, например, при увеличении 500:1.The average size of the austenite grains formed during said heating step is less than or equal to 20 µm, and in particular lies between 8 and 15 µm. The specified size is measured, for example, at a magnification of 500:1.
Указанный малый размер зерна является результатом применения способа холодной формовки, и более конкретно, холодной высадки, при производстве стальной детали. Этот размер аустенитного зерна представляет собой размер зерна предшествующего аустенита в стальной детали холодной формовки после изотермической закалки согласно изобретению.This small grain size is the result of the cold forming process, and more specifically cold heading, in the production of the steel part. This austenite grain size is the grain size of the preceding austenite in the cold formed steel part after isothermal hardening according to the invention.
Температура термической обработки составляет, например, по меньшей мере, выше на 50°C, чем температура полной аустенизации Ac3 стали.The heat treatment temperature is, for example, at least 50° C. higher than the full austenitization temperature Ac3 of the steel.
Более конкретно, в течение стадии нагрева, стальную деталь выдерживают при температуре термической обработки в течение времени в диапазоне между 5 минут и 120 минут.More specifically, during the heating step, the steel part is held at the heat treatment temperature for a time ranging between 5 minutes and 120 minutes.
В течение стадии выдерживания, предпочтительно температура выдержки, заключена между 300 и 380°C.During the holding stage, preferably the holding temperature is between 300 and 380°C.
В конце этапа выдержки получают подвергнутую холодному формованию стальную деталь, и более конкретно подвергнутую холодной высадке и изотермической закалке стальную деталь.At the end of the holding step, a cold formed steel part is obtained, and more particularly a cold heading and isothermally hardened steel part.
Полученная таким образом стальная деталь имеет микроструктуру, описанную выше для стальной детали.The steel part thus obtained has the microstructure described above for the steel part.
ЭкспериментыExperiments
Были проведены лабораторные испытания на отливках, имеющих химический состав, соответствующий C1 - C3, Ref1 и Ref2 и указанный ниже в таблице 1.Laboratory tests were carried out on castings having a chemical composition corresponding to C1 - C3, Ref1 and Ref2 and indicated in Table 1 below.
Таблица 1. Химический состав отливокTable 1. Chemical composition of castings
В приведенной выше таблице 1 состав указан в масс.%.In the above table 1, the composition is indicated in wt.%.
Во всех приведенных выше составах, остаток композиции состоит из железа и неизбежных примесей. В частности, в зависимости от процесса производства, и особенно когда сталь выплавляют из железного лома, она может содержать вплоть до 0,15% меди в качестве неизбежной примеси.In all of the above compositions, the remainder of the composition consists of iron and unavoidable impurities. In particular, depending on the manufacturing process, and especially when steel is smelted from scrap iron, it may contain up to 0.15% copper as an unavoidable impurity.
Композиции Ref1 и Ref2 представляют собой стандартные составы.Compositions Ref1 and Ref2 are standard formulations.
В первой серии экспериментов все вышеуказанные отливки подвергают отжигу, который включает в себя выдерживание отливки при температуре 730°C в течение времени выдерживания 7 час, с последующим охлаждением. Охлаждение осуществляется в три этапа, включающих охлаждение со скоростью охлаждения 25°C/ч до 670°C, с последующим охлаждением со скоростью 250°C/ч до 150°C, и окончательно охлаждение в атмосферном или естественном воздухе до комнатной температуры. Указанные скорости охлаждения были получены путем регулирования соответствующих условий нагревания в печи отжига, причем нагревание уменьшают или выключают, в зависимости от потребностей, способом, который известен специалисту в этой области техники.In the first series of experiments, all of the above castings are subjected to annealing, which includes keeping the casting at a temperature of 730°C for a holding time of 7 hours, followed by cooling. Cooling is carried out in three stages, including cooling at a cooling rate of 25°C/h to 670°C, followed by cooling at a rate of 250°C/h to 150°C, and finally cooling in atmospheric or natural air to room temperature. These cooling rates have been obtained by adjusting the appropriate heating conditions in the annealing furnace, the heating being reduced or switched off, as required, in a manner known to the person skilled in the art.
