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)
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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
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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
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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