CN115354229A - 一种曲轴用非调质钢及其加工工艺 - Google Patents

一种曲轴用非调质钢及其加工工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN115354229A
CN115354229A CN202211043012.3A CN202211043012A CN115354229A CN 115354229 A CN115354229 A CN 115354229A CN 202211043012 A CN202211043012 A CN 202211043012A CN 115354229 A CN115354229 A CN 115354229A
Authority
CN
China
Prior art keywords
steel
crankshaft
quenched
molten steel
tempered
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202211043012.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115354229B (zh
Inventor
李小明
缪德军
邱国兴
蔡明冲
杜青
杨永坤
崔雅茹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian University of Architecture and Technology
Original Assignee
Xian University of Architecture and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian University of Architecture and Technology filed Critical Xian University of Architecture and Technology
Priority to CN202211043012.3A priority Critical patent/CN115354229B/zh
Publication of CN115354229A publication Critical patent/CN115354229A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115354229B publication Critical patent/CN115354229B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/002—Hybrid process, e.g. forging following casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/001—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths of specific alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/22—Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould
    • B22D11/225—Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould for secondary cooling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/0006—Adding metallic additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/0056—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00 using cored wires
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
    • C21C7/06—Deoxidising, e.g. killing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
    • C21C7/072—Treatment with gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/84—Controlled slow cooling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/04—Making ferrous alloys by melting
