本發(fā)明涉及一種熱鍛非調(diào)質(zhì)鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
1、一直以來，轉(zhuǎn)向節(jié)、上臂等汽車的底盤部件或桿端等建設(shè)機(jī)械的油壓部件中要求高強(qiáng)度、高韌性。因此，這些部件中，使用屬于機(jī)械結(jié)構(gòu)用碳鋼的s43c、s45c、s48c等作為原材料，通過熱鍛造成型后，實(shí)施淬火回火等熱處理(以下，也記作“調(diào)質(zhì)”)，并且根據(jù)部件的種類對(duì)表面進(jìn)行高頻淬火，確保需要的特性。
2、然而，這些調(diào)質(zhì)需要巨大的能量。因此，為了應(yīng)對(duì)如今的節(jié)能化的社會(huì)要求，近年來，正在積極開發(fā)通過熱鍛造成型而不需要上述調(diào)質(zhì)、在成型狀態(tài)下就具有鋼材所需特性的非調(diào)質(zhì)鋼(熱鍛非調(diào)質(zhì)鋼)。
3、迄今為止，熱鍛非調(diào)質(zhì)鋼(熱鍛非調(diào)質(zhì)鋼)通過在鐵素體－珠光體組織中添加的v碳氮化合物的析出強(qiáng)化來提高強(qiáng)度的設(shè)計(jì)成為主流。然而，在以更高強(qiáng)度為目標(biāo)的設(shè)計(jì)中，如果單純地增加碳量、v添加量，則可能大幅損害韌性。因此，具有貝氏體組織的熱鍛非調(diào)質(zhì)鋼受到關(guān)注而進(jìn)行開發(fā)。
4、例如，在專利文獻(xiàn)1中，提出了一種向含有0.10～0.30質(zhì)量％左右的c的低碳鋼中添加了0.05～0.50質(zhì)量％的v的非調(diào)質(zhì)鋼。該非調(diào)質(zhì)鋼不需要熱鍛造后的熱處理，是通過自然放冷得到優(yōu)異的強(qiáng)度、韌性。
5、在專利文獻(xiàn)2中，提出了一種含有超過0.30％且0.60％以下的c、超過1.60％且3.00％以下的mn，并通過添加v或nb，使熱鍛造狀態(tài)下的組織成為貝氏體的非調(diào)質(zhì)鋼。
6、在專利文獻(xiàn)3中，提出了一種c為0.10～0.35％、v為0.30～0.70％，在熱鍛造后不實(shí)施調(diào)質(zhì)處理即可得到貝氏體組織的非調(diào)質(zhì)鋼。
7、在專利文獻(xiàn)4中，提出了一種c為0.25～0.38％、mn為1.51～2.2％，并添加v且含有少量的mo的熱鍛造后的組織成為貝氏體主體組織的非調(diào)質(zhì)鋼。
8、現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
9、專利文獻(xiàn)
10、專利文獻(xiàn)1：日本專利第2743116號(hào)公報(bào)
11、專利文獻(xiàn)2：日本專利第3196006號(hào)公報(bào)
12、專利文獻(xiàn)3：日本專利第3241897號(hào)公報(bào)
13、專利文獻(xiàn)4：日本專利第6390685號(hào)公報(bào)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、然而，專利文獻(xiàn)1中記載的非調(diào)質(zhì)鋼存在因低碳而無法得到高強(qiáng)度的問題。
2、另外，在使用專利文獻(xiàn)2中記載的析出物的成分設(shè)計(jì)中，存在因由鍛造條件(加熱溫度、加工溫度等)、部件壁厚造成的冷卻速度的不同所導(dǎo)致的性能偏差大的問題，并且還存在因通過提高mn量而產(chǎn)生的mn的偏析所導(dǎo)致的材質(zhì)劣化(韌性、疲勞限度的降低)的擔(dān)憂。
3、并且，專利文獻(xiàn)3中記載的技術(shù)在以較低的c量獲得強(qiáng)度的情況下，需要大量地添加v量，但這樣的話，存在損害韌性的問題。
4、除此之外，專利文獻(xiàn)4中記載的技術(shù)存在高的mn量引起mn的偏析，而產(chǎn)生材質(zhì)劣化(韌性、疲勞限度的降低)的問題。另外，如果v析出，則存在使韌性劣化的擔(dān)憂。
5、本發(fā)明是為了解決上述的現(xiàn)有非調(diào)質(zhì)鋼的問題點(diǎn)而進(jìn)行開發(fā)的，其目的在于提供即使不進(jìn)行熱鍛造后的調(diào)質(zhì)，也具有高強(qiáng)度、高韌性、并且高頻淬透性良好的非調(diào)質(zhì)鋼及其有利的制造方法。
6、發(fā)明人等出于上述目的，對(duì)熱鍛非調(diào)質(zhì)鋼反復(fù)進(jìn)行深入研究，結(jié)果得到以下的見解。
7、(1)關(guān)于c量，為了確保高頻淬火硬度而需要一定程度，但如果過高，則鋼材的組織中殘余奧氏體量會(huì)增加，韌性急劇地劣化。
