[发明专利]抗拉强度、疲劳强度和切削性优良的热锻造非调质钢

说明书

                             技术领域

本发明是关于在热锻造后不进行淬火、回火等调质热处理，直接使用的同时具有优良的抗拉强度、疲劳强度和切削性的热锻造的非调质钢。

                             背景技术

从节省工序、降低制造成本的观点出发，对于以汽车为主的机械结构用部件，正在普及使用非调质钢。

这些非调质钢主要着眼于开发具有高抗拉强度(或硬度)、高屈服强度和高韧性的非调质钢。因此，例如在特开昭62-205245等中所看到的那样，已提出了使用强化析出的代表元素V的非调质钢。然而，真正妨碍将这种高强度高韧性的非调质钢应用于机械部件的原因是疲劳强度和切削性。

疲劳强度一般依赖于抗拉强度，提高抗拉强度，则使疲劳强度变高。但是，由于抗拉强度提高，会使切削极性极端恶化，若抗拉强度超过118×10⁷Pa(120kgf/mm²)，则以通常的生产能力已经不能生产。因此，渴望在不恶化切削性的情况下，能够实现提高疲劳强度的非调质钢。

为此，有效的手段是提高疲劳强度和抗拉强度之比，即耐久比。

因此，如在特开平4-176842等中看到的那样，已提出了作为贝氏体主体的金属组织，降低组织中的高碳岛状马氏体和残余奥氏体的方法。

然而，尽管致力于这样的开发，但是，耐久比最大是0.55左右，切削性也仅改善到切削性极差的以往贝氏体非调质钢的2倍左右。

本发明人首先着眼于含有良好切削性的珠光体的组织，(1)首先通过TiN和VN复合析出在MnS上，在使锻造加热时的奥氏体晶粒细化的同时，以复合析出物作为核生成部位，使铁素体微细析出，(2)接着，当珠光体析出时，在已析出的珠光体中的铁素体基体上进一步极微细地析出钒碳化物或钒碳氮化物。通过使用像这样的二次析出手段，全体组织细化，而且由于组合所得到的具有析出强化的珠光体金属组织，而发明了疲劳强度和切削性优良的热锻造用非调质钢。但是，这种类型的非调质钢的抗拉强度的极限高达100kgf/mm²，因此，即使耐久比提高，但疲劳强度还是有限的。

本发明提供具有以往非调质钢难以实现的、高疲劳强度、抗拉强度和切削性的热锻造用非调质钢。

                     发明的公开

要想获得高疲劳强度，最容易的方法是提高抗拉强度(硬度)。为了提高抗拉强度，虽然可以引入称为马氏体或贝氏体的低温相变组织，但是如以往技术中所述那样，这种方法都使切削性显著恶化。

本发明人对在铁素体组织中保持适量的贝氏体组织的混合金属组织的几种热锻造材，研究了其疲劳特性和切削性。其结果，从(1)为了组织细化的目的，使用以MnS+TiN+VN的复合析出物作为铁素体的析出核，(2)通过低C和低N化，形成含有适当量的控制硬度的贝氏体的铁素体-贝氏体双相组织，(3)使钒碳化物在贝氏体组织中析出的这三点出发，达到发明使抗拉强度和疲劳强度提高、而且切削性也确保在现行切削工序能容许水平的铁素体-贝氏体型的热锻造用非调质钢。

即本发明的第1发明是以重量比含有C0.10-0.35％、Si0.15-2.00％、Mn0.40-2.00％、S0.03-0.10％、Al0.0005-0.050％、Ti0.003-0.050％、N0.0020-0.0070％、V0.3l-0.70％、余量为Fe和杂质元素组成，相对于碳含量C(％)，在进行热锻造冷却至室温后的金属组织中贝氏体组织的组织比例f，是1.4C+0.4≥f≥1.4C为特征的热锻造后直接使用的铁素体-贝氏体型非调质钢，第2发明是为了晶粒细化和调整贝氏体组织的比例以及提高切削性，在第1发明钢的成分中进一步含有Cr0.02-1.50％、Mo0.02-1.00％、Nb0.001-0.20％、Pb0.05-0.30％和Ca0.0005-0.010％中的一种或二种以上的热锻造后直接使用的铁素体-贝氏体型非调质钢。

下面说明关于本发明的铁素体-贝氏体型非调质钢中的化学成分和进行热锻造并冷却至室温后的金属组织的限定理由。

C：是调整贝氏体组织比例，进而增加最终制品的抗拉强度的重要元素，但是碳过多时，强度过分提高，而切削性显著恶化。在0.10％以下时，抗拉强度和疲劳强度低，相反，超过0.35％时，抗拉强度过高，切削性显著降低。因此C是0.10-0.35％。