CN103898413A

CN103898413A - 钒氮微合金化磨棒用钢及其制备方法

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Publication number: CN103898413A
Application number: CN201410101291.3A
Authority: CN
Inventors: 李法兴; 翟正龙; 徐锡坤; 张伟; 孙永喜; 张君平; 卢乃双; 刘永昌; 欧阳峥嵘; 袁淑君
Original assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2034-03-18
Also published as: CN103898413B

Abstract

本发明公开了一种钒氮微合金化磨棒用钢及其制备方法，所述钒氮微合金化磨棒用钢的化学成分按重量百分比计包括0.65%～0.72%的C，0.20%～0.30%的Si，1.10%～1.50%的Mn，不超过0.025%的P，不超过0.015%的S，0.10%～0.20%的Cr，0.04%～0.10%的V，0.015%～0.040%的Alt，不超过1.5×10^-4%的H，100×10^-4%～140×10^-4%的N，不超过15×10^-4%的T.O，余量为Fe及不可避免的杂质。所述钒氮微合金化磨棒用钢的制备方法包括：电炉初炼→LF精炼→VD真空脱气→连铸→铸坯缓冷→轧制→精整。根据本发明的方法获得的钒氮微合金化磨棒用钢生产成本低，组织致密均匀，洁净度高且晶粒细小，具有高强度、高韧性、耐磨性能等特点，满足低冲击应力工况下磨棒用钢性能要求。

Description

钒氮微合金化磨棒用钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金领域，尤其涉及一种钒氮微合金化磨棒用钢及其制备方法。

背景技术

耐磨材料广泛应用于矿山、冶金、煤炭、机械、电力等行业，分为金属耐磨材料和非金属耐磨材料。其中，金属耐磨材料主要包括：（1）奥氏体高锰钢，该类钢种具有高强、高韧、耐磨等特点，但只有在强冲击、高应力和磨料硬的情况下才能起作用；在低应力冲击磨料磨损条件下，高锰钢耐磨料并不能发挥其材料性能优势，同时，由于其合金含量高将增加不必要的制造和使用成本，造成资源浪费；（2）钢铁耐磨复合材料，以钢为基体，难熔金属硬化料作硬质相结合材料，应用于严酷的磨损工况，成本高；（3）中低合金耐磨钢，具有良好的耐磨组织，有较高的硬度和强、韧性，合金元素含量低且国内资源丰富，可在较大范围内控制其强度和强、韧性的匹配关系，在低应力冲击磨料磨损条件下具有良好的耐磨性，拥有广阔的推广应用前景但也存在强度有余而韧性不足等问题。

近年来，采用V、Ti、Nb、Re、B等微量合金化元素，通过优化钢中成分设计，对钢种进行微合金化，以降低合金元素含量，提高材料性能，节省生产成本，成为重要的发展趋势。

公告号为CN101984122的专利申请公开了一种低合金耐磨钢，其化学成分按重量百分比计包括0.38%～0.48%的C，0.9%～2.5%的Si，1.5%～2.5%的Mn，1.4%～2.0%的Cr，0.0008%～0.003%的B，0.01%～0.04%的Ce，不超过0.04%的P,不超过0.04%的S，余量是Fe和不可避免的杂质。该耐磨钢具有较高的硬度、韧性和耐磨性，综合性能优良，可用于混砂机刮板、破碎机的锤头或分级机的筒筛挡板等多种工业耐磨场合。该钢种采用B、Ce元素进行微合金化，但合金元素的含量仍然较高，如果在低冲击应力工况下使用将增加生产成本。

