CN105463318A - 非调质钢、其生产方法及利用其制造的涨断连杆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种非调质钢、以及其生产方法，以及利用其制备的涨断连杆，其中，调质钢的成分以质量百分比计，具有以下化学成分：C：0.46％-0.52％，Si：0.70％-0.80％，Mn：1.53％-1.60％，P：0.008％-0.015％，S：0.02％-0.035％，Cr：0.15％-0.25％，Ni：0.20％-0.25％，Mo：0.04％-0.07％，Al：0.02％-0.04％，V：0.14％-0.16％，Nb：0.025％-0.035％，B：0.001％-0.002％，N：0.14％-0.25％。其余为Fe及不可避免杂质元素，Nb元素可以提高钢材的疲劳韧性。B元素能够偏聚在晶界，融入在晶界析出的铁素体中，使得析出的铁素体得到强化，提高涨断性能。

Description

非调质钢、其生产方法及利用其制造的涨断连杆
技术领域
本发明涉及非调质钢生产技术领域，具体涉及一种非调质钢、其生产方法以及利用其制造的涨断连杆。
背景技术
目前，C70S6非调质钢是一种应用广泛的钢种，也是国际通用涨断连杆用材料，具有断口脆性的解理断裂，基本无塑性变形的特点，使用C70S6非调质钢生产的涨断连杆，可以提高连杆质量及降低连杆制造成本，具有广阔的市场应用前景。但是，C70S6非调质钢作为涨断材料时，其缺点是低温冲击低、易脆且疲劳强度低，不适合做大功率的发动机连杆。
为了克服C70S6非调质钢作为涨断材料的上述缺陷，各大主要特钢企业开发出新的涨断材料36MnVS4，36MnVS4在疲劳强度、低温冲击韧性方面优于C70S6，能够用于制造高强度级别的涨断连杆，不仅可以应用于乘用车，还可以扩展到商用车领域，但是其铁素体+珠光体组织，容易在涨断缺口根部铁素体处产生韧性的韧窝断裂，从而影响胀断性能及配合面精度。
同时，现有技术中，上述非调质钢在制作涨断连杆外其他涨断产品时也存在类似的技术问题。
综上所述，如何提供一种疲劳强度高、低温冲击韧性好、涨断性能优异的非调质钢是现有技术中还没有解决的技术难题。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中非调质钢疲劳强度低、低温冲击韧性不高、涨断性能差的缺陷，从而提供一种疲劳强度高、低温冲击韧性好、涨断性能优异的非调质钢。
为此，本发明提供一种非调质钢的生产方法，包括如下步骤：
电炉冶炼步骤，其中，出炉铁水C含量范围是0.05-0.25％；
LF炉精炼步骤，其中，加入铌铁矿，并造白渣进行脱氧；
VD炉精炼步骤，其中，VD保持真空状态静置时间不小于12min，在出钢阶段加入N-Mn线和硼铁；
连续浇铸步骤，其中，采用中间包稳流器，并采用中碳保护渣作为中包覆盖剂。
优选地，所述电炉冶炼步骤中，终点温度控制范围为1620-1680℃。
优选地，所述LF炉精炼步骤中，采用的所述白渣由硅铁粉和碳化硅构成，白渣保持时间为20min。
优选地，所述LF炉精炼步骤中，将Mn含量控制在1.35％-1.38％，S含量控制为0.04％-0.045％。
优选地，整个所述VD炉精炼步骤中，始终采用Ar气进行吹炼，所述氩气的压力为0.2-0.4MPa。
优选地，所述VD炉精炼步骤中，将H元素含量控制在小于2ppm。
优选地，所述连续浇铸步骤中，采用电磁搅拌，连铸坯过热度控制在20-35℃。
优选地，还包括位于连铸步骤后的对铸坯进行热轧制的步骤，其中：铸坯预热段温度小于900℃，加热段温度为1160±25℃，均热段温度为1180±25℃，开轧温度为1050±30℃，终轧温度小于850℃；加热热和均热段保持时间为2.5-3h。
优选地，还包括位于热轧制步骤后对铸坯的冷却步骤，其中包括；水雾冷却以及避风堆冷。
本发明还提供一种非调质钢，以质量百分比计，具有以下化学成分：
