CN102806289A - 非调质钢产品的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非调质钢产品的制造方法，包括以大约1150～1250℃热锻钢材料，以使其体积为120％或更小；以大约10℃/s或更大的冷却率将热锻材料快速冷却至大约650～700℃；以及在温度为大约600℃或更高时进行温精压。
Description
技术领域
本发明涉及一种非调质(non-QT)钢产品的制造方法，特别地，其中提高了非调质钢产品的强度，并大幅度地简化了的制造工艺。
背景技术
提高包括由不经过调制处理的非调质钢组合物制成的连杆在内的产品的强度，通常包括例如向组合物中添加合金成分，执行锻造然后控制冷却以提供精细结构等方法。
然而，为了通过增加合金成分而提高强度，明显增加了材料成本，因此具有一定的局限性。在锻造后控制冷却的情形中，该方法存在局限，因其能够形成精细结构的最快的冷却速率是5℃/s或更小。
如图1所示，传统连杆经热锻变形，然后经过喷丸工艺、冷精压，从而修正弯曲部分和大/小末端的尺寸，去应力退火以消除精压所产生的残余应力，然后喷丸处理以便除去氧化皮(scale)使表层光滑。然而，该方法存在一定的问题，主要是因其两次喷丸工艺及去应力退火增加了制造成本。而且，获得的强度提高不大。
根据传统形成工艺，锻造是通过在具有产品形状的上模和下模之间导入轧制材料进行的，并用压机将压力施加其中，因此获得预期的形状。如图2所示，通过执行二或三次的压制工艺得到最终形状，这里通常执行三次压制工艺，其包括整坯模(buster)、预锻模(blocker)，以及精锻模(finisher)工艺。在最终产品的体积为100％时，将体积控制成经整坯模后为120～130％、经预锻模后为110～120％、经精锻模后为100％。作为参考，整坯模工艺很大地压缩了材料以消除氧化皮，并保持适当的锻造比。整坯模工艺后，进行预锻模工艺以将材料塑造成近似于最后的形状，因此能够更有效地进行精锻模工艺。在这些步骤中，通过模具设计后，包括模具分析等的模拟(simulation)来确定体积。
喷丸工艺是通过将被称做丸粒或砂粒的金属或非金属微粒喷射到产品表面来进行的，从而消除和碾磨氧化皮。如图3所示，冷精压是通过在精压模(coining mold)之间放置冷锻造产品并在预定量的压力下压制实施的。这修正了弯曲部分并控制了大或小末端的厚度。该工艺用于改善连杆等的弯曲部分而不形成奇怪的形状。
本现有技术仅仅用于增强对本发明背景技术的理解，不应被视为是本领域技术人员已知的现有技术。
发明内容
因此，本发明紧记现有技术中存在的上述问题而提出，其目的在于提供一种改良的非调质钢产品的制造方法。特别地，本方法包括用来提供精细结构的快速冷却以及用于硬化该结构的温精压(warmcoining)，因此提高产品的强度。此外，该方法可以省略连续的应力消除和喷丸，因此可提高生产率并降低制造成本。
本发明一方面提供一种非调质钢产品的制造方法，包括以升高的温度(例如，大约1150～1250℃)热锻钢材料，以使其体积为大约120％或更小；快速冷却热锻材料(例如，以大约10℃/s或更大的冷却率，从升高的温度冷却到650～700℃)；以及以适当的温度(例如，大约600℃或更高)进行温精压。
本发明的另一方面提供一种非调质钢产品的制造方法，包括在升高的温度(例如，大约1150～1250℃)下热锻钢材料，以使其体积大约为120％或更小；快速冷却热锻材料；以及以适当的温度(例如，大约600～680℃)对该材料的四个面(顶面/底面/左面/右面)进行温精压以使其体积为大约100～120％。
本发明的又一方面提供一种非调质钢产品的制造方法，其包括以升高的温度(例如，大约1150～1250℃)热锻钢材料以使其体积为大约120％或更小；快速冷却热锻材料(例如，以大约10℃/s或更大的冷却率，从升高的温度冷却到大约650～700℃)；以及在适当的温度(例如，大约600～680℃)下对该材料的四个面(顶面/底面/左面/右面)进行温精压以使其体积为大约100～120％。
根据各实施例，可以通过处理钢材料以使其体积经整坯模后为140％或更小，经预锻模后为大约130％或更小，经精锻模后为大约120％或更小，来进行热锻。
