CN109234627A - 一种高强高韧性非调质圆钢及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强高韧性非调质圆钢,涉及非调质钢技术领域,其化学成分及质量百分比如下:C:0.27%~0.33%,Si:0.40%~0.70%,Cr:0.10%‑0.30%,Mn:1.30%~1.65%,S:0.065%~0.100%,Al:0.005%~0.040%,V:0.06%~0.020%,Ti:0.010%~0.040%,N:0.0120%~0.0250%,余量为Fe和不可避免的杂质,锰当量Mneq:1.70%~2.10%。本发明增加低成本的易切削元素S,形成硫化物、V(N、C)化合物弥散分布,通过过程连续均匀降温轧制和轧后的控温冷却,得到力学性能优良的高韧性非调质钢棒材,轧材冲击功达到190J以上。

Description

一种高强高韧性非调质圆钢及制备方法
技术领域
本发明涉及非调质钢技术领域,特别是涉及一种高强高韧性非调质圆钢及制备方法。
背景技术
非调质圆钢是在热轧状态或正火状态或锻造后空冷状态下具有与调质热处理态相当的综合力学性能的中碳低合金结构钢,该钢种简化了生产工艺,变形开裂较少,从而降低了能耗和生产成本,因此非调质钢受到各国的重视,得到迅速发展和应用。现有的非调质钢主要是通过添加一定量的合金元素如Cr、Ni或V等来提高强韧性,经检索发现,授权公告号为CN104032214A的中国专利公开了“一种非调质钢极其生产工艺”,CN106119711A的中国专利公开了“非调质钢棒材及其制造方法”,该发明采用强弱冷相结合的穿水冷却方式降低钢材温度,实现控温冷却,但是控温轧制未采用穿水冷却方式,影响生产效率,所生产棒材冲击功在120J以下。
发明内容
为了解决以上技术问题,本发明提供一种高强高韧性非调质圆钢,其化学成分及质量百分比如下:C:0.27%~0.33%,Si:0.40%~0.70%,Cr:0.10%-0.30%,Mn:1.30%~1.65%,S:0.065%~0.100%,Al:0.005%~0.040%,V:0.06%~0.020%,Ti:0.010%~0.040%,N:0.0120%~0.0250%,余量为Fe和不可避免的杂质,锰当量Mneq:1.70%~2.10%,Mneq=%Mn+0.35%Ni+1.5%Cr+2%Mo+0.17%Cu。
技术效果:本发明突破非调质钢冲击韧性不足技术瓶颈,增加低成本的易切削元素S,通过过程控温轧制和轧后的控温冷却,得到力学性能优良的高韧性非调质钢棒材。
本发明进一步限定的技术方案是:
进一步的,其化学成分及质量百分比如下:C:0.27%,Si:0.70%,Cr:0.25%,Mn:1.65%,S:0.085%,Al:0.013%,V:0.15%,Ti:0.030%,N:0.0220%,锰当量Mneq:2.06%,余量为Fe和不可避免的杂质。
前所述的一种高强高韧性非调质圆钢,其化学成分及质量百分比如下:C:0.30%,Si:0.65%,Cr:0.23%,Mn:1.58%,S:0.090%,Al:0.010%,V:0.13%,Ti:0.025%,N:0.0200%,锰当量Mneq:1.96%,余量为Fe和不可避免的杂质。
前所述的一种高强高韧性非调质圆钢,其化学成分及质量百分比如下:C:0.31%,Si:0.60%,Cr:0.20%,Mn:1.53%,S:0.070%,Al:0.015%,V:0.14%,Ti:0.020%,N:0.0160%,锰当量Mneq:1.87%,余量为Fe和不可避免的杂质。
前所述的一种高强高韧性非调质圆钢,其化学成分及质量百分比如下:C:0.32%,Si:0.57%,Cr:0.18%,Mn:1.50%,S:0.075%,Al:0.008%,V:0.12%,Ti:0.015%,N:0.0170%,锰当量Mneq:1.81%,余量为Fe和不可避免的杂质。
