一种用于轴类零件的非调质钢及其制备方法与流程

本发明涉及非调质钢领域，具体涉及一种用于轴类零件的非调质钢及其制备方法。
背景技术：
：目前，非调质钢是一种免除调质工艺的节能钢种，因其节能降耗、降低排放、缩短生产流程等优点得到越来越多的关注。非调质钢综合利用多种强化手段，减小与调质工艺力学性能之间差距。目前，国内外非调质钢钢种发展形成两个主要技术趋势：一是提高微合金元素v含量至0.25-0.30％，替代以42crmoh等为代表的合金含量较高的调质钢；二是利用控制零件冷却技术、固溶及控锻等手段提高强度，替代以40cr为代表的低合金调质钢。汽车轴类零件在汽车底盘部分有大量应用，如半轴、连杆、曲轴、传动轴及相关配件等。这类零件往往在使用过程中，常伴有扭转、弯曲等工况，因此要求所用材料有较高的强度。对此，日本等国已将非调质钢材料部分应用于商用车底盘零件的生产，最高应用量占调质件的50-60％。如cn102071368a公开了一种低成本锻造用中碳非调质钢，采用碳、锰、钛等元素作为主要合金化元素。材料经锻造成形后，在空冷或风冷等条件下，形成铁素体+珠光体组织。优点在于，综合利用c、mn、ti等的强化效果完全或部分替代成本较高的v、nb等合金元素，降低材料合金化成本、省去调质处理工艺、简化锻造热处理流程、节约能源并降低生产成本。wo2015043061a1公开了一种非调质钢及其生产工艺，所述非调质钢的生产工艺在精轧步骤后设置冷却步骤，强冷和弱冷交替进行冷却，强冷可以保证钢材表面温度迅速减低，弱冷可以使得钢材芯部的温度逐渐扩散到表面，随后再进行强冷，使得热量快速散出，根据实际需要，强冷和弱冷可以交替进行多次，强弱冷相结合的穿水冷却方式使得在较短的时间内钢材芯部的温度和表面的温度趋于一致，从而确保了钢材力学性能的均匀性，且提高了生产效率。然而现有技术中提供的非调质钢仍存在抗拉强度差，硬度低，断后伸长率和断面收缩率低及用于轴类零件时性能不达标，使用寿命短等问题。技术实现要素：鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于轴类零件的非调质钢及其制备方法，显著的强化了韧性及断裂伸长率和抗压强度和硬度，抗拉强度为833-955mpa，硬度为235-295hbw，断后伸长率a为12-19.5％，断面伸长率z为30-52％。为达此目的，本发明采用以下技术方案：第一方面本发明提供了用于轴类零件的非调质钢，所述用于轴类零件的非调质钢以质量百分含量计包括以下组分：c0.3-0.5％，si0.2-0.8％，mn1.4-1.6％，p≤0.03％，s0.03-0.075％，cr0.4-0.6％，v0.012-0.02％，mo≤0.2％，cu≤0.3％，ni≤0.3％，余量为fe；其中，碳当量满足ceq＝c+(1/7)si+(1/5)mn+(1/9)cr+(1.54)v，ceq为0.75-0.85。本发明中，通过对非调质钢的组成调节c、mn、cr及v的含量并控制碳当量，实现了非调质钢韧性的提升，同时也提升了抗拉强度、硬度、断后伸长率及断面收缩率，切削性能明显优于调质状态的40cr材料。本发明中，碳当量满足式中各元素符号为各元素的质量百分含量，同时在该范围的给出考虑到轴类零件对强度的要求，同时又要满足切削力不能过大，保证加工工艺能够执行。本发明中，所述用于轴类零件的非调质钢中c以质量百分含量计为0.3-0.5％，例如可以是0.3％、0.31％、0.32％、0.33％、0.34％、0.35％、0.36％、0.37％、0.38％、0.39％、0.4％、0.41％、0.42％、0.43％、0.44％、0.45％、0.46％、0.47％、0.48％、0.49％或0.5％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。本发明中，所述用于轴类零件的非调质钢中si以质量百分含量计为0.2-0.8％，例如可以是0.2％、0.24％、0.26％、0.28％、0.3％、0.32％、0.34％、0.36％、0.38％、0.4％、0.42％、0.44％、0.46％、0.48％、0.5％、0.52％、0.54％、0.56％、0.58％、0.6％、0.62％、0.64％、0.66％、0.68％、0.7％、0.72％、0.74％、0.76％、0.78或0.8％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。本发明中，所述用于轴类零件的非调质钢中mn以质量百分含量计为1.4-1.6％，例如可以是1.4％、1.41％、1.42％、1.43％、1.44％、1.45％、1.46％、1.47％、1.48％、1.49％、1.5％、1.51％、1.52％、1.53％、1.54％、1.55％、1.56％、1.57％、1.58％、1.59％或1.6％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。本发明中，所述用于轴类零件的非调质钢中p以质量百分含量计≤0.03％，例如可以是0.03％、0.029％、0.028％、0.027％、0.026％、0.025％、0.024％、0.023％、0.022％、0.021％、0.020％、0.019％、0.018％、0.017％、0.016％、0.015％、0.014％、0.013％、0.012％、0.011％或0.01％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。