CN103266287B - 一种中碳铁素体-珠光体型非调质钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种中碳铁素体-珠光体型非调质钢,所述非调质钢的组成按重量百分数为:C:0.35~0.43%、Si:0.30~0.80%、Mn:1.00~1.60%、Cr:0.10~0.30%、V:0.06~0.20%、Ni:0.10~0.30%、P≤0.035%、S:0.040~0.075%、Alt:0.010~0.060%、N:100~200×10-4%,余为Fe和不可避免的杂质;该中碳铁素体-珠光体型非调质钢同时具有高强度、高韧性特点,在无需经过调质热处理的情况下,热轧钢的强塑性指标即可达到40Cr或40MnB调质钢水平;本发明还提供了上述中碳铁素体-珠光体型非调质钢的制造方法。

Description

一种中碳铁素体-珠光体型非调质钢及其制造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及非调质钢及其制造技术领域,尤其涉及一种中碳铁素体-珠光体型非 调质钢及其制造方法。
背景技术
[0002] 中碳铁素体-珠光体型非调质钢,通过加入V等微合金化元素,以及增加珠光体量 和碳化钒等沉淀强化来提高钢的强度,其强度完全可以达到调质钢900~lOOOMPa的强度 水平。但由于组织为铁素体-珠光体组织,其韧性一般都低于调质钢的回火索氏体组织,再 加上共格析出物的沉淀强化,进一步降低了钢的韧性,使非调质钢在承受冲击负荷部件上 的应用受到限制。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于,为克服现有技术中的中碳铁素体-珠光体型非调质钢韧性不 足的技术问题,提供一种中碳铁素体-珠光体型非调质钢,该中碳铁素体-珠光体型非调质 钢同时具有高强度、高韧性特点,在无需经过调质热处理的情况下,热乳钢的强塑性指标即 可达到40Cr或40MnB调质钢水平。同时提供该中碳铁素体-珠光体型非调质钢的制造方 法。
[0004] 为了实现上述目的,本发明提供一种中碳铁素体-珠光体型非调质钢,所述非调 质钢的组成按重量百分数为:
[0005] C; Φ.: 35~0.43 % $i: 0.30~0.80% Ito: ~1.60% Ο: 0.10~0,30% V: 0.06~0.20% Ni: 0. H)~0. 30% P^0.0 35% S: 0.040~0.075% Alt: 0.010~0.060% N: (100~200) X 10-4%
[0006] 余为Fe和不可避免的杂质。
[0007] 作为上述技术方案的进一步改进,所述杂质中的残余元素包括Cu和Mo,控制元素 含量:Cu 彡 0· 25%、Mo 彡 0· 06%、0 彡 20ΧΚΓ4% ;
[0008] 作为上述技术方案的进一步改进,进一步优化的所述非调质钢的组成按质量百分 数为:
[0009] C :0· 37 ~0· 42%,Si :0· 60 ~0· 80%,Μη :1· 40 ~1. 60%,Cr :0· 15 ~0· 25%, V :0· 12 ~0· 15%,Ni :0· 10 ~0· 20%,P :彡 0· 020%,S :0· 055 ~0· 065%,Cu :彡 0· 25%, Mo :彡 0· 06%,Alt:0. 020 ~0· 040%,0 彡 15X10 _4%,N : (120 ~160) ΧΚΓ4%,余为 Fe 和不可避免的杂质;
[0010] 碳当量 Ceq :0· 64 % 彡 Ceq 彡 0· 68 %,Ceq = % C+ % Mn/6+( % Cr+ % Mo+ % V)/5+(% Ni+% Cu)/15 ;
[0011] 锰当量 Mneq :1. 55% 彡 Mneq 彡 1. 68%,Mneq = % Mn+0. 35% Ni+1. 5% Cr+2% Mo+0. 17% Cu。
[0012] 本发明还提供了上述中碳铁素体-珠光体型非调质钢的制造方法,所述的制造方 法包括如下步骤:
