[发明专利]一种非调质钢控制冷却热处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢材的热处理工艺，特别涉及一种非调质钢控制冷却热处理工艺。

技术背景

当今世界上最先进的汽车发动机连杆是用非调质(免去淬火、高温回火)钢胀裂分离连杆盖和连杆体省去分锻和加工连杆盖、体多道工序，既节能、降耗、简化加工工艺，又提高产品质量(避免出现淬火裂纹和连杆螺栓工作时因连杆滑动而承受横向应力)，是德国大众公司特有技术，关键是使用这类非调质钢除了要求有特定的化学成分之外，还要求在钢号指定端淬距离有特定的硬度值，而且硬度波动很小(±HRC2)，因而钢厂生产这种钢材的合格率很低，成本增高。目前，我国钢厂尚较难稳定生产这种钢材，使用者大多需要进口，价格很高，约为同牌号钢材的二倍。与调质钢制件相比已无降低生产成本的优势，因而难以广泛推广应用。非调质钢胀裂连杆，要求锻造成形后控制冷却，获得细珠光体(P)组织，游离铁素体(F)≤10％。硬度为HRC29～31。硬度过高，因易出现硬脆的马氏体(M)组织而使脆性增大不能使用；硬度过低，除了强度达不到要求外，还会在胀断连杆盖时发生塑性变形而使整个连杆报废。

以捷达车连杆使用的屈服强度σ0.2≥520Mpa(σb≥900Mpa，δ5≥10％，ψ≥20％)的70S非调质钢为例，现用锻造工艺及锻后过冷奥氏体(A)连续冷却转变图和控冷曲线综合图如图1所示，从图1中可以看出，过冷奥氏体发生的相变是在一个温度范围内进行的，形成的显微组织有一定的差别，高温形成的珠光体片间距大，硬度低，低温形成的珠光体片间距小，硬度高，而且这种差异随着冷却速度的增大而加大。并造成钢件综合力学性能降低。从图1中还可以看出，只有当钢件的冷却速度等于V3时，才能获得技术要求的力学性能。况且在工业生产上，可控制钢件冷却速度的冷却，可调节的幅度很小，因而主要依赖所用钢材的严格化学成分和淬透性特性来保证。

我们测定了一种从德国进口的70S非调质钢的过冷奥氏体连续冷却相变曲线和端淬曲线综合图如图2、图3所示，相当于捷达车连杆关键部位杆部的有效厚度为6mm，锻后空冷时约为端淬曲线距淬端22mm处的冷却情况，即在700℃时的冷却速度V700℃≈6.2℃/s。只有在这种冷却条件下，制件的硬度才为HRC30，显微组织为细珠光体加少量游离铁素体。由于同一钢号钢材的化学成分在一定范围内是波动的，必然影响钢的J22(端淬曲线距淬端22mm处的硬度，因此要求用钢的端淬曲线带很窄±HRC2，即该处的硬度为HRC30±2，即HRC～32)，才能满足技术要求，这是欧美老工业发达国家惯用的钢材特性适应加工处理工艺的技术路线，而且，如果制件要求力学性能增高或有效厚度，则必需使用另一牌号的非调质钢来制造，如要求屈服强度σ0.2≥650Mpa时，则需要使用70MnVS钢。因此，基本上是一种零件需要使用一种非调质钢号。从而造成了这类钢材的钢号多，同钢号产量少的局面，这也成为生产这类钢材成本高的原因之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种非调质钢控制冷却热处理工艺，该工艺是用易冶炼、成本低的与现用非调质钢材质相同，但无需保证端淬曲线带的钢材，锻后采用精确控制冷却的工艺，确保制件稳定获得需要的显微组织和力学性能，为汽车制造提供节能、降耗、环保和优质的非调质钢制造汽车零件，并降低了制造成本，提高了经济效益。

本发明对非调质钢采用锻造后进行等温处理工艺，其中的工艺参数如下：

(1)等温处理之前非调质钢钢件的最低冷却速度Vc或最长冷却时间tc；

(2)等温处理之前钢件的最低冷却温度Tmin；

(3)钢件的等温温度Tiso；

(4)钢件的最短等温保持时间tiso；

tc≥tn/60(min)

Logtn(s)＝a₁C-b₁Si+c₁Mn+d₁Cr+e₁Mo+f₁Ni+g₁Cu-h₁；

Tmin(℃)

Tmin(℃)a₂-b₂Mn-c₂V-d₂Nb-e₂Si-f₃Cr-g₃Mo-h₂Ni-i₂W；

Tiso(℃)