CN1858283A - 中碳硅钒氮微合金化非调质钢 - Google Patents

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完卫国
孙维
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Abstract

本发明属于微合金非调质钢，尤其涉及一种中碳微合金化非调质钢。按重量百分比由以下合金元素组成：C 0.37－0.44％，Si≤0.50－0.90％，Mn0.60－0.90％，P≤0.035％，S≤0.035％，V0.03－0.08％，N≥0.0070％，其余为Fe和杂质。钢中增加廉价的Si、N元素，减少钢中锰及贵重的钒钛等元素，在保证钢的优良机械性能的前提下，降低生产成本。

Description

中碳硅钒氮微合金化非调质钢
技术领域
本发明属微合金非调质钢，尤其涉及一种中碳微合金化非调质钢。
背景技术
中碳微合金化非调质钢是一种高效节能钢，经热锻或热轧后其力学性能可达到中碳调质钢的水平，省去了淬火、高温回火工序，从而简化了生产工艺，降低了能耗，提高了材料利用率，降低了制造成本。目前应用较广泛的一种铁素体—珠光体中碳微合金化非调质钢，这类钢通过在中碳钢中加入微量强碳化物元素，并控制锻造或轧制工艺，利用锻造或轧制高温变形及随后冷却速度来控制沉淀物的析出及晶粒细化，从而使钢强化。
中国GB15712-1995标准中F45V、F35MnVN、F40MnV的热锻用非调质钢。F45V的成分：C 0.42-0.49％，Si 0.2-0.4％，Mn 0.6-1％，S、P≤0.035％，V 0.06-0.13％；F35MnVN的成分：C 0.32-0.39％，Si 0.2-0.4％，Mn  1-1.5％，P、S≤0.035％，V 0.06-0.13％，N≥0.009％；F40MnV的成分：C 0.37-0.44％，Si 0.2-0.4％，Mn 1-1.5％，P、S≤0.035％，V0.06-0.13％。这些非调质钢的含钒量高，达0.06-0.13％，而F35MnVN、F40MnV钢含锰高，达1-1.5％。
中国发明专利01106092.1公开了一种非调质钢的成分：C 0.26-0.35％，Si 0.8-1.05％，Mn 1.3-1.5％，P、S≤0.025％，V 0.08-0.15％，Ti0.02-0.05，Mo≤0.04％，(Cr+Ni)≤0.02％，Cu≤0.025％。钒、硅、锰含量也偏高，还含有钛(Ti)等元素。
这些中碳微合金化非调质钢中，锰(Mn)及钒(V)含量高，特别是01106092.1专利公开的非调质钢还含Ti等元素，无疑增加钢的成本。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的是公开一种中碳微合金非调质钢，在保证钢的强韧性前提下，充分利用廉价的元素硅、氮，降低贵重元素钒的用量，以降低钢的成本。
本发明的中碳硅钒氮微合金化非调质钢、按重量百分比由以下元素组成：C 0.37-0.44％，Si≤0.50-0.90％，Mn 0.60-0.90％，P≤0.035％，S≤0.035％，V 0.03-0.08％，N≥0.0070％，其余为Fe和杂质。
本发明的中碳硅钒氮微合金化非调质钢，只需按上述成分范围，在通用炼钢设备上按普通炼钢工艺冶炼、铸坯，在通用锻造生产设备上，用普通锻造工艺锻造、锻后空冷而制成。本发明生产出的非调质钢的显微组织是以铁素体+珠光体为主，铁素体含量为30％-70％。其热锻态性能指标是：屈服强度σs≥490MPa，抗拉强度σb≥785MPa，伸长率δ5≥15％，断面收缩率ψ≥40％，冲出功Ak≥40J。
上述这些合金元素的组分及含量(重量％)范围是通过大量试验确定，这些合金元素在钢中的机理，叙述如下：
碳：为提高铁素体含量，从而提高钢的塑性和韧性，与F45V钢相比适当降低了碳的含量。碳含量范围选择为0.37-0.44％。
硅：硅价格低廉。硅能促进先共析铁素体的析出、而对珠光体的形成影响不大，加硅能增加组织中的铁素体含量，提高韧性。但在普通低合金钢中，过多的硅对塑韧性、可焊性和冷弯性能等有不利影响。硅还有强烈的固溶强化作用，可以弥补降碳引起的强度损失。硅含量范围选择为0.50-0.90％。
锰：锰固溶于铁素体中引起固溶强化，提高铁素体的强度，锰可增加过冷奥氏体的稳定性而增加相变的过冷度，细化铁素体和珠光体，但锰含量超过1.5％-1.6％时，空冷时钢中即会出现贝氏体组织，降低钢的韧性。本发明采用普通碳素钢的锰含量范围，可减少合金元素的加入量，降低成本。锰含量范围选择为0.60-0.90％。
钒、氮：钒、氮属于微合金化元素，钒具有细化晶粒作用，在铁素体中析出的钒的碳化物或碳氮化物，具有显著的弥散强化作用。含钒钢中增氮，促进了碳氮化钒的析出，增强了钒的沉淀强化作用，大幅度提高钢的强度。因此，氮是含钒钢一种经济有效的合金化元素。通过充分利用廉价的氮元素，钒氮微合金化钢在保证相同的强度水平下，可节约钒的用量，降低钢的成本。钒含量范围选择为0.03-0.08％，氮含量要求为≥0.0070％。钒可通过钒铁合金、钒氮合金、钒渣合金化等形式加入钢中，氮可通过钒氮合金、其它含氮铁合金、吹氮等形式加入钢中。
硫、磷：硫、磷在此钢中属于有害元素，要求越低越好，都按≤0.035％控制。
与背景技术相比，本发明生产的非调质钢，由于采用了廉价的元素硅、氮、降低了贵重元素钒的含量，可降低生产成本；由于采用的微合金化元素组分比较合理，故保证了钢有优异的强韧性。
附图说明(略)
具体实施方式
下面通过实施例和对比例进一步说明本发明。在下面的实施例和对比例中，用σs(MPa)表示屈服强度；用σb(MPa)表示抗拉强度，用δ5(％)表示伸长率，用ψ(％)表示断面收缩率，用Ak(J)表示冲出功，这些数值越高，表明钢的机械性能越好。