[0013] (1)冶炼:采用电炉冶炼,经过所述电炉冶炼后采用LF炉精炼,LF炉精炼后采用 VD炉进行真空处理,并按照S含量控制要求采用喂线机喂入硫线,硫线收得率稳定在70~ 81% ;
[0014] (2)浇注:采用连铸全程保护浇注,中包钢水温度控制在1515~1530°C,保持过热 度为25~35 °C,恒拉速控制在0. 50~0. 55mm/min ;并采用结晶器电磁搅拌和凝固末端电 磁搅拌;
[0015] (3)乳制:钢坯在加热炉的均热温度为1180~1220°C,加热时间为2~3h,开乳 温度1100~1180°C,终乳温度850~980°C;乳后钢材冷却速度为1. 2~1. 8°C /s,下冷床 堆冷温度450~550 °C。
[0016] 作为上述技术方案的进一步改进,所述电炉冶炼过程中的终点[C]含量为0. 12~ 0. 25%、终点[P]含量彡0. 015%,钢水的出钢温度1640~1650°C ;
[0017] 作为上述技术方案的进一步改进,所述LF炉精炼中进行全程吹氩搅拌,加入造渣 材料造白渣,精炼白渣保持时间为15~18min,并进行成分微调;所述造渣材料为石灰、萤 石和脱氧剂;
[0018] 作为上述技术方案的进一步改进,所述LF炉精炼的过程中,还加入钒氮合金或氮 化隹凡铁进行增氮合金化,并喂入1丐线(Φ 13mm) 0. 8m~1. 2m/吨钢;
[0019] 作为上述技术方案的进一步改进,所述真空处理的条件为:真空度25Pa下,保持 时间12~15分钟;
[0020] 作为上述技术方案的进一步改进,所述结晶器电磁搅拌参数为200A/3. 0Hz,所述 末端电磁搅拌参数为l〇〇A/12Hz ;
[0021] 作为上述技术方案的进一步改进,在所述VD炉进行真空处理的过程完成后,延长 软吹氩时间至18~22分钟,氧含量控制在15~18ppm。
[0022] 本发明的一种中碳铁素体-珠光体型非调质钢的优点在于:
[0023] 通过在中碳锰钢基础上进行成分设计,适当降低碳含量,提高Mn、Si含量,并添加 V、Cr、Ni、A1等元素,使各元素符合本发明的所述非调质钢的组成按重量百分数的要求;得 到的中碳铁素体-珠光体型非调质钢同时具有高强度、高韧性特点,在无需经过调质热处 理的情况下,热乳钢材的强塑性指标达到40Cr或40MnB调质钢水平,抗拉强度彡920MPa,延 伸率彡15%,收缩率彡30%,室温冲击韧性彡80J/cm2,热乳布氏硬度260~300HB,热乳钢 材的显微组织为珠光体+铁素体组织。与传统合金结构钢等调质钢比较,本发明的中碳铁 素体-珠光体型非调质钢显示了良好的加工工艺性能和经济性,可以用来制造曲轴、连杆、 轮轴等汽车零部件。
具体实施方式
[0024] 下面结合实施例对本发明作进一步说明。
[0025] 表3示出了本发明实施例1~3中制成的中碳铁素体-珠光体型非调质钢的组成 重量百分数;表4示出了本发明实施例1~3中制成的中碳铁素体-珠光体型非调质钢的 力学性能。表3、4中实验数据的测试方法均采用国际通用方法。
[0026] 其中,本发明实施例1~3中制成的中碳铁素体-珠光体型非调质钢各元素的重 量百分数均落在以下范围:
[0027] C: 0.35~0.43% Si: 0.30~0.80% Μη: 1.00~1.60% Cr: 0. 10~0. 30% V: 0, 06~0. 20% Ni: 0, 10~0. 30% PsS0.0 35% S: 0.040~(3. 075% Alt: 0.010~0.060% N: (100~200) X 10-、
[0028] 余为Fe和不可避免的杂质。
[0029] 因中碳铁素体-珠光体型非调质钢中C含量的降低,可减少珠光体的含量,从而 降低了强度,提高了韧性;反之,C含量大于0.40%,保证了高强度,但很难保证高韧性;而 C含量的降低可通过提高Μη含量来保证中碳铁素体-珠光体型非调质钢的强度。另外,C 含量的降低,提高Μη含量,进而减小铁素体晶粒直径、珠光体团尺寸和片间距,及带来共析 点C含量的降低和珠光体细化;从而使得中碳铁素体-珠光体型非调质钢在高强度下仍具 有高韧性。为此,通过在中碳锰钢基础上进行成分设计,在中碳铁素体-珠光体型非调质钢 中,适当降低碳含量,增加 Μη含量。