本发明中，所述用于轴类零件的非调质钢中s以质量百分含量计为0.03-0.075％，例如可以是0.03％、0.032％、0.034％、0.036％、0.038％、0.04％、0.042％、0.044％、0.046％、0.048％、0.05％、0.052％、0.054％、0.056％、0.058％、0.06％、0.062％、0.064％、0.066％、0.068％、0.07％、0.072％、0.074％或0.075％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。本发明中，所述用于轴类零件的非调质钢中cr以质量百分含量计为0.4-0.6％，例如可以是0.4％、0.41％、0.42％、0.43％、0.44％、0.45％、0.46％、0.47％、0.48％、0.49％、0.5％、0.51％、0.52％、0.53％、0.54％、0.55％、0.56％、0.57％、0.58％、0.59％或0.6％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。本发明中，所述用于轴类零件的非调质钢中v以质量百分含量计为0.012-0.02％，例如可以是0.012％、0.013％、0.014％、0.015％、0.016％、0.017％、0.018％、0.019％或0.02％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。本发明中，所述用于轴类零件的非调质钢中mo以质量百分含量计≤0.2％，例如可以是0.2％、0.19％、0.18％、0.17％、0.16％、0.15％、0.14％、0.13％、0.12％、0.11％、0.1％或0.05％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。本发明中，所述用于轴类零件的非调质钢中cu以质量百分含量计≤0.3％，例如可以是0.3％、0.29％、0.28％、0.27％、0.26％、0.25％、0.24％、0.23％、0.22％、0.21％、0.2％、0.19％、0.18％、0.17％、0.16％、0.15％、0.14％、0.13％、0.12％、0.11％、0.1％、0.05％或0.01％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。本发明中，所述用于轴类零件的非调质钢中ni以质量百分含量计≤0.3％，例如可以是0.3％、0.29％、0.28％、0.27％、0.26％、0.25％、0.24％、0.23％、0.22％、0.21％、0.2％、0.19％、0.18％、0.17％、0.16％、0.15％、0.14％、0.13％、0.12％、0.11％、0.1％、0.05％或0.01％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。作为本发明优选的技术方案，所述用于轴类零件的非调质钢以质量百分含量计包括以下组分：c0.3-0.38％，si0.22-0.36％，mn1.45-1.56％，p≤0.03％，s0.037-0.055％，cr0.43-0.53％，v0.014-0.018％，mo≤0.2％，cu≤0.3％，ni≤0.3％，余量为fe。作为本发明优选的技术方案，所述用于轴类零件的非调质钢的显微组织包括珠光体和铁素体。第二方面，本发明提供了如第一方面所述的所述用于轴类零件的非调质钢的制备方法，所述制备方法包括：将上述配方得到的钢坯加热，之后依次进行第一锻造、第二锻造和冷却，得到所述用于轴类零件的非调质钢。本发明提供的制备方法，采用特定的2次锻造工艺使得制备得到的非调质钢具有良好的性能，显著的强化了韧性及断裂伸长率和抗压强度和硬度。作为本发明优选的技术方案，所述加热的终点温度为1000-1240℃，例如可以是1000℃、1010℃、1020℃、1030℃、1040℃、1050℃、1060℃、1070℃、1080℃、1090℃、1100℃、1110℃、1120℃、1130℃、1140℃、1150℃、1160℃、1170℃、1180℃、1190℃、1200℃、1210℃、1220℃、1230℃或1240℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。作为本发明优选的技术方案，所述加热的时间为5-6min，例如可以是5min、5.1min、5.2min、5.3min、5.4min、5.5min、5.6min、5.7min、5.8min、5.9min或6min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。作为本发明优选的技术方案，所述第一锻造的温度为1050-1150℃，例如可以是1050℃、1060℃、1070℃、1080℃、1090℃、1100℃、1110℃、1120℃、1130℃、1140℃或1150℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。作为本发明优选的技术方案，所述第二锻造的温度为925-975℃，例如可以是925℃、928℃、930℃、932℃、934℃、936℃、938℃、940℃、942℃、944℃946℃、948℃、950℃、952℃、954℃、956℃、958℃、960℃、962℃、964℃、966℃、968℃、970℃、972℃、974℃或975℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。作为本发明优选的技术方案，所述冷却的方式包括空冷和/或风冷。