一种降低合金结构钢淬透性的工艺方法及合金结构钢
阅读：889发布：2022-10-06
专利汇可以提供一种降低合金结构钢淬透性的工艺方法及合金结构钢专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及 钢 合金 材料加工技术领域，具体涉及一种降低合金结构钢淬透性的工艺方法及合金结构钢。本发明通过控制合金结构钢中 硼 质量 百分含量B≤0.0002％，增加N含量，控制Ti：0.010-0.020％，N：0.0060-0.0090％，并控制ωTi/ωN小于3.42，RH 真空 精炼过程中，通过吹氮工艺，多余的N易与B结合形成BN，将钢中的有效硼转化为无效硼，降低B对材料的淬透性影响，降低J15点的淬透性，提高钢材的综合性能，使得制备的 合金钢 符合支重轮体用合金结构钢塑性和韧性的性能要求。，下面是一种降低合金结构钢淬透性的工艺方法及合金结构钢专利的具体信息内容。
1.一种降低合金结构钢淬透性的工艺方法，其特征在于，控制B质量百分含量≤
0.0002％，Ti质量百分含量与N质量百分含量比小于3.42。
2.如权利要求1所述的降低合金结构钢淬透性的工艺方法，其特征在于，控制N质量百分含量为0.0060-0.0090％。
3.如权利要求2所述的降低合金结构钢淬透性的工艺方法，其特征在于，控制Ti质量百分含量为0.010-0.020％。
4.如权利要求3所述的降低合金结构钢淬透性的工艺方法，其特征在于，包括RH吹氮工艺。
5.如权利要求4所述的降低合金结构钢淬透性的工艺方法，其特征在于，RH真空度≤
66.7Pa，环流量1200-1500NL/min，采用氮气循环，真空保持时间为10～15min。
6.如权利要求5所述的降低合金结构钢淬透性的工艺方法，其特征在于，在RH进站前取样光谱分析N含量，计算需要增加的氮气量，确定真空保持时间。
7.一种合金结构钢，其特征在于，采用如权利要求1～6任一项所述的工艺方法制备而成。
8.如权利要求7所述的合金结构钢，其特征在于，其化学成分质量百分含量组成为：C：
0.37％-0.44％，Si：0.17-0.37％，Mn：1.40％-1.80％，P≤0.030％，S≤0.030％，Cr：0.08-
0.18％，Ti：0.010-0.020％，N：0.0060-0.0090％，B≤0.0002％，其余为Fe和不可避免的杂质。
一种降低合金结构钢淬透性的工艺方法及合金结构钢
技术领域
[0001] 本发明涉及钢合金材料加工技术领域，具体涉及一种降低合金结构钢淬透性的工艺方法及合金结构钢。
背景技术
[0002] 合金结构钢由于具有合适的淬透性，经适宜的金属热处理后，显微组织为均匀的索氏体、贝氏体或极细的珠光体，因而具有较高的抗拉强度和屈强比，较高的韧性和疲劳强度，和较低的韧性-脆性转变温度，可用于制造截面尺寸较大的机器零件。
[0003] 例如支重轮是履带式工程机械底盘四轮一带中的一种，它的主要作用是支撑着挖掘机与推土机的重量，让履带沿着轮子前进。由轮体、支重轮轴、轴套、密封圈、端盖等相关部件构成。支重轮轮体轨道面承受频繁的冲击载荷，容易出现挤压变形，使轮体轨道面延伸成圆锥形状，因此为了提高支重轮轮体的耐磨性，选择轮体材料多为40Mn2合金结构钢，主要成分特征设计为：C：0.37％-0.44％，Si：0.17-0.37％，Mn：1.40％-1.80％，P≤0.030％，S≤0.030％，Cr：0.08-0.18％，Ti：0.010-0.020％，其余为Fe和不可避免的杂质。为了提高材料的表面耐磨性，提高Mn含量，并增加Cr含量，但Mn和Cr都是提高淬透性元素，导致材料内部淬透性过高，降低了材料内部塑性、韧性。由于Mn含量高，增加了轧制过程中钢坯在加热时的裂纹热敏感性，增加钢材表面裂纹发生的几率，生产过程中加入Ti细化晶粒，防止表面裂纹的发生。
[0004] 支重轮轮体采用锻造方式成型，成型后对轮体毛坯进行调质处理，硬度达到26～32HRC，以保持轮体内部具有较高的强度、塑性、韧性和综合机械性能。轮体表面进行淬火处理，以提高支重轮轨道面的硬度、耐磨性，淬火硬度为50～58HRC，淬硬层深度为6～12mm，这样轨道面硬度与链轨节硬度(48～58HRC)基本接近。
[0005] 钢材生产厂家以末端淬透性来衡量钢材淬火后的硬度分布。末端淬透性是从一端进行冷却，一端相当于水冷，另一端相当于空冷，由于材料的规格大小相同，冷却状态相同。其端淬对应的数据是此种材料的反映在不同冷却速度下硬度。
