[发明专利]一种40Mn2B合金结构钢材料

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料制备技术领域，具体说是一种适用于制造高淬透性与淬火开裂敏感性小的合金结构钢材料。

背景技术

目前，国内用于汽车零件的中碳合金结构钢中，主要以40MnB、40Cr、42CrMo钢为主，40MnB和40Cr钢淬透性低，对于直径φ60-80感应淬火有效硬化层深度难达到10mm以上，存在淬透性不足的缺陷，无法满足高层深的感应淬火技术要求；42CrMo钢的淬透性较高，有效硬化层深度可达到10mm以上的要求，其淬透性能满足高层深的感应淬火技术要求，但成本高，而且Mo钢存在有淬火易开裂的风险，开裂敏感性大，并且调质和感应淬火热处理工艺性差。

发明内容

为了克服目前中碳合金钢在汽车零件生产中存在的淬透性不足或淬火易开裂的不足，本发明的发明目的在于提供一种40Mn2B合金结构钢材料，该材料在原40MnB的基础上进行成分改良，不仅大幅度提高了淬透性，满足了感应淬火高层深的要求，而且淬火开裂敏感性比42CrMo明显减小，成本低。

为实现上述目的，本发明合金结构钢材料的化学成份的重量百分比为：C ：0.37-0.42% ；Si ：0.17-0.37%；Mn ：1.40-1.70%；Cr ：0.20-0.60%；B ：0.0010-0.0035%；Ti： 0.015-0.045% ；P：≤0.035%；S：≤0.035% ；Mo：≤0.06%；Ni：≤0.15%；Cu：≤0.25% 。 

本发明在现有的常用合金结构钢40MnB基础上，提高了Mn的含量到1.40-1.70%，添加了0.20-0.60%Cr,提高材料的淬透性；为了保证B对淬透性的作用，对B的含量提出了更严格的要求，为0.0010-0.0035%，并明确了Ti的含量为0.015-0.045%，以保证脱氧定氮的效果，避免N元素对B作用的削弱。

本发明与现有技术相比，可将淬透性提高到42CrMo以上，达到J13/50-60HRC，能在正火状态下达到调质硬度217-269HB，采用与40MnB和40Cr同样的淬火介质感应淬火处理，对轴类零件能达到有效硬化层深10-16mm,而比42CrMo的材料成本低，淬火开裂敏感性小，热处理工艺性好。

具体实施方式

本发明采用电弧炉或转炉冶炼。

电弧炉冶炼40Mn2B合金结构的工艺要点。

（1）炉料由10-30%低磷生铁及70-90%清洁废钢组成。配料碳应保证全熔化后碳量比规定下限高0.30%以上。采用返回法冶炼时，为减少钢中气体，脱碳量为0.10%以上。

（2）采用矿石和氧气混合进行氧化，先加矿石后吹氧，氧化开始温度应高于1480℃，结膜时间大于30s,脱碳量不少于0.30%。

（3）薄渣形成后，预脱氧0.5-1.0Kg/t,加入电石2-3Kg/t,碳粉1-2kg/t,闭炉门7-15min。

（4）碳粉渣发白后，分2-4批加入硅粉或硅钙粉，两批间隔时间大于5min。硅粉和硅钙粉的总量为3-4kg/t。加第二批硅钙粉后，可取样进行分析。

（5）出钢前硅的控制，必须考虑加钛铁和硼铁中硅量在0.10%以上，钛铁的加入量必须保证钢中残余的钛量不低于0.03%。

（6）出钢温度的选择以1480-1500℃为宜，出钢前加入锰铁和铬铁，保证所需要的化学成分。

（7）出钢前5min插铝0.8-1.0kg/t,经过充分搅拌后，按0.06-0.08%加入钛铁，充分脱氧与定氮。加钛后出钢前，将预先用铝皮包好的硼铁合金插入钢液内。

（8）翻炉时先钢后渣，然后钢渣混出，防止硼铁被裹入渣中影响硼的回收率。

（9）直读光谱仪器或化学方法检验钢材成分，合格后，轧制成所需要的规格材料。

（10）检验成品钢材的低倍组织，化学成分，淬透性和硬度等项目，合格后投入使用。

转炉冶炼40Mn2B合金结构的工艺要点。

（1）进入转炉的铁水温度高于1300℃。

（2）吹炼时要保证足够的钢渣碱度，以利于彻底去除磷硫杂质。

（3）但碳降至标准要求时，钢液温度达到出钢温度1520-1580℃后，到入钢包。

（4）在钢包中加入锰铁或铝硅锰合金预脱氧。并把锰和铬的合金元素按要求范围配料加入。

（5）加硼前插铝1Kg/t,按0.04-0.06%计算加入钛铁，脱氧定氮。

（6）出钢温度的选择以1480-1500℃为宜，出钢前加入锰铁和铬铁，保证所需要的化学成分。