CN115584435B - 一种用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢及其制备方法，以质量百分数计，成分包括：C：0.15‑0.25%，Si：0.15‑0.25%，Mn：0.40‑0.70%，Cr：0.90‑1.40%，S：≤0.015%，P：≤0.025%，Ni：≤0.03%，Mo：≤0.15%，Cu：≤0.20%，Al：0.02‑0.05%，Ti：0.02‑0.05%，B：0.001‑0.003%，余量为Fe及不可避免的杂质。制备方法步骤为：熔炼；精炼；真空脱气；连铸、轧制；热处理。本发明通过对钢材组分及制备工艺的调整，提升了材料的强度、塑形及韧性，使材料可满足重型十字轴冷挤压成型的加工要求。
Description
技术领域
本发明涉及钢材制造技术领域，尤其是涉及一种用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢及其制备方法。
背景技术
冷挤压成型是利用金属的塑性变形制成所需形状的零件，能大量减少切削加工，提高材料的利用率，降低零件成本。通过冷挤成型制作的零件可获得理想的表面粗糙度和尺寸精度，并具有好的机械性能。因此通过冷挤成型工艺生产汽车零部件，已经得到了广泛关注和应用。
现有技术中通过冷挤成型工艺制作零部件时，一般使用20Cr、20CrMnTi低碳合金钢，其主要化学成分为：
但20Cr力学性能不足，不能满足生产重型十字轴要求；20CrMnTi钢变形抗力大，用其通过冷挤成型生产重型十字轴时，易产生开裂，开裂的位置为分模面从十字轴心部向外部扩展，直至轴径分模面处可见明显裂纹。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中重型十字轴采用20CrMnTi钢材成型难，20Cr钢材性能不足的问题，提供一种用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢及其制备方法，通过对钢材组分及制备工艺的调整，提升了材料的强度、塑性及韧性，使材料可满足重型十字轴冷挤压成型的加工要求。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢，以质量百分数计，成分包括：C：0.15-0.25％，Si：0.15-0.25％，Mn：0.40-0.70％，Cr：0.90-1.40％，S：≤0.015％，P：≤0.025％，Ni：≤0.03％，Mo：≤0.15％，Cu：≤0.20％，Al：0.02-0.05％，Ti：0.02-0.05％，B：0.001-0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明中的高强度钢的化学成分设计依据如下：
1)C含量的确定：
C元素的含量直接影响钢材的强度、塑性、韧性性能；过高的C含量对钢的韧性不利，不利于冷挤压成型，本发明控制C含量为0.15-0.25％，可使钢材具有较高的强度和韧性。
2)Si含量的确定：
Si是炼钢过程中重要的还原剂和脱氧剂，并以固溶强化形式提高钢的硬度和强度。但是，Si含量较高时钢材的塑性、韧性降低，不利于冷挤压成型。本发明控制Si含量为0.15-0.25％，可保证钢材具有较高的强度的同时提升其塑性。
3)Mn含量的确定：
Mn作为炼钢过程的脱氧和脱硫元素，是对钢的强化有益的元素，起固溶强化作用，而且Mn能提高钢的淬透性；同时Mn在钢铁冶炼中可与S形成高熔点的MnS，进而消弱和消除S的不良影响。但Mn含量高，会降低钢的韧性，增加钢材冷变形阻力，且Mn有促进晶粒长大的作用。本发明将Mn含量控制在0.40-0.70％，可降低材料的变形抗力，便于冷挤压成型。
4)Cr含量的确定：