[0006] 用户对40Mn2材料末端淬透性J15点的要求为≤40HRC，而在40Mn2生产检测过程中，末端淬透性J15点的硬度值达到45-50HRC，满足不了支重轮轮体内部塑性、韧性的性能要求。
发明内容
[0008] 同时，本发明的目的还在于提供一种合金结构钢，具有低的淬透性，符合支重轮体用合金结构钢塑性和韧性的性能要求。
[0009] 一种降低合金结构钢淬透性的工艺方法，控制B质量百分含量≤0.0002％，Ti质量百分含量与N质量百分含量比小于3.42。
[0010] 本发明合金结构钢生产过程中对生产原料及钢包要求如下：
[0012] (2)含B钢使用的钢包必须周转两次以上方可使用。
[0014] 进一步的，控制N质量百分含量为0.0060-0.0090％。
[0015] 进一步的，控制Ti质量百分含量为0.010-0.020％。
[0016] 进一步的，包括采用低成本、高洁净的RH吹氮工艺。
[0017] 进一步的，RH真空度≤66.7Pa，环流量1200-1500NL/min，采用氮气循环，真空保持时间为10～15min。
[0018] 进一步的，在RH进站前取样光谱分析N含量，计算需要增加的氮气量，确定真空保持时间。
[0019] 一种合金结构钢，采用上述工艺方法制备而成。
[0020] 一种降低合金结构钢淬透性的工艺方法，降低钢中B含量，B≤0.0002％，[0021] 进一步的，上述合金结构钢，化学成分质量百分含量组成为：C：0.37％-0.44％，Si：0.17-0.37％，Mn：1.40％-1.80％，P≤0.030％，S≤0.030％，Cr：0.08-0.18％，Ti：0.010-0.020％，N：0.0060-0.0090％，B≤0.0002％，其余为Fe和不可避免的杂质。
[0022] 在奥氏体转化的过程中，晶界处是铁素体最可能成核的区域，而在加入微量的硼后，硼会迅速地吸附在晶界处，从而填补了之前的凹陷，这样就降低了晶界的能位，增加新相成核的难度，最终提供奥氏体的稳定性。而在奥氏体的冷却过程中，成功地阻碍了先析出的铁素体的生成，致使奥氏体转变期得到了明显的延长，最终显著地提高了钢的淬透性。
[0023] 硼的主要优点是钢中含量极少就会明显地改变钢的淬透性，但这也是它的一个主要缺点，即钢对硼含量的微小变化都十分敏感。因此，在炼钢时需要进行严格的控制。由于硼具有较强的化学活性，因此，钢中往往存在多种形式的硼。而以固溶态形式存在的对钢的淬透性有贡献的硼即为这里所说的有效硼。相对应的，其它非固溶态形式存在的硼对淬透性没有无任何贡献，被称为无效硼。
[0024] 本发明通过控制合金结构钢中硼质量百分含量B≤0.0002％，增加N含量，控制Ti：0.010-0.020％，N：0.0060-0.0090％，并控制ωTi/ωN小于3.42，RH真空精炼过程中，通过吹氮工艺，多余的N易与B结合形成BN，将钢中的有效硼转化为无效硼，降低B对材料的淬透性影响，降低J15点的淬透性，提高钢材的综合性能，使得制备的合金钢符合支重轮体用合金结构钢塑性和韧性的性能要求。
具体实施方式
[0025] 下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
[0026] 下述实施例中钢材料加工过程中连铸形成的钢坯断面为400mm×500mm。
[0027] 本发明下述实施例中所述的工艺方法包括传统的钢材料加工必须的转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、连铸等工艺过程。
[0028] 下述实施例中合金结构钢生产过程中对生产原料及钢包要求如下：
[0029] (1)使用帘线废钢或碳素废钢，禁止使用含B废钢。
[0030] (2)含B钢使用的钢包必须周转两次以上方可使用。
[0031] (3)使用合金为：低硼低碳锰铁(B：13ppm)、低硼中碳铬铁(B：5ppm)、低硼硅铁(B：53ppm)等低硼合金。
[0032] 下面结合实例对本发明进一步说明。
[0033] 实施例1
[0034] 本实施例加工的合金结构钢的化学成分组成为：C：0.38％，Si：0.23％，Mn：1.51％，P：0.014％，S：0.003％，Cr：0.106％，Ti：0.0176％，N：0.0075％，B：0.00001％，其余为Fe和不可避免的杂质。
[0035] 本实施例合金结构钢的工艺方法，包括RH精炼：真空度≤66.7Pa，环流量1200NL/min，采用氮气循环，真空保持时间13min。
[0036] 实施例2
