本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含釩汽車傳動(dòng)軸用鋼及其生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)：

中國(guó)是鈮資源貧乏國(guó)家，巴西冶金及礦業(yè)有限公司控制了世界85%的鈮生產(chǎn)。我國(guó)釩資源非常豐富，無(wú)論是資源儲(chǔ)備，還是釩產(chǎn)量均位于世界第一位。目前市面上的汽車傳動(dòng)軸用鋼種，化學(xué)成分設(shè)計(jì)主要為碳、錳強(qiáng)化或Nb強(qiáng)化，使得鋼材的韌塑性及焊接性較差。隨著國(guó)家節(jié)能減排及汽車輕量化的要求，對(duì)汽車用鋼的使用要求越來(lái)越嚴(yán)，強(qiáng)度級(jí)別也逐步提高，因此開(kāi)發(fā)一種既具有高強(qiáng)度，有具有良好韌塑性和焊接性的鋼材迫在眉睫。

本發(fā)明充分依托我國(guó)釩資源優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)了獨(dú)具特色的含釩汽車傳動(dòng)軸用鋼。利用了V在奧氏體中的固溶度較高，但在鐵素體中的固溶度相對(duì)較低，在熱軋γ→α轉(zhuǎn)變過(guò)程中，以V（C，N）化合物形式析出，在相變強(qiáng)化與細(xì)晶強(qiáng)化的綜合作用下，最終得到了高強(qiáng)度、良好韌性含釩汽車傳動(dòng)軸用鋼板，其抗拉強(qiáng)度達(dá)420～580MPa，屈服強(qiáng)度≥360MPa，延伸率≥26%，是目前市面上強(qiáng)度級(jí)別較高的一種汽車傳動(dòng)軸用鋼板，順應(yīng)了汽車行業(yè)發(fā)展的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種含釩汽車傳動(dòng)軸用鋼及其生產(chǎn)方法。本方法利用了V在奧氏體中的固溶度較高，但在鐵素體中的固溶度相對(duì)較低，在γ→α轉(zhuǎn)變過(guò)程中的相間析出和在鐵素體中的析出強(qiáng)化，因此在既需要較高強(qiáng)度又要求韌性的鋼中加入適量的V會(huì)起到良好的作用。

本發(fā)明的目的之一是提供一種含釩汽車傳動(dòng)軸用鋼及其生產(chǎn)方法，所述傳動(dòng)軸用鋼板化學(xué)成分及其重量百分比如下：C≤0.14%，Si≤0.40%，Mn：0.80～1.40%，P≤0.035%，S≤0.025%，V：0.010～0.080%，Ti≤0.06%，Als：0.015～0.060%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素。

本發(fā)明所述含釩汽車傳動(dòng)軸用鋼性能指標(biāo)如下：抗拉強(qiáng)度達(dá)420～580MPa，屈服強(qiáng)度≥360MPa，延伸率≥26%。

本發(fā)明所述汽車傳動(dòng)軸用鋼板組織為鐵素體加珠光體，其中珠光體占8～14%。

本發(fā)明的另一目的是提供上述一種含釩汽車傳動(dòng)軸用鋼及其生產(chǎn)方法，包括下述工序：轉(zhuǎn)爐冶煉，LF精煉，板坯連鑄，板坯加熱，高壓水除鱗，控制軋制，控制冷卻。