Cr是强碳化物形成元素，能够显著提高钢的强度、硬度、耐磨性，在本发明的添加量范围内，对钢材的塑性和伸长率有一定的提高。
5)Al含量的确定：
本发明在钢材中添加0.02-0.05％的铝，可起到细化晶粒、固定钢中的氮的作用，从而显著提高钢的冲击韧性，降低冷脆倾向和时效倾向性。并且在冶炼过程中加入Al可以作为脱氧剂，脱氧能力比硅、锰强得多。
6)Ti含量的确定：
钛和氮、氧、碳都有极强的亲和力，与硫的亲和力比铁强，是一种良好的脱氧去气剂和固定氮和碳的有效元素。本发明在钢材中添加0.02-0.05％的钛，可提高钢材的塑性和韧性，便于冷挤压成型；并且钛固定了氮和硫并形成碳化钛，可以提高钢材的强度。
7)B含量的确定：
本发明B含量的范围确定为0.001-0.003％，在此范围内B能提高钢的淬透性，还能提高钢的高温强度，并且在钢中能起到强化晶界的作用。
8)P、S含量的确定：
P在钢中严重引起凝固时的偏析，P溶于铁素体使晶粒扭曲、粗大，且增加冷脆性；S会降低钢的延展性和韧性。本发明将P含量的范围控制在≤0.025％，S含量的范围控制在≤0.015％，可使钢材符合冷挤压成型的使用要求。
本发明还提供了一种上述用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢的制备方法，包括如下步骤：
S1：转炉熔炼：将铁水和含铜废钢加入转炉内熔炼得到钢水；
S2：精炼：将熔炼后的钢水转至LF精炼炉进行精炼；入炉后加入铜、铬铁、钼铁和锰铁，并加入造渣剂，形成稀薄渣后在钢水中加入复合脱氧剂进行预脱氧；待白渣形成后在渣料表面加入扩散脱氧剂，在1550～1650℃下精炼60～90min，同时底吹氩气搅拌；然后在钢水中加入硅铁和镍铁，精炼5～10min后再加入铝块和钛铁，继续精炼5～10min后出钢；
S3：真空脱气：将精炼后的钢水转入RH炉进行真空脱气；
S4：连铸、轧制：对经真空脱气后的钢水进行连铸和轧制，得到钢坯；
S5：热处理：对钢坯进行热处理后得到所述用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢；
热处理工艺包括以下步骤：
S51：第一次淬火：在865～895℃下保温60～90min后进行第一次淬火；
S52：第二次淬火：在780～820℃下保温60～90min后进行第二次淬火；
S53：回火：在180～220℃下保温8～12h。
本发明的高强度钢制备过程中，在LF精炼炉中控制各元素的加入时间，并采用多种脱氧剂相结合的方式对钢水进行脱氧，可以保证钢水的纯净度，降低钢水中夹杂物的尺寸和含量，提升钢水质量。本发明在入炉时加入较难溶的Cu、Cr、Mo和Mn，可以保证熔化完全，在钢水中分布均匀；精炼时在钢水中加入复合脱氧剂并在渣料表面加入扩散脱氧剂，复合脱氧剂可有效去除钢水中的溶解氧，降低钢水中夹杂物的尺寸和含量；扩散脱氧剂可与炉渣中的FeO反应，破坏FeO在炉渣及钢液中的浓度平衡，使钢中FeO向渣中扩散，从而进一步降低钢水中的氧含量；在出钢前再加入Si、Ni、Al、Ti等元素，调节各元素含量至所需浓度的同时，进一步对钢水进行脱氧，脱氧效果好，钢材的成分易于控制，从而提升了钢材质量。
为了进一步提升钢材的强度，本发明在连铸和轧制后对钢材进行了热处理，本发明通过两次淬火和回火的热处理工艺，可在提升材料的强度的同时使材料具有良好的塑性和韧性，减少了材料冷挤成型时的开裂倾向。
作为优选，步骤S1中所得的钢水中各元素质量分数满足：C≤0.25％；P≤0.06％；S≤0.06％。
作为优选，步骤S2中所述的造渣剂以质量分数计包括65～75％的石灰及25～35％的萤石；所述造渣剂的添加量为5～7kg/吨钢。
作为优选，步骤S2中所述的复合脱氧剂的制备方法包括如下步骤：
