[发明专利]铁素体+珠光体型非调质钢曲轴锻件的贝氏体控制方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，是一种中碳微合金化铁素体+珠光体型非调质钢，具体涉及一种大马力汽车发动机铁素体+珠光体型非调质钢曲轴锻件的贝氏体组织的控制方法。

背景技术

安全、节能、环保是汽车产业发展永恒的三大主题。这就对汽车材料的品种、性能提出了越来越高的要求。作为汽车发动机最关键的零部件之一，曲轴应具有足够的强度、刚度、韧性、耐磨性、疲劳寿命及良好的平衡性，其性能很大程度上影响着发动机的可靠性和寿命。由于在降低能耗、减少热处理缺陷、缩短生产周期等方面具有显著、广泛而稳定的应用效果，非调质钢在汽车制造上的应用取得了极大的发展。非调质钢是通过微合金化、控制轧制(锻制)和控制冷却等强韧化方法，取消了调质热处理，达到或接近调质钢力学性能的一类优质或特殊质量结构钢。其按组织分为铁素体+珠光体型、贝氏体型、马氏体型。目前，工业上应用最多的是铁素体+珠光体型。

目前，曲轴是非调质钢应用最为广泛的汽车零件之一。一种德国标准的第三代非调质曲轴用钢，属于铁素体+珠光体型，纵向力学性能R_m≥750MPa、R_p0.2≥450MPa、A₅≥12％、Z≥25％，可用于大马力汽车发动机曲轴。轧材偏析严重、组织粗大，或曲轴毛坯生产过程中热锻前加热工艺、热锻后冷却工艺不合适等原因，使得使用该材料生产的曲轴锻件组织中出现贝氏体。贝氏体硬度明显高于铁素体和珠光体。这可能直接导致曲轴锻件力学性能不合，从而报废，或者需经过退火处理来消除，从而增加成本；或者由于贝氏体“硬点”的存在，在随后的机加工过程中，造成“打刀”、“断钻头”等事故，从而不仅曲轴报废，而且增加机加工刀具费用。可见，该曲轴锻件中出现氏体组织，将导致一系列质量问题，降低产品合格率，大幅增加制造成本。因此，需要统筹原料钢材的冶金生产和曲轴热锻加工两个过程，对贝氏体进行系统控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种铁素体+珠光体型非调质钢曲轴锻件的贝氏体组织控制方法，使其热锻后得到铁素体+珠光体，无贝氏体组织，并具有良好的力学性能和机加工性能。

一种铁素体+珠光体型非调质钢曲轴锻件的贝氏体控制方法，所述非调质钢的化学成分质量百分比为：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％，余量为Fe及不可避免杂质。

曲轴锻件的主要生产工艺流程为：原料钢材→感应加热→两道次辊锻→闭模预锻→闭模终锻→切边→校正→控制冷却。即原料钢材充分感应加热奥氏体化后，经两道次辊锻制坯，合理分配体积，实现最少坯料的成形；然后经闭模预锻和终锻成形、切边和校正；最后控制冷却至室温，得到曲轴锻件。

所述的一种铁素体+珠光体型非调质钢曲轴锻件的贝氏体控制方法包括：

(1)原料钢材的酸浸低倍锭型偏析≤2级。原料钢材边部或心部的偏析位置由硫印检验，心部的碳和硫分析值与熔炼分析碳和硫的平均值的相差值ΔC＜15％、ΔS＜15％；

(2)曲轴锻件的原奥氏体晶粒度≥3.5级；

(3)原料钢材原奥氏体晶粒度≥5.0级；

(4)原料钢材感应加热温度为1200℃±40℃，总加热时间为10～20min；

(5)曲轴锻件校正后冷却的平均冷却速度为0.3～1.0℃/s。

采用上述控制方法的理由如下：决定贝氏体生成的主要因素是过冷奥氏体的稳定性和相变时的冷却速度。考虑到贝氏体生成的条件，对于曲轴锻件生产来说，合金元素的偏析、原奥氏体晶粒大小、热锻后的冷却速度是影响贝氏体生成的最主要的因素，其中前两者主要是影响奥氏体的稳定性。因此，从原料钢材的偏析、原奥氏体晶粒大小，曲轴锻件的奥氏体晶粒尺寸，感应加热工艺参数，以及校正后冷却的平均冷却速度，对贝氏体进行系统控制。具体来说：

所述步骤(1)中对偏析给出了明确的控制要求。碳、硅、锰、铬、镍、钼等合金元素能够有效提高过冷奥氏体的稳定性，促进贝氏体生成。宏观偏析或局部严重的微观偏析将导致贝氏体大量集中生成，产生“硬点”，不利于力学性能和机加工性能。