本發(fā)明所述轉(zhuǎn)爐冶煉工序，按照設(shè)定成分冶煉鋼水，鋼水LF精煉、板坯連鑄工序得到板坯。

本發(fā)明所述板坯加熱工序，將板坯加熱至1180～1260℃。

本發(fā)明所述控制軋制工序包括粗軋、熱卷箱卷取、精軋。

本發(fā)明所述粗軋為5道軋制，出口溫度為1020～1080℃。

本發(fā)明所述精軋出口溫度為820～870℃。

本發(fā)明所述控制冷卻工序中層流冷卻速度15～30℃/S，所述卷取溫度為560～620℃。

本發(fā)明工藝中板坯優(yōu)先采用熱裝。

本發(fā)明化學(xué)成分的設(shè)計(jì)思路：汽車用鋼板(卷)是薄鋼板中產(chǎn)量比例較大、品種規(guī)格較多，技術(shù)含量和附加值較高的產(chǎn)品之一，汽車鋼板的品種和質(zhì)量是冶金技術(shù)裝備和工業(yè)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。目前市場(chǎng)上汽車傳動(dòng)軸用鋼產(chǎn)品，主要通過(guò)添加微合金元素Nb、Ti或Nb-Ti復(fù)合的成分體系，來(lái)達(dá)到汽車傳動(dòng)軸用鋼的性能要求，如繼續(xù)沿用現(xiàn)有市場(chǎng)成分體系生產(chǎn)汽車傳動(dòng)軸用鋼，對(duì)市場(chǎng)上推廣同質(zhì)化產(chǎn)品難度較大，而且不能發(fā)揮我國(guó)V資源優(yōu)勢(shì)，因此含釩汽車傳動(dòng)軸用鋼的研發(fā)工作勢(shì)在必行。

V在奧氏體中的固溶度較高，但在鐵素體中的固溶度相對(duì)較低，是一種理想的低溫鐵素體析出強(qiáng)化元素。因此其主要作用是在γ→α轉(zhuǎn)變過(guò)程中的相間析出和在鐵素體中的析出強(qiáng)化。釩碳氮化物在奧氏體中析出將加速鐵素體形核，使轉(zhuǎn)變溫度升高；如果在奧氏體相中應(yīng)變誘導(dǎo)析出碳氮化物，其對(duì)γ→α轉(zhuǎn)變影響更大，原因是析出控制了γ→α轉(zhuǎn)變的界面行為。雖然在控軋鋼中V的細(xì)化晶粒的作用不如Nb，但其析出強(qiáng)化的作用卻大于Nb，因此在既需要較高強(qiáng)度又要求韌性的鋼中加入適量的V會(huì)起到良好的作用。

C：0.14%以下，是低碳鋼中最經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)化元素，含量過(guò)高能降低鋼的塑性和沖擊韌性，惡化冷成型性能和焊接性能，所以目前汽車傳動(dòng)軸用鋼[C]含量，在保證強(qiáng)度的前提下，[C]含量有很大程度降低。

Si：0.40%以下，能提高鋼的強(qiáng)度、疲勞極限、耐蝕性能。

Mn：0.80～1.40%，在汽車傳動(dòng)軸用鋼中有較多良好的作用，錳是很好的脫氧劑，能夠擴(kuò)大奧氏體區(qū)，降低奧氏體向多邊形鐵素體的轉(zhuǎn)變溫度，利用錳的固溶強(qiáng)化作用來(lái)提高鋼的強(qiáng)度。

P：0.035%以下，能提高鋼的強(qiáng)度，降低鋼的塑性，對(duì)焊接性能不利，并增加焊裂的敏感性，因此在汽車傳動(dòng)軸用鋼中是一種有害元素，應(yīng)盡可能降低P在鋼中的含量。

S：0.025%以下，硫和錳反應(yīng)生成硫化物夾雜而存在鋼中，沿著鋼板的軋制方向延伸，形成嚴(yán)重的帶狀，降低鋼的塑性、冷成型性和沖擊韌性，所以降低硫含量和改變其在鋼中的夾雜形態(tài)是獲得高韌性至關(guān)重要的途徑。

V：0.010～0.080%，V除了溶解溫度較低和阻止再結(jié)晶的效果較弱外，和Nb有相似的作用。V僅在900℃以下對(duì)再結(jié)晶才有推遲作用，在奧氏體轉(zhuǎn)變以后，V幾乎己完全溶解，所以在固溶體中，V僅作為一個(gè)元素來(lái)影響奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變。但與Nb相比，V使那些不希望有的非多邊形鐵素體產(chǎn)生得較少，這個(gè)特性對(duì)于厚度較大的鋼板是十分有利的。因V與鋼中的氮具有較強(qiáng)的親和力，所以V可以固定鋼中的“自由”氮，在鋼中，V與C和“自由”N結(jié)合形成V(C，N)化合物，大大降低了鋼中的“自由”N含量，避免了鋼的應(yīng)變時(shí)效性。釩是相當(dāng)強(qiáng)烈的碳氮化物形成元素。V主要通過(guò)鐵素體中C、N化合物的析出對(duì)強(qiáng)化有貢獻(xiàn)。V能產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化作用進(jìn)而提高屈服強(qiáng)度。在含釩鋼中，釩也以碳氮化物的形態(tài)存在而發(fā)揮重要作用。碳化釩、氮化釩及碳氮化釩均是非常穩(wěn)定的第二相，在很高的溫度下長(zhǎng)時(shí)間保溫仍可保持細(xì)小的尺寸。