(1)将Al粉、硅钙粉、碳化硅与碳化硼粉末按质量比(6～8):(4～6):(1～3):(1～3)混合，得到脱氧剂粉末；将Al2O3粉末、CaO粉末和SiO2粉末按质量比(15～20):(30～40):(40～50)混合，得到第一氧化物载体粉末；将Nb2O3粉末、Y2O3粉末和Ce2O3粉末按质量比(20～30):(10～15):(5～10)混合，得到第二氧化物载体粉末；
(2)将脱氧剂粉末和第一氧化物载体粉末混合，加入质量浓度为5～10％的PVA水溶液进行混捏、造粒得到料球；脱氧剂粉末、第一氧化物载体粉末与PVA水溶液的质量比为(40～50):(60～50):(40～60)；
(3)将脱氧剂粉末、第二氧化物载体粉末混合和质量浓度为3～5％的PVA水溶液混合，得到包覆液，脱氧剂粉末、第二氧化物载体粉末与PVA水溶液的质量比为(1～3):(9～7):(30～40)；将包覆液喷洒在步骤(2)所得料球表面，得到包覆后的料球；料球与包覆液的质量比为10:(3～5)；
(4)将包覆后的料球干燥后在600～700℃下煅烧3～5h，得到所述复合脱氧剂。
本发明将Al粉、硅钙粉、碳化硅、碳化硼粉末等脱氧剂组分与氧化物载体混合制粒，煅烧去除粘结剂后得到具有多孔结构的球状复合脱氧剂。多孔结构的复合脱氧剂在钢水中具有良好的分散性，并可提升脱氧剂组分与钢水中溶解氧的反应效率。本发明中的复合脱氧剂中，先将脱氧剂组分与第一氧化物载体粉末混合制粒，第一氧化物载体粉末中的Al2O3粉末、CaO粉末和SiO2粉末可形成低熔点、低粘度的氧化物渣系，其在钢水中上浮过程中可以原位吸附脱氧剂粉末的脱氧产物，减少钢水中夹杂物的尺寸和含量，提升钢水纯净度；并且其低熔点流动性好，有利于后续连铸工艺，不易造成水口结瘤。同时，本发明又使用脱氧剂粉末和第二氧化物载体粉末对制得的料球表面进行了包覆；复合脱氧剂表面包覆的第二氧化物载体粉末由高熔点的稀土金属氧化物Nb2O3粉末、Y2O3粉末和Ce2O3粉末组成；本发明中的三元稀土金属氧化物的加入，有利于细化晶粒，提升钢材的强度和低温韧性，减少连铸时的偏析，提升材料的心部韧性，避免冷挤压成型时十字轴心部的开裂。
作为优选，所述复合脱氧剂的添加量为8～10kg/吨钢。
作为优选，步骤S2中所述的扩散脱氧剂选自铝粉、硅钙粉中的一种或两种。
作为优选，扩散脱氧剂的添加量为3～4kg/吨钢。
作为优选，步骤S3中真空脱气时间20～30min，真空室压力2～4kPa，吹氩气流量15～25L/min/吨钢。
作为优选，步骤S51中降温时的速度为20～30℃/h。
因此，本发明具有如下有益效果：
(1)对钢材中的各组分含量进行设计和调控，降低Si、Mn元素的含量，并添加Al元素，可提升材料的强度、塑形及韧性，使其性能满足冷挤压成型的加工要求；
(2)在制备过程中控制各元素的加入时间，采用多种脱氧工艺相结合的方式对钢水进行脱氧，可以提升钢水的纯净度，降低钢水中夹杂物的尺寸和含量，提升钢材质量；
(3)将脱氧剂粉末与第一和第二氧化物载体粉末制成具有多孔结构的球状复合脱氧剂，可减少钢水中夹杂物的尺寸和含量，细化晶粒，提升钢材的强度和心部韧性，避免冷挤压成型时十字轴心部的开裂；
(4)对钢材进行两次淬火+回火的热处理，可在提升材料的强度的同时使材料具有良好的塑性和韧性，减少了材料冷挤成型时的开裂倾向。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例1：
一种用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢，以质量百分数计，其成分包括：C：0.18％，Si：0.21％，Mn：0.58％，Cr：1.12％，S：0.010％，P：0.021％，Ni：0.02％，Mo：0.12，Cu：0.17％，Al：0.03％，Ti：0.04％，B：0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质。