C：0.46％-0.52％，Si：0.70％-0.80％，Mn：1.53％-1.60％，P：0.008％-0.015％，S：0.02％-0.035％，Cr：0.15％-0.25％，Ni：0.20％-0.25％，Mo：0.04％-0.07％，Al：0.02％-0.04％，V：0.14％-0.16％，Nb：0.025％-0.035％，B：0.001％-0.002％，N：0.14％-0.25％；
其余为Fe及不可避免杂质元素。
优选地，以质量百分比计，具有以下化学成分：
C：0.47％-0.51％，Si：0.70％-0.80％，Mn：1.53％-1.60％，P：0.01％-0.02％，S：0.02％-0.035％，Cr：0.15％-0.25％，Ni：0.20％-0.25％，Mo：0.04％-0.07％，Al：0.02％-0.04％，V：0.14％-0.16％，Nb：0.025％-0.035％，B：0.001％-0.0025％，N：0.14％-0.25％；
其余为Fe及不可避免杂质元素。
本发明还提供一种非调质钢，采用上述任一项所述的方法制备而成。
一种涨断连杆，采用上述任一项所述的非调质钢制备而成。
本发明实施例的技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的一种非调质钢的生产方法中，在LF炉精炼步骤加入铌铁矿，Nb元素能够将奥氏体晶粒细化，使得界面增多，有利于铁素体均匀析出，提高钢材的疲劳韧性；VD精炼步骤中，保持真空状态静置时间不小于12min，可以降低钢液中的气体含量；在出钢阶段加入N-Mn线和硼铁，N-Mn元素可以进行析出强化，增加钢材的疲劳强度，同时碳氮化物可以强化铁素体相；B元素能够偏聚在晶界，融入在晶界析出的铁素体中，使得析出的铁素体得到强化；连续浇铸步骤中，采用中间包稳流器，并采用中碳保护渣作为中包覆盖剂：采用中碳保护渣可以避免钢液与空气中的氧气接触，避免钢液的二次氧化。综上所述，采用上述方法制备的非调质钢，具有疲劳强度高、低温冲击韧性好、涨断性能优异的优点。
2.本发明提供的非调质钢的生产方法中，采用的所述白渣由硅铁粉和碳化硅构成，白渣保持时间为20min：采用白渣并保持20min，可以使钢渣界面充分反映，降低钢中的氧含量和硫含量。
3.本发明提供的非调质钢的生产方法中，在LF精炼步骤中，S含量控制为0.04％-0.045％，S含量较高，可以确保生产的非调质钢具有一定的热加工性能。
4.本发明提供的非调质钢的生产方法中，在VD精炼步骤中，采用Ar气吹炼，所述氩气的压力为0.2-0.4MPa，采用Ar气吹炼，可以将降低钢液中的氢气、氧气等气体分压，从而将气体带出。
5.本发明提供的非调质钢的生产方法中，在VD炉精炼步骤中，H元素含量控制在小于2ppm，防止钢中H元素过多造成“氢脆”的发生。
6.本发明提供的非调质钢的生产方法中，所述连续浇铸步骤过程中，采用电磁搅拌，连铸坯过热度控制在20-35℃：低过热度可以防止铸坯的柱状晶过于发达，影响钢坯质量；
7.本发明提供的非调质钢的生产方法中，所述的生产方法还包括位于连铸步骤后的对铸坯的热轧制的步骤，其中：铸坯预热段温度小于900℃，加热段温度为1160±25℃，均热段温度为1180±25℃，开轧温度为1050±30℃，终轧温度小于850℃；加热段和均热段时间为2.5-3h。对钢材进行分段加热，保证钢材升温均匀，防止过热度较高，造成元素偏析等现象出现。
8.本发明提供的非调质钢的生产方法中，采用水雾冷却：加快冷却速度，钢材表面温度低，钢材的心部热量容易释放出去，降低钢材的过热度，可以防止钢材内部柱状晶过度生长，造成晶粒粗大。
9.本发明提供的非调质钢，采用上述方法制备而成，因此，具有疲劳强度高、低温冲击韧性好、涨断性能优异的优点。
具体实施方式
实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种非调质钢的生产方法，主要包括电炉冶炼步骤、LF炉精炼步骤、VD炉精炼步骤、连续浇铸步骤、热轧制步骤以及冷却步骤，其中：
电炉冶炼步骤中，出炉铁水C含量是0.05％，终点温度控制范围为1620℃。