实施例1：按表1中指定的各合金元素含量在通用炼钢设备上按普通炼钢工艺冶炼成钢坯，在通用锻造生产设备上，用普通锻造工艺锻造、产品规格为Φ30mm棒材，锻后空冷。性能测试结果列于表1中。
实施例2：按表1中指定的各合金元素含量在通用炼钢设备上按普通炼钢工艺冶炼成钢坯，在通用锻造生产设备上，用普通锻造工艺锻造、产品规格为Φ30mm棒材，锻后空冷。性能测试结果列于表1中。
实施例3：按表1中指定的各合金元素含量在通用炼钢设备上按普通炼钢工艺冶炼成钢坯，在通用锻造生产设备上，用普通锻造工艺锻造、产品规格为Φ30mm棒材，锻后空冷。性能测试结果列于表1中。
实施例4：按表1中指定的各合金元素含量在通用炼钢设备上按普通炼钢工艺冶炼成钢坯，在通用锻造生产设备上，用普通锻造工艺锻造、产品规格为Φ30mm棒材，锻后空冷。性能测试结果列于表1中。
实施例5：按表1中指定的各合金元素含量在通用炼钢设备上按普通炼钢工艺冶炼成钢坯，在通用锻造生产设备上，用普通锻造工艺锻造、产品规格为Φ130mm棒材，锻后空冷。性能测试结果列于表1中。
实施例6：按表1中指定的各合金元素含量在通用炼钢设备上按普通炼钢工艺冶炼成钢坯，在通用锻造生产设备上，用普通锻造工艺锻造、产品规格为Φ25mm棒材，锻后空冷。性能测试结果列于表1中。用此棒材进行了批量模锻制造S175和S195柴油机齿轮的试验，尝试用省略热处理的制造工艺代替过去采用45钢材料并经调质热处理的工艺，试验获得了成功。经装车试验证明，非调钢齿轮在运行过程中无异常损坏，其使用效果与45钢经调质热处理的齿轮无差别。
对比例1：中国GB15712-1995标准中F45V热锻用非调质钢的化学成分和性能要求列在表1中。
对比例2：中国GB15712-1995标准中F35MnVN热锻用非调质钢的化学成分和性能要求列在表1中。
对比例3：中国GB15712-1995标准中F40MnV热锻用非调质钢的化学成分和性能要求列在表1中。
对比例4：中国发明专利01106092.1中非调质钢的化学成分和性能列于表1中。
由表1可以看出实施例1-6钢中增多了廉价的Si、N元素，减少Mn、V元素，其机械性能远远优于对比例钢的性能；中国专利01106092.1钢中，不仅V、Mn含量增加，还加Ti等元素，其机械性能出与实施例1-6钢的机械性能相近，显然本发明的中碳硅钒氮微合金非调钢的成本较对比例钢的成本要低。
                                                表1
  实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   实施例6   对比例1   对比例2   对比例3   对比例4
  C   0.37   0.43   0.39   0.40   0.43   0.39   0.42-0.49   0.32-0.39   0.37-0.44   0.26-0.35
  Si   0.50   0.85   0.72   0.69   0.82   0.66   0.02-0.40   0.20-0.40   0.20-0.40   0.80-1.05
  Mn   0.75   0.82   0.80   0.85   0.83   0.72   0.60-1.00   1.00-1.50   1.00-1.50   1.30-1.50
  P   0.026   0.028   0.030   0.032   0.022   0.032   ≤0.035   ≤0.035   ≤0.035   ≤0.025
  S   0.023   0.018   0.027   0.019   0.018   0.023   ≤0.035   ≤0.035   ≤0.035   ≤0.025
  V   0.045   0.070   0.055   0.052   0.065   0.056   0.06-0.13   0.06-0.13   0.06-0.13   0.08-0.15
  N   0.0011   0.0152   0.0113   0.0095   0.0131   0.0086   /   ≥0.009   /   0.02-0.05(Ti)
  σs   510   560   520   530   490   535   ≥440   ≥490   ≥490   660
  σb   790   835   815   820   795   825   ≥685   ≥785   ≥785   880
  δ5   28   20   25   22   21   22   ≥15   ≥15   ≥15   17
  ψ％   51   45   48   47   45   47   ≥40   ≥40   ≥40   56
  Ak   123   55   80   110   75   83   ≥32   ≥39   ≥36   64

Claims (3)

1 一种中碳硅钒氮微合金化非调质钢，按重量百分比由以下合金元素组成：C 0.37-0.44％，Si≤0.50-0.90％，Mn 0.60-0.90％，P≤0.035％S≤0.035％，V 0.03-0.08％，N≥0.0070％，其余为Fe和杂质。
2、根据权利要求1所述的中碳硅钒氮微合金化非调质钢，显微组织是以铁素体+珠光体为主，铁素体含量为30％-70％。
3、根据权利要求1所述的中碳硅钒氮微合金化非调质钢，屈服强度σs≥4 90MPa，抗拉强度σb≥785MPa，伸长率δ5≥15％，断面收缩率ψ≥40％，冲出功Ak≥40J。
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