上述高强度钢的制备方法为：
S1：转炉熔炼：将铁水和含铜废钢加入转炉内熔炼得到钢水，钢水中各元素质量分数满足：C≤0.25％；P≤0.05％；S≤0.05％；
S2：精炼：将熔炼后的钢水转至LF精炼炉进行精炼；
S21：入炉后进行元素分析并加入铜、铬铁、钼铁和锰铁，使各元素含量满足高强度钢的成分要求；
S22：加入造渣剂，造渣剂中包括70wt％的石灰及30wt％的萤石，造渣剂的添加量为6kg/吨钢；
S23：形成稀薄渣后在钢水中加入复合脱氧剂进行预脱氧；
复合脱氧剂的添加量为9kg/吨钢，复合脱氧剂的制备方法为：
(1)将Al粉、硅钙粉、碳化硅与碳化硼粉末按质量比7:5:2:2混合，得到脱氧剂粉末；将Al2O3粉末、CaO粉末和SiO2粉末按质量比18:35:45混合，得到第一氧化物载体粉末；将Nb2O3粉末、Y2O3粉末和Ce2O3粉末按质量比25:12:8混合，得到第二氧化物载体粉末；
(2)将脱氧剂粉末和第一氧化物载体粉末混合，加入质量浓度为8％的PVA水溶液进行混捏、造粒得到料球；脱氧剂粉末、第一氧化物载体粉末与PVA水溶液的质量比为45:55:50；
(3)将脱氧剂粉末、第二氧化物载体粉末混合和质量浓度为3％的PVA水溶液混合，得到包覆液，脱氧剂粉末、第二氧化物载体粉末与PVA水溶液的质量比为2:8:35；将包覆液喷洒在步骤(2)所得料球表面，得到包覆后的料球；料球与包覆液的质量比为10:4；
(4)将包覆后的料球干燥后在650℃下煅烧4h，得到所述复合脱氧剂；
S24：待白渣形成后在渣料表面加入铝粉作为扩散脱氧剂，扩散脱氧剂的添加量为3.5kg/吨钢；在1600℃下精炼60min，同时底吹氩气搅拌；
S25：根据元素分析结果在钢水中加入硅铁和镍铁，精炼10min后再加入铝块和钛铁，继续精炼5min后出钢；
S3：真空脱气：将精炼后的钢水转入RH炉进行真空脱气；真空脱气时间25min，真空室压力3kPa，吹氩气流量20L/min/吨钢；
S4：连铸、轧制：对经真空脱气后的钢水进行连铸和轧制，得到直径15mm的钢坯；
S5：热处理：对钢坯进行热处理后得到所述用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢；
热处理工艺步骤为：
S51：第一次淬火：在880℃下保温60min后以油为冷却剂进行第一次淬火；
S52：第二次淬火：在800℃下保温90min后以油为冷却剂进行第二次淬火；
S53：回火：在200℃下保温10h。
实施例2：
一种用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢，以质量百分数计，其成分包括：C：0.16％，Si：0.18％，Mn：0.47％，Cr：0.98％，S：0.011％，P：0.019％，Ni：0.03％，Mo：0.11，Cu：0.15％，Al：0.05％，Ti：0.03％，B：0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质。
上述高强度钢的制备方法为：
S1：转炉熔炼：将铁水和含铜废钢加入转炉内熔炼得到钢水，钢水中各元素质量分数满足：C≤0.25％；P≤0.05％；S≤0.05％；
S2：精炼：将熔炼后的钢水转至LF精炼炉进行精炼；
S21：入炉后进行元素分析并加入铜、铬铁、钼铁和锰铁，使各元素含量满足高强度钢的成分要求；
S22：加入造渣剂，造渣剂中包括65wt％的石灰及35wt％的萤石，造渣剂的添加量为5kg/吨钢；
S23：形成稀薄渣后在钢水中加入复合脱氧剂进行预脱氧；
复合脱氧剂的添加量为8kg/吨钢，复合脱氧剂的制备方法为：
