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S45CVMn钢中Ti的控制

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2024年8月31日发(作者:斐浩慨)

枥 料 匝 胃 

S45CVMn钢中Ti的控制 

摘要:研究了Ti对S45CVMn钢热轧材晶粒大小和力学性能的影响,以及加Ti和不加Ti的 

S45CVMn钢在常规加热条件下和在感应加热条件下被加热到1 080。C后晶粒大小的变化。结果表 

明,钢中加入Tj对热轧状态下的晶粒大小没有明显影响,对感应加热后的晶粒大小也没有影响;在 

常规加热条件下加热时,钢中加入Ti能起到明显细化晶粒的作用。在力学性能方面,钢中加入Ti后 

会降低其强度,但对塑性和韧性影响不大。如果锻造前的加热是感应加热,则S45CVMn钢中不加 

Ti;如果锻造前的加热是常规加热, ̄lJS45CVMn钢中应加入O.01 5%NO.025%Ti。 

关键词:晶粒大小 力学性能 氮化物 感应加热 

中图分类号:TG1 13.25 文献标识码:A 

■ 江阴兴澄特种钢铁有限公司 廖书全 孟羽 俞金锦 

1前言 

¥45CVMn钢是用于制作轿车发动机连杆的非调 

质钢。根据非调质钢生产的一般思路,为了使该钢获 

得较高的强度和足够的韧性,除了要将各元素控制在 

技术标准要求的范围内,还要住钢中加入一定量的N 

和Tj,以获得沉淀强化和细化晶粒的效果。现场了解 

生什么影响呢7为此,利用热模拟试验机等设备研究 

TTi元素对S45CVMn非调质钢晶粒大小和力学性能 

的影响。 

2试验材料及方法 

¥45CVMn钢的化学成分要求如表1。S45CVMn 

钢的生产工艺为转炉熔炼一钢包精炼一RH真空脱气 

一连铸一连铸坯加热一轧制一空冷一精整一检验一包 

装、入库。发动机连杆的生产工艺流程为下料一感应 

加热一锻造一冷却一检验。 

生产不加Tj的和加入0 01 5%~0.025%Ti的 

用户使用S45CVMn钢制作连杆的工艺后发现,该钢 

下料后的加热是采用感应炉加热的,钢材锻造前总加 

热时间为200 s《包括加热和保温时间),加热时间非常 

短。晶粒长大过程是一个动力学过程,主要与温度和 

时间有关。一般来说,晶粒长大过程是一个比较慢的 

过程,它要克gETi、AI、V等化合物的质点对晶界的 

阻碍后才能逐渐长大。那么,在这种加热速度很快的 

感应加热条件下晶粒长大过程如何呢?这个时候还需 

要加入T_来细化晶粒吗?如果不加入Tj,对性能会产 

 I

S45CVMn钢各3炉,其余成分控制范围相同(具体每 

炉钢的成分如表1中的A、B、C、D、E、F炉号)。 

连铸后以相同的轧钢工艺进行轧制,轧制规格为 4O 

mm,然后按以下方法进行试验。 

(1)分析不/JBTi和)JaTi两种成分的钢材在热轧 

46}汽车T艺与材料AT&M 

I 

2011年第6期 

彻 料 匝 用 

状态下的力学性能和晶粒度,研究Ti元素对热轧钢材 

的力学性能和晶粒大小的影响。 

(2)将不加Ti和加Ti的钢材加工成厚度为25 

尺 L 尺 

a ‰ 

z 

7% 