公告号为CN102876992A的专利申请公开了一种高强度耐磨钢材料，其化学成分按重量百分比计包括0.3%～0.4%的C，1.6%～1.8%的Cr，1.2%～1.4%的Mn，0.2%～0.3%的Si，0.2%～0.4%的Mo，0.003%～0.006%的B，0.03%～0.08%的Ti，0.2%～0.4%的Al，0.3%～0.6%的Cu，0.02%～0.04%的N，0.1%～0.2%的Re，0.2%～0.4%的W，不超过0.01%的P，不超过0.01%的S，余量为Fe和杂质。根据该专利申请的高强度耐磨钢材料通过添加Cu、Al、N等元素代替原来的有害元素Sb，并限定各元素的含量和制作工艺以保持所述钢材料的耐冲击强度不变，同时使机械性能和耐磨性都得到一定程度的提高。根据该专利申请的钢材料与现有技术中添加Sb的钢材料相比，耐冲击强度基本持平，机械性能有一定程度的提高，尤其是加入的RE（稀土元素）为Y和Ce，在Y:Ce=1:3的情况下机械性能提高较大，同时韧性和耐磨性也都有所提高。根据该专利申请的钢材料在制作工艺中先加入W以使W充分融入钢水中增加其硬度，所述钢材料耐高温且耐腐蚀，可以更安全地应用于冶金、采矿、水泥、陶瓷等行业，但同样存在合金元素的含量较高，在低冲击应力工况下使用将增加生产成本等问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种钒氮微合金化磨棒用钢及其制备方法，所述钢在低冲击应力工况下具有高强度、高韧性、耐磨性好、使用寿命长等特点，根据本发明的钢与现有磨棒用钢相比合金含量低，性能优良且生产成本低。通过本发明的钒氮微合金化磨棒用钢的制备方法得到的钢洁净度高并组织致密均匀，综合性能优良，能够满足矿山、冶金、煤炭机械用磨棒的性能要求。

本发明的一方面提供一种钒氮微合金化磨棒用钢，所述钒氮微合金化磨棒用钢的化学成分按重量百分比计包括0.65%～0.72%的C，0.20%～0.30%的Si，1.10%～1.50%的Mn，不超过0.025%的P，不超过0.015%的S，0.10%～0.20%的Cr，0.04%～0.10%的V，0.015%～0.040%的Alt，不超过1.5×10^-4%的H，100×10^-4%～140×10^-4%的N，不超过15×10^-4%的T.O，余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明的另一方面提供一种制备钒氮微合金化磨棒用钢的方法，所述方法包括按顺序进行的以下步骤：

电炉初炼：炉料中铁水的重量百分比占60%～90%，在无渣出钢的过程中加入混合造渣料、合金和脱氧剂；

LF精炼：采用碳粉、碳化硅与喂铝线相结合来脱氧，出钢前喂钙线，其中铝线的加入量为0.6kg/吨钢～1.0kg/吨钢，钙线的加入量为0.005kg/吨钢～0.010kg/吨钢，LF精炼白渣的保持时间不低于20min，出钢温度控制在1570℃～1600℃。

VD真空脱气：真空度67Pa以下的保持时间为10min～20min，真空处理后H的含量不超过1.5×10^-4wt%，破空后进入软吹处理阶段，保持软吹时间为15min～20min，软吹状态为渣面微动，钢液不裸露；

连铸：实行恒温、恒拉速、恒液面操作，吹氩密封水口，钢包和中间包均加盖保温，铸坯矫直温度不低于900℃，浇注中间包钢液液面为850mm～900mm，采用电磁搅拌，钢液浇注过热度15℃～25℃，连铸冷却各段水量分配比为足辊段30%，二冷一段25%，二冷二段20%，二冷三段15%，二冷四段10%，比水量0.25L/kg～0.30L/kg。

铸坯缓冷：铸坯经冷却、矫直、运输辊道转移至冷床后及时转入缓冷坑缓冷并加盖保温，缓冷时间不低于48h，吊出温度不超过250℃；

轧制：加热温度为1150℃～1200℃，允许温差不超过30℃，加热时间为2.0h～3.5h，开轧温度1080℃～1150℃，终轧温度900℃～980℃，轧材规格

控制冷却速度3℃/min～5℃/min；

精整：对轧后钢材进行精整修磨。

根据本发明的钒氮微合金化磨棒用钢，具有组织致密、均匀（低倍组织≤1.0级），洁净度高（非金属夹杂物A、B≤1.0级；C、D≤0.5级；钢中全氧含量T.O≤15×10^-4%），晶粒细小（≥8级）等特点，其力学性能为：抗拉强度σ_b≥1100MPa，屈服点σ_s≥800MPa，伸长率δ₅≥15%，洛氏硬度HRC达到30以上，满足低冲击应力工况下磨棒用钢性能要求，降低了生产成本。