前所述的一种高强高韧性非调质圆钢,其化学成分及质量百分比如下:C:0.33%,Si:0.50%,Cr:0.15%,Mn:1.45%,S:0.066%,Al:0.011%,V:0.09%,Ti:0.015%,N:0.0190%,锰当量Mneq:1.71%,余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明的另一目的在于提供一种高强高韧性非调质圆钢制备方法,其特征在于,包括以下工序:EAF冶炼→LF精炼→VD真空处理→轻压下工艺连铸→铸坯缓冷→铸坯检验→连铸坯加热→除鳞→大压下开坯→入坑缓冷→中间坯加热→除鳞→控温轧制→控制冷却→矫直→修磨→探伤→成品检验→包装→标识→称重→入库,
EAF冶炼工序中:控制电炉终点碳≥0.06%,终点磷≤0.015%,出钢氧含量控制在300PPM以下,采用偏心炉底无渣出钢,出钢过程钢包内加合成渣、硅锰合金、复合中铝进行预脱氧,严禁出钢下渣;
LF精炼工序中:通过喂铝线和添加铝粒使钢水保证Al含量≥0.025%,全程吹氩充分搅拌,确保白渣时间≥30分钟,过程吹氮35分钟以上,LF末期Al含量为0.030%~0.040%、S含量0.065%~0.090%,Si按照中下限控制,其余按照判定中限进行点成分控制,真空处理前喂入0.5m/t~1.5m/t的Ca铁线对夹杂物进行变性处理;
VD真空处理工序中:在VD工位前期吹氮,后切换到氩气搅拌,小于0.5乇的真空度下处理12~20分钟,微调Al、N、Ti含量,破真空后保证软吹时间15~20分钟;
大断面连铸机凝固末端轻压下连铸,压下量8mm~20mm,过热度15℃~30℃;
大压下开坯工序中:采用双辊可逆式轧机,最大辊径φ950,单道最大压下量达80mm;
控温轧制工序中:轧制开轧温度950℃以上,粗中轧后穿水冷却,空冷15~30秒,预精轧后再次穿水冷却,空冷20~40秒,进精轧机温度780℃~850℃,将终轧温度控制在800℃~850℃,实现连续降温轧制。
控制冷却工序中:轧制后穿水快速冷却,上冷床温度控制在700℃以下,上冷床控制棒材间距均匀冷却,400℃以下下冷床堆冷。
本发明的有益效果是:
(1)本发明中借助于喂丝机快速输入钢液,在钢液深处熔化溶解,起到脱氧、脱硫、去夹杂的作用,同时能对成分进行微调,能提高元素收得率,保证成份的稳定性;
(2)本发明中大断面连铸机凝固末端轻压下连铸,过热度15-30℃,减少成分偏析,特别是避免硫化物偏聚;
(3)本发明中粗中轧后穿水冷却,利用产线布局圆钢空冷15-30秒促使心部热量散到表面,实现整体温度降低,预精轧后再次穿水冷却,空冷20-40秒,保证热轧圆钢心部表面温度趋于一致后进入精轧阶段;
(4)本发明中轧制后穿水快速冷却,上冷床控制棒材间距均匀冷却、实现均匀低温相变,400℃以下下冷床堆冷,此工艺可以得到细小的珠光体铁素体组织;
(5)本发明棒材屈服强度620MPa以上,抗拉强度850MPa以上,延伸率≥19%,冲击功可达到190J以上。
具体实施方式
本实施例提供的一种高强高韧性非调质圆钢,其化学成分及质量百分比如下:C:0.27%~0.33%,Si:0.40%~0.70%,Cr:0.10%-0.30%,Mn:1.30%~1.65%,S:0.065%~0.100%,Al:0.005%~0.040%,V:0.06%~0.020%,Ti:0.010%~0.040%,N:0.0120%~0.0250%,余量为Fe和不可避免的杂质,锰当量Mneq:1.70%~2.10%,Mneq=%Mn+0.35%Ni+1.5%Cr+2%Mo+0.17%Cu。
根据本发明的生产工艺,冶炼轧制本发明的钢种各实施例成分如表1所示。
表1:实施例1-5的化学成分(wt%)
编号 C Mn Si P S Cr V Ti Al N Mneq
实施例1 0.27 1.65 0.70 0.010 0.085 0.25 0.15 0.030 0.013 0.0220 2.06
实施例2 0.30 1.58 0.65 0.012 0.090 0.23 0.13 0.025 0.010 0.0200 1.96
实施例3 0.31 1.53 0.60 0.008 0.070 0.20 0.14 0.020 0.015 0.0160 1.87
