[发明专利]锰硼系低碳微合金高强度非调质钢及其生产方法

说明书

技术领域

本发明属于合金钢领域，主要涉及一种锰硼系低碳微合金高强度非调质钢及其生产方法。

背景技术

近年来，随着汽车行业的迅猛发展，对汽车零部件用钢的需求量越来越大，对其性能要求也越来越高。35CrMo、40CrMnMo等广泛用于汽车轴类件，这类轴类件必须经调质处理后才能使用，要求性能指标达到Rm≥980MPa，R_p0.2≥785MPa，A₅≥10％，Z≥45％以上，这种工艺能耗高，工序多，导致生产成本高，有时不可避免要产生变形、开裂、氧化和脱碳等缺陷。而非调质钢因具有简化生产工艺，较少变形开裂，从而降低能耗和生产成本等优点而受世界各国的重视，得到迅速发展和应用，非调质钢在汽车行业的广泛应用也成为提高汽车市场竞争力的一个重要途径。本发明的目的是提出一种轧后空冷，不需任何热处理，即可得到抗拉强度Rm≥1000MPa，A₅≥15％，Z≥50％以上，成本较低的Mn-B系低碳微合金贝氏体非调质钢，以满足汽车行业对零部件性能日益提高的要求。其特点是使用廉价的C、Mn、Si等元素，添加微量的V、Ti、Nb、B等元素取代调质钢中的Cr、Ni、Mo等贵重元素，可应用于制造轴类、连杆、高强度标准件等零部件。

现有有关Mn-B系低碳微合金非调质钢均通过加入一定量的Cr，有的还添加一定量的Ni、Mo来提高强韧性，这必然会增加合金的制造成本。又如中国专利公开号CN1657643A是通过添加Cu元素来提高钢的强度及低温韧性，但在热加工过程中会产生Cu的热脆性。又如中国专利公开号CN1657643A、CN101597716A、CN101568661A发明中对钢中气体N含量有一定的控制范围要求，增加了冶炼难度。又如中国专利公开号CN1477226A、CN101597716A要求钢中添加RE、Ca、Zr等一种或一种以上的合金元素，使制造工艺复杂，生产成本增加。如表1所示。

表1单位：wt％

发明内容

本发明的目的是提供一种锰硼系低碳微合金高强度非调质钢及其生产方法，在保证钢的强韧性的前提下(Rm≥1000MPa，A₅≥15％，Z≥50％)，充分利用廉价的C、Si、Mn等元素，添加微量的V、Ti、Nb、B等元素，降低贵重元素Cr、Ni、Mo、Cu的应用，且本发明钢中不需添加冶炼过程中难于控制的N、RE、Ca、Zr等元素，从而简化工艺，降低制造成本；而且，由于本发明钢种在轧后空冷就具备良好的综合性能，因此可以取消调质热处理工序，从而简化其生产工艺，提高生产效率，降低生产成本。

为达到上述目的，本发明的的技术方案是：

本发明的锰硼系低碳微合金高强度非调质钢，其化学成分重量百分比为：C：0.17～0.25％、Si：0.80～1.20％、Mn：1.60～2.50％；V：0.08～0.15％、Nb：0.015～0.10％、Ti：0.01～0.06％、Al：0.015～0.05％；B：0.0005～0.005％、其余为Fe和不可避免的杂质，杂质元素的总量低于0.05％。

在本发明的合金钢成分设计中：

C，是保证钢室温强度和淬透性所必需的成分，固溶强化作用显著，是保证在非调质状态下能够达到所需强度必不可少的元素，碳含量低于0.15％时淬透性和强度不够，但C含量过高则降低贝氏体转变温度，不利于贝氏体形成。优选C含量为0.17～0.25％。

Si，加入钢中起到了脱氧和固溶强化的作用，且Si能抑制贝氏体中碳化物的析出，改变贝氏体的形态，提高贝氏体韧性。含量低于0.80％效果不明显。当含量超过1.20％后，加工性和韧性恶化。优选Si含量为0.80～1.20％。

Mn，是主要的强韧化元素，Mn可以提高淬透性并确保强度，且能提高V、Ti在奥氏体中的固溶度，增强其沉淀强化效果；Mn的加入将细化钢的组织，提高韧性。Mn能扩大奥氏体区，促进钢的中温组织转变，即获得贝氏体组织。若达到上述效果，Mn含量必须在1.50％以上，另一方面，若Mn含量过高，则钢的韧性降低。为此，优选的Mn含量为1.60～2.50％。

Al，在钢中起到了脱氧和细化晶粒的作用。当加入量低于0.01％时，效果不明显，加入量超过0.06％时会使铝系夹杂物颗粒增大，使力学性能变差。优选在0.015～0.05％。