具体实施方式

下面结合示例性实施例进一步描述本发明，但本发明不限于此。

根据本发明的钒氮微合金化磨棒用钢的化学成分按重量百分比计包括0.65%～0.72%的C，0.20%～0.30%的Si，1.10%～1.50%的Mn，不超过0.025%的P，不超过0.015%的S，0.10%～0.20%的Cr，0.04%～0.10%的V，0.015%～0.040%的Alt，不超过1.5×10^-4%的H，100×10^-4%～140×10^-4%的N，不超过15×10^-4%的T.O，余量为Fe及不可避免的杂质。

作为本发明优选的实施方式，根据本发明的钒氮微合金化磨棒用钢的化学成分按重量百分比计包括0.68%～0.70%的C，0.23%～0.26%的Si，1.25%～1.35%的Mn，不超过0.015%的P，不超过0.010%的S，0.14%～0.18%的Cr，0.05%～0.08%的V，0.020%～0.035%的Alt，不超过1.5×10^-4%的H，110×10^-4%～130×10^-4%的N，不超过15×10^-4%的T.O，余量为Fe及不可避免的杂质。

以下，将对本发明主要化学成分的设计机理进行详细说明。在下面的描述中除非特意指明，所涉及的百分比均为重量百分比。

C：提高钢的强度和硬度，降低塑性和韧性。在根据本发明的钒氮微合金化磨棒用钢中，如果钢中的C含量低于0.65%，则材料的强度、硬度及耐磨性能不容易达到要求；如果钢中的C含量高于0.72%，则难以满足对材料的塑性和韧性要求。因此，根据本发明的钒氮微合金化磨棒用钢将其中的C含量控制在0.65%～0.72%。C含量可以为0.65%～0.68%、0.68%～0.70%或0.70%～0.72%，优选为0.68%～0.70%。

Si：溶入铁素体能提高钢的强度和硬度，降低塑性和韧性并显著提高钢的屈强比。根据本发明的钒氮微合金化磨棒用钢，Si含量最低在0.20%才能起有效作用，但Si在与Mn共存时如果含量高于0.30%则容易引起钢的晶粒粗大，增加钢的回火脆性，显著提高钢的脆性转变温度。因此，根据本发明的钢中的Si含量控制在0.20%～0.30%，Si含量可以为0.20%～0.23%、0.23%～0.26%或0.26%～0.30%，优选为0.23%～0.26%。

Mn：溶入铁素体、强化基体并能明显提高钢的淬透性、细化珠光体组织并改善力学性能。根据本发明的钒氮微合金化磨棒用钢，如果Mn的含量低于1.10%则不能满足对材料强度、硬度及耐磨性能的要求，如果Mn的含量高于1.50%则使钢中的残余奥氏体量增加而影响材耐磨性能。因此，根据本发明的钢中的Mn含量控制在1.10%～1.50%，Mn含量可以为1.10%～1.25%、1.25%～1.35%或1.35%～1.50%，优选在1.25%～1.35%。

P、S：都是钢中的有害元素，由于P和S存在于钢中将会显著降低钢的塑性和韧性，增加钢产生裂纹的倾向，恶化材料的综合力学性能，因此应尽量降低其含量。根据本发明的钢中的P、S含量控制在P不超过0.025%且S不超过0.015%，优选为P≤0.015%，S≤0.010%。

