CN103266287B

CN103266287B - 一种中碳铁素体-珠光体型非调质钢及其制造方法

Info

Publication number: CN103266287B
Application number: CN201310177522.4A
Authority: CN
Inventors: 戈文英
Original assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2013-05-14
Filing date: 2013-05-14
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2033-05-14
Also published as: CN103266287A

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%、Al_t：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

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

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900～1000MPa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

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，热轧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。

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：

余为Fe和不可避免的杂质。

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≤0.25％、Mo≤0.06％、O≤20×10^－4％；

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：

C：0.37～0.42％，Si：0.60～0.80％，Mn：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％，Al_t：0.020～0.040％，O≤15×10^－4％，N：(120～160)×10^－4％，余为Fe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；

锰当量Mneq：1.55％≤Mneq≤1.68％，Mneq＝％Mn+0.35％Ni+1.5％Cr+2％Mo+0.17％Cu。

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：

(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)浇注：采用连铸全程保护浇注，中包钢水温度控制在1515～1530℃，保持过热度为25～35℃，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；

(3)轧制：钢坯在加热炉的均热温度为1180～1220℃，加热时间为2～3h，开轧温度1100～1180℃，终轧温度850～980℃；轧后钢材冷却速度为1.2～1.8℃/s，下冷床堆冷温度450～550℃。

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≤0.015％，钢水的出钢温度1640～1650℃；

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；

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钒铁进行增氮合金化，并喂入钙线(φ13mm)0.8m～1.2m/吨钢；

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；

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100A/12Hz；

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。

本发明的一种中碳铁素体-珠光体型非调质钢的优点在于：

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、Al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，热轧钢材的强塑性指标达到40Cr或40MnB调质钢水平，抗拉强度≥920MPa，延伸率≥15％，收缩率≥30％，室温冲击韧性≥80J/cm²，热轧布氏硬度260～300HB，热轧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

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

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。

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：

余为Fe和不可避免的杂质。

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Mn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Mn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Mn含量。

增加N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％，可以提高非调质钢的韧性；加入适量的Al_t：0.010～0.060％，可以细化晶粒，提高非调质钢的强韧性；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≤0.06％；为提高钢的纯净度，控制[O]≤20×10^－4％。

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、轧钢工艺条件，此实施例1～3仅以Φ75mm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：

(2)浇注：采用连铸全程保护浇注，中包钢水温度控制在1515～1530℃，保持过热度为25～35℃，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；

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≤0.015％，钢水的出钢温度1640～1650℃；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)×10^－4％；，并喂入钙线(φ13mm)0.8m～1.2m/吨钢；所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。

表1：中碳铁素体-珠光体型非调质钢的冶炼工艺条件

表2：中碳铁素体-珠光体型非调质钢的连铸、轧钢工艺条件

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，％)

表4：中碳铁素体-珠光体型非调质钢的力学性能

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

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：

余为Fe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％、O≤20×10^－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％，Mn：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％，Al_t：0.020～0.040％，O≤15×10^－4％，N：(120～160)×10^－4％，余为Fe和不可避免的杂质；

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：

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[P]含量≤0.015％，钢水的出钢温度1640～1650℃。

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。

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，还加入钒氮合金进行增氮合金化，并喂入钙线0.8m～1.2m/吨钢，所述钙线直径为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25Pa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，所述结晶器电磁搅拌参数为200A/3.0Hz，所述末端电磁搅拌参数为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，延长软吹氩时间至18～22分钟，氧含量控制在15～18ppm。