專利名稱：適于經改進的熱處理的空冷淬硬的低碳和中碳鋼的制作方法
技術領域：
本發明涉及適用于熱處理工藝的低碳和中碳空冷淬硬鋼，所述的熱處理工藝比如是生產鋼質零件時的滲碳、淬火和回火、氮碳共滲、滲氮或感應加熱淬火。
很多用于各種用途的零件是用相同的制造方法生產的。開始時通過熱軋生產管、棒或環狀件或通過熱鍛制造半成品。這些工藝過程之后或是對進行過表面性能改進工藝，如滲碳的零部件進行軟成型，或進行淬火和回火作業。在某些情況下，使該半成品材料淬火和回火，而該零部件的成形是在淬火態下完成的。
改進表面性能工藝，如滲碳是復雜，昂貴而費時的，而且公知的是，提高基礎原材料的含碳量可以明顯縮短滲碳時間。改進表面性能工藝和淬火和回火工藝的共同之處是，為得到具有良好的強度、高耐磨性、作業過程中的熱穩定性及高的抗疲勞性能的工件，都要進行淬火作業。
現今的淬火作業是通過將半成品料或工件在具有高冷卻能力的液態介質(最常見的是油或鹽)中急冷而完成的，為的是達到所需的硬度和性能。高的急冷速度因變形而成的大難題，變形必需校正，因而使工件的生產成本大為增加。
所用的淬火介質對環境有害，為保持適宜性能而進行的大量維護有損于健康，有發生火災的危險而且也很昂貴。由于在急冷有力方面，氣體和油浴或鹽浴相比有很大的差距，所以用高壓氣體冷卻取代這種標準的淬火工藝只取得了有限的成功。
本發明的目的在于提供可以較為有效的成本經空冷淬硬和回火而達到所需性能，并可縮短改進表面性能工藝如滲碳，所需時間的低碳和中碳鋼。采用本發明還有一些其它的如環境問題方面和淬火變形方面的好處。
用本發明的鋼完成了上述的和其它的目的，該鋼含有(％重量)C 0．10-0．55Si 0．97-2．03Mn 1．14-1．83Cr 0-1．65Mo 0．36-0．58Fe和雜質余量具有上述成份的鋼可作為結構鋼使用，與現今用于結構件的微合金化的類似的鋼相比，具有上述成份的鋼有更高的性能及類似的成本。
通過將現今的常規工藝方法及產品的性能與本發明的工藝方法和所達到的性能在不同應用實施方面進行對比來說明本發明。表面硬化現在，選用含碳量約為0．2％的鋼(一般為SAE 8620)，然后通過熱成型制成原料(如棒、鍛件或管)，用軟成形制成工件。為得到含碳約0．8％的表面區，對這些工件進行滲碳。滲碳之后通過將工件加熱到奧氏體化溫度再于油或鹽浴中急冷而使其被淬火。
按本發明，該工件按上述實施例進行滲碳，但因選擇了含碳量較高的基礎原料，滲碳時間縮短。這將明顯減少所需的滲碳時間。
不管含碳量如何，本發明的鋼可通過在空氣中緩冷，或若需要，輔以鼓風或冷卻氣體冷卻從滲碳溫度被直接淬火。
圖1對比了常規工藝方法的典型情況和用本發明的鋼時的情況。圖2展示了用本發明的鋼，根據所選的基礎材料含碳量，在滲碳步驟中所達到的被縮短的時間。淬火和回火或對工件半成品(如鍛件，棒或管)或對經輕度機加工的工件進行淬火和回火。淬火和回火作業一般包括加熱至奧氏體化溫度，在油或鹽浴中急冷，然后在調至可得到所需工件性能的溫度下回火。
按本發明，可通過從熱成型溫度(鍛造或軋制溫度)直接空冷淬硬，或，在被機加工的工件的情況下，通過在奧氏體化作業后的空冷硬化而完成淬火和回火。在上述兩種情況下，空冷硬化之后再在為達到所需性能的溫度下進行回火。
在從成形(鍛造或軋制)溫度進行空冷硬化的情況下，可將昂貴而費時的奧氏體化過程完全省去。這種空冷硬化具有上述的在費用、環境和健康方面優點，另外因淬火工藝而帶來的變形問題可被完全避免。
在對經機加工的工件進行淬火和退火的情況下，也有費用，環境和健康方面的優點，并且變形問題也大為減少。
圖3展示了對工件半成品，如鍛件，棒或管狀件所進行的常規淬火和回火的工藝方法，及用于本發明鋼的相應的方法。
C Si Mn Cr MoFe和雜質0．39 1．73 1．42 1．53 0．44 余量用膨脹計評估法及實際的實驗，確定了800-500度(t800／500)的溫度范圍內的冷卻速率及所達到的硬度之間的關系(圖4)。該評估表明，當一直在空氣中冷卻時，最大直徑為60mm的實心棒材將全部淬透，從而全部達到馬氏體硬度。
如圖5所示，已確定，這類空淬硬化鋼試樣(通過從鍛造溫度(1100℃)經空冷而被空淬硬化的)的室溫沖擊強度是在不同溫度下回火時所產生的硬度的函數。
該實施例表明，空淬硬化可將高強度與顯著的韌性結合起來。
權利要求
1．欲被空冷淬硬的鋼，所述空冷淬硬是熱處理的一部分，所述熱處理比如是淬火和回火、感應加熱淬火，滲碳、碳氮共滲或滲氮，該鋼含有(重量％)C 0．10-0．55Si0．97-2．03Mn1．14-1．83Cr0-1．65Mo0．36-0．58Fe和雜質 余量。
2．欲被空冷淬硬的鋼，所述空冷淬硬是熱處理的一部分，所述熱處理比如是滲碳、碳氮共滲或滲氮，該鋼含有(重量％)C 0．10-0．30Si0．97-2．03Mn1．14-1．83Cr0-1．65Mo0．36-0．58Fe和雜質 余量。
3．欲被空冷淬硬的鋼，所述空冷淬硬是熱處理的一部分，所述熱處理比如是淬火和回火、感應加熱淬火、滲碳、碳氮共滲或滲氮，該鋼含有(重量％)C 0．31-0．55Si0．97-2．03Mn1．14-1．83Cr0-1．65Mo0．36-0．58Fe和雜質 余量。
全文摘要
欲被空冷淬硬的鋼,所述空冷淬硬是熱處理的一部分,所述熱處理比如是淬火和回火、感應加熱淬火滲碳、碳氮共滲或滲氮,該鋼含有(%重量):C:0.10—0.55;Si0.97—2.03;Mn1.14—1.83;Cr0—1.65;Mo0.36—0.58。Fe和雜質余量。
文檔編號C22C38/22GK1295138SQ0013372
公開日2001年5月16日 申請日期2000年11月2日 優先權日1999年11月2日
發明者T·倫德, P·奧倫德, S·拉爾森, P·紐曼, O·羅什 申請人:奧瓦科鋼鐵股份公司