(1)将Al粉、硅钙粉、碳化硅与碳化硼粉末按质量比6:6:1:3混合，得到脱氧剂粉末；将Al2O3粉末、CaO粉末和SiO2粉末按质量比15:30:50混合，得到第一氧化物载体粉末；将Nb2O3粉末、Y2O3粉末和Ce2O3粉末按质量比20:10:10混合，得到第二氧化物载体粉末；
(2)将脱氧剂粉末和第一氧化物载体粉末混合，加入质量浓度为5％的PVA水溶液进行混捏、造粒得到料球；脱氧剂粉末、第一氧化物载体粉末与PVA水溶液的质量比为40:60:60；
(3)将脱氧剂粉末、第二氧化物载体粉末混合和质量浓度为3％的PVA水溶液混合，得到包覆液，脱氧剂粉末、第二氧化物载体粉末与PVA水溶液的质量比为1:9:40；将包覆液喷洒在步骤(2)所得料球表面，得到包覆后的料球；料球与包覆液的质量比为10:3；
(4)将包覆后的料球干燥后在600℃下煅烧5h，得到所述复合脱氧剂；
S24：待白渣形成后在渣料表面加入铝粉作为扩散脱氧剂，扩散脱氧剂的添加量为3kg/吨钢；在1580℃下精炼90min，同时底吹氩气搅拌；
S25：根据元素分析结果在钢水中加入硅铁和镍铁，精炼5min后再加入铝块和钛铁，继续精炼10min后出钢；
S3：真空脱气：将精炼后的钢水转入RH炉进行真空脱气；真空脱气时间20min，真空室压力5kPa，吹氩气流量15L/min/吨钢；
S4：连铸、轧制：对经真空脱气后的钢水进行连铸和轧制，得到直径15mm的钢坯；
S5：热处理：对钢坯进行热处理后得到所述用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢；
热处理工艺步骤为：
S51：第一次淬火：在865℃下保温90min后以水为冷却剂进行第一次淬火；
S52：第二次淬火：在780℃下保温60min后以水为冷却剂进行第二次淬火；
S53：回火：在180℃下保温12h。
实施例3：
一种用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢，以质量百分数计，其成分包括：C：0.23％，Si：0.24％，Mn：0.66％，Cr：1.35％，S：0.014％，P：0.021％，Ni：0.03％，Mo：0.14，Cu：0.17％，Al：0.03％，Ti：0.04％，B：0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质。
上述高强度钢的制备方法为：
S1：转炉熔炼：将铁水和含铜废钢加入转炉内熔炼得到钢水，钢水中各元素质量分数满足：C≤0.25％；P≤0.05％；S≤0.05％；
S2：精炼：将熔炼后的钢水转至LF精炼炉进行精炼；
S21：入炉后进行元素分析并加入铜、铬铁、钼铁和锰铁，使各元素含量满足高强度钢的成分要求；
S22：加入造渣剂，造渣剂中包括75wt％的石灰及25wt％的萤石，造渣剂的添加量为7kg/吨钢；
S23：形成稀薄渣后在钢水中加入复合脱氧剂进行预脱氧；
复合脱氧剂的添加量为9kg/吨钢，复合脱氧剂的制备方法为：
(1)将Al粉、硅钙粉、碳化硅与碳化硼粉末按质量比8:4:3:1混合，得到脱氧剂粉末；将Al2O3粉末、CaO粉末和SiO2粉末按质量比20:40:40混合，得到第一氧化物载体粉末；将Nb2O3粉末、Y2O3粉末和Ce2O3粉末按质量比30:15:5混合，得到第二氧化物载体粉末；
(2)将脱氧剂粉末和第一氧化物载体粉末混合，加入质量浓度为8％的PVA水溶液进行混捏、造粒得到料球；脱氧剂粉末、第一氧化物载体粉末与PVA水溶液的质量比为50:50:40；
(3)将脱氧剂粉末、第二氧化物载体粉末混合和质量浓度为5％的PVA水溶液混合，得到包覆液，脱氧剂粉末、第二氧化物载体粉末与PVA水溶液的质量比为3:7:30；将包覆液喷洒在步骤(2)所得料球表面，得到包覆后的料球；料球与包覆液的质量比为10:5；