[0030] 增加 Ν含量是为了保证所述的非调质钢中V的沉淀强化和锻造后获得最佳的强韧 性能,同时进行V微合金化,V含量:0. 06~0. 20%;加入一定的S可改善切削性能,S含量小 于0. 040 %,对切削性能不起作用,大于0. 080 %,会对横向韧性不利,设计加入S: 0. 040~ 0. 075%可在钢中形成MnS夹杂物提高切削性能;加入适量的Cr :0. 10~0. 30%,可以提供 钢的淬透性,还可以使珠光体片间距减小,提高钢的韧性;加入适量的Ni :0. 10~0. 30%, 可以提尚非调质钢的初性;加入适量的Alt:0. 010~0. 060%,可以细化晶粒,提尚非调质 钢的强韧性;适当提高Si含量,将增加组织中铁素体的比例,并使晶粒变细,提高非调质钢 的韧性;Cu、Mo为残余元素,为减少危害和对非调质钢组织的不利影响,控制Cu < 0. 25%, Mo彡0.06% ;为提高钢的纯净度,控制[0]彡20ΧΚΓ4 %。
[0031] 表1、表2示出了根据实施例1~3中制成的中碳铁素体-珠光体型非调质钢的冶 炼、连铸、乳钢工艺条件,此实施例1~3仅以Φ75_规格钢材的生产工艺为例来具体说明 本发明的中碳铁素体-珠光体型非调质钢的制造方法,所述中碳铁素体-珠光体型非调质 钢的制造方法包括如下步骤:
[0032] (1)冶炼:采用电炉冶炼,经过所述电炉冶炼后采用LF炉精炼,LF炉精炼后采用 VD炉进行真空处理,并按照S含量控制要求采用喂线机喂入硫线,硫线收得率稳定在70~ 81% ;
[0033] (2)浇注:采用连铸全程保护浇注,中包钢水温度控制在1515~1530°C,保持过热 度为25~35°C,确保钢水良好的可浇性;恒拉速控制在0. 50~0. 55mm/min ;并采用结晶器 电磁搅拌和凝固末端电磁搅拌;
[0034] (3)乳制:钢坯在加热炉的均热温度为1180~1220°C,加热时间为2~3h,开乳 温度1100~1180°C,终乳温度850~980°C;乳后钢材冷却速度为1. 2~1. 8°C /s,下冷床 堆冷温度450~550 °C。
[0035] 基于上述实施例1~3中的中碳铁素体-珠光体型非调质钢的制造方法,对该 制造方法进一步改进为:所述电炉冶炼过程中采用UHP超高功率电炉,终点[C]含量为 0. 12~0. 25 %、终点[P]含量彡0. 015 %,钢水的出钢温度1640~1650 °C ;所述LF炉 精炼中进行全程吹氩搅拌,加入造渣材料造白渣,精炼白渣保持时间为15~18min,并进 行成分微调;所述造渣材料为石灰、萤石和脱氧剂;所述LF炉精炼的过程中,还加入钒氮 合金或氮化钒铁进行增氮合金化,使N含量保持在(120~150) ΧΚΓ4% ;,并喂入钙线 (Φ 13mm) 0. 8m~1. 2m/吨钢;所1述真空处理的条件为:真空度25Pa下,保持时间12~15 分钟;所述结晶器电磁搅拌参数为200A/3. 0Hz,所述末端电磁搅拌参数为100A/12HZ,确保 铸坯良好的组织和表面质量;在所述VD炉进行真空处理的过程完成后,延长软吹氩时间至 18~22分钟,改善钢水洁净度和可浇性;氧含量控制在15~18ppm。
[0036] 表1 :中碳铁素体-珠光体型非调质钢的冶炼工艺条件
Figure CN103266287BD00071
[0038] 表2 :中碳铁素体-珠光体型非调质钢的连铸、乳钢工艺条件
Figure CN103266287BD00072
[0040] 表3 :中碳铁素体-珠光体型非调质钢的组成重量百分数(重量,% )
[0041 ]
Figure CN103266287BD00081
[0042] 表4 :中碳铁素体-珠光体型非调质钢的力学性能
Figure CN103266287BD00082
[0044] 最后所应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参 照实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,对本发明的技术方 案进行修改或者等同替换,都不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明 的权利要求范围当中。