Cr：能够明显提高钢的强度和淬透性，同时提高钢的耐磨性和抗腐蚀能力。根据本发明的钒氮微合金化磨棒用钢，如果Cr的含量高于0.20%则容易增加钢的回火脆性，如果Cr的含量低于0.10%则不能有效提高钢的强度及耐磨性能。按照钢种使用性能要求，根据本发明的钢中的Cr含量控制在0.10%～0.20%，Cr含量可以为0.10%～0.14%、0.14%～0.18%、0.18%～0.20%，优选在0.14%～0.18%。

V：细化晶粒组织，提高晶粒粗化温度，降低钢的过热敏感性，提高钢的强度和韧性并且改善其塑性和韧性，增加回火稳定性，降低材料的裂纹敏感性。根据本发明的钒氮微合金化磨棒用钢，如果V的含量高于0.10%则V所起的作用增加不明显，且增加钢的生产成本；如果V的含量低于0.04%则不能有效细化晶粒、改善钢的塑性和韧性。根据本发明的钢中的V含量控制在0.04%～0.10%，优选在0.05%～0.08%。

Alt：表示钢中全铝含量。Al的作用是细化晶粒、脱氧、固氮，提高钢的韧性，改善钢的综合力学性能。根据本发明的钒氮微合金化磨棒用钢，如果Al的含量低于0.015%则不能起到有效作用，如果Al的含量高于0.040%则形成Al₂O₃硬质夹杂的几率增加，降低钢的疲劳寿命，恶化低温冲击韧性的同时易造成钢液二次氧化，降低钢液流动性，恶化钢的质量。根据本发明的钢中的Alt控制在0.015%～0.040%，优选在0.025%～0.035%。

T.O：表示钢中全氧含量。根据本发明的钒氮微合金化磨棒用钢，如果T.O增加则钢的洁净度降低，钢中夹杂物增多，当T.O高于15×10^-4%时将显著降低钢的塑性、韧性及疲劳性能，恶化钢的综合力学性能。根据本发明的钢中的T.O不超过15×10^-4%，优选在T.O≤15×10^-4%。

H：根据本发明的钒氮微合金化磨棒用钢，如果H的含量高于2.0×10^-4%则钢易产生白点、点状偏析及疲劳断裂等，显著恶化钢的质量甚至造成钢材报废。根据本发明的钢中的H含量控制在不超过1.5×10^-4%。

N：起到固溶强化和沉淀强化作用，是形成和稳定奥氏体的元素，N与钢中的V、Nb、Ti、Al等形成稳定的氮化物将明显提高钢的强度、硬度及抗疲劳性能。根据本发明的钒氮微合金化磨棒用钢，如果N含量高于140×10^-4%会导致钢的时效及蓝脆现象，也会造成钢的偏析、疏松及气泡等缺陷从而增加钢中夹杂物，显著恶化钢的韧性，如果N含量低于100×10^-4%则不能有效起到固溶强化和沉淀强化作用。N含量的设计与钢中存在的氮化物形成元素的含量有关，因此，根据本发明的钢中的N含量控制在100×10^-4%～140×10^-4%，优选在110×10^-4%～130×10^-4%。

本发明的另一方面提供一种制备钒氮微合金化磨棒用钢的方法，所述方法包括：

轧制：加热温度为1150℃～1200℃，允许温差不超过30℃，加热时间为2.0h～3.5h，开轧温度1080℃～1150℃，终轧温度900℃～980℃，轧材规格控制冷却速度3℃/min～5℃/min；

精整：对轧后钢材进行精整修磨。

以下，将针对根据本发明的制备钒氮微合金磨棒用钢的方法所涉及的各个步骤进行详细的阐述，在下面的描述中除非特意指明，所涉及的百分比均为重量百分比。

1）电炉初炼：

初炼炉采用“废钢+铁水或生铁等含碳材料”的炉料结构，其中，铁水的质量百分比占60%～90%，配碳量为1.50%～4.20%，熔清碳≥0.80%，熔清磷≤0.025%。初炼完成钢液的脱碳脱磷，同时氧化脱碳均匀沸腾，去除钢中的部分H和N。当初炼达到终点时，钢水含有0.20%～0.40%的C和不超过0.015%的P，出钢温度为1630℃～1660℃。这里，配碳指加入电炉钢铁料中含有的原始碳含量；熔清碳指钢铁料在电炉中基本熔化时钢水中的碳含量，因为电炉在冶炼过程中存在脱碳，因此熔清碳小于配碳量。