Ti：0.06%以下。通過(guò)細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度，Ti可提高奧氏體的再結(jié)晶溫度，即在較高的溫度下實(shí)現(xiàn)奧氏體非再結(jié)晶區(qū)軋制，從而可使軋件在較高的溫度下完成軋制變形，同時(shí)軋后通過(guò)沉淀強(qiáng)化得到細(xì)小的TiC析出物，進(jìn)而提高鋼的強(qiáng)度。

本發(fā)明工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)思路：

軋制工藝：采用控軋控冷技術(shù)，加熱溫度控制在1180～1260℃范圍內(nèi)的中上限，精軋出口溫度在820～870℃中上限，確保單相奧氏體區(qū)相變軋制，層冷采用前段集中冷卻工藝，將變形和熱處理相結(jié)合，得到期望的組織及細(xì)化晶粒，提高材料力學(xué)性能及冷彎成形性能。

軋制時(shí)鋼坯開(kāi)軋溫度按1180～1260℃范圍控制，在這一溫度下，使得V的溶解度更大，避免了釩碳氮化物的析出，然后在軋制和卷取發(fā)生γ→α轉(zhuǎn)變過(guò)程中析出，起到晶粒細(xì)化和析出強(qiáng)化等作用。

結(jié)合含釩汽車傳動(dòng)軸用鋼板所設(shè)計(jì)化學(xué)成分，軋制溫度的選擇對(duì)析出強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化來(lái)講有此消彼長(zhǎng)的影響，同時(shí)注意到，如果軋制溫度高到使材料在軋時(shí)處于再結(jié)晶態(tài)或不完全再結(jié)晶態(tài)，可能會(huì)導(dǎo)致晶粒細(xì)化不夠甚至混晶而影響成形性能，綜上考慮，精軋出口溫度按820～870℃范圍控制，卷取溫度按560～620℃范圍控制。

本發(fā)明根據(jù)V元素在控軋控冷中的作用機(jī)理：

一是析出強(qiáng)化，與其它微合金化元素相比，V的溶解度很大，在給定一定溫度時(shí)，V的溶解度更大，避免熱軋過(guò)程中釩碳氮化物的析出，大量的V被保留下來(lái)，在γ→α轉(zhuǎn)化中促進(jìn)了V（C，N）的析出；二是V與N的親和力強(qiáng)，V將N從雜質(zhì)中轉(zhuǎn)化一種有效合金；三是細(xì)晶強(qiáng)化，N促進(jìn)V（C，N）的析出，阻止了鐵素體晶粒的長(zhǎng)大。

本發(fā)明的特點(diǎn)是在常規(guī)強(qiáng)化元素碳、錳的基礎(chǔ)上，采用V微合金化及其與V,N復(fù)合微合金元素，實(shí)現(xiàn)元素間的相互配合，其強(qiáng)度主要通過(guò)微合金鋼中細(xì)小彌散的微合金碳、氮化物的析出強(qiáng)化來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)輔以細(xì)晶強(qiáng)化和相變強(qiáng)化。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：充分利用了V在奧氏體化鋼中的固溶度較高，但在鐵素體中的固溶度相對(duì)較低，在γ→α轉(zhuǎn)變過(guò)程中的相間析出和在鐵素體中的析出強(qiáng)化，及其V與N微合金化析出強(qiáng)化作用，從而得到了高強(qiáng)度、良好韌性的含釩汽車傳動(dòng)軸用鋼板，其抗拉強(qiáng)度達(dá)420～580MPa，屈服強(qiáng)度≥360MPa，延伸率≥26%，并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所生產(chǎn)寬帶鋼的金相組織顯微圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所生產(chǎn)寬帶鋼的金相組織顯微圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1所生產(chǎn)寬帶鋼的金相組織顯微圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1所生產(chǎn)寬帶鋼的金相組織顯微圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例1所生產(chǎn)寬帶鋼的金相組織顯微圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

實(shí)施例1

厚度2mm、寬度1250mm，含釩汽車傳動(dòng)軸用鋼板化學(xué)組分及重量百分比為：C：0.08%，Si：0.10%，Mn：0.82%，P：0.010%，S：0.002%，V：0.040%，Ti：0.020%，Als：0.015%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素。含釩汽車傳動(dòng)軸鋼板組織為鐵素體加珠光體，珠光體約占8%。