Claims (10)

1. 一种中碳铁素体-珠光体型非调质钢,其特征在于,所述非调质钢的组成按重量百 分数为: C; 0.37~0.42% Si; 0.30~0.80% Μη: 1.00~L60% Cr; 0. 10~0. 30% V; 0.06~0.20% Ni; 0. 10~0. 30% ?《0.肌5% S;日.040~日.075% AL; 0. 010~0. 060〇'〇 能(100~200)X10-^密 余为化和不可避免的杂质。
2. 根据权利要求1所述的一种中碳铁素体-珠光体型非调质钢,其特征在于,所述杂质 中的残余元素包括Cu和Mo,控制元素含量:Cu《0. 25 %、Mo《0. 06 %、0《20X10一4 %。
3. 根据权利要求1或2所述的一种中碳铁素体-珠光体型非调质钢,其特征在于,进一 步优化的所述非调质钢的组成按质量百分数为: Si :0. 60~0. 80%,Μη :1. 40~1. 60%,Cr :0. 15~0. 25%,V :0. 12~0. 15%,Ni : 0. 10~0. 20 %,P :《0. 020 %,S :0. 055~0. 065 %,Cu :《0. 25 %,Mo :《0. 06 %,Alt: 0.020~0.040%,0《15X10-4%,N:(120~160) Xl〇-4%,余为化和不可避免的杂质; 碳当量Ceq:0. 64%《Ceq《0. 68%,Ceq=%C+%Mn/6+(%Cr+%Mo+%V)/5+(%Ni+%Cu)/15 ; 儘当量Mneq:1. 55 %《Mneq《1. 68%,Mneq= %Mn+0. 35 %Ni+1. 5 % 化巧 %Mo+0. 17% 化。
4. 根据权利要求1中所述的中碳铁素体-珠光体型非调质钢的制造方法包括如下步 骤: (1) 冶炼:采用电炉冶炼,经过所述电炉冶炼后采用LF炉精炼,LF炉精炼后采用VD炉 进行真空处理,并按照S含量控制要求采用喂线机喂入硫线,硫线收得率稳定在70~81 %; (2) 诱注:采用连铸全程保护诱注,中包钢水溫度控制在1515~1530°C,保持过热度为 25~35 °C,恒拉速控制在0. 50~0. 55mm/min;并采用结晶器电磁揽拌和凝固末端电磁揽 拌; 做社制:钢巧在加热炉的均热溫度为1180~1220°C,加热时间为2~3h,开社溫度 1100~118(TC,终社溫度850~980°C;社后钢材冷却速度为1. 2~1. 8°C/s,下冷床堆冷 溫度450~550 °C。
5. 根据权利要求4所述的一种中碳铁素体-珠光体型非调质钢的制造方法,其特征在 于,所述电炉冶炼过程中的终点[C]含量为0. 12~0. 25%、终点[門含量《0. 015%,钢水 的出钢溫度1640~1650°C。
6. 根据权利要求4所述的一种中碳铁素体-珠光体型非调质钢的制造方法,其特征在 于,所述LF炉精炼中进行全程吹氣揽拌,加入造渣材料造白渣,精炼白渣保持时间为15~ 18min,并进行成分微调;所述造渣材料为石灰、蛋石和脱氧剂。
7. 根据权利要求4所述的一种中碳铁素体-珠光体型非调质钢的制造方法,其特征在 于,所述LF炉精炼的过程中,还加入饥氮合金进行增氮合金化,并喂入巧线0. 8m~1. 2m/ 吨钢,所述巧线直径为13mm。
8. 根据权利要求4所述的一种中碳铁素体-珠光体型非调质钢的制造方法,其特征在 于,所述真空处理的条件为:真空度25化下,保持时间12~15分钟。
9. 根据权利要求4所述的一种中碳铁素体-珠光体型非调质钢的制造方法,其特征在 于,所述结晶器电磁揽拌参数为200A/3. 0化,所述末端电磁揽拌参数为100A/12HZ。
10. 根据权利要求4所述的一种中碳铁素体-珠光体型非调质钢的制造方法,其特征在 于,在所述VD炉进行真空处理的过程完成后,延长软吹氣时间至18~22分钟,氧含量控制 在 15 ~18ppm。
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