在某些实施例中，温精压还可以包括在适当温度(例如，大约550～650℃)下将精压后的材料输送到保温炉(warm holding furnace)中以消除残余应力。
在某些实施例中，输送还可以包括进行喷丸以去除所输送材料的氧化皮。
根据本发明的实施例，该材料可以是汽车的连杆。
附图说明
图1示出连杆的传统制造工艺；
图2示出利用传统热锻制造的材料的形状；
图3示出传统冷精压工艺；
图4示出根据本发明一个实施例的连杆制造工艺；以及
图5示出用于图4所示的非调质钢产品的制造工艺的温精压装置。
具体实施方式
下文将参考附图详细描述与非调质钢的制造方法有关的本发明的实施例。
可以理解的是，本文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似的术语包括一般而言的机动车辆，比如包含运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、货车，各种商用车辆的客车、包含各种轮船和舰船的船只、飞行器等等，并且包括混合动力车辆、电动汽车、混合动力电动汽车、氢动力汽车和其它替代燃料汽车(例如，从除了石油以外的资源中取得的燃料)。如在本文中所引用的，混合动力车辆是具有两种或多种动力来源的车辆，例如汽油动力车辆和电动动力车辆二者。
除了明确地指出或明显来自上下文以外，如在此使用的术语“大约”应理解为在本领域的正常公差范围内，比如在平均值的2个标准偏差内。大约可理解成指出值在10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％、或0.01％内。除非另从上下文中清楚得知，否则在此提供的所有数值都由术语大约来修饰。
图4示出根据本发明一个实施例的非调质钢产品的制造工艺。根据本发明的实施例，非调质钢产品的制造方法包括在升高的温度(例如，大约1150～1250℃)热锻钢材料以使其体积为120％或更低，快速冷却热锻材料(例如，以大约10℃/s或更高的冷却率将升高的温度冷却到大约650～700℃)，并且在适当温度(例如，大约600℃或更高的温度)进行温精压。
此外，根据本发明实施例的非调质钢产品的制造方法包括在升高的温度(例如，大约1150～1250℃)热锻钢材料以使其体积大约是120％或更小，快速冷却热锻材料，并在适宜的温度(例如，大约600～680℃)温精压该材料的四个面(顶面/底面/左面/右面)，以使其体积大约为100～120％。
此外，根据本发明实施例的非调质钢产品的制造方法包含在升高的温度(例如，大约1150～1250℃)下热锻钢材料以使其体积大约为120％或更小，快速冷却热锻材料(例如，以大约10℃/s或更大的冷却率将升高的温度冷却到大约650～700℃)，并在适宜的温度(例如，大约600～680℃)温精压该材料的四个面(顶面/底面/左面/右面)以使其体积大约为100～120％。
因此，根据本发明的非调质钢产品的制造方法通常包括热锻、快速冷却、以及温精压。本发明非调质钢产品的一个具体例子是用于汽车的连杆。对于这种连杆，本发明实施例将略去用于加工其弯曲部分的传统冷精压工艺，因此具有经济效益。
本发明的非调质钢组合物包括大约0.30～0.60wt％的C、大约0.50～2.0wt％的Si、大约0.80～1.40wt％的Mn、大约0.005～0.10wt％的P、大约0.05～0.10wt％的S、大约0.050wt％或更低但多于0wt％的Al、大约0.40wt％或更低但多于0wt％的Cr、大约0.05～0.35wt％的V、大约0.15wt％或更低但多于0wt％的Ti、大约0.05wt％或更低但多于0wt％的Nb、大约0.010～0.080wt％的Zr、大约0.030wt％或更低但多于0wt％的N，其余的是Fe和杂质。
根据多个实施例，在热锻(以便提供120％或更低的体积)后冷却时，将高压氮气吹到其上并进行快速冷却(例如，以大约10℃/s或更高)直到被锻造材料的温度为680℃，其恰好在A1转变温度下。这使细小晶粒形成(其提高了强度)且去除了氧化皮。因此，可省略传统的喷丸工艺。如图1的传统工艺所示，必须进行喷丸，因为冷精压后会出现缺陷同时在材料中会出现氧化皮。