优选地，所述初炼炉为碱性电弧炉，初炼完成后无渣或少渣出钢，出钢过程顺钢流，根据实际终点C含量提前加入适量碳粉，然后按顺序依次加入预熔低熔点调渣剂及石灰组成的混合造渣料、合金和脱氧剂。

在混合造渣料中，将预熔低熔点调渣剂与石灰按重量比1:1～1.5:1进行混合，混合造渣料的加入量为10kg/吨钢～15kg/吨钢。根据本发明的一个示例性实施例，在加入混合造渣料后加入的合金为硅锰、锰铁、铬铁以及至少一种含氮合金的混合物，但是本发明不限于此，具体的合金加入种类和加入量应根据钢的成分而确定。本步骤的脱氧剂优选为含铝合金，加入量为0.5kg/吨钢～1.5kg/吨钢。

根据本发明的一个示例性实施例，预熔低熔点调渣剂包括：40wt%～60wt%的CaO，5wt%～15wt%的SiO₂，20wt%～35wt%的Al₂O₃，5wt%～15wt%的MgO。

2）LF精炼：

精炼炉采用LF炉，到LF炉工位钢液温度控制在1490℃～1530℃，优选为1500℃～1520℃。钢液经过送电化渣、调渣、喂线、搅拌等工序，完成脱氧、脱硫，去除夹杂，调整成分，控制温度等处理过程。采用碳粉+碳化硅扩散脱氧和喂入铝线强脱氧相结合的复合脱氧方式，其中，碳粉和碳化硅的重量比为1:1～3:1，用量为1kg/吨钢～2kg/吨钢。采用含氮合金或底吹氮气的方式增氮，出钢前喂入钙线对夹杂物做变质处理并深脱氧。

其中，铝线在分析一次样前喂入，加入量为0.6kg/吨钢～1.0kg/吨钢，钙线的加入量为0.005kg/吨钢～0.010kg/吨钢。出钢温度控制在1570℃～1600℃，优选为1580℃～1590℃。

在LF精炼步骤中，LF精炼白渣的保持时间不低于20min，优选的保持时间为25min～35min。根据本发明的一个示例性实施例，LF精炼白渣的成分包括50wt%～60wt%的CaO，10wt%～15wt%的SiO₂，20wt%～30wt%的Al₂O₃，5wt%～10wt%的MgO，(FeO)＋(MnO)不超过1.0wt%。

在LF精炼步骤中，LF精炼炉使钢液实施窄成分控制，根据本发明的一个示例性实施例，同一批次钢液各组分含量变化控制如下：C：±0.01%，Si：±0.03%，Mn、Cr：±0.02%，V、Al：±0.005%、N：±0.0015%。

根据本发明的一个示例性实施例，在LF精炼炉出钢后、进入VD真空脱气步骤前还要进行扒渣操作，扒渣量为总渣质量的1/3～2/3。

3）VD真空脱气：

真空精炼炉采用VD炉，完成钢液脱H，进一步促进夹杂物上浮，净化钢液。钢包至VD炉工位后，测温，抽真空进行真空脱气处理，在真空度67Pa以下的保持时间为10min～20min，真空处理后H≤1.5×10^-4wt%。