LF炉精炼步骤中，加入铌铁矿，并造白渣进行脱氧，Nb元素能够将奥氏体晶粒细化，使得界面增多，有利于铁素体均匀析出，提高钢材的疲劳韧性；同时，采用的所述白渣由硅铁粉和碳化硅构成，白渣保持时间为20min，采用白渣并保持20min，可以使钢渣界面充分反映，降低钢中的氧含量和硫含量；将Mn含量控制在1.35％，S含量控制为0.04％，钢中S元素会与Fe结合生成FeS，FeS具有良好的热加工性能，FeS与Fe可形成低熔点985℃的共晶体，分布在奥氏体的晶界上，当钢加热到约1200℃进行热压力加工时，晶界上的共晶体已溶化，晶粒间结合被破坏，使钢材在加工过程中沿晶界开裂，这种现象称为热脆性；并且，含硫量较多的钢，可形成较多的MnS，在切削加工中，MnS能起断屑作用，可改善钢的切削加工性。
VD炉精炼步骤中，VD炉保持真空状态静置时间不小于15min，在出钢阶段加入N-Mn线和硼铁，N-Mn元素可以进行析出强化，增加钢材的疲劳强度，同时碳氮化物可以强化铁素体相；B元素能够偏聚在晶界，融入在晶界析出的铁素体中，使得析出的铁素体得到强化；并且，采用Ar气吹炼，所述氩气的压力为0.3MPa；Ar气吹炼后依次加入硅钙线或者硅钙铁，之后补充硫线；H元素含量控制在小于1ppm，防止钢中H元素过多造成“氢脆”的发生。
连续浇铸步骤中，采用中间包稳流器，并采用中碳保护渣作为中包覆盖剂，采用中碳保护渣可以避免钢液与空气中的氧气接触，避免钢液的二次氧化；采用电磁搅拌，连铸坯过热度控制25℃。低过热度可以防止铸坯的柱状晶过于发达，影响钢坯质量，具体地，铸坯在冷却的过程中，由于表层温度较低，中心部位温度较高，产生一定的过热度。铸坯的柱状晶会从中心部位向铸坯表层发展，过热度越高，柱状晶越粗大。而过大的柱状晶会影响钢材的轧制性能。
热轧制步骤，铸坯预热段温度小于850℃，加热段温度为1135℃，均热段温度为1155℃，开轧温度为1020℃，终轧温度小于830℃；加热段和均热段时间为2.5h。对钢材进行分段加热，保证钢材升温均匀，防止过热度较高，造成元素偏析等现象出现。
冷却步骤，位于热轧制之后，其中包括；水雾冷却以及避风堆冷。快冷却速度，钢材表面温度低，钢材的心部热量容易释放出去，降低钢材的过热度，可以防止钢材内部柱状晶过度生长，造成晶粒粗大。
采用上述方法制备的非调质钢，具有疲劳强度高、低温冲击韧性好、涨断性能优异的优点，其具体性能数据请参见表2。
需要说明的是，上述整个生产方法中，下列技术特征为非调质钢获得高疲劳强度高、低温冲击韧性以及较高涨断性能的必要以及核心技术特征：
电炉冶炼步骤，其中，出炉铁水C含量范围是0.05-0.25％；
LF炉精炼步骤，其中，加入铌铁矿，并造白渣进行脱氧；
VD炉精炼步骤，其中，VD保持真空状态静置时间不小于12min，在出钢阶段加入N-Mn线和硼铁；
连续浇铸步骤，其中，采用中间包稳流器，并采用中碳保护渣作为中包覆盖剂。
采用上述方法制备的非调质钢，具有疲劳强度高、低温冲击韧性好、涨断性能优异的优点，其具体性能数据请参见表2，其成分数据见表1，其组织数据见表3。
实施例2
本实施例提供一种非调质钢的生产方法，主要包括电炉冶炼步骤、LF炉精炼步骤、VD炉精炼步骤、连续浇铸步骤、热轧制步骤以及冷却步骤，其中：
电炉冶炼步骤中，出炉铁水C含量范围是0.25％，终点温度控制范围为1680℃。
LF炉精炼步骤中，加入铌铁矿，并造白渣进行脱氧，Nb元素能够将奥氏体晶粒细化，使得界面增多，有利于铁素体均匀析出，提高钢材的疲劳韧性；同时，采用的所述白渣由硅铁粉和碳化硅构成，白渣保持时间为20min，采用白渣并保持20min，可以使钢渣界面充分反映，降低钢中的氧含量和硫含量；将Mn含量控制在1.38％，S含量控制为0.45％，钢中S元素会与Fe结合生成FeS，FeS具有良好的热加工性能，FeS与Fe可形成低熔点(985℃)的共晶体，分布在奥氏体的晶界上，当钢加热到约1200℃进行热压力加工时，晶界上的共晶体已溶化，晶粒间结合被破坏，使钢材在加工过程中沿晶界开裂，这种现象称为热脆性；并且，含硫量较多的钢，可形成较多的MnS，在切削加工中，MnS能起断屑作用，可改善钢的切削加工性。