J(r1J2晶粒度 

7 f致 a , 

mm的小试样,置于型号为SX2—12—126t箱式电阻炉 

内,升温到1 080℃后,保温8 min烧透,然后取出 

空冷,通过Zeiss金相显微镜观察两种成分的钢正火 

后晶粒大小的变化,研究在常规加热条件下加热n?Ti 

对S45CVMn钢晶粒度的影响。 

(3)模拟感应加热过程。将不加Ti和)jnTi的两 

种成分的钢材制成尺寸为 10 mm X 70 mm的热 

模拟试样,在Gleeble 3800热模拟试验机内从室温 J]nTi的S45CVMn钢,塑性和韧性指标相差不明显。 

开始以10 oC/s的速度加热到1 080 oC(加热时间为 

106 S),保温100 S,之后以空冷的速度冷到室温, 

观察晶粒大小的变化,研究在快速加热条件下Ti对 

¥45CVMn钢晶粒长大的影Ⅱ向。 

(4)将不 ̄1]Ti和 ̄1]Ti的两种成分的钢材在锻造 

厂经感应加热后锻造成连杆,测量两种成分连杆的力 

学性能和晶粒大小,研究在实际感应加热锻造过程中 

Ti对S45CVMn钢力学性能和晶粒度的影响。 

两种成分的钢材组织均为铁素体+珠光体,热轧状态 

下的晶粒大小无明显差别(如图1 a、图1 b)。说明Ti 

元素的加入对热轧钢材的晶粒大小没有明显影响,并 

且加入一定量的Ti会明显降低强度,但对塑性和冲击 

韧性影响不大。 

3.2在常规加热条件下Ti对S45CVMn钢晶粒度的 

影响 

将不加Ti和加Ti两种成分的钢材;bUT成厚度为25 

mm的小试样,置于箱式电阻炉内加热到1 080℃, 

保温8 min烧透,然后取出空冷,观察两种成分的钢 

正火后的晶粒度(如图1 C、图1 d)。 

从图1看出,在常规加热条件下加热到1 080 oC 

时,Ti具有非常明显细化晶粒的效果。如果钢中没 

3试验内容及结果 

3.1 Ti元素对热轧钢材力学性能和晶粒度的影响 

)Jl:lTi ̄U不 ̄1]Ti的S45CVMn钢轧制成 40 mm钢 

材后的性能和晶粒大小如表2。 

从表2看出,不 ̄1]Ti的S45CVMn钢强度明显高于 

2O 1 1年第6期 

有)jnTi,高温下较长时间加热后晶粒会出现很明显 

汽车T艺与材料AT&M【47 f 

I 

韧 料 l垂 胃 

的长大。 

根据试验结果确定,通过感应加热方式锻造加工 

S45CVMn钢时,钢中不应; ̄DTi。 

3。3在模拟感应加热条件下Ti对S45CVMn钢晶粒度 

的影响 

实际上,S45CVMn钢在锻造连杆前的加热为感 

应加热,加热时间非常短,钢料在感应炉内总的停留 

时间为200 S,加热温度为1 060~1 1 00。C。那么, 

4分析与讨论 

4.1 S45CVMn钢的强化机理及Ti对S45CVMn钢强度 

的影响 

没有 ̄1]Ti的¥45CVMn钢在这样的加热条件下晶粒是 

如何变化的呢?为此,我们通过Gleeble 3800热模拟 

S45CVMn钢属于铁素体一珠光体型非调质钢, 

影响其强度的主要因素有铁素体与珠光体的数量及其 

特性、起沉淀强化作用的化合物” 。铁素体与珠光体 

的数量及特性主要由C、Mn含量和冷却速度决定。 

当C、Mn含量和冷却速度一定时,为了获得较高的 