8、(2)如果單純地提高低碳貝氏體鋼的c量，則強(qiáng)度變高，隨之韌性降低，但通過取得mn、mo和cr的平衡來配合c量的上升，能夠維持貝氏體組織，同時(shí)提高強(qiáng)度。此外，由于上述貝氏體組織的存在而抑制韌性的降低。特別是如果如果抑制v添加量，則能夠更有效地得到上述作用。
9、(3)v碳氮物析出時(shí)容易受到鍛造條件(加熱溫度、加工條件、冷卻速度)的影響，因此極力降低v可使材質(zhì)穩(wěn)定化。
10、(4)在鋼材的組織中不混合鐵素體的情況下，高頻淬火深度在鋼材的截面內(nèi)變得均勻，還可抑制淬火層的硬度的偏差。
11、本發(fā)明立足于以上的見解。
12、即，本發(fā)明的要旨如下。
13、1.一種熱鍛非調(diào)質(zhì)鋼，是熱鍛造狀態(tài)下的鋼材，具有如下成分組成，以質(zhì)量％計(jì)含有c：0.35％～0.48％、si：0.05％～0.35％、mn：0.50％～1.20％、p：0.005％～0.020％、s：0.030％～0.070％、al：0.015％～0.050％、cr：0.60％～1.50％、mo：0.05％～0.25％、v：小于0.050％、b：0.0005％以下、以及n：0.0030％～0.0200％，下述式(1)所示的ceq(質(zhì)量％)為0.750～0.870，滿足下述式(2)，剩余部分由fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，微觀組織的貝氏體組織的面積率為90％以上。
14、ceq＝c+si/24+mn/6+ni/40+cr/5+mo/4+v/14···(1)
15、0.200≤c－mn/18－cr/24－mo/3≤0.350···(2)
16、上述式(1)、(2)中的元素符號(hào)是指該元素的鋼中含量，在鋼中不含有的情況下為0。
17、2.根據(jù)上述1所述的熱鍛非調(diào)質(zhì)鋼，其中，上述成分組成以質(zhì)量％計(jì)進(jìn)一步含有選自cu：0.01％～0.30％、ni：0.01％～0.30％、nb：0.005％～0.050％、ti：0.005％～0.025％、pb：0.05％～0.30％、ca：0.0005％～0.0050％、mg：0.0005％～0.0050％、bi：0.05％～0.30％以及sb：0.0015％～0.0100％中的1種或2種以上。
18、3.根據(jù)上述1或2所述的熱鍛非調(diào)質(zhì)鋼，其中，上述成分組成以質(zhì)量％計(jì)進(jìn)一步含有sn：0.0010％～0.030％。
19、4.一種熱鍛非調(diào)質(zhì)鋼的制造方法，將鋼坯材加熱至1100～1300℃后進(jìn)行熱鍛造，并且在從950℃至350℃之間以0.10～3.00℃/s的平均冷卻速度進(jìn)行冷卻，上述鋼坯材具有如下成分組成，以質(zhì)量％計(jì)含有c：0.35％～0.48％、si：0.05％～0.35％、mn：0.50％～1.20％、p：0.005％～0.020％、s：0.030％～0.070％、al：0.015％～0.050％、cr：0.60％～1.50％、mo：0.05％～0.25％、v：小于0.050％、b：0.0005％以下、以及n：0.0030％～0.0200％，下述式(1)所示的ceq(質(zhì)量％)為0.750～0.870，滿足下述式(2)，剩余部分由fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
20、ceq＝c+si/24+mn/6+ni/40+cr/5+mo/4+v/14···(1)
21、0.200≤c－mn/18－cr/24－mo/3≤0.350···(2)
22、上述式(1)、(2)中的元素符號(hào)是指該元素的鋼中含量，在鋼中不含有的情況下為0。
23、5.根據(jù)上述4所述的熱鍛非調(diào)質(zhì)鋼的制造方法，其中，上述成分組成以質(zhì)量％計(jì)進(jìn)一步含有選自cu：0.01％～0.30％、ni：0.01％～0.30％、nb：0.005％～0.050％、ti：0.005％～0.025％、pb：0.05％～0.30％、ca：0.0005％～0.0050％、mg：0.0005％～0.0050％、bi：0.05％～0.30％以及sb：0.0015％～0.0100％中的1種或2種以上。
24、6.根據(jù)上述4或5所述的熱鍛非調(diào)質(zhì)鋼的制造方法，其中，上述成分組成以質(zhì)量％計(jì)進(jìn)一步含有sn：0.0010％～0.030％。
25、根據(jù)本發(fā)明，在熱鍛造后不實(shí)施淬火回火等熱處理(調(diào)質(zhì))就能得到具有高強(qiáng)度和高韌性、高頻淬透性優(yōu)異的非調(diào)質(zhì)鋼。