此外，根据本发明的多个实施例，恰好在A1转变温度下，在该材料的顶面/底面/左面/右面的四个面上进行温精压，以使其体积为120％或更小。这可确保精细的尺寸并去除在修整后产生的闪光。因而，能够省去传统的磨边。图5示出这种温精压装置，其中，将材料的顶面/底面/左面/右面的四个面进行压缩，以将其体积从120％控制到大约100％。该温精压工艺不同于只在材料的顶面和底面进行压制的传统精压工艺。因此，能够进行相对简单的修正，例如传统的弯曲部分的修正(图3)。特别地，通过在升高的温度下加热和处理四个面，能够同时形成和修正材料。
而且，在温精压之后，塑性形变导致加工硬化效果可产生额外的强度提高。在温精压之后，材料被保持在经加热的带式输送炉中，例如大约600℃，大约20分钟或更长的时间，来消除残余应力。因而，可以同时输送和加强该材料。进一步地，根据本发明，可以略去使用传统冷精压来消除应力退火(SRA)，因此降低制造成本。
根据传统方法，在热锻和冷却之后利用分离装置间断地进行冷精压，喷丸，以及消除应力退火。这样会不利地降低生产率。而根据本发明的实施例，在温精压之后持续地保暖，同时进行输送和加强，因此提高了生产率。进一步地，根据本发明的快速冷却，用于提高强度的温精压，以及持续保暖工艺，可以省略步骤并改善产品的质量。
特别地，根据本发明的实施例，进行热锻以使钢材料被处理成体积在经整坯模后为大约140％或更低，经预锻模后大约为130％或更低，以及经精锻模后大约为120％或更低。与传统方法相比，将体积控制成经精锻模后为120％而不是100％，剩下的20％通过随后的温精压进行压缩来处理。因此，本发明可以略去喷丸和冷精压步骤。而且，根据本发明，在温精压之后通过塑性变形可进一步地提高强度。
而且，根据本发明的多个实施例，上述温精压工艺还可以包括将经精压的材料输送到具有适当温度例如550～650℃的保温炉中以消除残余应力。同样地，可以同时进行输送和消除应力。这样的输送还可以包括喷丸以消除输送材料的氧化皮，以及最后对材料进行修整。根据本发明，相对于传统方法，可以仅进行一次喷丸。
如上所述，本发明提供一种非调质钢产品的制造方法。根据本发明，在热锻工艺之后，进行快速冷却(例如，以大约10℃/秒或更高)以达到精细结构，并随后进行温精压以加工硬化，因此提高强度。此外，可以省略连续的应力消除和喷丸工艺，因而提高生产率并减少制造工艺。
尽管上面已经参考本发明的优选实施方式对本发明进行了详细描述。然而，本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的原理和精神的情况下，还可以对这些实施方式进行修改、变形和替换，本发明的保护范围限定在所附的权利要求中。
Claims (7)
1.一种非调质钢产品的制造方法，包括：
在大约1150～1250℃下热锻钢材料，以使其体积为大约120％或更小；
以大约10℃/s或更大的冷却率将所述热锻材料快速冷却至大约650～700℃；以及
在大约600℃或更高的温度下进行温精压。
2.一种非调质钢产品的制造方法，包括：
在大约1150～1250℃下热锻钢材料，以使其体积为大约120％或更小；
快速冷却所述热锻材料；以及
在大约600～680℃下对所述材料的顶面/底面/左面/右面的四个面进行温精压，以使其体积为大约100～120％。
3.一种非调质钢产品的制造方法，包括：
在大约1150～1250℃下热锻钢材料，以使其体积为大约120％或更小；
以大约10℃/s或更大的冷却率将所述热锻材料快速冷却至大约650～700℃；以及
在大约600～680℃下对所述材料的顶面/底面/左面/右面的四个面进行温精压，以使其体积为大约100～120％。
4.如权利要求1的所述方法，其中通过处理所述钢材料以使其体积经整坯模后为大约140％或更小，经预锻模后为大约130％或更小，以及经精锻模后为大约120％或更小，来进行所述热锻。
5.如权利要求2的所述方法，其中通过处理所述钢材料以使其体积经整坯模后为大约140％或更小，经预锻模后为大约130％或更小，以及经精锻模后为大约120％或更小，来进行所述热锻。
6.如权利要求3的所述方法，其中通过处理所述钢材料以使其体积经整坯模后为大约140％或更小，经预锻模后为大约130％或更小，以及经精锻模后为大约120％或更小，来进行所述热锻。
7.如权利要求1的所述方法，其中所述温精压还包括将已精压材料输送到大约550～650℃的保温炉中以消除残余应力。
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