CN113293336A - 一种屈服强度500MPa级稀土非调质易切削热轧圆钢的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种屈服强度500MPa级稀土非调质易切削热轧圆钢的制备方法,其化学成分质量百分比为:C:0.25‑0.27%,Mn:1.40‑1.50%,Si:0.55‑0.65%,V:0.09‑0.11%,N:0.012‑0.017%,Ti:0.03‑0.06%,P:0.010‑0.014%,S:0.03‑0.06%,Al:0.03‑0.05%,RE:0.002‑0.004%;包括炼钢工艺和轧钢工艺流程。本发明制备的直径为50‑120mm的圆钢的屈服强度≥500MPa,抗拉强度≥750MPa,面缩率≥45,延伸率≥18,室温冲击功Akv2≥34J,表面硬度HB210‑240。
Description
技术领域
本发明涉及材料冶金领域,尤其涉及一种屈服强度500MPa级稀土非调质易切削热轧圆钢。
背景技术
非调质钢开发的主要动力是使其成本大幅度降低。它包括如下几个方面:①非调质钢是在中碳钢中添加少量的微合金化元素,通过析出强化来满足其强度要求。它不需要提高淬透性的铬、钼等贵重合金元素,合金成本明显降低;②取消了调质热处理工艺,节约能源;③非调质钢最终得到铁素体—珠光体组织,它比回火马氏体组织更容易切削加工,改善了切削加工性能,大幅度减少了工件的加工费用。目前,在机械、汽车等行业,非调质钢代替传统的调质钢已经获得了广泛的应用。
经检索,公开号为CN108118238A的文献,一种抑制非调质钢轧材产品剩磁值的方法。提供了非调质钢35MnZsiV、44MnS2钢轧材产品剩磁值的方法,通过控制AS含量小于25ppm的铁水以及AS含量小于30ppm的辅料,即可制得残余AS含量小于65ppm的中碳非调质钢轧材,进而使得中碳非调质钢轧材产品端部的剩磁值控制在20Gs以内,但是,在实际生产中不易控制,造成生产成本增加。
经检索,公开号为CN107287504的文献,含硫、碲的中碳易切削非调质钢及其生产工艺方法。该非调质钢主要成分为:C:0.35~0.50%,Si:0.10~0.80%,Mn:0.75~1.60%,P≤0.03%,S:0.02~0.08%,Mo:0~0.08%,Nb:0~0.025%,V:0.02~0.12%,N:0.012~0.016%,Te:0.02~0.08%,Ca:0.001~0.003%,余量为铁及不可避免的杂质。其合金元素较多,靠合金提高非调质的性能,增加了生产制造成本。
经检索,公开号为CN109295391的文献,一种高强韧性非调质钢及其制备方法。高强韧性非调质钢的组成按质量百分比为:C:0.23~0.27%;Si:0.22~0.35%;Mn:1.81~1.90%;Cr:0.50~0.55%;S:0.045-0.06%;P:≤0.02%;V:0.11~0.14%;N:0.025~0.040%,其余为铁和不可避免的杂质。其Mn元素含量过高,强度增加韧塑性下降不易后续加工。
针对以上专利文献中的不足之处,本发明利用微合金化生产一种屈服强度500MPa级稀土非调质易切削热轧圆钢。
发明内容
本发明的目的是提供一种屈服强度500MPa级稀土非调质易切削热轧圆钢的制备方法,轧制成直径为50-120mm的圆钢,其屈服强度≥500MPa;抗拉强度≥750MPa;面缩率≥45;延伸率≥18;室温冲击功Akv2≥34J;表面硬度HB210-240。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
本发明一种屈服强度500MPa级稀土非调质易切削热轧圆钢,其化学成分质量百分比为:C:0.25-0.27%,Mn:1.40-1.50%,Si:0.55-0.65%,V:0.09-0.11%,N:0.012-0.017%,Ti:0.03-0.06%,P:0.010-0.014%,S:0.03-0.06%,Al:0.03-0.05%,RE:0.002-0.004%,其余为铁和不可避免的微量的化学元素;