实施例4 0.32 1.50 0.57 0.013 0.075 0.18 0.12 0.015 0.008 0.0170 1.81
实施例5 0.33 1.45 0.50 0.011 0.066 0.15 0.09 0.015 0.011 0.0190 1.71
制备方法包括以下工序:EAF冶炼→LF精炼→VD真空处理→轻压下工艺连铸→铸坯缓冷→铸坯检验→连铸坯加热→除鳞→大压下开坯→入坑缓冷→中间坯加热→除鳞→控温轧制→控制冷却→矫直→修磨→探伤→成品检验→包装→标识→称重→入库,具体参数如下:
EAF冶炼工序中:控制电炉终点碳≥0.06%,终点磷≤0.015%,出钢氧含量控制在300PPM以下,采用偏心炉底无渣出钢,出钢过程钢包内加合成渣、硅锰合金、复合中铝进行预脱氧,严禁出钢下渣;
LF精炼工序中:通过喂铝线和添加铝粒使钢水保证Al含量≥0.025%,全程吹氩充分搅拌,确保白渣时间≥30分钟,过程吹氮35分钟以上,LF末期Al含量0.030%~0.040%、S含量0.065%~0.090%,Si按照中下限控制,其余按照判定中限进行点成分控制,真空处理前喂入0.5m/t~1.5m/t的Ca铁线对夹杂物进行变性处理;
VD真空处理工序中:在VD工位前期吹氮,后切换到氩气搅拌,小于0.5乇的真空度下处理12~20分钟,微调Al、N、Ti含量,破真空后保证软吹时间15~20分钟;
连铸工序中:大断面连铸机凝固末端轻压下连铸,压下量8mm~20mm,过热度15℃~30℃,减少成分偏析,特别是避免硫化物偏聚;
大压下开坯工序中:采用双辊可逆式轧机,最大辊径φ950,单道最大压下量达80mm;
轧后控冷工序中:粗中轧后穿水冷却、利用产线布局圆钢空冷15~30秒促使心部热量散到表面,实现整体温度降低,预精轧后再次穿水冷却,空冷20~40秒,保证热轧圆钢心部表面温度趋于一致后进入精轧阶段,进精轧机温度780℃~850℃,将终轧温度控制在800℃~850℃,实现连续降温轧制。
控制冷却工序中:轧制后穿水快速冷却,上冷床温度控制在700℃以下,上冷床控制棒材间距均匀冷却、实现均匀低温相变,400℃以下下冷床堆冷,此工艺可以得到细小的珠光体铁素体组织。
选取实施例1-5的棒材进行低倍、夹杂物控制级别及力学性能检测,所得数据如表2-4所示。
表2:实施例1-5棒材低倍检测所得数据
实施例 一般疏松 中心疏松 锭型偏析
1 0.5 1.0 0.5
2 0.5 1.0 0
3 0.5 1.0 0.5
4 0.5 1.5 0.5
5 0 1.0 0.5
表3:实施例1-5棒材中夹杂物控制级别显微检测所得数据
表中A,硫化物类;B,氧化铝类;C,硅酸盐类;D,球状氧化物类;
表4:实施例1-5棒材力学性能检测所得数据
表中Rm,抗拉强度;Rp0.2,屈服强度;Aku,冲击吸收功;A,断后延伸率;
表5:实施例1-5棒材晶粒度检测所得数据
实施例 热轧态晶粒度
1 9.5
2 9.5
3 10
4 10
5 10.5
由表2-5可知,本发明棒材在下游客户加工成轮毂、控制臂、后摆臂等,用于装于乘用车,测试表明各项性能良好,完全满足使用要求。
综上所述,本发明采用硫化物、V(N、C)细小化合物的弥散分布,V、Ti微量复合,轧制过程中采用分段穿水、连续均匀降温轧制、轧后穿水的控冷工艺,细化组织、显著提高了强度及冲击韧性,圆钢冲击功可达到190J以上,明显高于传统非调质钢。
除上述实施例外,本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案,均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种高强高韧性非调质圆钢,其特征在于,其化学成分及质量百分比如下:C:0.27%~0.33%,Si:0.40%~0.70%,Cr:0.10%-0.30%,Mn:1.30%~1.65%,S:0.065%~0.100%,Al:0.005%~0.040%,V:0.06%~0.020%,Ti:0.010%~0.040%,N:0.0120%~0.0250%,余量为Fe和不可避免的杂质,锰当量Mneq:1.70%~2.10%, Mneq=%Mn+0.35%Ni+1.5%Cr+2%Mo+0.17%Cu。