[0037] 本实施例加工的合结钢的化学成分组成为：C：0.38％，Si：0.21％，Mn：1.49％，P：0.014％，S：0.003％，Cr：0.105％，Ti：0.0147％，N：0.0072％，B：0.00001％，其余为Fe和不可避免的杂质。
[0038] 本实施例合金结构钢的工艺方法，包括RH精炼：真空度≤66.7Pa，环流量1200NL/min，采用氮气循环，真空保持时间12min。
[0039] 实施例3
[0040] 本实施例加工的合结钢的化学成分组成为：C：0.44％，Si：0.37％，Mn：1.80％，P：0.02％，S：0.005％，Cr：0.08％，Ti：0.02％，N：0.009％，B：0.00002％，其余为Fe和不可避免的杂质。
[0041] 本实施例合金结构钢的工艺方法，包括RH精炼：真空度≤66.7Pa，环流量1500NL/min，采用氮气循环，真空保持时间15min。
[0042] 实施例4
[0043] 本实施例加工的合结钢的化学成分组成为：C：0.37％，Si：0.17％，Mn：1.40％，P：0.03％，S：0.002％，Cr：0.18％，Ti：0.01％，N：0.006％，B：0.000015％，其余为Fe和不可避免的杂质。
[0044] 本实施例合金结构钢的工艺方法，包括RH精炼：真空度≤66.7Pa，环流量1200NL/min，采用氮气循环，真空保持时间10min。
[0045] 对比例1
[0046] 本对比例加工的合结钢的化学成分组成为：C：0.40％，Si：0.24％，Mn：1.53％，P：0.016％，S：0.003％，Cr：0.107％，Ti：0.0203％，N：0.0041％，B：0.0001％，其余为Fe和不可避免的杂质。
[0047] 本对比例合金结构钢的工艺方法，包括RH精炼：真空度≤66.7Pa，环流量1200NL/min，采用氩气循环，真空保持时间12min。
[0048] 对比例2
[0049] 本对比例加工的合结钢的化学成分组成为：C：0.38％，Si：0.23％，Mn：1.50％，P：0.013％，S：0.003％，Cr：0.103％，Ti：0.0170％，N：0.0035％，B：0.0001％，其余为Fe和不可避免的杂质。
[0050] 本对比例合金结构钢的工艺方法，包括RH精炼：真空度≤66.7Pa，环流量1200NL/min，采用氩气循环，真空保持时间12min。
[0051] 对比例3
[0052] 本对比例加工的合结钢的化学成分组成为：C：0.39％，Si：0.23％，Mn：1.52％，P：0.016％，S：0.003％，Cr：0.091％，Ti：0.0207％，N：0.0045％，B：0.0004％，其余为Fe和不可避免的杂质。
[0053] 一种降低合金结构钢淬透性的工艺方法，包括以下操作步骤：
[0054] (1)未禁止使用含B废钢和含B钢使用的钢包，对使用合金未做B含量要求。
[0055] (2)RH精炼：真空度≤66.7Pa，环流量1200NL/min，采用氩气循环，真空保持时间12min。
[0056] 对比例4
[0057] 本对比例加工的合结钢的化学成分组成为：C：0.39％，Si：0.21％，Mn：1.50％，P：0.017％，S：0.003％，Cr：0.103％，Ti：0.0170％，N：0.0042％，B：0.0003％，其余为Fe和不可避免的杂质。
[0058] 一种降低合金结构钢淬透性的工艺方法，包括以下操作步骤：
[0059] (1)未禁止使用含B废钢和含B钢使用的钢包，对使用合金未做B含量要求。
[0060] (2)RH精炼：真空度≤66.7Pa，环流量1200NL/min，采用氩气循环，真空保持时间12min。
[0061] 分别统计不同实施例和对比例末端淬透性，结果如下表1所示：
[0062] 表1工艺参数及端淬合格率
[0063]
[0064] 由上述表1所示的数据可知：本发明通过控制生产原料和钢包对B含量的控制，降低了钢中B含量，小于0.0002％；进一步的，在RH真空精炼过程中，通过循环气体的改变，以及控制循环时间，提高并精确控制钢中Ti和N含量，进一步将钢中的有效硼转化为无效硼。本发明通过综合控制钢中Ti、N和B含量，降低了残余B对淬透性的影响，克服了40Mn2等合结钢中淬透性高且不稳定的问题，提高支重轮等机械结构用钢的综合性能。
[0065] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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