试验机模拟感应加热过程进行试验。 

将钢材制成 10 mm X 70 mm的热模拟试样, 

以10℃/s的速度加热到1 080℃,保温1O0 S,之 

后以空冷的速度冷到室温,观察晶粒大小变化。图 

1为S45CVMn钢的晶粒大小。其中:图1a为)J[1Ti的 

S45CVMn钢原始晶粒大小(7级);图1 b为不加Ti 

的S45CVMn钢原始晶粒大小(7级):图1 c为; ̄BTi 

的S45CVMn钢在常规加热条件下加热到1 080 0C时 

的晶粒大小(6.5级):图1d为不 ̄JDTi的S45CVMn 

强度,一般要往钢中加入一定量的N和V,形成VN和 

V(C,N),产生沉淀强化。 

当钢中再加入Ti时,N优先与Ti结合形成TiN 

gnTi(C,N)…,这时必然会消耗一部分N,在随 

后的冷却过程中,剩下的N再与Al和V结合。这 

时,钢中就存在Ti、AI、V的化合物,在这些化合 

物中,只有VN和V(C,N)在铁素体中析出产生 

沉淀强化的效果最大。由于Ti的化合物的形成夺 

钢在常规加热条件下加热到1 080℃时的晶粒大小 

(2级):图1 e为加Ti的S45CVMn钢快速加热到 

1 080 oC后的晶粒大小(7级):图1 f为不加Ti的 

¥45CVMn钢快速加热到1 080℃后的晶粒大小(7 

走了一部分N,因而与V结合的N就会减少,从而 

减少VN和V(C,N)的析出,所以加Ti后钢的强 

度会降低。 

级)。从图中看出,钢材快速加热到1 080。C后, 

在保温1 O0 s2_内晶粒大小没有明显变化。该试验表 

明,在快速加热过程中,由于加热时间非常短,晶 

4.2在常规加热条件下加热时Tj对S45CVMn钢晶粒 

长大的影响 

粒长大很不明显,这时钢中是否 ̄[ITi与加热后的晶 

粒尺寸关系不大。 

3.4 Ti对实际感应加热后锻造连杆的晶粒度和力学性 

能的影响 

在实际生产过程中,用户使用不加Ti和加Ti 

的S45CVM rl钢经1 080℃感应加热后锻造成 

连杆,取样测量连杆的力学 性能和晶粒度如表3 

所示。 

常规加热条件是指在电阻炉、煤气炉等设各中加 

热。这种加热方式是通过辐射、对流、传导进行传热 

的,升温速度比较慢。为了使被加热的钢材各处温度 

都达到要求,加热时间较长。 

Ti)J[1入S45CVMn钢中后,钢中除了已经存在的 

A J和V的氮化物质点外,还会形成TiN和Ti(C.N)质 

点。在常规加热条件下的加热过程中,没有溶入到 

奥氏体的质点会阻碍奥氏体晶界的迁移,从而起到 

从用户实际使用的结果来看,不加T i的 

细化晶粒的作用。在这些质点中,弥散分布的TiN和 

Ti(C.N)质点对阻止奥氏体晶粒长大效果最大。资 

料显示,含Tj的非调质钢加热到1 250 oC时仍保持 

较细的晶粒;其次是AI和V的化合物,其粗化温度在 

S45CVMn钢连杆晶粒大/J\gn ̄rlTi的一样,但不; ̄nTi的 

连杆强度明显较高,并且塑性、韧性接近,不)JBTi的 

连杆综合力学性能高于/jnTi的连杆。 

48 J汽车-r-艺与材料 AT&M 201 1年第6期 

2024年8月31日发(作者:斐浩慨)