其炼钢工艺流程为:转炉—炉外精炼—VD真空处理—连铸;其轧钢工艺流程:铸坯加热—高压水除磷—Ф850mm开坯机—Ф700mm×3+Ф550mm×4连轧机组轧制—锯切—缓冷—无损检测—堆垛—检查—修磨—打捆—入库—发货;其中轧制工艺中控制的技术参数为:加热温度1150—1250℃,加热时间≥4小时;开轧温度≤1050℃;终轧温度≤840℃;缓冷时间≥48小时。
进一步的,其化学成分质量百分比为:C:0.27%,Mn:1.47%,Si:0.65%,V:0.11%,N:0.016%,Ti:0.03%,P:0.012%,S:0.06%,Al:0.04%,RE:0.012%,其余为铁和不可避免的微量的化学元素。
进一步的,其化学成分质量百分比为:C:0.26%,Mn:1.45%,Si:0.67%,V:0.10%,N:0.015%,Ti:0.03%,P:0.012%,S:0.05%,Al:0.03%,RE:0.015%,其余为铁和不可避免的微量的化学元素。
进一步的,其化学成分质量百分比为:C:0.27%,Mn:1.49%,Si:0.66%,V:0.09%,N:0.014%,Ti:0.04%,P:0.013%,S:0.06%,Al:0.04%,RE:0.014%,其余为铁和不可避免的微量的化学元素。
本发明主要化学成分限定理由如下:
C:C是提高钢材强度最有效的元素,C含量的增加钢的抗拉强度和屈服强度随之提高,但延伸率和冲击韧性下降,耐腐蚀能力也会下降,而且钢材的焊接热影响区还会出现淬硬现象,导致焊接冷裂纹的产生。为保证圆钢获得良好的综合性能,本发明钢C元素含量设计为0.25-0.27%。
Mn:Mn是重要的强韧化元素,且成本低廉,随着锰含量的增加,钢的强度明显提升,改善钢的加工性能,而韧脆转变温度几乎不发生变化。但锰含量过高,会抑制铁素体的转变,影响钢的屈服强度,不利于屈强比的控制。本发明钢的Mn元素含量设计为1.40-1.50%。
Si:Si能够提高钢的强度,通过增加Si元素,能够在一定程度上提高钢的强度,但是随着Si的质量百分比的进一步增加,容易造成钢中生成马氏体组织,因此,本发明所述的一种500MPa级稀土非调质易切削热轧圆钢对Si的质量百分比控制在0.55-0.65%。
V:V是重要的析出强化元素,加入0.1wt%左右的V,在不影响塑韧性的情况下,在铁素体和奥氏体中的析出物,较大地提高了材料的强度,V含量过低其强化效果不明显。当添加V的质量百分比高于0.15%时增加了成本,而对钢的性能提升效果不大,因此,在本发明所述的一种500MPa级稀土非调质易切削热轧圆钢中,V的控制的质量百分比为0.09-0.11%。
Ti:钢中添加Ti元素形成的TiN或Ti(N、C),由于熔点较高,是稳定的第二相粒子,能够阻止奥氏体再结晶时的晶粒长大,起到细化晶粒的作用。当Ti的质量百分比低于0.01%时,在锻造过程中抑制晶粒长大的作用不是很明显,当Ti的质量百分比超过0.18%时,在晶界上析出的粒子过多,弱化了晶界,降低了材料的韧性,因此,在本发明所述的一种500MPa级稀土非调质易切削热轧圆钢中对Ti的质量百分比控制在0.03-0.06%。
N:N与合金元素V、Ti等易生产氮化物或氮碳化物,将晶粒细化,进而通过析出强化来提高钢的强韧性;另一方面,钢中的N的质量百分比过高,则容易产生空隙缺陷。根据N对本发明所述的一种500MPa级稀土非调质易切削热轧圆钢中N的质量百分比限定在0.012-0.017%。
S:S是热脆性和易切削加工性元素,已知切削加工性能随着硫的质量百分比的增加而改善,但是热加工性随着硫含量的增加而变差,因此,S的质量百分比不宜过多,控制S的质量百分比上限在0.065%以下。此外,当硫的质量百分比低于0.025%时,其切削性又无法体现。因此,本发明所述的一种500MPa级稀土非调质易切削热轧圆钢中S的质量百分比限定在0.03-0.06%。
RE:RE在钢中有净化和明显的变质知用。钢的洁净度不断提高,稀土元素的微合金化作用日益突出。稀土的微合金化包括微量稀土元素的固溶强化、稀土元素与其他溶质元素和化合物的交互作用、稀土元素的存在状态(原子、夹杂物或化合物)、大小、形态和分布,特别是在晶界的偏聚以及稀土对钢表面和基体组织结构的影响。因此,本发明所述的一种500MPa级稀土非调质易切削热轧圆钢中RE的质量百分比限定在0.002-0.004%。