本发明中，第一阶段锻造完成的是预制坯的工作，起始温度要控制在1050-1150℃之间，其终点温度要求控制在925-975℃，第一阶段的终点温度即第二阶段的起始温度，第二阶段锻造的终点温度要控制在900℃以上，然后进入冷却区域。作为本发明优选的技术方案，所述制备方法包括：将上述配方得到的钢坯加热，之后依次进行第一锻造、第二锻造和冷却，得到所述用于轴类零件的非调质钢；所述第一锻造的温度为1050-1150℃；所述第二锻造的温度为925-975℃。与现有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：本发明中通过对非调质钢组成中c、mn、cr及v含量的控制并控制合适的碳当量，提升了非调质钢的硬度，通过采用特定的锻打工艺，显著的强化了韧性及断裂伸长率和抗压强度和硬度，抗拉强度为833-955mpa，硬度为235-295hbw，断后伸长率a为12-19.5％，断面伸长率z为30-52％。附图说明图1是本发明实施例1中非调质钢制备为突缘叉的金相照片；图2是本发明实施例2中非调质钢制备为焊接叉的金相照片；图3是本发明实施例3中非调质钢制备为花键轴的金相照片。下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。具体实施方式为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：实施例1本实施例提供一种用于轴类零件的非调质钢，所述用于轴类零件的非调质钢以质量百分含量计包括以下组分：c0.4％，si0.3％，mn1.5％，p为0.03％，s0.04％，cr0.5％，v0.021％，mo为0.2％，cu为0.3％，ni为0.3％，余量为fe；其中，碳当量满足ceq＝c+(1/7)si+(1/5)mn+(1/9)cr+(1.54)v，ceq为0.83；所述非调质钢的制备方法包括：将上述配方得到的钢坯加热，之后依次进行第一锻造、第二锻造和冷却，得到所述用于轴类零件的非调质钢；所述加热的终点温度为1200℃，时间为5min；所述第一锻造的温度为1050℃；所述第二锻造的温度为950℃。所述冷却的方式为空冷。所得非调质钢的性能详见表1，将得到的非调质钢制备为突缘叉，金相图片详见图1，从图中可知，金相组织均为珠光体加铁素体组织。实施例2本实施例提供一种用于轴类零件的非调质钢，所述用于轴类零件的非调质钢以质量百分含量计包括以下组分：c0.3％，si0.8％，mn1.4％，p为0.01％，s0.03％，cr0.6％，v0.012％，mo为0.1％，cu为0.2％，ni为0.1％，余量为fe；其中，碳当量满足ceq＝c+(1/7)si+(1/5)mn+(1/9)cr+(1.54)v，ceq为0.78；所述非调质钢的制备方法包括：将上述配方得到的钢坯加热，之后依次进行第一锻造、第二锻造和冷却，得到所述用于轴类零件的非调质钢；所述加热的终点温度为1240℃，时间为6min；所述第一锻造的温度为1050℃；所述第二锻造的温度为975℃。所述冷却的方式为风冷。所得非调质钢的性能详见表1，将得到的非调质钢制备为焊接叉，金相图片详见图2，从图中可知，金相组织均为珠光体加铁素体组织。实施例3本实施例提供一种用于轴类零件的非调质钢，所述用于轴类零件的非调质钢以质量百分含量计包括以下组分：c0.45％，si0.2％，mn1.5％，p为0.02％，s0.075％，cr0.4％，v0.02％，mo为0.05％，cu为0.1％，ni为0.2％，余量为fe；其中，碳当量满足ceq＝c+(1/7)si+(1/5)mn+(1/9)cr+(1.54)v，ceq为0.85；所述非调质钢的制备方法包括：将上述配方得到的钢坯加热，之后依次进行第一锻造、第二锻造和冷却，得到所述用于轴类零件的非调质钢；所述加热的终点温度为1000℃，时间为5.5min；所述第一锻造的温度为1150℃；所述第二锻造的温度为975℃。所述冷却的方式为空冷。所得非调质钢的性能详见表1，将得到的非调质钢制备为花键轴，金相图片详见图3，从图中可知，金相组织均为珠光体加铁素体组织。对比例1与实施例1的区别仅在于所述用于轴类零件的非调质钢中c以质量百分含量计为0.6％，所得非调质钢的性能详见表1。对比例2与实施例1的区别仅在于所述用于轴类零件的非调质钢中c以质量百分含量计为0.2％，所得非调质钢的性能详见表1。对比例3与实施例1的区别仅在于所述用于轴类零件的非调质钢中v以质量百分含量计为0.005％，所得非调质钢的性能详见表1。对比例4与实施例1的区别仅在于将第一锻造的温度替换为1000℃，所得非调质钢的性能详见表1。对比例5与实施例1的区别仅在于只进行第一锻造，塑性韧性急剧下降，从而产生各向异性，锻件性能不能满足要求。对比例6与实施例1的区别仅在于只进行第二锻造，塑性韧性急剧下降，从而产生各向异性，锻件性能不能满足要求。表1实施例和对比例中所得非调质钢的性能抗拉强度/mpa硬度/hbw断后伸长率a/％断面收缩率z/％实施例18802731540实施例273526117.542实施例39922921231.5对比例18002751230对比例27922461845对比例382526514.537.5对比例474623622.552通过上述实施例和对比例的结果可知，本发明中通过对非调质钢组成中c、mn、cr及v含量的控制并控制合适的碳当量，提升了调制钢的硬度，通过采用特定的锻打工艺，显著的强化了韧性及断裂伸长率和抗压强度和硬度。申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属
技术领域：
的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。当前第1页12