После отжига отливки подвергают холодной формовке в продукт холодной формовки.After annealing, the castings are cold-formed into a cold-formed product.
В экспериментах E1 - E4 и E6 (см. таблицу 2 ниже) продукты холодной формовки затем подвергают изотермической закалке, включающей:In experiments E1 - E4 and E6 (see Table 2 below), the cold formed products are then subjected to isothermal quenching, including:
- нагрев продукта холодной формовки до температуры термической обработки Tt и выдерживание продукта при указанной температуре в течение времени выдерживания tt; и затем- heating the cold-formed product to the heat treatment temperature T t and keeping the product at the specified temperature for the holding time t t ; and then
- выдерживание продукта при температуре выдержки Th в течение времени выдерживания th в солевой ванне.- keeping the product at the holding temperature T h for the holding time t h in a salt bath.
Затем продуктам дают охладиться до комнатной температуры в атмосферном или естественном воздухе.The products are then allowed to cool to room temperature in atmospheric or natural air.
В эксперименте E5 продукт холодной формовки, выполненный из сплава, имеющего состав Ref2, подвергают термической обработке, включающей закалку с последующим отпуском после холодной высадки, вместо изотермической закалки, описанной выше. Более конкретно, в этом эксперименте термическая обработка включает нагревание до температуры 890°C и выдерживание в течение 30 минут при указанной температуре, с последующей закалкой при скорости охлаждения больше, чем критическая скорость охлаждения мартенсита, и затем отпуск при 450°C в течение 60 минут.In experiment E5, a cold formed product made from an alloy having composition Ref2 is subjected to a heat treatment including quenching followed by cold heading tempering instead of the isothermal quenching described above. More specifically, in this experiment, the heat treatment includes heating to a temperature of 890°C and holding for 30 minutes at that temperature, followed by quenching at a cooling rate greater than the critical cooling rate of the martensite, and then tempering at 450°C for 60 minutes. .
В таблице 2 ниже, для различных экспериментов E1 - E6, указаны составы стальных продуктов, диаметр продуктов холодной формовки, а также, когда это применимо, условия термической обработки.Table 2 below, for various experiments E1 to E6, lists the compositions of the steel products, the diameter of the cold formed products, and, when applicable, the heat treatment conditions.
Таблица 2. Условия термической обработкиTable 2. Heat treatment conditions
В таблице 2 выше, n.a. означает «неприменимо».In table 2 above, n.a. means "not applicable".
В таблице 2 выше, стандартные эксперименты подчеркнуты (эксперименты E4 - E6).In Table 2 above, standard experiments are underlined (Experiments E4 - E6).
Испытания на растяжение были проведены с использованием испытуемого образца типа TR03 (диаметр 5 мм, длина 75 мм). Испытания на растяжение были проведены согласно стандарту NF EN ISO 6892-1, то есть, с поперечной скоростью 8 мм/мин. Каждое значение является средним из трех измерений.Tensile tests were carried out using a test piece type TR03 (diameter 5 mm, length 75 mm). Tensile tests were carried out according to NF EN ISO 6892-1, i.e. with a transverse speed of 8 mm/min. Each value is the average of three measurements.
Выполнен профиль твердости по поперечному сечению образцов. Испытания твёрдости по Виккерсу были проведены под нагрузкой 30 кг при длительности 15 секунд. Твердость измеряли согласно стандарту NF EN ISO 6507-1. Каждое значение является средним из трех измерений.The hardness profile was made along the cross section of the samples. Vickers hardness tests were carried out under a load of 30 kg for a duration of 15 seconds. Hardness was measured according to NF EN ISO 6507-1. Each value is the average of three measurements.
Результаты этих испытаний обобщены ниже, в таблице 3.The results of these tests are summarized below in Table 3.