    • C22C33/06—Making ferrous alloys by melting using master alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/005—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing rare earths, i.e. Sc, Y, Lanthanides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/12—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tungsten, tantalum, molybdenum, vanadium, or niobium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/14—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing titanium or zirconium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/60—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing lead, selenium, tellurium, or antimony, or more than 0.04% by weight of sulfur
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Abstract

本发明公开了一种曲轴用非调质钢及其加工工艺，在高炉铁水出钢过程中，利用硅锰合金粗脱氧合金化，得到初炼钢液；将初炼钢液进行LF精炼，调整钢液温度为1595～1630℃后采用含钛脱氧剂精脱氧，再喂纯钙线深脱S；然后喂入钇基稀土包芯线精炼，并吹CO2和N2的混合气体，之后加入钒氮合金，精调氮含量至目标成分；最后喂入纯硫线调整S含量至曲轴用非调质钢目标成分，纯硫线溶解均匀后得到精炼钢液；进行保护浇铸并进行电磁搅拌，缓冷至室温得到原始铸坯；对原始铸坯进行锻造、轧制，得到最终轧材。本发明能够有效控制中硫非调质钢硫化物形貌与分布，并使其在轧制过程中不易变形，同时避免生成脆性Al2O3夹杂，进一步提高钢的强度和韧性。

Description

一种曲轴用非调质钢及其加工工艺
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种曲轴用非调质钢及其加工工艺。
背景技术
非调质钢是在普通碳锰钢的基础上添加微量合金元素(V、Nb和Ti等)，通过控轧(锻)控冷工艺，不经调质处理即可达到或超过调质钢力学性能的一类优质结构钢。相对于调质钢的生产，由于其具有工序少、节约能源、金属收得率高、性能分布均匀和避免了调质裂纹等一系列优点，广泛应用于汽车零部件制造等行业。在上世纪七十年代，由于石油危机，能源价格大幅上涨，蒂森公司首先开发了49MnVS非调质钢用于生产汽车曲轴。曲轴是汽车发动机系统中最重要的一个组成部件，连接活塞和连杆，服役条件恶劣，将活塞的上下运动转化为旋转运动，同时受到扭转应力和弯曲应力的作用。因此，曲轴用非调质钢性能很大程度上决定着发动机的可靠性和寿命，需要足够的强度、良好的耐磨性以及较高的抗疲劳性能。这对钢材洁净度，特别是非金属夹杂物的控制提出了更高的要求。然而，实际生产中一般采用Al脱氧，导致非调质钢中会有脆性Al2O3夹杂物，不仅会堵塞水口，还会降低钢材的强韧性能。
汽车曲轴用非调质钢一般需引入0.035％～0.075％的S元素以保证切削性能，属于中硫易切削钢，导致钢中夹杂物主要为塑性夹杂MnS，在钢液凝固过程和降温过程中析出，由于Mn、S元素容易偏析，MnS易偏聚晶界或聚集，分布不均匀且尺寸较大，控制的关键是保证其在加热过程中固溶，但同时又要控制其在冷却过程中的析出，即精确控制加热和冷却制度。此外，硫化物夹杂在轧制过程中易沿轧制方向发生变形，导致钢材性能严重的各向异性。尺寸合适、分布均匀的MnS夹杂物使产品在切削加工过程中易断屑，改善钢材切削性能；同时可润滑刀具、减少刀具磨损和延长刀具使用寿命；还能起到高温钉扎晶界、低温细化铁素体组织等作用。然而，尺寸过大或严重聚集分布的MnS夹杂物不仅不能充分发挥上述效果，还会导致钢材切削性能恶化和强韧性不足等问题。
公开号为CN 114182173 A发动机曲轴用非调质钢的生产方法，省去了价格较为昂贵的V、Ni等微合金元素，生产的轧制圆钢硫化物分布均匀。但此生产方法在转炉冶炼时用铝铁沉淀脱氧并加高铝精炼合成渣，精炼时铝粒扩散脱氧，钢液中铝含量很高容易生成大量长条或链状大尺寸脆性Al2O3夹杂，导致钢材强韧性和抗疲劳性能较低。
公开号为CN 112342462 A一种大功率发动机曲轴用Nb-Ti微合金化高强韧性贝氏体非调质钢及其制备方法，公开号为CN 112195412 A一种大功率发动机曲轴用Nb-V微合金化高强韧性贝氏体非调质钢及其制备方法，公开号为CN104264040 A一种非调质钢及其制造方法以及采用该非调质钢制造的曲轴。上述发明专利采用Nb-Ti或Nb-V元素微合金化形成碳氮化物粒子钉扎奥氏体晶粒，但非调质钢中N元素含量均较高，添加的Ti元素容易生成大尺寸的TiN夹杂物，不仅不能有效的钉扎晶界，反而对钢的疲劳性能影响很大。Nb、V元素价格昂贵，并且在较高的奥氏体化温度下会回溶到钢基体中，钉扎作用有限。而且对于大规格的非调质钢铸锭，钢液凝固过程中第二相粒子有充分的时间长大，第二相粒子尺寸较大，钉扎作用效果不明显。此外，公开号为CN104264040 A一种非调质钢及其制造方法以及采用该非调质钢制造的曲轴，制造方法中还包括模铸和热处理，生产成本很高且周期较长。