(4)将包覆后的料球干燥后在700℃下煅烧3h，得到所述复合脱氧剂；
S24：待白渣形成后在渣料表面加入铝粉作为扩散脱氧剂，扩散脱氧剂的添加量为4kg/吨钢；在1650℃下精炼60min，同时底吹氩气搅拌；
S25：根据元素分析结果在钢水中加入硅铁和镍铁，精炼10min后再加入铝块和钛铁，继续精炼5min后出钢；
S3：真空脱气：将精炼后的钢水转入RH炉进行真空脱气；真空脱气时间30min，真空室压力2kPa，吹氩气流量25L/min/吨钢；
S4：连铸、轧制：对经真空脱气后的钢水进行连铸和轧制，得到直径15mm的钢坯；
S5：热处理：对钢坯进行热处理后得到所述用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢；
热处理工艺步骤为：
S51：第一次淬火：在895℃下保温60min后以油为冷却剂进行第一次淬火；
S52：第二次淬火：在820℃下保温90min后以油为冷却剂进行第二次淬火；
S53：回火：在220℃下保温8h。
对比例1(不进行热处理)：
对比例1中不对钢坯进行热处理，其余均与实施例1中相同。
对比例2：
对比例2在精炼过程中不加入复合脱氧剂，其余均与实施例1中相同。
对比例3(复合脱氧剂中不添加氧化物载体)：
对比例3中使用的复合脱氧剂的制备方法为：
(1)将Al粉、硅钙粉、碳化硅与碳化硼粉末按质量比7:5:2:2混合，得到脱氧剂粉末；
(2)在脱氧剂粉末中加入质量浓度为8％的PVA水溶液进行混捏、造粒得到料球；脱氧剂粉末与PVA水溶液的质量比为100:50；
(3)将料球干燥后在650℃下煅烧4h，得到所述复合脱氧剂；
其余均与实施例1中相同。
对比例4(复合脱氧剂中不添加稀土氧化物载体)：
对比例4中使用的复合脱氧剂的制备方法为：
(1)将Al粉、硅钙粉、碳化硅与碳化硼粉末按质量比7:5:2:2混合，得到脱氧剂粉末；将Al2O3粉末、CaO粉末和SiO2粉末按质量比18:35:45混合，得到氧化物载体粉末；
(2)将脱氧剂粉末和氧化物载体粉末混合，加入质量浓度为8％的PVA水溶液进行混捏、造粒得到料球；脱氧剂粉末、氧化物载体粉末与PVA水溶液的质量比为45:55:50；
(3)将料球干燥后在650℃下煅烧4h，得到所述复合脱氧剂；
其余均与实施例1中相同。
对比例5(稀土氧化物载体中不包含Ce2O3)：
对比例5中制备复合脱氧剂时，第二氧化物载体粉末采用质量比为25:12的Nb2O3粉末和Y2O3粉末，其余均与实施例1中相同。
对比例6(稀土氧化物载体添加过多)：
对比例6中使用的复合脱氧剂的制备方法为：
(1)将Al粉、硅钙粉、碳化硅与碳化硼粉末按质量比7:5:2:2混合，得到脱氧剂粉末；将Al2O3粉末、CaO粉末和SiO2粉末按质量比18:35:45混合，得到第一氧化物载体粉末；将Nb2O3粉末、Y2O3粉末和Ce2O3粉末按质量比25:12:8混合，得到第二氧化物载体粉末；
(2)将脱氧剂粉末和第一氧化物载体粉末混合，加入质量浓度为8％的PVA水溶液进行混捏、造粒得到料球；脱氧剂粉末、第一氧化物载体粉末与PVA水溶液的质量比为45:55:50；
(3)将脱氧剂粉末、第二氧化物载体粉末混合和质量浓度为3％的PVA水溶液混合，得到包覆液，脱氧剂粉末、第二氧化物载体粉末与PVA水溶液的质量比为2:8:35；将包覆液喷洒在步骤(2)所得料球表面，得到包覆后的料球；料球与包覆液的质量比为10:10；
(4)将包覆后的料球干燥后在650℃下煅烧4h，得到所述复合脱氧剂；
其余均与实施例1中相同。
对比例7(稀土氧化物载体直接加入钢水)：
对比例7中S23中形成稀薄渣后在钢水中加入复合脱氧剂和稀土氧化物粉末；稀土氧化物粉末由Nb2O3粉末、Y2O3粉末和Ce2O3粉末按质量比25:12:8混合制成，稀土氧化物粉末的添加量为0.5kg/吨钢；
