[發明專利]鐵素體+珠光體型非調質鋼曲軸鍛件的貝氏體控制方法

有效

• 申請號: 201610913325.8
• 申請日: 2016-10-19
• 公開（公告）號: CN106555114B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 劉雅政;張朝磊;陳列;蔣波;苗紅生;周樂育;吳萌;趙帆
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C38/04
• 分類號: C22C38/04;C22C38/02;C22C38/60;C22C38/06;C22C38/20;C22C38/22;C22C38/24;C22C38/26;C22C38/28;C22C38/18;C22C38/38;C22C38/48;C22C38/50
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司11237
• 代理人: 張仲波

技術領域

本發明屬于金屬材料領域，是一種中碳微合金化鐵素體+珠光體型非調質鋼，具體涉及一種大馬力汽車發動機鐵素體+珠光體型非調質鋼曲軸鍛件的貝氏體組織的控制方法。

背景技術

安全、節能、環保是汽車產業發展永恒的三大主題。這就對汽車材料的品種、性能提出了越來越高的要求。作為汽車發動機最關鍵的零部件之一，曲軸應具有足夠的強度、剛度、韌性、耐磨性、疲勞壽命及良好的平衡性，其性能很大程度上影響著發動機的可靠性和壽命。由于在降低能耗、減少熱處理缺陷、縮短生產周期等方面具有顯著、廣泛而穩定的應用效果，非調質鋼在汽車制造上的應用取得了極大的發展。非調質鋼是通過微合金化、控制軋制(鍛制)和控制冷卻等強韌化方法，取消了調質熱處理，達到或接近調質鋼力學性能的一類優質或特殊質量結構鋼。其按組織分為鐵素體+珠光體型、貝氏體型、馬氏體型。目前，工業上應用最多的是鐵素體+珠光體型。

目前，曲軸是非調質鋼應用最為廣泛的汽車零件之一。一種德國標準的第三代非調質曲軸用鋼，屬于鐵素體+珠光體型，縱向力學性能R_m≥750MPa、R_p0.2≥450MPa、A₅≥12％、Z≥25％，可用于大馬力汽車發動機曲軸。軋材偏析嚴重、組織粗大，或曲軸毛坯生產過程中熱鍛前加熱工藝、熱鍛后冷卻工藝不合適等原因，使得使用該材料生產的曲軸鍛件組織中出現貝氏體。貝氏體硬度明顯高于鐵素體和珠光體。這可能直接導致曲軸鍛件力學性能不合，從而報廢，或者需經過退火處理來消除，從而增加成本；或者由于貝氏體“硬點”的存在，在隨后的機加工過程中，造成“打刀”、“斷鉆頭”等事故，從而不僅曲軸報廢，而且增加機加工刀具費用。可見，該曲軸鍛件中出現氏體組織，將導致一系列質量問題，降低產品合格率，大幅增加制造成本。因此，需要統籌原料鋼材的冶金生產和曲軸熱鍛加工兩個過程，對貝氏體進行系統控制。

發明內容

本發明的目的是提供一種鐵素體+珠光體型非調質鋼曲軸鍛件的貝氏體組織控制方法，使其熱鍛后得到鐵素體+珠光體，無貝氏體組織，并具有良好的力學性能和機加工性能。

一種鐵素體+珠光體型非調質鋼曲軸鍛件的貝氏體控制方法，所述非調質鋼的化學成分質量百分比為：0.35％～0.42％C、0.35％～0.85％Si、1.00％～2.00％Mn、0.10％～0.40％Cr、0.010％～0.050％S、0.003％～0.020％Al、Nb+Ti≤0.05％、V≤0.02％、0.010％～0.040％N、P≤0.030％、Cu≤0.25％、Mo≤0.1％、Ni≤0.30％，余量為Fe及不可避免雜質。

曲軸鍛件的主要生產工藝流程為：原料鋼材→感應加熱→兩道次輥鍛→閉模預鍛→閉模終鍛→切邊→校正→控制冷卻。即原料鋼材充分感應加熱奧氏體化后，經兩道次輥鍛制坯，合理分配體積，實現最少坯料的成形；然后經閉模預鍛和終鍛成形、切邊和校正；最后控制冷卻至室溫，得到曲軸鍛件。

所述的一種鐵素體+珠光體型非調質鋼曲軸鍛件的貝氏體控制方法包括：

(1)原料鋼材的酸浸低倍錠型偏析≤2級。原料鋼材邊部或心部的偏析位置由硫印檢驗，心部的碳和硫分析值與熔煉分析碳和硫的平均值的相差值ΔC＜15％、ΔS＜15％；

(2)曲軸鍛件的原奧氏體晶粒度≥3.5級；

(3)原料鋼材原奧氏體晶粒度≥5.0級；

(4)原料鋼材感應加熱溫度為1200℃±40℃，總加熱時間為10～20min；

(5)曲軸鍛件校正后冷卻的平均冷卻速度為0.3～1.0℃/s。

采用上述控制方法的理由如下：決定貝氏體生成的主要因素是過冷奧氏體的穩定性和相變時的冷卻速度。考慮到貝氏體生成的條件，對于曲軸鍛件生產來說，合金元素的偏析、原奧氏體晶粒大小、熱鍛后的冷卻速度是影響貝氏體生成的最主要的因素，其中前兩者主要是影響奧氏體的穩定性。因此，從原料鋼材的偏析、原奧氏體晶粒大小，曲軸鍛件的奧氏體晶粒尺寸，感應加熱工藝參數，以及校正后冷卻的平均冷卻速度，對貝氏體進行系統控制。具體來說：

所述步驟(1)中對偏析給出了明確的控制要求。碳、硅、錳、鉻、鎳、鉬等合金元素能夠有效提高過冷奧氏體的穩定性，促進貝氏體生成。宏觀偏析或局部嚴重的微觀偏析將導致貝氏體大量集中生成，產生“硬點”，不利于力學性能和機加工性能。