随着汽车发动机功率的提升，对曲轴用非调质钢的要求越来越高，如何有效控制曲轴用非调质钢中硫化物形貌与分布，并使其在轧制过程中不易变形，同时避免生成脆性Al2O3夹杂，进一步提高钢的强度和韧性以适应汽车工业发展迫在眉睫。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种曲轴用非调质钢及其加工工艺，本发明能够有效控制曲轴用非调质钢中硫化物形貌与分布，并使其在轧制过程中不易变形，同时避免生成脆性Al2O3夹杂，进一步提高钢的强度和韧性。
本发明采用的技术方案如下：
一种曲轴用非调质钢，按质量百分比计，包括：C：0.38％～0.45％，Si：0.25％～0.45％，Mn：1.2％～1.5％，S：0.01％～0.05％，V：0.10％～0.18％，Y：0.015％～0.035％，Ti：0.03％～0.07％，P：≤0.03％，O：≤0.0012％，N：0.010％～0.013％，余量为Fe及不可避免的杂质。
优选的，所述曲轴用非调质钢析出强化值X＝100×(γ+WV+WTi+WN)，0.95≤X≤1.35，其中γ＝WC+WSi/10+WMn/6+1.45WTi+1.8WV；
式中WC、WSi、WMn、WV、WTi、WN分别为所述曲轴用非调质钢中C、Si、Mn、V、Ti和N元素的质量分数。
优选的，所述曲轴用非调质钢中包括以Y2O3为核心外部包裹MnS的复合Y-Mn-O-S类硫化物或以Ti2O3为核心外部包裹MnS的复合Ti-Mn-O-S类硫化物；
所述曲轴用非调质钢中硫化物等效直径≤5μm的占90％以上，数量为2×1013～5×1013个/m3，宽径比≤9的占总数量的比例在80％以上，其中含Y复合氧硫化物占总氧硫化物数量的比例不小于3/4。
本发明如上所述的曲轴用非调质钢的制备方法，包括如下过程：
将高炉铁水进行粗炼，粗炼出钢温度为1625～1655℃，出钢过程中加入硅锰合金粗脱氧合金化，得到初炼钢液；
将初炼钢液进行LF精炼，调整钢液温度为1595～1630℃后采用含钛脱氧剂精脱氧，再喂纯钙线深脱S至0.002％以下；然后喂入钇基稀土包芯线精炼，并吹CO2和N2的混合气体，8～12min后加入钒氮合金，精调氮含量至目标成分；最后喂入纯硫线调整S含量至曲轴用非调质钢目标成分，纯硫线溶解均匀后得到精炼钢液；
将精炼钢液进行保护浇铸，浇铸过程中进行电磁搅拌，浇铸完成后缓冷至室温得到原始铸坯；
对原始铸坯进行锻造、轧制，得到最终轧材。
优选的，所述硅锰合金中，Mn/Si质量比为0.8～1.2；将硅锰合金分两批加入，第一批在出钢20％～30％时加入60％～70％的硅锰合金，第二批在出钢65％～80％时全部加完；
利用硅锰合金粗脱氧合金化时，粗脱氧至0.030％～0.045％。
优选的，所述含钛脱氧剂采用海绵钛和钛铁，其中，钛铁的比例为海绵钛和钛铁总质量的20％～30％；
含钛脱氧剂加入量通过下式计算：
MTi＝1000m[((0.03％～0.045％)-XO)×2/3+XN+XS]/[(99％×(70％～80％)+(20％～30％)×70％)×80％]
其中，MTi含钛脱氧剂的加入量，单位kg；m为钢液总质量，单位t；XO为钢液中氧含量；XN为钢液中氮含量；XS为钢液中硫含量；
精脱氧后高纯净钢液氧含量低于0.0012％。
优选的，钇基稀土包芯线喂入量为0.06～0.15kg/t钢，分三批喂入，第一批喂入总喂入质量的20％～30％，第二批喂入总喂入质量的40％～60％，第三批喂完剩余的钇基稀土包芯线。
优选的，吹CO2和N2的混合气体时，CO2和N2的混合气体中CO2体积比为25％～35％，吹气量为3～6L/t钢，控制w[Ti]×w[N]≤0.00018。
优选的，浇铸完成后，以降温速度为3～6℃/s缓冷至室温得到原始铸坯。
优选的，对原始铸坯进行锻造时，开锻温度为1140～1180℃，终锻温度910～950℃，锻造比为8～12。
本发明具有如下有益效果：
本发明曲轴用非调质钢屈服强度为700～820MPa，抗拉强度为850～950MPa，断后延伸率≥17％，室温冲击功达到44J以上，维氏硬度为265～310HV。可以看出，本发明曲轴用非调质钢具有较高的强度和韧性。
本发明的制备方法中，粗炼出钢过程中严禁下渣，是由于残渣中FeO含量高，氧化性强，不利于后续精炼过程脱硫。硅锰合金二元合金粗脱氧是为了减小精脱氧压力，先精脱氧再喂纯钙线可避免生成大量CaO。此外，采用硅锰合金而没有用铝脱氧，是由于铝脱氧会产生脆性Al2O3夹杂物，不仅会堵塞水口，还会降低钢材的强韧性能，本发明在LF精炼时采用了高效的含钛脱氧剂精脱氧，更能保证钢液纯净度。深脱S后进行稀土Y处理是为了避免生成YS。V属于有效的强化微合金化元素，稀土Y处理后加入VN合金，钢液中氧已经完全被Y消耗，加入的V将不会被氧化，而会被固溶。N与钢中V和Ti都有很强的亲和力，热加工过程中与N结合形成稳定的碳氮化物析出相。