[发明专利]一种中碳低合金含硼结构钢及热处理方法

说明书

技术领域

本发明属于低合金结构钢，化学成分和冶炼成本与40Cr钢相近，但调质处理后综合力学性能优于40Cr，尤其是淬透性明显高于40Cr，可用于制造大型冷镦模具钢模块和高淬透性要求的大型轴类和齿轮，可以代替40Cr钢在机械制造业内推广应用。

背景技术

40Cr、45MnB、45B等合金结构钢多用在轴类、齿轮、模具模块等部件，主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。工作时常受交变载荷作用，导致疲劳失效破坏，且随着部件截面尺寸的大幅增加，现有结构钢的淬透性不能满足使用要求。为了提高材料的强度和淬透性，改善热处理后构件的应力状态急需开发一种相对回火温度较高淬透性良好的综合力学性能优良的结构钢。

本材料在上述结构钢的基础上，将Si的成分定在1.2%～1.6%范围之间，并加入适当B元素提高淬透性，其元素构成比重为：C0.37～0.44wt%、Si1.2～1.6wt%、Mn0.50～0.80wt%、Cr0.6～1.1wt%、S≤0.035wt%、P≤0.035wt%、B0.0005～0.0035wt%，其余为Fe。经淬火和中温回火后得到良好的综合力学性能。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种低合金结构钢，其化学成分和冶炼成本与40Cr钢相近，但调质处理后综合力学性能优于40Cr，尤其是淬透性明显高于40Cr，可用于制造大型冷镦模具钢模块和高淬透性要求的大型轴类和齿轮，可以代替40Cr钢在机械制造业内推广应用。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种相关的热处理方法，以获得晶粒度9级以上的细晶组织，并具有高的淬透性，抗拉强度Rm在900～1984MPa，延伸率A在7%～20%，硬度HRC在30HRC～65HRC范围内变化，满足轴类、齿轮、模具模块等部件对材料力学性能和淬透性的要求。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种中碳低合金含硼结构钢，其特征在于其化学成分百分含量为：C0.37～0.44wt%、Si1.2～1.6wt%、Mn0.50～0.80wt%、Cr0.6～1.1wt%、S≤0.035wt%、P≤0.035wt%、B0.0005～0.0035wt%，余量为Fe。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种上述中碳低合金含硼结构钢的热处理方法，其特征在于：锻造后的棒材经850~870℃×30~40分钟水冷至室温，再经350~650℃保温150~160分钟，水冷至室温。

作为优选，所述锻造后的棒材经860℃×35分钟水冷至室温，再经350~650℃保温155分钟，水冷至室温。

与现有技术相比，本发明的优点在于：该低合金含硼结构钢采用电弧炉偏心底出钢加LF精炼并进行VD抽真空冶炼，氩气保护浇注，经锻造成型或轧制成型后进行调质处理，可获得晶粒度9级以上的细晶组织，并具有高的淬透性，抗拉强度Rm在900～1984MPa，延伸率A在7%～20%，硬度HRC在30HRC～65HRC范围内变化，满足轴类、齿轮、模具模块等部件对材料力学性能和淬透性的要求；在相同回火温度下可以获得与40Cr相当的强度水平，但材料塑性却远远高于40Cr钢以及与之性能相近的45MnB、45B钢（性能对比情况见表1），用来制造轴类零件，具有更好的抗扭转疲劳性能，可以大大提高零件的使用寿命。

表1.几种合金钢的力学性能对比

附图说明

图1为860℃×35min水冷+350℃×155min水冷后金相形貌；

图2为860℃×35min水冷+650℃×155min水冷后金相形貌；

图3为860℃×35min水冷+550℃×155min水冷后金相形貌。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

合金成分为C：0.43wt%、Si：1.5wt%、Mn：0.809wt%，Cr：0.91wt%、B:0.0048wt%、S:0.004wt%、P：0.014wt%，余量为Fe，锻造后的棒材经860℃×35分钟水冷至室温，再经350℃保温2小时35分钟水冷至室温，获得抗拉强度Rm1984MPa，屈服强度Rp0.21705MPa，延伸率A15%，硬度HRC60HRC，晶粒度为10级，形貌见图1.

实施例2：