Кроме того, была проанализирована микроструктура полученных таким образом продуктов, на основании поперечных сечений указанных продуктов. Более конкретно, структуры, присутствующие в сечениях, были охарактеризованы с помощью оптической микроскопии (LOM) и сканирующей электронной микроскопии (SEM). Исследования LOM и SEM проводили после травления с использованием раствора, содержащего нитал.In addition, the microstructure of the products thus obtained was analyzed on the basis of the cross sections of said products. More specifically, the structures present in the cross sections were characterized by optical microscopy (LOM) and scanning electron microscopy (SEM). LOM and SEM studies were performed after etching using a solution containing nital.
Микроструктура образцов стали была охарактеризована с использованием цветного травления для различения фаз мартенсита, бейнита и феррита с использованием травильного раствора ЛеПера (LePera 1980). Травильный раствор является смесью 1% водного раствора метабисульфита натрия (1 г Na2S2О5 в 100 мл дистиллированной воды) и 4% пикраля (4 г сухой пикриновой кислоты в 100 мл этанола), которые смешивают в соотношении 1:1 непосредственно перед использованием.The microstructure of steel samples was characterized using color etching to distinguish between martensite, bainite and ferrite phases using LePera's pickling solution (LePera 1980). The pickling solution is a mixture of 1% sodium metabisulfite aqueous solution (1 g Na 2 S 2 O 5 in 100 ml distilled water) and 4% picral (4 g dry picric acid in 100 ml ethanol), which are mixed in a 1:1 ratio immediately before use.
Травление раствором ЛеПера выявляет первичные фазы и вторичные фазы, такие как типа бейнита (верхний, нижний), мартенсита, островки и пленки аустенита или M/A островки. После травления раствором ЛеПера под световым оптическим микроскопом при увеличении 500:1 феррит проявляется голубым, бейнит – от синего до коричневого (верхний бейнит синим цветом, нижний бейнит - коричневым), мартенсит - от коричневого до светло-желтого и M/A островки - белым цветом.Etching with LePer's solution reveals primary phases and secondary phases such as bainite (upper, lower), martensite, islands and austenite films or M/A islands. After etching with a LePer solution under a light optical microscope at 500:1 magnification, ferrite appears blue, bainite blue to brown (upper bainite blue, lower bainite brown), martensite brown to light yellow and M/A islands white. color.
Количество M/A островков в процентах для данной площади, а также диаметр островков на изображениях измеряли с использованием адаптированного программного обеспечения для обработки изображений, в частности, ImageJ программного обеспечения обработки и анализа изображений, обеспечивающее количественное определение.The number of M/A islets in percent for a given area, as well as the diameter of the islets in the images were measured using an adapted imaging software, in particular, ImageJ image processing and analysis software, providing quantification.
Размер зерна предшествующего аустенита определяли после травления Béchet-Beaujard, путем сравнения типов изображений согласно стандарту NF EN ISO 643. Каждое значение является средним из трех измерений.The grain size of the preceding austenite was determined after Béchet-Beaujard etching by comparing image types according to NF EN ISO 643. Each value is the average of three measurements.
Результаты этих анализов обобщены в следующей таблице 4.The results of these analyzes are summarized in the following Table 4.
В таблицах 3 и 4 использованы следующие сокращения:Tables 3 and 4 use the following abbreviations:
TS (МПа) означает предел прочности при растяжении, измеренный путем испытания на растяжение в продольном направлении относительно направления прокатки,TS (MPa) means ultimate tensile strength measured by tensile test in the longitudinal direction relative to the rolling direction,
YS (МПа) означает предел текучести, измеренный путем испытания на растяжение в продольном направлении относительно направления прокатки,YS (MPa) means the yield strength measured by tensile test in the longitudinal direction relative to the rolling direction,
Ra (%) относится проценту относительного сужения, который измерен путем испытания на растяжение в продольном направлении относительно направления прокатки,Ra (%) refers to the percentage of relative contraction, which is measured by a tensile test in the longitudinal direction relative to the rolling direction,
El (%) означает относительное удлинение, измеренное путем испытания на растяжение в продольном направлении относительно направления прокатки,El (%) means elongation measured by tensile test in the longitudinal direction relative to the rolling direction,
HV30 относится к результату измерения твердости,HV30 refers to the result of hardness measurement,
M/A относится к островкам мартенсита/остаточного аустенита. M/A refers to islands of martensite/residual austenite.