枥 料 匝 胃 

S45CVMn钢中Ti的控制 

摘要:研究了Ti对S45CVMn钢热轧材晶粒大小和力学性能的影响,以及加Ti和不加Ti的 

S45CVMn钢在常规加热条件下和在感应加热条件下被加热到1 080。C后晶粒大小的变化。结果表 

明,钢中加入Tj对热轧状态下的晶粒大小没有明显影响,对感应加热后的晶粒大小也没有影响;在 

常规加热条件下加热时,钢中加入Ti能起到明显细化晶粒的作用。在力学性能方面,钢中加入Ti后 

会降低其强度,但对塑性和韧性影响不大。如果锻造前的加热是感应加热,则S45CVMn钢中不加 

Ti;如果锻造前的加热是常规加热, ̄lJS45CVMn钢中应加入O.01 5%NO.025%Ti。 

关键词:晶粒大小 力学性能 氮化物 感应加热 

中图分类号:TG1 13.25 文献标识码:A 

■ 江阴兴澄特种钢铁有限公司 廖书全 孟羽 俞金锦 

1前言 

¥45CVMn钢是用于制作轿车发动机连杆的非调 

质钢。根据非调质钢生产的一般思路,为了使该钢获 

得较高的强度和足够的韧性,除了要将各元素控制在 

技术标准要求的范围内,还要住钢中加入一定量的N 

和Tj,以获得沉淀强化和细化晶粒的效果。现场了解 

生什么影响呢7为此,利用热模拟试验机等设备研究 

TTi元素对S45CVMn非调质钢晶粒大小和力学性能 

的影响。 

2试验材料及方法 

¥45CVMn钢的化学成分要求如表1。S45CVMn 

钢的生产工艺为转炉熔炼一钢包精炼一RH真空脱气 

一连铸一连铸坯加热一轧制一空冷一精整一检验一包 

装、入库。发动机连杆的生产工艺流程为下料一感应 

加热一锻造一冷却一检验。 

生产不加Tj的和加入0 01 5%~0.025%Ti的 

用户使用S45CVMn钢制作连杆的工艺后发现,该钢 

下料后的加热是采用感应炉加热的,钢材锻造前总加 

热时间为200 s《包括加热和保温时间),加热时间非常 

短。晶粒长大过程是一个动力学过程,主要与温度和 

时间有关。一般来说,晶粒长大过程是一个比较慢的 

过程,它要克gETi、AI、V等化合物的质点对晶界的 

阻碍后才能逐渐长大。那么,在这种加热速度很快的 

感应加热条件下晶粒长大过程如何呢?这个时候还需 

要加入T_来细化晶粒吗?如果不加入Tj,对性能会产 

 I

S45CVMn钢各3炉,其余成分控制范围相同(具体每 

炉钢的成分如表1中的A、B、C、D、E、F炉号)。 

连铸后以相同的轧钢工艺进行轧制,轧制规格为 4O 

mm,然后按以下方法进行试验。 

(1)分析不/JBTi和)JaTi两种成分的钢材在热轧 

46}汽车T艺与材料AT&M 

I 

2011年第6期 

彻 料 匝 用 

状态下的力学性能和晶粒度,研究Ti元素对热轧钢材 

的力学性能和晶粒大小的影响。 

(2)将不加Ti和加Ti的钢材加工成厚度为25 

尺 L 尺 

a ‰ 

z 

7% 

J(r1J2晶粒度 

7 f致 a , 

mm的小试样,置于型号为SX2—12—126t箱式电阻炉 

内,升温到1 080℃后,保温8 min烧透,然后取出 

空冷,通过Zeiss金相显微镜观察两种成分的钢正火 

后晶粒大小的变化,研究在常规加热条件下加热n?Ti 

对S45CVMn钢晶粒度的影响。 

(3)模拟感应加热过程。将不加Ti和)jnTi的两 

种成分的钢材制成尺寸为 10 mm X 70 mm的热 

模拟试样,在Gleeble 3800热模拟试验机内从室温 J]nTi的S45CVMn钢,塑性和韧性指标相差不明显。 

开始以10 oC/s的速度加热到1 080 oC(加热时间为 

106 S),保温100 S,之后以空冷的速度冷到室温, 

观察晶粒大小的变化,研究在快速加热条件下Ti对 

¥45CVMn钢晶粒长大的影Ⅱ向。 

(4)将不 ̄1]Ti和 ̄1]Ti的两种成分的钢材在锻造 

厂经感应加热后锻造成连杆,测量两种成分连杆的力 

学性能和晶粒大小,研究在实际感应加热锻造过程中 

Ti对S45CVMn钢力学性能和晶粒度的影响。 

两种成分的钢材组织均为铁素体+珠光体,热轧状态 

下的晶粒大小无明显差别(如图1 a、图1 b)。说明Ti 

元素的加入对热轧钢材的晶粒大小没有明显影响,并 

且加入一定量的Ti会明显降低强度,但对塑性和冲击 

韧性影响不大。 

3.2在常规加热条件下Ti对S45CVMn钢晶粒度的 

影响 

将不加Ti和加Ti两种成分的钢材;bUT成厚度为25 

mm的小试样,置于箱式电阻炉内加热到1 080℃, 

保温8 min烧透,然后取出空冷,观察两种成分的钢 

正火后的晶粒度(如图1 C、图1 d)。 

从图1看出,在常规加热条件下加热到1 080 oC 