钢液经真空精炼回到常压状态后，进入软吹处理阶段，保持软吹时间为15min～20min，其中，软吹状态为渣面微动，钢液不裸露。

4）连铸：

实行恒温、恒拉速、恒液面的“三恒”操作，连铸采用吹氩密封大包长水口+中间包内置式水口+吹氩密封浸入式水口，浇注时钢包和中间包均加盖保温，中间包钢液液面采用低碳高碱度覆盖剂与碳化稻壳双层保温的全保护低过热度浇注，中间包升降、结晶器液面均采用自动控制，采用(M+F)组合式电磁搅拌，采用动态弱冷配水和多点连续矫直技术。

在连铸步骤中，正常浇注控制中间包的钢液液面850mm～900mm，电磁搅拌参数M-EMS200A/3HZ、F-EMS100A/12HZ。浇注过热度控制在15℃～25℃，连铸冷却各段水量分配比为足辊段30%，二冷一段25%，二冷二段20%，二冷三段15%，二冷四段10%，比水量0.25L/kg～0.30L/kg。

采用嵌式六机架连续拉矫机，铸坯矫直温度不低于900℃，例如900℃～940℃，优选在910℃～920℃，拉速控制如表1所示。

表1连铸拉速控制

断面规格(mm×mm)	拉速控制范围（m/min）
		260×300	0.55～0.65
180×220	1.00～1.10

5）铸坯缓冷：

铸坯经二冷段冷却、矫直、运输辊道转移至冷床后，及时转入缓冷坑缓冷，并加盖保温，缓冷时间不低于48h，优选缓冷时间为50h～56h，吊出温度不超过250℃，优选为50℃～100℃。

6）轧制：

将铸坯轧制成热轧圆钢，轧制时加热温度1150℃～1200℃，允许温差≤30℃；加热时间2.0h～3.5h，开轧温度1080℃～1150℃，终轧温度900℃～980℃，轧材规格控制冷却速度3℃/min～5℃/min。

7）精整：

轧后钢材要进行精整修磨，钢材端部要锯切整齐，毛刺飞边要清除干净，必要时可对钢材进行表面或内部无损探伤检验。

以下，通过具体示例进一步阐述本发明。

下面三个示例性实施例是采用根据本发明的方法经不同工艺参数制备的钒氮微合金化磨棒用热轧圆钢，按连铸炉次编号为1#、2#、3#。

1、电炉初炼

三个实施例的主要控制工艺参数见表2、表3。

表2电炉初炼过程主要工艺参数(wt.%)

表3电炉初炼完成后出钢的主要工艺参数

编号	出钢温度（℃）	混合造渣料（㎏/吨钢）	脱氧剂用量（㎏/吨钢）
				1#	1645	13	0.80
2#	1648	12	0.78
				3#	1650	12	0.81

由表2和表3可知，电炉采用配加高比例铁水、炉后加入预熔低熔点造渣料及石灰组成的混合造渣料进行炉渣改质，辅以加入铝质合金脱氧剂强化预脱氧等技术手段，可以尽快降低钢中溶解氧含量，极早成渣，为精炼炉创造良好条件。

2、LF精炼

三个实施例的主要控制工艺参数和终渣主要成分见表4、表5。

表4LF精炼主要控制工艺参数

表5LF精炼终渣主要成分(wt.%)

编号	CaO	SiO₂	Al₂O₃	MgO	FeO	MnO
							1#	52.03	10.84	22.45	6.45	0.36	0.01
2#	51.25	9.87	23.37	7.75	0.31	0.01
							3#	53.12	11.34	22.29	7.91	0.29	0.01

由表4和表5可知，LF精炼步骤利用碳粉＋碳化硅扩散脱氧和喂入铝线强脱氧相结合的复合脱氧方式脱氧、高碱度精炼渣精炼、窄成分控制、底吹氮气增氮等技术及真空脱气精炼，保证足够的真空脱气时间和软吹时间，这些技术措施保证了钢液的洁净度、提高了钢液成分稳定性。