本发明创新点在于合理控制C元素的含量,采用V、Ti等合金元素强化,利用N与合金元素V、Ti等易生产氮化物或氮碳化物,将晶粒细化,进而通过析出强化来提高钢的强韧性,通过RE元素能对夹杂物变性的影响,改变硫化物的形态,提高钢材的韧性。
与现有技术相比,本发明的有益技术效果:
1)采用VN合金冶炼,不仅提高了非调质易切削钢的强度,而且节约了V合金的消耗量,可以降低成本。
2)添加微量的Ti、Al等固N元素,与N形成TiN、AlN等化合物用于控制奥氏体晶粒长大的技术已在非调质钢中广泛应用。大量实验结果表明,氮对提高TiN、AlN颗粒钉扎奥氏体晶界的效果起关键作用。
3)添加微量的稀土元素,利用稀土元素对夹杂物变性的影响,改变硫化物的形态,提高钢材的韧性。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明作进一步的说明,实施例仅用于解释的目的,本发明保护范围不限于本实施例。
下面对本发明作进一步的描述:
表1为本发明各实施例的化学成分及重量百分比含量列表,
表2为本发明各实施例力学、韧性等检测结果列表。
表1各实施例的化学成分及重量百分比含量
表2各实施例力学、韧性等检测结果
通过表1、2数据可以看出:本发明一种500MPa级稀土非调质易切削热轧圆钢,通过VN合金化及稀土微合金化其性能满足技术要求。其化学成分简单,针对500MPa级非调质易切削刚的生产具有控制简单、制造成本低、可操作性强等优点。其轧制成直径为50-120mm的圆钢,其屈服强度≥500MPa;抗拉强度≥750MPa;面缩率≥45;延伸率≥18;室温冲击功Akv2≥34J;表面硬度HB210-240
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种屈服强度500MPa级稀土非调质易切削热轧圆钢的制备方法,其特征在于,其化学成分质量百分比为:C:0.25-0.27%,Mn:1.40-1.50%,Si:0.55-0.65%,V:0.09-0.11%,N:0.012-0.017%,Ti:0.03-0.06%,P:0.010-0.014%,S:0.03-0.06%,Al:0.03-0.05%,RE:0.002-0.004%,其余为铁和不可避免的微量的化学元素;
其炼钢工艺流程为:转炉—炉外精炼—VD真空处理—连铸;其轧钢工艺流程:铸坯加热—高压水除磷—Ф850mm开坯机—Ф700mm×3+Ф550mm×4连轧机组轧制—锯切—缓冷—无损检测—堆垛—检查—修磨—打捆—入库—发货;其中轧制工艺中控制的技术参数为:加热温度1150—1250℃,加热时间≥4小时;开轧温度≤1050℃;终轧温度≤840℃;缓冷时间≥48小时。
2.根据权利要求1所述的屈服强度500MPa级稀土非调质易切削热轧圆钢的制备方法,其特征在于,其化学成分质量百分比为:C:0.27%,Mn:1.47%,Si:0.65%,V:0.11%,N:0.016%,Ti:0.03%,P:0.012%,S:0.06%,Al:0.04%,RE:0.012%,其余为铁和不可避免的微量的化学元素。
3.根据权利要求1所述的屈服强度500MPa级稀土非调质易切削热轧圆钢的制备方法,其特征在于,其化学成分质量百分比为:C:0.26%,Mn:1.45%,Si:0.67%,V:0.10%,N:0.015%,Ti:0.03%,P:0.012%,S:0.05%,Al:0.03%,RE:0.015%,其余为铁和不可避免的微量的化学元素。
4.根据权利要求1所述的屈服强度500MPa级稀土非调质易切削热轧圆钢的制备方法,其特征在于,其化学成分质量百分比为:C:0.27%,Mn:1.49%,Si:0.66%,V:0.09%,N:0.014%,Ti:0.04%,P:0.013%,S:0.06%,Al:0.04%,RE:0.014%,其余为铁和不可避免的微量的化学元素。
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