时,Ti具有非常明显细化晶粒的效果。如果钢中没 

3试验内容及结果 

3.1 Ti元素对热轧钢材力学性能和晶粒度的影响 

)Jl:lTi ̄U不 ̄1]Ti的S45CVMn钢轧制成 40 mm钢 

材后的性能和晶粒大小如表2。 

从表2看出,不 ̄1]Ti的S45CVMn钢强度明显高于 

2O 1 1年第6期 

有)jnTi,高温下较长时间加热后晶粒会出现很明显 

汽车T艺与材料AT&M【47 f 

I 

韧 料 l垂 胃 

的长大。 

根据试验结果确定,通过感应加热方式锻造加工 

S45CVMn钢时,钢中不应; ̄DTi。 

3。3在模拟感应加热条件下Ti对S45CVMn钢晶粒度 

的影响 

实际上,S45CVMn钢在锻造连杆前的加热为感 

应加热,加热时间非常短,钢料在感应炉内总的停留 

时间为200 S,加热温度为1 060~1 1 00。C。那么, 

4分析与讨论 

4.1 S45CVMn钢的强化机理及Ti对S45CVMn钢强度 

的影响 

没有 ̄1]Ti的¥45CVMn钢在这样的加热条件下晶粒是 

如何变化的呢?为此,我们通过Gleeble 3800热模拟 

S45CVMn钢属于铁素体一珠光体型非调质钢, 

影响其强度的主要因素有铁素体与珠光体的数量及其 

特性、起沉淀强化作用的化合物” 。铁素体与珠光体 

的数量及特性主要由C、Mn含量和冷却速度决定。 

当C、Mn含量和冷却速度一定时,为了获得较高的 

试验机模拟感应加热过程进行试验。 

将钢材制成 10 mm X 70 mm的热模拟试样, 

以10℃/s的速度加热到1 080℃,保温1O0 S,之 

后以空冷的速度冷到室温,观察晶粒大小变化。图 

1为S45CVMn钢的晶粒大小。其中:图1a为)J[1Ti的 

S45CVMn钢原始晶粒大小(7级);图1 b为不加Ti 

的S45CVMn钢原始晶粒大小(7级):图1 c为; ̄BTi 

的S45CVMn钢在常规加热条件下加热到1 080 0C时 

的晶粒大小(6.5级):图1d为不 ̄JDTi的S45CVMn 

强度,一般要往钢中加入一定量的N和V,形成VN和 

V(C,N),产生沉淀强化。 

当钢中再加入Ti时,N优先与Ti结合形成TiN 

gnTi(C,N)…,这时必然会消耗一部分N,在随 

后的冷却过程中,剩下的N再与Al和V结合。这 

时,钢中就存在Ti、AI、V的化合物,在这些化合 

物中,只有VN和V(C,N)在铁素体中析出产生 

沉淀强化的效果最大。由于Ti的化合物的形成夺 

钢在常规加热条件下加热到1 080℃时的晶粒大小 

(2级):图1 e为加Ti的S45CVMn钢快速加热到 

1 080 oC后的晶粒大小(7级):图1 f为不加Ti的 

¥45CVMn钢快速加热到1 080℃后的晶粒大小(7 

走了一部分N,因而与V结合的N就会减少,从而 

减少VN和V(C,N)的析出,所以加Ti后钢的强 

度会降低。 

级)。从图中看出,钢材快速加热到1 080。C后, 

在保温1 O0 s2_内晶粒大小没有明显变化。该试验表 

明,在快速加热过程中,由于加热时间非常短,晶 

4.2在常规加热条件下加热时Tj对S45CVMn钢晶粒 

长大的影响 

粒长大很不明显,这时钢中是否 ̄[ITi与加热后的晶 

粒尺寸关系不大。 

3.4 Ti对实际感应加热后锻造连杆的晶粒度和力学性 

能的影响 

在实际生产过程中,用户使用不加Ti和加Ti 

的S45CVM rl钢经1 080℃感应加热后锻造成 

连杆,取样测量连杆的力学 性能和晶粒度如表3 

所示。 

常规加热条件是指在电阻炉、煤气炉等设各中加 

热。这种加热方式是通过辐射、对流、传导进行传热 

的,升温速度比较慢。为了使被加热的钢材各处温度 

都达到要求,加热时间较长。 

Ti)J[1入S45CVMn钢中后,钢中除了已经存在的 

A J和V的氮化物质点外,还会形成TiN和Ti(C.N)质 

点。在常规加热条件下的加热过程中,没有溶入到 

奥氏体的质点会阻碍奥氏体晶界的迁移,从而起到 

从用户实际使用的结果来看,不加T i的 

细化晶粒的作用。在这些质点中,弥散分布的TiN和 

Ti(C.N)质点对阻止奥氏体晶粒长大效果最大。资 

料显示,含Tj的非调质钢加热到1 250 oC时仍保持 

较细的晶粒;其次是AI和V的化合物,其粗化温度在 

S45CVMn钢连杆晶粒大/J\gn ̄rlTi的一样,但不; ̄nTi的 

连杆强度明显较高,并且塑性、韧性接近,不)JBTi的 

连杆综合力学性能高于/jnTi的连杆。 

48 J汽车-r-艺与材料 AT&M 201 1年第6期 

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