VD炉精炼步骤中，VD炉保持真空状态静置时间不小于15min，在出钢阶段加入N-Mn线和硼铁，N-Mn元素可以进行析出强化，增加钢材的疲劳强度，同时碳氮化物可以强化铁素体相；B元素能够偏聚在晶界，融入在晶界析出的铁素体中，使得析出的铁素体得到强化；并且，采用Ar气吹炼，所述氩气的压力为0.4MPa；Ar气吹炼后依次加入硅钙线或者硅钙铁，之后补充硫线；H元素含量控制在小于0.5ppm，防止钢中H元素过多造成“氢脆”的发生。
连续浇铸步骤中，采用中间包稳流器，并采用中碳保护渣作为中包覆盖剂，采用中碳保护渣可以避免钢液与空气中的氧气接触，避免钢液的二次氧化；采用电磁搅拌，连铸坯过热度控制在35℃。低过热度可以防止铸坯的柱状晶过于发达，影响钢坯质量，具体地，铸坯在冷却的过程中，由于表层温度较低，中心部位温度较高，产生一定的过热度。铸坯的柱状晶会从中心部位向铸坯表层发展，过热度越高，柱状晶越粗大。而过大的柱状晶会影响钢材的轧制性能。
热轧制步骤，铸坯预热段温度小于890℃，加热段温度为1185℃，均热段温度为1205℃，开轧温度为1080℃，终轧温度小于820℃；加热段和均热段时间为3h。对钢材进行分段加热，保证钢材升温均匀，防止过热度较高，造成元素偏析等现象出现。
冷却步骤，位于热轧制之后，其中包括；水雾冷却以及避风堆冷。快冷却速度，钢材表面温度低，钢材的心部热量容易释放出去，降低钢材的过热度，可以防止钢材内部柱状晶过度生长，造成晶粒粗大。
采用上述方法制备的非调质钢，具有疲劳强度高、低温冲击韧性好、涨断性能优异的优点，其具体性能数据请参见表2。
需要说明的是，上述整个生产方法中，下列技术特征为非调质钢获得高疲劳强度高、低温冲击韧性以及较高涨断性能的必要以及核心技术特征：
电炉冶炼步骤，其中，出炉铁水C含量范围是0.05-0.25％；
LF炉精炼步骤，其中，加入铌铁矿，并造白渣进行脱氧；
VD炉精炼步骤，其中，VD保持真空状态静置时间不小于12min，在出钢阶段加入N-Mn线和硼铁；
连续浇铸步骤，其中，采用中间包稳流器，并采用中碳保护渣作为中包覆盖剂。
采用上述方法制备的非调质钢，具有疲劳强度高、低温冲击韧性好、涨断性能优异的优点，其具体性能数据请参见表2，其成分数据见表1，其组织数据见表3。
实施例3
本实施例提供一种非调质钢的生产方法，主要包括电炉冶炼步骤、LF炉精炼步骤、VD炉精炼步骤、连续浇铸步骤、热轧制步骤以及冷却步骤，其中：
电炉冶炼步骤中，出炉铁水C含量范围是0.15％，终点温度控制范围为1650℃。
LF炉精炼步骤中，加入铌铁矿，并造白渣进行脱氧，Nb元素能够将奥氏体晶粒细化，使得界面增多，有利于铁素体均匀析出，提高钢材的疲劳韧性；同时，采用的所述白渣由硅铁粉和碳化硅构成，白渣保持时间为20min，采用白渣并保持20min，可以使钢渣界面充分反映，降低钢中的氧含量和硫含量；将Mn含量控制在1.37％，S含量控制为0.043％，钢中S元素会与Fe结合生成FeS，FeS具有良好的热加工性能，FeS与Fe可形成低熔点(985℃)的共晶体，分布在奥氏体的晶界上，当钢加热到约1200℃进行热压力加工时，晶界上的共晶体已溶化，晶粒间结合被破坏，使钢材在加工过程中沿晶界开裂，这种现象称为热脆性；并且，含硫量较多的钢，可形成较多的MnS，在切削加工中，MnS能起断屑作用，可改善钢的切削加工性。
VD炉精炼步骤中，VD炉保持真空状态静置时间不小于14min，在出钢阶段加入N-Mn线和硼铁，N-Mn元素可以进行析出强化，增加钢材的疲劳强度，同时碳氮化物可以强化铁素体相；B元素能够偏聚在晶界，融入在晶界析出的铁素体中，使得析出的铁素体得到强化；并且，采用Ar气吹炼，所述氩气的压力为0.3MPa；Ar气吹炼后依次加入硅钙线或者硅钙铁，之后补充硫线；H元素含量控制在小于1.2ppm，防止钢中H元素过多造成“氢脆”的发生。
连续浇铸步骤中，采用中间包稳流器，并采用中碳保护渣作为中包覆盖剂，采用中碳保护渣可以避免钢液与空气中的氧气接触，避免钢液的二次氧化；采用电磁搅拌，连铸坯过热度控制在30℃。低过热度可以防止铸坯的柱状晶过于发达，影响钢坯质量，具体地，铸坯在冷却的过程中，由于表层温度较低，中心部位温度较高，产生一定的过热度。铸坯的柱状晶会从中心部位向铸坯表层发展，过热度越高，柱状晶越粗大。而过大的柱状晶会影响钢材的轧制性能。