精炼过程中采用含钛脱氧剂脱氧，避免了Al脱氧钢中生成脆性Al2O3夹杂，同时脱氧产物还可形核MnS，再结合稀土Y处理，控制合理的冶炼参数使之形成细小弥散的Y2O3和Ti2O3，凝固过程中为后析出的MnS提供形核质点，形成“内部是硬质氧化物、外部包裹硫化物”的复合Y-Mn-O-S类或Ti-Mn-O-S类夹杂物。通过控制Y2O3和Ti2O3及其分布达到改善硫化物形貌与分布的目的，使聚集分布的大尺寸长条状硫化物细小均匀分布，提高了复合氧硫化物比例及其抗塑性变性能力，使其在轧制过程中不易变形，再配合适宜的热加工方法及参数，使最终成品钢材中硫化物为弥散分布的小尺寸球状或纺锤状，进一步提升了中硫非调质钢的横向力学性能和强韧性能。保护浇铸可避免钢液被二次氧化；结晶器电磁搅拌是为了均匀钢液中的Y2O3和Ti2O3，为凝固过程中复合包裹体析出做准备，规定搅拌方式避免出现过度搅拌，以减少成分偏析。
进一步的，硅锰合金的脱氧产物为MnO·SiO2和2MnO·SiO2，其中MnO·SiO2为液相夹杂物，容易去除。因此通过控制热力学条件出钢温度为1625～1655℃和Mn/Si质量比为0.8～1.2使脱氧产物为MnO·SiO2。出钢至20％～30％时钢液搅动剧烈，脱氧动力学条件较好，此时加入60％～70％的硅锰合金可充分接触使反应更加剧烈，同时也有充足的反应时间。若一次全部加入会形成富锰区，反而不利于脱氧，因此在出钢65％～80％时加入剩余硅锰合金，可保证夹杂物充分上浮，提高钢材纯净度。此外，出钢温度的控制可与后续精炼温度相匹配，减少能耗，降低成本。
进一步的，钛铁中含有Al，控制钛铁比例为20％～30％是为了控制Al的带入量，Ti比Al更活泼，会先与O反应，因此带入少量的Al会固溶在钢中，不会生成Al2O3夹杂，而且热加工过程中会析出AlN强化相。此外，海绵钛价格贵配合价格低的钛铁使用可降低成本。钛脱氧会在不同温度下生成不同的钛氧化物，如Ti2O3、TiO2、TiO和Ti3O5，根据晶格错配度理论，钛氧化物中Ti2O3与MnS错配度最低，有较好的形核作用。基于钛氧化物优势区域图，控制钢液温度为1595～1630℃、氧质量分数和钛质量分数，使钛脱氧生成Ti2O3，并且Ti2O3可以诱导形成晶内铁素体最终细化晶粒，可显著提高钢材性能。同时钢中残留的Ti元素在后续热加工过程中会以Ti(N,C)的形式析出，起到第二相强化的作用，进一步提高钢材力学性能。硫化物在钢液中的溶解度决定其在凝固过程中何时析出，从而决定了硫化物的形貌，而O是影响硫化物溶解度的主要因素。因此，需要控制钢液中氧含量低于0.0012％，氧含量高会形成大量的氧化物夹杂，容易产生应力集中，导致微裂纹的萌生。钢液剩余O还可将后续加入的Y氧化为Y2O3。
进一步的，喂入钇基稀土包芯线主要是为了生成Y2O3，凝固过程中为后析出的MnS提供形核质点。分三批喂入稀土Y是为了避免一次喂入过多造成局部Y浓度过高，反而不利于形成弥散的Y2O3。稀土Y可净化钢液，改变钢中MnS夹杂物的成分、形状、大小、数量、分布和结构，细化组织晶粒，使形状分布不均匀的铁素体组织与奥氏体组织均匀化，还可提高钢的抗氧化性和抗腐蚀性，抗氧化性的效果超过硅、铝、钛等元素。Y在后续热加工过程中会以YC形式析出，起到第二相强化作用，还能提高钢在室温和低温下的冲击韧性，在低温下可出现韧窝带，降低冷脆效应对钢材的危害。
进一步的，吹CO2和N2的混合气体是为了将Y完全氧化为Y2O3和增氮。控制CO2体积比为25％～35％是为了使混合气体氧化性较弱，氧化性强的氧化剂易造成钢中Y2O3粗化。精脱氧使用的海绵钛会在钢液中有残留Ti，控制混合气体吹气量是为了使w[Ti]×w[N]≤0.00018，从而避免大尺寸TiN析出。此外，可以起搅拌作用使Y2O3均匀分布。
进一步的，由于Mn、S元素容易偏析，导致MnS偏聚晶界，分布不均匀，且尺寸较大，通过控制铸坯缓冷速度为3～6℃/s最大程度上减小偏析，同时能够有效防止应力集中产生裂纹，应力诱导形核也会促进纳米级(Ti,V)(C,N)的析出。
进一步的，锻造比的大小影响钢材的力学性能和锻件质量。锻造比过小，锻件达不到所需要的性能要求；锻造比过大，容易导致锻件金属内部变形不均匀，反而引起锻件性能下降。此外，过大的锻造比还会增大工作量，增大生产成本，降低工作效率。因此，控制锻造温度和锻造比，使大尺寸硫化物碎化，细化材料晶粒，改善金属的内部组织、消除组织缺陷，同时方便后续轧制。
附图说明
图1为本发明曲轴用非调质钢的加工工艺流程图；
图2为本发明实施例1中形成的复合Y-Mn-O-S类硫化物的扫描电镜图；
图3为本发明实施例1中形成的复合Ti-Mn-O-S类硫化物的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来对本发明做进一步的说明。
本发明曲轴用非调质钢中，按质量百分比计，化学元素包括：C：0.38％～0.45％，Si：0.25％～0.45％，Mn：1.2％～1.5％，S：0.01％～0.05％，V：0.10％～0.18％，Y：0.015％～0.035％，Ti：0.03％～0.07％，P：≤0.03％，O：≤0.0012％，N：0.010％～0.013％，余量为Fe及不可避免的杂质。
参见图1，本发明曲轴用非调质钢的加工工艺，包括如下步骤：