生產(chǎn)方法：1）按照上述設(shè)定成分冶煉鋼水，鋼水LF精煉、板坯連鑄工序得到板坯；2）將板坯加熱至1180℃，經(jīng)高壓水除鱗、粗軋、熱卷箱卷取、精軋、控制冷卻得到熱軋卷板。

其中粗軋5道軋制，出口溫度為1020℃；精軋出口溫度為820℃，層流冷卻速度25℃/min，卷取溫度為560℃。

實(shí)施例2

厚度2.5mm、寬度1250mm，含釩汽車傳動(dòng)軸鋼板化學(xué)組分及重量百分比為：C：0.09%，Si：0.12%，Mn：1.13%，P：0.012%，S：0.0025%，V：0.045%，Ti：0.022%，Als：0.025%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素。含釩汽車傳動(dòng)軸鋼板組織為鐵素體加珠光體，珠光體約占9%。

生產(chǎn)方法：1）按照上述設(shè)定成分冶煉鋼水，鋼水LF精煉、板坯連鑄工序得到板坯；2）將板坯加熱至1200℃，經(jīng)高壓水除鱗、粗軋、熱卷箱卷取、精軋、控軋冷卻得到熱軋卷板。

其中粗軋5道軋制，出口溫度為1040℃；精軋出口溫度為840℃，層流冷卻速度23℃/min，卷取溫度為570℃。

實(shí)施例3

厚度3mm、寬度1250mm，含釩汽車傳動(dòng)軸鋼板化學(xué)組分及重量百分比為：C：0.10%，Si：0.15%，Mn：1.25%，P：0.014%，S：0.010%，V：0.050%，Ti：0.025%， Als：0.030%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素。含釩汽車傳動(dòng)軸鋼板組織為鐵素體加珠光體，珠光體約占10%。

生產(chǎn)方法：1）按照上述設(shè)定成分冶煉鋼水，鋼水LF精煉、板坯連鑄工序得到板坯；2）將板坯加熱至1240℃，經(jīng)高壓水除鱗、粗軋、熱卷箱卷取、精軋、控軋冷卻得到熱軋卷板。

其中粗軋5道軋制，出口溫度為1060℃；精軋出口溫度為850℃, 層流冷卻速度24℃/min，卷取溫度為590℃。

實(shí)施例4

厚度4.0mm、寬度1250mm，含釩汽車傳動(dòng)軸鋼板化學(xué)組分及重量百分比為：C：0.14%，Si：0.30%，Mn：1.35%，P：0.015%，S：0.003%，V：0.010%，Ti：0.045%，Als：0.030%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素。含釩汽車傳動(dòng)軸鋼板組織為鐵素體加珠光體，珠光體約占14%。

生產(chǎn)方法：1）按照上述設(shè)定成分冶煉鋼水，鋼水LF精煉、板坯連鑄工序得到板坯；2）將板坯加熱至1250℃，經(jīng)高壓水除鱗、粗軋、熱卷箱卷取、精軋、控軋冷卻得到熱軋卷板。

其中粗軋5道軋制，出口溫度為1070℃；精軋出口溫度為860℃, 層流冷卻速度26℃/min，卷取溫度為600℃。

實(shí)施例5

厚度6mm、寬度1250mm，含釩汽車傳動(dòng)軸鋼板化學(xué)組分及重量百分比為：C：0.12%，Si：0.40%，Mn：1.40%，P：0.035%，S：0.025%，V：0.080%，Ti：0.06%，Als：0.060%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素。含釩汽車傳動(dòng)軸鋼板組織為鐵素體加珠光體，珠光體約占12%。

生產(chǎn)方法：1）按照上述設(shè)定成分冶煉鋼水，鋼水LF精煉、板坯連鑄工序得到板坯；2）將板坯加熱至1260℃，經(jīng)高壓水除鱗、粗軋、熱卷箱卷取、精軋、控軋冷卻得到熱軋卷板。

其中粗軋5道軋制，出口溫度為1080℃；精軋出口溫度為870℃, 層流冷卻速度30℃/min，卷取溫度為620℃。

對(duì)上述實(shí)施例1-5中的產(chǎn)品進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，具有良好的力學(xué)強(qiáng)度及塑性匹配，具體指標(biāo)如表1所示：

表1 實(shí)施例1-5性能檢測(cè)數(shù)據(jù)

以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。