热轧制步骤，铸坯预热段温度小于700℃，加热段温度为1600℃，均热段温度为1180℃，开轧温度为1050℃，终轧温度小于800℃；加热段和均热段时间为2.8h。对钢材进行分段加热，保证钢材升温均匀，防止过热度较高，造成元素偏析等现象出现。
冷却步骤，位于热轧制之后，其中包括；水雾冷却以及避风堆冷。快冷却速度，钢材表面温度低，钢材的心部热量容易释放出去，降低钢材的过热度，可以防止钢材内部柱状晶过度生长，造成晶粒粗大。
采用上述方法制备的非调质钢，具有疲劳强度高、低温冲击韧性好、涨断性能优异的优点，其具体性能数据请参见表2。
需要说明的是，上述整个生产方法中，下列技术特征为非调质钢获得高疲劳强度高、低温冲击韧性以及较高涨断性能的必要以及核心技术特征：
电炉冶炼步骤，其中，出炉铁水C含量范围是0.05-0.25％；
LF炉精炼步骤，其中，加入铌铁矿，并造白渣进行脱氧；
VD炉精炼步骤，其中，VD保持真空状态静置时间不小于12min，在出钢阶段加入N-Mn线和硼铁；
连续浇铸步骤，其中，采用中间包稳流器，并采用中碳保护渣作为中包覆盖剂。
采用上述方法制备的非调质钢，具有疲劳强度高、低温冲击韧性好、涨断性能优异的优点，其具体性能数据请参见表2，其成分数据见表1，其组织数据见表3。
实施例4
本实施例提供一种非调质钢的生产方法，主要包括电炉冶炼步骤、LF炉精炼步骤、VD炉精炼步骤、连续浇铸步骤、热轧制步骤以及冷却步骤，其中：
电炉冶炼步骤中，出炉铁水C含量范围是0.15％，终点温度控制范围为1700℃。
LF炉精炼步骤中，加入铌铁矿，并造白渣进行脱氧，Nb元素能够将奥氏体晶粒细化，使得界面增多，有利于铁素体均匀析出，提高钢材的疲劳韧性；同时，采用的所述白渣由硅铁粉和碳化硅构成，白渣保持时间为20min，采用白渣并保持20min，可以使钢渣界面充分反映，降低钢中的氧含量和硫含量；将Mn含量控制在1.40％，S含量控制为0.05％，钢中S元素会与Fe结合生成FeS，FeS具有良好的热加工性能，FeS与Fe可形成低熔点(985℃)的共晶体，分布在奥氏体的晶界上，当钢加热到约1200℃进行热压力加工时，晶界上的共晶体已溶化，晶粒间结合被破坏，使钢材在加工过程中沿晶界开裂，这种现象称为热脆性；并且，含硫量较多的钢，可形成较多的MnS，在切削加工中，MnS能起断屑作用，可改善钢的切削加工性。
VD炉精炼步骤中，VD炉保持真空状态静置时间不小于12min，在出钢阶段加入N-Mn线和硼铁，N-Mn元素可以进行析出强化，增加钢材的疲劳强度，同时碳氮化物可以强化铁素体相；B元素能够偏聚在晶界，融入在晶界析出的铁素体中，使得析出的铁素体得到强化；并且，采用Ar气吹炼，所述氩气的压力为0.5MPa；Ar气吹炼后依次加入硅钙线或者硅钙铁，之后补充硫线；H元素含量控制在小于3ppm，防止钢中H元素过多造成“氢脆”的发生。
连续浇铸步骤中，采用中间包稳流器，并采用中碳保护渣作为中包覆盖剂，采用中碳保护渣可以避免钢液与空气中的氧气接触，避免钢液的二次氧化；采用电磁搅拌，连铸坯过热度控制在40℃。低过热度可以防止铸坯的柱状晶过于发达，影响钢坯质量，具体地，铸坯在冷却的过程中，由于表层温度较低，中心部位温度较高，产生一定的过热度。铸坯的柱状晶会从中心部位向铸坯表层发展，过热度越高，柱状晶越粗大。而过大的柱状晶会影响钢材的轧制性能。
热轧制步骤，铸坯预热段温度小于920℃，加热段温度为1190℃，均热段温度为1300℃，开轧温度为1100℃，终轧温度小于900℃；加热段和均热段时间为2h。对钢材进行分段加热，保证钢材升温均匀，防止过热度较高，造成元素偏析等现象出现。
冷却步骤，位于热轧制之后，其中包括；水雾冷却以及避风堆冷。快冷却速度，钢材表面温度低，钢材的心部热量容易释放出去，降低钢材的过热度，可以防止钢材内部柱状晶过度生长，造成晶粒粗大。
采用上述方法制备的非调质钢，具有疲劳强度高、低温冲击韧性好、涨断性能优异的优点，其具体性能数据请参见表2，其成分数据见表1，其组织数据见表3。
实施例5