步骤(1)，核心氧化物生成：将高炉铁水进行粗炼，控制出钢温度为1625～1655℃，出钢过程中进行二元合金粗脱氧合金化得到初炼钢液，其中，二元合金为硅锰合金，控制Mn/Si质量比为0.8～1.2，粗脱氧至0.03％～0.045％。分两批加入，第一批在出钢20％～30％时加入60％～70％的硅锰合金，第二批在出钢65％～80％时全部加完。LF精炼进站调整钢液温度为1595～1630℃后采用含钛脱氧剂精脱氧，含钛脱氧剂为海绵钛和钛铁，其中钛铁比例为20％～30％，含钛脱氧剂加入量通过下式计算：
MTi＝1000m[((0.03％～0.045％)-XO)×2/3+XN+XS]/[(99％×(70％～80％)+(20％～30％)×70％)×80％]
其中，MTi含钛脱氧剂的加入量，单位kg；m为钢液总质量，单位t；XO为钢液中氧含量；XN为钢液中氮含量；XS为钢液中硫含量；
精脱氧后高纯净钢液氧含量低于0.0012％，再喂纯钙线深脱S至0.002％以下。然后喂入钇基稀土包芯线精炼，并吹CO2和N2的混合气体，8～12min后加入钒氮合金精调氮含量至目标成分。最后喂入纯硫线调整S含量至曲轴用目标成分，溶解均匀后得到精炼钢液。其中，钇基稀土包芯线喂入量为0.06～0.15kg/t钢，分三批喂入，第一批喂入总喂入质量的20％～30％，第二批喂入总喂入质量的40％～60％，第三批喂完剩余的钇基稀土包芯线。CO2和N2的混合气体中CO2体积比为25％～35％，吹气量为3～6L/t钢，控制w[Ti]×w[N]≤0.00018。
步骤(2)，复合包裹体析出：将精炼钢液进行保护浇铸，采用结晶器电磁搅拌(M-EMS)，搅拌方式为正反交替搅拌，先正搅10～15s，再反搅8～10s，之后以3～6℃/s的冷速度为缓冷至室温得到原始铸坯。
步骤(3)，高温压力加工：将原始铸坯进行高温压力加工得到中间钢坯，中间钢坯经轧制后得到最终轧材。其中，高温压力加工为锻造，开锻温度为1140～1180℃，终锻温度910～950℃，锻造比为8～12。
通过本发明上述制备方法得到的曲轴用非调质钢中，硫化物等效直径≤5μm的占90％以上，数量为2×1013～5×1013个/m3，宽径比≤9的占总数量的比例达80％以上，其中含Y复合氧硫化物占总氧硫化物数量的比例大于3/4。本发明所得非调质钢屈服强度700～820MPa，抗拉强度850～950MPa，断后延伸率≥17％，室温冲击功可达到44J以上，维氏硬度为265～310HV。
所述曲轴用非调质钢析出强化值X＝100×(γ+WV+WTi+WN)，0.95≤X≤1.35，其中γ＝WC+WSi/10+WMn/6+1.45WTi+1.8WV。钢中Y的存在形式为Y2O3，Ti的存在形式为Ti2O3，S的存在形式为MnS，钢中形成以Y2O3或Ti2O3为核心外部包裹MnS的“内硬外软”的复合Y-Mn-O-S类或Ti-Mn-O-S类硫化物。
实施例1
本发明曲轴用非调质钢中，按质量百分比计，化学元素包括：C：0.38％，Si：0.3％，Mn：1.5％，S：0.01％，V：0.14％，Y：0.015％，Ti：0.07％，P：0.03％，O：0.0012％，N：0.0012％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明曲轴用非调质钢的加工工艺，包括如下步骤：
步骤(1)，核心氧化物生成：将100吨高炉铁水进行粗炼，出钢温度为1625～1635℃，出钢过程中进行二元合金粗脱氧合金化得到初炼钢液，其中，二元合金为硅锰合金，控制Mn/Si质量比为1.2，粗脱氧至0.045％。分两批加入，第一批在出钢30％时加入65％的硅锰合金，第二批在出钢80％时全部加完。LF精炼进站调整钢液温度为1595～1610℃后采用含钛脱氧剂精脱氧，含钛脱氧剂为海绵钛和钛铁，其中钛铁比例为20％，含钛脱氧剂加入量为68.67kg；
精脱氧后高纯净钢液氧含量为0.0012％，再喂纯钙线深脱S至0.0015％。然后喂入钇基稀土包芯线精炼，并吹CO2和N2的混合气体，10min后加入钒氮合金精调氮含量至目标成分。最后喂入纯硫线调整S含量至曲轴用非调质钢目标成分，溶解均匀后得到精炼钢液。其中，钇基稀土包芯线喂入量为0.06kg/t钢，分三批喂入，第一批喂入总喂入质量的20％，第二批喂入总喂入质量的60％，第三批喂完剩余的钇基稀土包芯线。CO2和N2的混合气体中CO2体积比为25％，吹气量为4.5L/t钢，w[Ti]×w[N]＝0.00015。
步骤(2)，复合包裹体析出：将精炼钢液进行保护浇铸，采用结晶器电磁搅拌(M-EMS)，搅拌方式为正反交替搅拌，先正搅10s，再反搅10s，之后以3～4℃/s的冷速度为缓冷至室温得到原始铸坯。
步骤(3)，高温压力加工：将原始铸坯进行锻造得到中间钢坯，中间钢坯经轧制后得到最终轧材。其中，开锻温度为1160～1180℃，终锻温度930～950℃，锻造比为10。
通过上述实施例制备得到的曲轴用非调质钢中，硫化物等效直径≤5μm的占95％，数量为2×1013个/m3，宽径比≤9的占总数量的比例为85％，其中含Y复合氧硫化物占总氧硫化物量的比例为88％。本发明所得非调质钢屈服强度820MPa，抗拉强度950MPa，断后延伸率为20％，室温冲击功为45J，维氏硬度为296HV。