3、VD真空脱气

三个实施例的主要控制工艺参数列于表6，其中，在钢包入VD炉之前扒除55wt%的精炼渣。

表6VD炉真空精炼控制工艺参数

4、连铸

三个实施例均采用全弧形三机三流方/圆坯合金钢连铸机连铸，弧形半径为R12m，铸坯规格为260mm×300mm，正常浇注中间包钢液液面850mm～900mm，结晶器液面采用自动控制，电磁搅拌参数M-EMS200A/3HZ、F-EMS100A/12HZ；钢液浇注过热度15℃～25℃，动态气雾冷却弱冷配水，连铸冷却各段的水量分配比为足辊段30%，二冷一段25%，二冷二段20%，二冷三段15%，二冷四段10%；矫直采用嵌式六机架连续拉矫机，铸坯矫直温度910℃～920℃。工艺参数见表7。

表7连铸控制工艺参数

由表7可知，连铸通过采用“三恒操作”、全保护低过热度浇注、结晶器液面自动控制、（M+F）组合式电磁搅拌、动态弱冷配水、多点连续矫直、入缓冷坑缓冷和加盖保温等技术手段，保证了铸坯表面质量、洁净度、组织均匀性及致密性，减少组织应力及热应力，避免了内裂纹的产生。

5、铸坯缓冷

铸坯经二冷段冷却、矫直、运输棍道转移至冷床后，及时转入缓冷坑缓冷并加盖保温，缓冷时间54h，吊出温度90℃～60℃。

6、轧制

轧制时加热温度1150℃～1200℃，允许温差不超过30℃，加热时间在2.0h～3.5h，开轧温度1080℃～1150℃，终轧温度900℃～980℃，轧材规格

控制冷却速度3℃/min～5℃/min，轧制工艺控制参数见表8。

表8轧制控制工艺参数

7、精整

轧后钢材进行精整修磨，钢材端部锯切整齐，毛刺飞边清除干净，必要时可对钢材进行表面或内部无损探伤检验以改善钢材内部组织，提高钢材的表面和端部质量，避免钢材弯曲。

根据本发明的上述三个示例性实施例的方法获得的Ф85mm热轧圆钢的化学成分见表9，低倍组织、晶粒度、非金属夹杂物、力学性能和硬度检验结果见表10至表12。

表9根据本发明的实施例的钢中成分(wt.%)

从表9中可以看出，根据本发明的方法获得的钒氮微合金化磨棒用钢化学成分控制稳定，LF炉精炼使钢液实现窄成分控制，同一批次钢液各组分的含量变化：C：±0.01%，Si：±0.01%，Mn、Cr：±0.01%，V：±0.01%，Al：±0.002%、N：±0.0005%。

表10热轧圆钢低倍组织及晶粒度（级）

编号	一般疏松	中心疏松	偏析	晶粒度
					1#	0.5	0.5	0.5	9
2#	0.5	0.5	0.5	8
					3#	0.5	1.0	0.5	9

表11热轧圆钢非金属夹杂物（级）

表12热轧圆钢力学性能及硬度

炉次编号	σ_b/MPa	σ_s/MPa	δ₅/%	HRC
					1#	1143	836	17	32
2#	1156	841	16	33
					3#	1149	837	18	32

由表10至表12可知，根据本发明的制备钒氮微合金化磨棒用钢的方法所获得的热轧圆钢具有高强度、高韧性、耐磨性能优良等特点，其组织致密均匀（低倍组织≤1.0级，无裂纹或气泡），洁净度高（非金属夹杂物A、B≤1.0级；C、D≤0.5级；T.O≤15×10^-4%），晶粒细小（≥8级）；其具有良好的力学性能，抗拉强度σ_b不低于1100MPa，屈服点σ_s不低于800MPa，伸长率δ₅不低于15%，洛氏硬度HRC不低于30。因此，可以满足低冲击应力工况下磨棒用钢性能要求。

综上所述，本发明通过合理设计钢中成分，适当调整碳含量，合理控制锰、铬含量，利用钒氮微合金化元素，添加适量铝，显著提高钢材强度、硬度及耐磨性能，同时细化晶粒，提高钢液洁净度，严格限制有害残余元素的含量，确保了钢材韧性能够满足使用要求。