本实施例提供一种非调质钢的生产方法，主要包括电炉冶炼步骤、LF炉精炼步骤、VD炉精炼步骤、连续浇铸步骤、热轧制步骤以及冷却步骤，其中：
电炉冶炼步骤中，出炉铁水C含量范围是0.15％，终点温度控制范围为1700℃。
LF炉精炼步骤中，加入铌铁矿，并造白渣进行脱氧，Nb元素能够将奥氏体晶粒细化，使得界面增多，有利于铁素体均匀析出，提高钢材的疲劳韧性；同时，采用的所述白渣由硅铁粉和碳化硅构成，白渣保持时间为20min，采用白渣并保持20min，可以使钢渣界面充分反映，降低钢中的氧含量和硫含量；将Mn含量控制在1.40％，S含量控制为0.03％，钢中S元素会与Fe结合生成FeS，FeS具有良好的热加工性能，FeS与Fe可形成低熔点(985℃)的共晶体，分布在奥氏体的晶界上，当钢加热到约1200℃进行热压力加工时，晶界上的共晶体已溶化，晶粒间结合被破坏，使钢材在加工过程中沿晶界开裂，这种现象称为热脆性；并且，含硫量较多的钢，可形成较多的MnS，在切削加工中，MnS能起断屑作用，可改善钢的切削加工性。
VD炉精炼步骤中，VD炉保持真空状态静置时间不小于8min，在出钢阶段加入N-Mn线和硼铁，N-Mn元素可以进行析出强化，增加钢材的疲劳强度，同时碳氮化物可以强化铁素体相；B元素能够偏聚在晶界，融入在晶界析出的铁素体中，使得析出的铁素体得到强化；并且，采用Ar气吹炼，所述氩气的压力为0.8Mpa；Ar气吹炼后依次加入硅钙线或者硅钙铁，之后补充硫线；H元素含量控制在小于4ppm，防止钢中H元素过多造成“氢脆”的发生。
连续浇铸步骤中，采用中间包稳流器，并采用中碳保护渣作为中包覆盖剂，采用中碳保护渣可以避免钢液与空气中的氧气接触，避免钢液的二次氧化；采用电磁搅拌，连铸坯过热度控制在40℃。低过热度可以防止铸坯的柱状晶过于发达，影响钢坯质量，具体地，铸坯在冷却的过程中，由于表层温度较低，中心部位温度较高，产生一定的过热度。铸坯的柱状晶会从中心部位向铸坯表层发展，过热度越高，柱状晶越粗大。而过大的柱状晶会影响钢材的轧制性能。
热轧制步骤，铸坯预热段温度小于1100℃，加热段温度为1200℃，均热段温度为1300℃，开轧温度为1000℃，终轧温度小于870℃；加热段和均热段时间为4h。对钢材进行分段加热，保证钢材升温均匀，防止过热度较高，造成元素偏析等现象出现。
冷却步骤，位于热轧制之后，其中包括；水雾冷却以及避风堆冷。快冷却速度，钢材表面温度低，钢材的心部热量容易释放出去，降低钢材的过热度，可以防止钢材内部柱状晶过度生长，造成晶粒粗大。
采用上述方法制备的非调质钢，具有疲劳强度高、低温冲击韧性好、涨断性能优异的优点，其具体性能数据请参见表2，其成分数据见表1，其组织数据见表3。
实施例6
本实施例提供一种非调质钢的生产方法，主要包括电炉冶炼步骤、LF炉精炼步骤、VD炉精炼步骤、连续浇铸步骤、热轧制步骤以及冷却步骤，其中：
电炉冶炼步骤中，出炉铁水C含量范围是0.25％，终点温度控制范围为1750℃。
LF炉精炼步骤中，加入铌铁矿，并造白渣进行脱氧，Nb元素能够将奥氏体晶粒细化，使得界面增多，有利于铁素体均匀析出，提高钢材的疲劳韧性；同时，采用的所述白渣由硅铁粉和碳化硅构成，白渣保持时间为20min，采用白渣并保持20min，可以使钢渣界面充分反映，降低钢中的氧含量和硫含量；将Mn含量控制在1.42％，S含量控制为0.039％，钢中S元素会与Fe结合生成FeS，FeS具有良好的热加工性能，FeS与Fe可形成低熔点(985℃)的共晶体，分布在奥氏体的晶界上，当钢加热到约1200℃进行热压力加工时，晶界上的共晶体已溶化，晶粒间结合被破坏，使钢材在加工过程中沿晶界开裂，这种现象称为热脆性；并且，含硫量较多的钢，可形成较多的MnS，在切削加工中，MnS能起断屑作用，可改善钢的切削加工性。
VD炉精炼步骤中，VD炉保持真空状态静置时间不小于18min，在出钢阶段加入N-Mn线和硼铁，N-Mn元素可以进行析出强化，增加钢材的疲劳强度，同时碳氮化物可以强化铁素体相；B元素能够偏聚在晶界，融入在晶界析出的铁素体中，使得析出的铁素体得到强化；并且，采用Ar气吹炼，所述氩气的压力为0.8MPa；Ar气吹炼后依次加入硅钙线或者硅钙铁，之后补充硫线；H元素含量控制在小于5ppm，防止钢中H元素过多造成“氢脆”的发生。