本实施例非调质钢析出强化值X＝1.2247，其中γ＝1.0135％。钢中Y的存在形式为Y2O3，Ti的存在形式为Ti2O3，S的存在形式为MnS。图2为钢中形成以Y2O3为核心外部包裹MnS的“内硬外软”的复合Y-Mn-O-S类硫化物，图3为钢中形成以Ti2O3为核心外部包裹MnS的“内硬外软”的复合Ti-Mn-O-S类硫化物。
实施例2
本发明曲轴用非调质钢中，按质量百分比计，化学元素包括：C：0.45％，Si：0.25％，Mn：1.35％，S：0.05％，V：0.10％，Y：0.035％，Ti：0.05％，P：0.025％，O：0.0010％，N：0.013％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明曲轴用非调质钢的加工工艺，包括如下步骤：
步骤(1)，核心氧化物生成：将100吨高炉铁水进行粗炼，控制出钢温度为1645～1655℃，出钢过程中进行二元合金粗脱氧合金化得到初炼钢液，其中，二元合金为硅锰合金，控制Mn/Si质量比为0.8，粗脱氧至0.03％。分两批加入，第一批在出钢20％时加入60％硅锰合金，第二批在出钢65％时全部加完。LF精炼进站调整钢液温度为1610～1620℃后采用含钛脱氧剂精脱氧，含钛脱氧剂为海绵钛和钛铁，其中钛铁比例为25％，含钛脱氧剂加入量为61.71kg；
精脱氧后高纯净钢液氧含量为0.0010％，再喂纯钙线深脱S至0.0018％。然后喂入钇基稀土包芯线精炼，并吹CO2和N2的混合气体，12min后加入钒氮合金精调氮含量至目标成分。最后喂入纯硫线调整S含量至曲轴用非调质钢目标成分，溶解均匀后得到精炼钢液。其中，钇基稀土包芯线喂入量为0.15kg/t钢，分三批喂入，第一批喂入总喂入质量的30％，第二批喂入总喂入质量的50％，第三批喂完剩余的钇基稀土包芯线。CO2和N2的混合气体中CO2体积比为35％，吹气量为6L/t钢，w[Ti]×w[N]＝0.00018。
步骤(2)，复合包裹体析出：将精炼钢液进行保护浇铸，采用结晶器电磁搅拌(M-EMS)，搅拌方式为正反交替搅拌，先正搅15s，再反搅9s，之后以5～6℃/s的冷速度为缓冷至室温得到原始铸坯。
步骤(3)，高温压力加工：将原始铸坯进行锻造得到中间钢坯，中间钢坯经轧制后得到最终轧材。其中，开锻温度为1140～1160℃，终锻温度910～930℃，锻造比为8。
通过上述实施例制备得到的曲轴用非调质钢中，硫化物等效直径≤5μm的占93％以上，数量为5×1013个/m3，宽径比≤9的占总数量的比例为81％，其中含Y复合氧硫化物占总氧硫化物量的比例为4/5。本发明所得非调质钢屈服强度700MPa，抗拉强度900MPa，断后延伸率为17％，室温冲击功可达到48J，维氏硬度为310HV。
本实施例非调质钢析出强化值X＝1.1155，其中γ＝0.9525％。钢中Y的存在形式为Y2O3，Ti的存在形式为Ti2O3，S的存在形式为MnS，钢中形成以Y2O3或Ti2O3为核心外部包裹MnS的“内硬外软”的复合Y-Mn-O-S类或Ti-Mn-O-S类硫化物。
实施例3
本发明曲轴用非调质钢中，按质量百分比计，化学元素包括：C：0.42％，Si：0.45％，Mn：1.2％，S：0.03％，V：0.18％，Y：0.025％，Ti：0.03％，P：0.028％，O：0.0011％，N：0.010％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明曲轴用非调质钢的加工工艺，包括如下步骤：
步骤(1)，核心氧化物生成：将100吨高炉铁水进行粗炼，控制出钢温度为1635～1645℃，出钢过程中进行二元合金粗脱氧合金化得到初炼钢液，其中，二元合金为硅锰合金，控制Mn/Si质量比为1.0，粗脱氧至0.04％。分两批加入，第一批在出钢25％时加入65％硅锰合金，第二批在出钢75％时全部加完。LF精炼进站调整钢液温度为1620～1630℃后采用含钛脱氧剂精脱氧，含钛脱氧剂为海绵钛和钛铁，其中钛铁比例为30％，含钛脱氧剂加入量为65.66kg；
精脱氧后高纯净钢液氧含量为0.0011％，再喂纯钙线深脱S至0.0019％。然后喂入钇基稀土包芯线精炼，并吹CO2和N2的混合气体，8min后加入钒氮合金精调氮含量至目标成分。最后喂入纯硫线调整S含量至曲轴用非调质钢目标成分，溶解均匀后得到精炼钢液。其中，钇基稀土包芯线喂入量为0.1kg/t钢，分三批喂入，第一批喂入总喂入质量的25％，第二批喂入总喂入质量的40％，第三批喂完剩余的钇基稀土包芯线。CO2和N2的混合气体中CO2体积比为30％，吹气量为3L/t钢，w[Ti]×w[N]＝0.00016。
步骤(2)，复合包裹体析出：将精炼钢液进行保护浇铸，采用结晶器电磁搅拌(M-EMS)，搅拌方式为正反交替搅拌，先正搅12s，再反搅8s，之后以4～5℃/s的冷速度为缓冷至室温得到原始铸坯。
步骤(3)，高温压力加工：将原始铸坯进行锻造得到中间钢坯，中间钢坯经轧制后得到最终轧材。其中，开锻温度为1150～1170℃，终锻温度920～940℃，锻造比为12。
通过上述实施例制备得到的曲轴用非调质钢中，硫化物等效直径≤5μm的占92％，数量为3×1013个/m3，宽径比≤9的占总数量的比例为83％，其中含Y复合氧硫化物占总氧硫化物量的比例为3/4。本发明所得非调质钢屈服强度760MPa，抗拉强度850MPa，断后延伸率为18％，室温冲击功为46J，维氏硬度为265HV。