Таблица 3. Механические характеристики образцовTable 3. Mechanical characteristics of samples
Таблица 4. Микроструктура образцовTable 4. Microstructure of samples
(% по
площади)Beinit
(% on
area)
(% по площади)M/A islands
(% by area)
(% по площади)Martensite
(% by area)
В таблице 4, выше n.a. означает «неприменимо».In table 4, above n.a. means "not applicable".
Окончательно, для каждого эксперимента E1 - E6 определяли стойкость к водороду соответствующих образцов, путем сопоставления результатов испытания на растяжение при медленной скорости деформации (скорость деформации 10-5 с-1) для образца без водорода и для образца наполненного водородом (стандарт NF A-05-304).Finally, for each experiment E1 - E6, the hydrogen resistance of the respective samples was determined by comparing the results of a tensile test at a slow strain rate (strain rate of 10 -5 s -1 ) for a sample without hydrogen and for a sample filled with hydrogen (NF A-05 standard -304).
Более конкретно, авторы изобретения определяли пластичность (по проценту относительного сужения Ra) для наполненного и ненаполненного образцов, и сопоставляли результаты по показателю склонности к охрупчиванию.More specifically, the inventors determined the ductility (in terms of the percentage of relative contraction Ra) for the filled and unfilled samples, and compared the results in terms of embrittlement tendency.
Суммарное содержание H2 внутри образцов до наполнения составляло приблизительно 0,3 ч./млн.The total H 2 content inside the samples prior to filling was approximately 0.3 ppm.
Наполнение водородом проводили путем катодного наполнения с использованием раствора электролита, состоящего из 1н. H2SO4 с добавлением промотора водорода -тиомочевины (2,5 мг/л), при плотности тока I = 0,8 мА/см² в течение 5 час.Filling with hydrogen was carried out by cathodic filling using an electrolyte solution consisting of 1N. H 2 SO 4 with the addition of a hydrogen promoter -thiourea (2.5 mg / l), at a current density of I \u003d 0.8 mA / cm² for 5 hours.
Для каждой пары образцов (наполненного и ненаполненного), показатель склонности к охрупчиванию IRa, относящийся к проценту относительного сужения, рассчитывали с использованием следующей формулы:For each pair of specimens (filled and unfilled), the embrittlement propensity index I Ra , related to the percentage of relative contraction, was calculated using the following formula:
IRa = 1- [Ra(H2)/ Ra(H2=0)], где Ra(H2) соответствует величине относительного сужения, в процентах, измеренной для образца наполненного водородом, и Ra(H2=0) соответствует величине относительного сужения, в процентах, измеренной для ненаполненного образца.I Ra = 1- [Ra(H 2 )/ Ra(H 2 =0)], where Ra(H 2 ) corresponds to the amount of relative contraction, in percent, measured for a sample filled with hydrogen, and Ra(H 2 =0) corresponds to the amount of relative contraction, in percent, measured on an unfilled sample.
Показатель склонности к охрупчиванию IRa, близкий к 1, означает, что этот образец является очень чувствительным к водородной хрупкости. Показатель склонности к охрупчиванию IRa меньше или равный 0,35 считается удовлетворительным с учетом желательного применения.An embrittlement tendency I Ra close to 1 means that this sample is very sensitive to hydrogen embrittlement. An I Ra less than or equal to 0.35 is considered satisfactory for the desired application.
Кроме того, авторы изобретения в каждом случае наблюдали характер поверхности излома.In addition, the inventors in each case observed the nature of the fracture surface.
Результаты указанных испытаний обобщены в таблице 5.The results of these tests are summarized in Table 5.
Таблица 5. Результаты испытаний стойкости к водородуTable 5. Test results for hydrogen resistance
изломаSurface nature
fracture
в основном хрупкий изломintergranular +
mostly brittle fracture
Как можно видеть из приведенной выше таблицы 5, водород значительно влияет на пластичность.As can be seen from Table 5 above, hydrogen has a significant effect on ductility.