连续浇铸步骤中，采用中间包稳流器，并采用中碳保护渣作为中包覆盖剂，采用中碳保护渣可以避免钢液与空气中的氧气接触，避免钢液的二次氧化；采用电磁搅拌，连铸坯过热度控制在40℃。低过热度可以防止铸坯的柱状晶过于发达，影响钢坯质量，具体地，铸坯在冷却的过程中，由于表层温度较低，中心部位温度较高，产生一定的过热度。铸坯的柱状晶会从中心部位向铸坯表层发展，过热度越高，柱状晶越粗大。而过大的柱状晶会影响钢材的轧制性能。
热轧制步骤，铸坯预热段温度小于950℃，加热段温度为1220℃，均热段温度为1300℃，开轧温度为1000℃，终轧温度小于1000℃；加热段和均热段时间为5h。对钢材进行分段加热，保证钢材升温均匀，防止过热度较高，造成元素偏析等现象出现。
冷却步骤，位于热轧制之后，其中包括；水雾冷却以及避风堆冷。快冷却速度，钢材表面温度低，钢材的心部热量容易释放出去，降低钢材的过热度，可以防止钢材内部柱状晶过度生长，造成晶粒粗大。
采用上述方法制备的非调质钢，具有疲劳强度高、低温冲击韧性好、涨断性能优异的优点，其具体性能数据请参见表2，其成分数据见表1，其组织数据见表3。
表1实施例1-实施例6的非调质钢的成分
C％ Si％ Mn％ P％ S％ Cr％ Ni％ Mo％ Al％ V％ Nb％ B％ N％
实施例1 0.46 0.70 1.53 0.008 0.02 0.15 0.2 0.04 0.02 0.14 0.025 0.001 0.14
实施例2 0.52 0.80 1.60 0.015 0.025 0.25 0.25 0.07 0.04 0.16 0.035 0.002 0.20
实施例3 0.50 0.70 1.54 0.010 0.035 0.20 0.22 0.05 0.03 0.15 0.025 0.001 0.15
实施例4 0.47 0.80 1.55 0.011 0.035 0.18 0.21 0.05 0.03 0.15 0.035 0.0005 0.18
实施例5 0.51 0.70 1.55 0.012 0.030 0.20 0.20 0.06 0.04 0.16 0.030 0.001 0.19
实施例6 0.46 0.80 1.60 0.015 0.035 0.22 0.25 0.06 0.02 0.14 0.026 0.002 0.22
表2实施例1-实施例6的非调质钢的力学性能
表3实施例1-实施例6的非调质钢的组织列表
实施例 珠光体片层间距S0/μm 铁素体含量VF/％
实施例1 0.292 16.55
实施例2 0.295 16.54
实施例3 0.293 16.60
实施例4 0.310 15.89
实施例5 0.321 15.10
实施例6 0.299 16.23
表4现有技术中非调质钢的力学性能
表5现有技术中非调质钢的组织列表
对比例 珠光体片层间距S0/μm 铁素体含量VF/％
C70S6 0.415 1.48
36MnVS4 0.420 55.63
从表2与表4的对比中可以发现，实施例1-3中对非调质钢的生产中全流程进行优化设计而获得的非调质钢的力学性能参数优于实施例4-6中只对非调质钢生产中的部分流程进行优化设计而获得的非调质钢的性能参数；而即便只对部分流程进行优化设计，实施例4-6获得的非调质钢的力学性能参数依然优于表4中现有技术的非调质钢力学性能参数，采用实施例1-6的方法制备的非调质钢，具有疲劳强度高、低温冲击韧性好、涨断性能优异的优点。
从表3与表5的对比中可以发现，实施例1-3中对非调质钢的生产中全流程进行优化设计而获得的非调质钢的组织列表参数优于实施例4-6中只对非调质钢生产中的部分流程进行优化设计而获得的非调质钢的性能参数，实施例1-3中的珠光体片层间距要小于实施例4-6中的珠光体片层间距，说明实施例1-3中元素的扩散要优于实施例4-6中；实施例1-3中的铁素体含量要高于实施例4-6中的铁素体含量，说明采用实施例1-3的方法制备的非调质钢具有更高的疲劳强度。