本实施例非调质钢析出强化值X＝1.2525，其中γ＝1.0135％。钢中Y的存在形式为Y2O3，Ti的存在形式为Ti2O3，S的存在形式为MnS，钢中形成以Y2O3或Ti2O3为核心外部包裹MnS的“内硬外软”的复合Y-Mn-O-S类或Ti-Mn-O-S类硫化物。

Claims (10)

1.一种曲轴用非调质钢，其特征在于，按质量百分比计，包括：C：0.38％～0.45％，Si：0.25％～0.45％，Mn：1.2％～1.5％，S：0.01％～0.05％，V：0.10％～0.18％，Y：0.015％～0.035％，Ti：0.03％～0.07％，P：≤0.03％，O：≤0.0012％，N：0.010％～0.013％，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种曲轴用非调质钢，其特征在于，所述曲轴用非调质钢析出强化值X＝100×(γ+WV+WTi+WN)，0.95≤X≤1.35，其中，γ＝WC+WSi/10+WMn/6+1.45WTi+1.8WV；
式中WC、WSi、WMn、WV、WTi、WN分别为所述曲轴用非调质钢中C、Si、Mn、V、Ti和N元素的质量分数。
3.根据权利要求1所述的一种曲轴用非调质钢，其特征在于，所述曲轴用非调质钢中包括以Y2O3为核心外部包裹MnS的复合Y-Mn-O-S类硫化物或以Ti2O3为核心外部包裹MnS的复合Ti-Mn-O-S类硫化物；
所述曲轴用非调质钢中硫化物等效直径≤5μm的占90％以上，数量为2×1013～5×1013个/m3，宽径比≤9的占总数量的比例在80％以上，其中含Y复合氧硫化物占总氧硫化物数量的比例不小于3/4。
4.权利要求1-3任意一项所述的曲轴用非调质钢的制备方法，其特征在于，包括如下过程：
将高炉铁水进行粗炼，粗炼出钢温度为1625～1655℃，出钢过程中加入硅锰合金粗脱氧合金化，得到初炼钢液；
将初炼钢液进行LF精炼，调整钢液温度为1595～1630℃后采用含钛脱氧剂精脱氧，再喂纯钙线深脱S至0.002％以下；然后喂入钇基稀土包芯线精炼，并吹CO2和N2的混合气体，8～12min后加入钒氮合金，精调氮含量至目标成分；最后喂入纯硫线调整S含量至曲轴用非调质钢目标成分，纯硫线溶解均匀后得到精炼钢液；
将精炼钢液进行保护浇铸，浇铸过程中进行电磁搅拌，浇铸完成后缓冷至室温得到原始铸坯；
对原始铸坯进行锻造、轧制，得到最终轧材。
5.根据权利要求4所述的所述的曲轴用非调质钢的制备方法，其特征在于，所述硅锰合金中，Mn/Si质量比为0.8～1.2；将硅锰合金分两批加入，第一批在出钢20％～30％时加入60％～70％的硅锰合金，第二批在出钢65％～80％时全部加完；
利用硅锰合金粗脱氧合金化时，粗脱氧至0.030％～0.045％。
6.根据权利要求4所述的所述的曲轴用非调质钢的制备方法，其特征在于，所述含钛脱氧剂采用海绵钛和钛铁，其中，钛铁的比例为海绵钛和钛铁总质量的20％～30％；
含钛脱氧剂加入量通过下式计算：
MTi＝1000m[((0.03％～0.045％)-XO)×2/3+XN+XS]/[(99％×(70％～80％)+(20％～30％)×70％)×80％]
其中，MTi含钛脱氧剂的加入量，单位kg；m为钢液总质量，单位t；XO为钢液中氧含量；XN为钢液中氮含量；XS为钢液中硫含量；
精脱氧后高纯净钢液氧含量低于0.0012％。
7.根据权利要求4所述的所述的曲轴用非调质钢的制备方法，其特征在于，钇基稀土包芯线喂入量为0.06～0.15kg/t钢，分三批喂入，第一批喂入总喂入质量的20％～30％，第二批喂入总喂入质量的40％～60％，第三批喂完剩余的钇基稀土包芯线。
8.根据权利要求4所述的所述的曲轴用非调质钢的制备方法，其特征在于，吹CO2和N2的混合气体时，CO2和N2的混合气体中CO2体积比为25％～35％，吹气量为3～6L/t钢，控制w[Ti]×w[N]≤0.00018。
9.根据权利要求4所述的所述的曲轴用非调质钢的制备方法，其特征在于，浇铸完成后，以降温速度为3～6℃/s缓冷至室温得到原始铸坯。
10.根据权利要求5所述的所述的曲轴用非调质钢的制备方法，其特征在于，对原始铸坯进行锻造时，开锻温度为1140～1180℃，终锻温度910～950℃，锻造比为8～12。
CN202211043012.3A 2022-08-29 2022-08-29 一种曲轴用非调质钢及其加工工艺 Active CN115354229B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211043012.3A CN115354229B (zh) 2022-08-29 2022-08-29 一种曲轴用非调质钢及其加工工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211043012.3A CN115354229B (zh) 2022-08-29 2022-08-29 一种曲轴用非调质钢及其加工工艺

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115354229A true CN115354229A (zh) 2022-11-18
CN115354229B CN115354229B (zh) 2023-08-11