复合脱氧剂的添加量为9kg/吨钢；复合脱氧剂的制备方法同对比例4；
其余均与实施例1中相同。
对比例8(直接将第一载体粉末和第二载体粉末混合)：
对比例8中使用的复合脱氧剂的制备方法为：
(1)将Al粉、硅钙粉、碳化硅与碳化硼粉末按质量比7:5:2:2混合，得到脱氧剂粉末；将Al2O3粉末、CaO粉末和SiO2粉末按质量比18:35:45混合，得到第一氧化物载体粉末；将Nb2O3粉末、Y2O3粉末和Ce2O3粉末按质量比25:12:8混合，得到第二氧化物载体粉末；
(2)将脱氧剂粉末、第一氧化物载体粉末和第二氧化物载体粉末混合，加入质量浓度为8％的PVA水溶液进行混捏、造粒得到料球；脱氧剂粉末、第一氧化物载体粉末、第二氧化物载体粉末与PVA水溶液的质量比为45:55:10:50；
(3)将料球干燥后在650℃下煅烧4h，得到所述复合脱氧剂；
其余均与实施例1中相同。
对上述实施例和对比例中得到的钢材的性能进行测试，结果如表1中所示。
其中，硬度的测定方法参照GB/T 231.1；
拉伸强度和断裂伸长率的测定方法参照GB/T 228；
屈服强度的测定方法参照GB/T 14452；
冲击吸收功的测定方法参照GB/T 229；
冷顶锻试验方法：对试样进行冷顶锻，试验后的试样高度为原试样高度的1/2，观察试样是否出现裂口和裂缝；每组做10个平行试样。
表1：钢材性能测试结果。
从表1中可以看出，实施例1～3中采用本发明中的配方及工艺制得的钢材具有较高的强度和良好的塑性和韧性，用于冷挤压成型时不易发生开裂。
而对比例1中的钢材不经过本发明中的热处理工艺，强度、塑性及韧性与实施例1中相比均有显著下降，不利于进行冷挤压加工。对比例2中的精炼过程中不加入复合脱氧剂，钢材中的氧元素无法被有效脱除，其加工塑性和韧性与实施例中相比同样显著降低，冷挤压过程中易发生开裂。对比例3中的复合脱氧剂中不添加氧化物载体，缺少了氧化物载体形成的渣系对脱氧产物的原位吸附，不利于脱氧产物的去除，钢材中夹杂物含量提升，导致其冷挤压加工性能与实施例1中相比有所下降。
对比例4中的复合脱氧剂中不添加由稀土氧化物粉末组成的第二载体粉末，缺少了稀土氧化物细化晶粒、减弱偏析的作用，钢材的强度及韧性与实施例1相比有所降低。对比例5中的第二载体粉末中不添加Ce2O3，载体细化晶粒、减弱偏析的作用下降，钢材的韧性与实施例1相比也有所降低；而对比例6中的复合脱氧剂中稀土氧化物载体添加过多，也会导致钢材的力学性能下降。说明适量的添加本发明中的第二载体粉末，可提升钢材的冷挤压加工性能。
对比例7中直接将稀土氧化物粉末加入钢水中，不负载在复合脱氧剂表面，由于粉末状的稀土氧化物易团聚且密度较低，难以在钢水中均匀部分，因此也会造成钢材力学及加工性能的下降。对比例8中直接将第一载体粉末和第二载体粉末混合制粒，而不是将第二载体粉末包覆在复合脱氧剂表面，会对稀土氧化物在钢材中的存在形态造成影响，也导致了钢材力学性能的下降。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (7)
1.一种用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢，其特征是，以质量百分数计，成分包括：C：0.15-0.25%，Si：0.15-0.25%，Mn：0.40-0.70%，Cr：0.90-1.40%，S：≤0.015%，P：≤0.025%，Ni：≤0.03%，Mo：≤0.15%，Cu：≤0.20%，Al：0.02-0.05%，Ti：0.02-0.05%，B：0.001-0.003%，余量为Fe及不可避免的杂质；
其制备方法包括如下步骤：
S1：转炉熔炼：将铁水和含铜废钢加入转炉内熔炼得到钢水；
S2：精炼：将熔炼后的钢水转至LF精炼炉进行精炼；入炉后加入铜、铬铁、钼铁和锰铁，并加入造渣剂，形成稀薄渣后在钢水中加入复合脱氧剂进行预脱氧；待白渣形成后在渣料表面加入扩散脱氧剂，在1550~1650℃下精炼60~90min，同时底吹氩气搅拌；然后在钢水中加入硅铁和镍铁，精炼5~10min后再加入铝块和钛铁，继续精炼5~10min后出钢；
S3：真空脱气：将精炼后的钢水转入RH炉进行真空脱气；
S4：连铸、轧制：对经真空脱气后的钢水进行连铸和轧制，得到钢坯；
S5：热处理：对钢坯进行热处理后得到所述用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢；
热处理工艺包括以下步骤：
S51：第一次淬火：在865~895℃下保温60~90min后进行第一次淬火；
S52：第二次淬火：在780~820℃下保温60~90min后进行第二次淬火；
S53：回火：在180~220℃下保温8~12h；
步骤S2中所述的复合脱氧剂的制备方法包括如下步骤：
（1）将Al粉、硅钙粉、碳化硅与碳化硼粉末按质量比（6~8）:（4~6）:（1~3）:（1~3）混合，得到脱氧剂粉末；将Al2O3粉末、CaO粉末和SiO2粉末按质量比（15~20）:（30~40）:（40~50）混合，得到第一氧化物载体粉末；将Nb2O3粉末、Y2O3粉末和Ce2O3粉末按质量比（20~30）:（10~15）:（5~10）混合，得到第二氧化物载体粉末；
（2）将脱氧剂粉末和第一氧化物载体粉末混合，加入质量浓度为5~10%的PVA水溶液进行混捏、造粒得到料球；脱氧剂粉末、第一氧化物载体粉末与PVA水溶液的质量比为（40~50）:（60~50）:（40~60）；
（3）将脱氧剂粉末、第二氧化物载体粉末混合和质量浓度为3~5%的PVA水溶液混合，得到包覆液，脱氧剂粉末、第二氧化物载体粉末与PVA水溶液的质量比为（1~3）:（9~7）:（30~40）；将包覆液喷洒在步骤（2）所得料球表面，得到包覆后的料球；料球与包覆液的质量比为10:（3~5）；
（4）将包覆后的料球干燥后在600~700℃下煅烧3~5h，得到所述复合脱氧剂。
2.根据权利要求1所述的用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢，其特征是，步骤S1中所得的钢水中各元素质量分数满足：C≤0.25%；P≤0.05%；S≤0.05%。
3.根据权利要求1所述的用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢，其特征是，步骤S2中所述的造渣剂以质量分数计包括65~75%的石灰及25~35%的萤石；所述造渣剂的添加量为5~7kg/吨钢。
4.根据权利要求1所述的用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢，其特征是，所述复合脱氧剂的添加量为8~10kg/吨钢。
5.根据权利要求1所述的用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢，其特征是，步骤S2中所述的扩散脱氧剂选自铝粉、硅钙粉中的一种或两种。
6.根据权利要求1或5所述的用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢，其特征是，扩散脱氧剂的添加量为3~4kg/吨钢。
7.根据权利要求1所述的用于重型十字轴冷挤成型的高强度钢，其特征是，步骤S3中真空脱气时间20~30min，真空室压力2~4kPa，吹氩气流量15~25L/min/吨钢。
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