实施例7
一种涨断连杆，采用实施例1-3中所述的冶炼方法制造的非调质钢制成，该涨断连杆高疲劳强度，低温冲击韧性较好，涨断性能高，在对涨断连杆采用涨断机进行涨断式，涨断面平整，确保了涨断面的配合精度。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (14)

1.一种非调质钢的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
电炉冶炼步骤，其中，出炉铁水C含量范围是0.05-0.25％；
LF炉精炼步骤，其中，加入铌铁矿，并造白渣进行脱氧；
VD炉精炼步骤，其中，VD保持真空状态静置时间不小于12min，在出钢阶段加入N-Mn线和硼铁；
连续浇铸步骤，其中，采用中间包稳流器，并采用中碳保护渣作为中包覆盖剂。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述电炉冶炼步骤中，终点温度控制范围为1620-1680℃。
3.根据权利要求1或2所述的生产方法，其特征在于，所述LF炉精炼步骤中，采用的所述白渣由硅铁粉和碳化硅构成，白渣保持时间为20min。
4.根据权利要求1或2所述的生产方法，其特征在于，所述LF炉精炼步骤中，将Mn含量控制在1.35％-1.38％，S含量控制为0.04％-0.045％。
5.根据权利要求1或2所述的生产方法，其特征在于，整个所述VD炉精炼步骤中，始终采用Ar气进行吹炼，所述氩气的压力为0.2-0.4MPa。
6.根据权利要求1或2所述的生产方法，其特征在于，所述VD炉精炼步骤中，将H元素含量控制在小于2ppm。
7.根据权利要求1或2所述的生产方法，其特征在于，所述连续浇铸步骤中，采用电磁搅拌，连铸坯过热度控制在20-35℃。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的生产方法，其特征在于，还包括位于连铸步骤后的对铸坯进行热轧制的步骤，其中：铸坯预热段温度小于900℃，加热段温度为1160±25℃，均热段温度为1180±25℃，开轧温度为1050±30℃，终轧温度小于850℃；加热热和均热段保持时间为2.5-3h。
9.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，还包括位于热轧制步骤后对铸坯的冷却步骤，其中包括；水雾冷却以及避风堆冷。
10.一种非调质钢，其特征在于，以质量百分比计，具有以下化学成分：
C：0.46％-0.52％，Si：0.70％-0.80％，Mn：1.53％-1.60％，P：0.008％-0.015％，S：0.02％-0.035％，Cr：0.15％-0.25％，Ni：0.20％-0.25％，Mo：0.04％-0.07％，Al：0.02％-0.04％，V：0.14％-0.16％，Nb：0.025％-0.035％，B：0.001％-0.002％，N：0.14％-0.25％；
其余为Fe及不可避免杂质元素。
11.根据权利要求10所述的非调质钢，其特征在于，以质量百分比计，具有以下化学成分：
C：0.47％-0.51％，Si：0.70％-0.80％，Mn：1.53％-1.60％，P：0.01％-0.02％，S：0.02％-0.035％，Cr：0.15％-0.25％，Ni：0.20％-0.25％，Mo：0.04％-0.07％，Al：0.02％-0.04％，V：0.14％-0.16％，Nb：0.025％-0.035％，B：0.001％-0.0025％，N：0.14％-0.25％；
其余为Fe及不可避免杂质元素。
12.根据权利要求10或11中任一项所述的非调质钢，其特征在于，采用权利要求1-9中任一项所述的方法制备而成。
13.一种非调质钢，其特征在于，采用权利要求1-9中任一项所述的方法制备而成。
14.一种涨断连杆，其特征在于，采用权利要求10-13中任一项所述的非调质钢制备而成。
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