Family

ID=84004948

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211043012.3A Active CN115354229B (zh) 2022-08-29 2022-08-29 一种曲轴用非调质钢及其加工工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115354229B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117363960A (zh) * 2023-12-08 2024-01-09 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司 一种低碳无铝高铌铁基高温合金及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0247240A (ja) * 1988-08-10 1990-02-16 Nippon Steel Corp 中炭素強靭鋼
JPH0892687A (ja) * 1994-09-22 1996-04-09 Kobe Steel Ltd 熱間鍛造用高強度高靭性非調質鋼とその製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0247240A (ja) * 1988-08-10 1990-02-16 Nippon Steel Corp 中炭素強靭鋼
JPH0892687A (ja) * 1994-09-22 1996-04-09 Kobe Steel Ltd 熱間鍛造用高強度高靭性非調質鋼とその製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117363960A (zh) * 2023-12-08 2024-01-09 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司 一种低碳无铝高铌铁基高温合金及其制备方法
CN117363960B (zh) * 2023-12-08 2024-03-08 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司 一种低碳无铝高铌铁基高温合金及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN115354229B (zh) 2023-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101153370B (zh) 一种可大线能量焊接的低合金高强度钢板及其制造方法
CN107151763B (zh) 薄规格高强度冷成型用热轧钢带及其生产方法
CN110343954B (zh) 一种汽车发动机连杆用钢及其制造方法
CN102080193A (zh) 一种超大热输入焊接用结构钢及其制造方法
CN111286671B (zh) 一种超纯净高温细晶粒齿轮钢、制造方法及其应用
CN111455278A (zh) 低温韧性优异的800MPa级冷成型用厚规格热轧高强钢板卷及其制造方法
CN107964624A (zh) 一种屈服强度500MPa级结构钢及其制备方法
CN109385576A (zh) 一种基于镁处理的低成本x65管线钢及其制造方法
CN111187980B (zh) 一种稀土微合金化高强度建筑钢筋及其生产方法
CN114672723B (zh) 一种胀断连杆用46MnVS系列钢及其制造方法
CN111349858B (zh) 一种工程机械履带链轨节用细晶钢及其制备方法
CN114934231A (zh) 一种高锰低磁高强度奥氏体钢及其制造方法
CN115354229B (zh) 一种曲轴用非调质钢及其加工工艺
CN111621707B (zh) 一种高延性冷轧钢筋crb680h用钢及其生产工艺
CN111893382B (zh) 一种食品用链条不锈钢及其制备方法
CN114293093B (zh) 一种600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋及其生产方法
CN113604736B (zh) 一种屈服强度800MPa级高强度中厚板及其制备方法
CN114934239A (zh) 一种液压缸杆头用锻造非调质钢及其生产方法
CN115029631A (zh) 一种高强度、高韧性风电变速箱齿轮用钢及其制造方法
CN113106345A (zh) 一种高塑性双相钢及其生产方法
CN115404405B (zh) 一种Y、Mg-Al复合处理非调质钢及其制备方法
CN115386797B (zh) 一种汽车用非调质钢及其加工方法
CN115341130B (zh) 制备高强塑积热轧冷成型汽车结构钢的方法
CN116590625B (zh) 一种高性能细晶压力容器钢板及其制造方法
CN115433873B (zh) 一种经济型且强韧性优异的e级球扁钢及其生产方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant