CN115354229B - 一种曲轴用非调质钢及其加工工艺 - Google Patents

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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 (8)

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；
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；
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的硫化物占总数量的比例在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。
2.权利要求1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。
3.根据权利要求2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%。
4.根据权利要求2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为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%。
5.根据权利要求2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0.06~0.15 kg/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。
6.根据权利要求2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。
7.根据权利要求2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。
8.根据权利要求2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。
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