Образцы стали, имеющие составы C1 - C3 (смотрите эксперименты E1 - E3), демонстрируют более высокую стойкость к водороду, чем стандартная марка Ref2, после закалки и отпуска (смотрите эксперимент E5), и стандартная марка Ref1 после термической изотермической закалки (смотрите эксперименты E4 и E6).Steel samples having compositions C1 - C3 (see experiments E1 - E3) show higher resistance to hydrogen than the standard Ref2 grade after quenching and tempering (see experiment E5), and the standard Ref1 grade after thermal isothermal quenching (see experiments E4 and E6).
Кроме того, наблюдается пластичный характер поверхности излома в случае экспериментов E1 - E3, тогда как для сравнительных экспериментов E4 - E6 наблюдается межкристаллитный хрупкий характер излома или наблюдается возникновение излома до температуры Ts.In addition, a plastic character of the fracture surface is observed in the case of experiments E1 - E3, while for comparative experiments E4 - E6, an intergranular brittle fracture character is observed or fracture is observed up to a temperature Ts.
Сопоставление образцов, имеющих содержание бейнита больше или равное 90% (эксперименты E1 - E3), с образцами, имеющими мартенситную микроструктуру (эксперимент E5), показывает, что бейнитная структура менее чувствительна к водородной хрупкости, чем мартенситная структура.Comparison of samples having a bainite content greater than or equal to 90% (experiments E1 - E3) with samples having a martensitic microstructure (experiment E5) shows that the bainitic structure is less sensitive to hydrogen embrittlement than the martensitic structure.
Окончательно можно заметить, что образцы согласно изобретению (эксперименты E1 - E3) поглощают меньше водорода при аналогичных условиях наполнения, чем сравнительные образцы согласно экспериментам E4 и E6.Finally, it can be seen that the samples according to the invention (experiments E1 - E3) absorb less hydrogen under similar filling conditions than the comparative samples according to experiments E4 and E6.
Следовательно, эти эксперименты демонстрируют, что стальные детали согласно изобретению, особенно хорошо подходят для указанных выше областей применения, таких как сборочные детали для моторных транспортных средств. Действительно, эти детали обладают весьма хорошими механическими характеристиками, и в частности хорошим предел прочности при растяжении, в сочетании с улучшенным сопротивлением водородной хрупкости, по сравнению со стальными деталями уровня техники.Therefore, these experiments demonstrate that the steel parts according to the invention are particularly well suited for the above applications, such as assembly parts for motor vehicles. Indeed, these parts have very good mechanical characteristics, and in particular good tensile strength, combined with improved resistance to hydrogen embrittlement, compared to prior art steel parts.
Кроме того, способ согласно изобретению обладает тем преимуществом, что позволяет получить, после отжига, достаточно низкий предел прочности при растяжении для того, чтобы обеспечить применение традиционной технологии холодной формовки, и снизить износ инструментальных средств, в то время как в результате получаются окончательные детали, обладающие высоким пределом прочности при растяжении (больше или равный 1400 МПа).In addition, the method according to the invention has the advantage of obtaining, after annealing, a sufficiently low tensile strength to allow the use of conventional cold forming technology and to reduce tool wear, while resulting in final parts, having a high tensile strength (greater than or equal to 1400 MPa).
Claims (57)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IBPCT/IB2019/056061 | 2019-07-16 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2788982C1 true RU2788982C1 (en) | 2023-01-26 |
Family
ID=
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1717646A1 (en) * | 1990-05-22 | 1992-03-07 | Днепропетровский Металлургический Институт | Process for heat treatment of rolled bainite class pre-eutectoid steels |
| DE102008022401A1 (en) * | 2008-05-06 | 2009-11-19 | Thyssenkrupp Steel Ag | Method for the production of steel mold part e.g. automobile body with predominantly bainitic structure, comprises providing starting material in the form of a steel plate or a preformed steel part and through-heating the starting material |
| US20140283960A1 (en) * | 2013-03-22 | 2014-09-25 | Caterpillar Inc. | Air-hardenable bainitic steel with enhanced material characteristics |
| US20160017465A1 (en) * | 2013-04-15 | 2016-01-21 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Hot-rolled steel sheet |
| RU2664848C2 (en) * | 2013-05-28 | 2018-08-23 | Зальцгиттер Флахшталь Гмбх | Method of manufacturing details by steel billet hot deformation |
| RU2675025C2 (en) * | 2014-06-06 | 2018-12-14 | Арселормиттал | High-strength multi-phase steel, method for its preparation and application |
| RU2677444C2 (en) * | 2013-07-24 | 2019-01-16 | Арселормиттал | Steel sheet having very high mechanical properties of strength and ductility, manufacturing method and use of such sheets |
| EP2134882B1 (en) * | 2007-04-12 | 2019-10-30 | ArcelorMittal Gandrange | Microalloyed steel with good resistance to hydrogen for the cold-forming of machine parts having high properties |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1717646A1 (en) * | 1990-05-22 | 1992-03-07 | Днепропетровский Металлургический Институт | Process for heat treatment of rolled bainite class pre-eutectoid steels |
| EP2134882B1 (en) * | 2007-04-12 | 2019-10-30 | ArcelorMittal Gandrange | Microalloyed steel with good resistance to hydrogen for the cold-forming of machine parts having high properties |
| DE102008022401A1 (en) * | 2008-05-06 | 2009-11-19 | Thyssenkrupp Steel Ag | Method for the production of steel mold part e.g. automobile body with predominantly bainitic structure, comprises providing starting material in the form of a steel plate or a preformed steel part and through-heating the starting material |
| US20140283960A1 (en) * | 2013-03-22 | 2014-09-25 | Caterpillar Inc. | Air-hardenable bainitic steel with enhanced material characteristics |
| US20160017465A1 (en) * | 2013-04-15 | 2016-01-21 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Hot-rolled steel sheet |
| RU2664848C2 (en) * | 2013-05-28 | 2018-08-23 | Зальцгиттер Флахшталь Гмбх | Method of manufacturing details by steel billet hot deformation |
| RU2677444C2 (en) * | 2013-07-24 | 2019-01-16 | Арселормиттал | Steel sheet having very high mechanical properties of strength and ductility, manufacturing method and use of such sheets |
| RU2675025C2 (en) * | 2014-06-06 | 2018-12-14 | Арселормиттал | High-strength multi-phase steel, method for its preparation and application |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2688092C2 (en) | Method of making a high-strength steel article and a steel article obtained in such a way | |
| KR101668539B1 (en) | Trip-aided dual-phase martensitic steel and ultrahigh-strength-steel processed product using same | |
| US9845519B2 (en) | Boron-added high strength steel for bolt and high strength bolt having excellent delayed fracture resistance | |
| KR102335655B1 (en) | Steel parts and methods of manufacturing the steel parts | |
| US20170058376A1 (en) | Rolled material for high strength spring, and wire for high strength spring | |
| CN101960038A (en) | Cold-rolled steel sheets | |
| JP7422854B2 (en) | Steel parts manufacturing method and steel parts | |
| RU2750317C1 (en) | Cold-rolled and heat-treated sheet steel and method for its production | |
| US20150329932A1 (en) | Hot-rolled steel sheet exhibiting excellent cold formability and excellent surface hardness after forming | |
| RU2539640C2 (en) | High-strength steel plate produced by hot rolling and having good formability, and device for its production | |
| KR20230004794A (en) | Cold rolled and annealed steel sheet or hot pressed and annealed steel part | |
| RU2788982C1 (en) | Steel part and method for its production | |
| KR20230004795A (en) | Cold rolled, annealed and partitioned steel sheet and manufacturing method thereof | |
| KR20180067252A (en) | High strength steel wire rod having excellent corrosion resistance for spring, and method for manufacturing the same | |
| JP5030695B2 (en) | High carbon steel excellent in break separation and production method thereof | |
| RU2822646C2 (en) | Method of making steel element and steel part | |
| RU2810466C1 (en) | Cold-rolled, annealed steel sheet or hot-pressed, annealed steel part | |
| WO2022263887A1 (en) | Method for producing a steel part and steel part |