2.根据权利要求1所述的一种高强高韧性非调质圆钢,其特征在于,其化学成分及质量百分比如下:C:0.27%,Si:0.70%,Cr:0.25%,Mn:1.65%,S:0.085%,Al:0.013%,V:0.15%,Ti:0.030%,N:0.0220%,锰当量Mneq:2.06%,余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种高强高韧性非调质圆钢,其特征在于,其化学成分及质量百分比如下:C:0.30%,Si:0.65%,Cr:0.23%,Mn:1.58%,S:0.090%,Al:0.010%,V:0.13%,Ti:0.025%,N:0.0200%,锰当量Mneq:1.96%,余量为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的一种高强高韧性非调质圆钢,其特征在于,其化学成分及质量百分比如下:C:0.31%,Si:0.60%,Cr:0.20%,Mn:1.53%,S:0.070%,Al:0.015%,V:0.14%,Ti:0.020%,N:0.0160%,锰当量Mneq:1.87%,余量为Fe和不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述的一种高强高韧性非调质圆钢,其特征在于,其化学成分及质量百分比如下:C:0.32%,Si:0.57%,Cr:0.18%,Mn:1.50%,S:0.075%,Al:0.008%,V:0.12%,Ti:0.015%,N:0.0170%,锰当量Mneq:1.81%,余量为Fe和不可避免的杂质。
6.根据权利要求1所述的一种高强高韧性非调质圆钢,其特征在于,其化学成分及质量百分比如下:C:0.33%,Si:0.50%,Cr:0.15%,Mn:1.45%,S:0.066%,Al:0.011%,V:0.09%,Ti:0.015%,N:0.0190%,锰当量Mneq:1.71%,余量为Fe和不可避免的杂质。
7.一种高强高韧性非调质圆钢制备方法,其特征在于,包括以下工序:EAF冶炼→LF精炼→VD真空处理→轻压下工艺连铸→铸坯缓冷→铸坯检验→连铸坯加热→除鳞→大压下开坯→入坑缓冷→中间坯加热→除鳞→控温轧制→控制冷却→矫直→修磨→探伤→成品检验→包装→标识→称重→入库,
EAF冶炼工序中:控制电炉终点碳≥0.06 %,终点磷≤0.015%,出钢氧含量控制在300PPM以下,采用偏心炉底无渣出钢,出钢过程钢包内加合成渣、硅锰合金、复合中铝进行预脱氧,严禁出钢下渣;
LF精炼工序中:通过喂铝线和添加铝粒使钢水保证Al含量≥0.025%,全程吹氩充分搅拌,确保白渣时间≥30分钟,过程吹氮35分钟以上,LF末期Al含量为0.030%~0.040%、S含量0.065%~0.090%,Si按照中下限控制,其余按照判定中限进行点成分控制,真空处理前喂入0.5m/t~1.5m/t的Ca铁线对夹杂物进行变性处理;
VD真空处理工序中:在VD工位前期吹氮,后切换到氩气搅拌,小于0.5乇的真空度下处理12~20分钟,微调Al、N、Ti含量,破真空后保证软吹时间15~20分钟;
大断面连铸机凝固末端轻压下连铸,压下量8mm~20mm,过热度15℃~30℃;
大压下开坯工序中:采用双辊可逆式轧机,最大辊径φ950,单道最大压下量达80mm;
控温轧制工序中:轧制开轧温度950℃以上,粗中轧后穿水冷却,空冷15~30秒,预精轧后再次穿水冷却,空冷20~40秒,进精轧机温度780℃~850℃,将终轧温度控制在800℃~850℃,实现连续降温轧制;
控制冷却工序中:轧制后穿水快速冷却,上冷床温度控制在700℃以下,上冷床控制棒材间距均匀冷却,400℃以下下冷床堆冷。
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