Claims

1.一种制备钒氮微合金化磨棒用钢的方法，所述方法包括：

LF精炼：采用碳粉、碳化硅与喂铝线相结合来脱氧，出钢前喂钙线，其中铝线的加入量为0.6kg/吨钢～1.0kg/吨钢，钙线的加入量为0.005kg/吨钢～0.010kg/吨钢，LF精炼白渣的保持时间不低于20min，出钢温度控制在1570℃～1600℃；

连铸：实行恒温、恒拉速、恒液面操作，吹氩密封水口，钢包和中间包均加盖保温，铸坯矫直温度不低于900℃，浇注中间包钢液液面为850mm～900mm，采用电磁搅拌，钢液浇注过热度15℃～25℃，连铸冷却各段水量分配比为足辊段30%，二冷一段25%，二冷二段20%，二冷三段15%，二冷四段10%，比水量0.25L/kg～0.30L/kg；

控制冷却速度3℃/min～5℃/min；

精整：对轧后钢材进行精整修磨。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在电炉初炼步骤中，加料顺序为先加入混合造渣料再加入合金和脱氧剂，所述混合造渣料是由预熔低熔点调渣剂与石灰按照重量比1:1～1.5:1混合而成，所述混合造渣料的加入量为10kg/吨钢～15kg/吨钢，所述合金为硅锰、锰铁、铬铁以及至少一种含氮合金的混合物，所述脱氧剂的加入量为0.5kg/吨钢～1.5kg/吨钢。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述预熔低熔点调渣剂的化学成分包括40wt%～60wt%的CaO，5wt%～15wt%的SiO₂，20wt%～35wt%的Al₂O₃，5wt%～15wt%的MgO。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，在电炉初炼步骤中，控制熔清碳不低于0.80wt%、熔清磷不超过0.025wt%，控制冶炼终点时的钢水的化学成分包括0.20wt%～0.40wt%的碳、不超过0.015wt%的P，出钢温度为1630℃～1660℃。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，在LF精炼步骤中，LF精炼白渣的化学成分包括50wt%～60wt%的CaO，10wt%～15wt%的SiO₂，20wt%～30wt%的Al₂O₃，5wt%～10wt%的MgO，(FeO)＋(MnO)不超过1.0wt%。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在LF精炼步骤中，同一批次钢液各组分含量变化按重量百分比计为C：±0.01%，Si：±0.03%，Mn、Cr：±0.02%，V、Al：±0.005%、N：±0.0015%。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括在LF精炼步骤后、VD真空脱气步骤前进行扒渣操作，扒渣量占总渣重量的1/3～2/3。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，在连铸步骤中，铸坯断面为260×300mm²，拉速控制在0.55～0.65m/min；铸坯断面为180×220mm²，拉速控制在1.0～1.10m/min。

9.一种钒氮微合金化磨棒用钢，所述钒氮微合金化磨棒利用钢根据权利要求1所述的方法制备而成，其化学成分按重量百分比计包括0.65%～0.72%的C，0.20%～0.30%的Si，1.10%～1.50%的Mn，不超过0.025%的P，不超过0.015%的S，0.10%～0.20%的Cr，0.04%～0.10%的V，0.015%～0.040%的Alt，不超过1.5×10^-4%的H，100×10^-4%～140×10^-4%的N，不超过15×10^-4%的T.O，余量为Fe及不可避免的杂质。

10.根据权利要求9所述的钒氮微合金化磨棒用钢，其化学成分按重量百分比计包括0.68%～0.70%的C，0.23%～0.26%的Si，1.25%～1.35%的Mn，不超过0.015%的P，不超过0.010%的S，0.14%～0.18%的Cr，0.05%～0.08%的V，0.020%～0.035%的Alt，不超过1.5×10^-4%的H，110×10^-4%～130×10^-4%的N，不超过15×10^-4%的T.O，余量为Fe及不可避免的杂质。