一种非调质钢及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及炼钢领域，具体涉及一种非调质钢及其制备方法和应用。


背景技术：

2.目前，非调质钢已获得了广泛的应用，特别是在汽车制造业。如用于制造汽车发动机曲轴、连杆、前轴、转向节、转向臂、半轴、传动轴、轴叉等零件。
3.如cn111748751a公开了一种非调质钢，其抗拉强度rm＝900-1150mpa，屈服强度rel≥600mpa，延伸率a≥10％，断面收缩率z≥20％，冲击功aku≥30j；非调质钢的化学元素含有：c、si、mn、p、s、cr、v、al、nb、ti、n、ni、mo、sn、cu其余为fe和其他不可避免的杂质，本调质钢的制作方法为炼钢-下料-机加工-表面感应淬火、回火-磨外圆-探伤。利用该方法制造的非调质钢力学性能优秀，取消了传统调质热处理工序，降低了加工余量，提高了生产效率，同时还提高了由该非调质钢制作的转向节销的切削加工性能和耐磨性。
4.cn104911486a公开了一种汽车紧固件螺杆用非调质钢及其生产方法，包括非调质钢化学成分及其钢坯加热、轧制和轧后冷却生产步骤，所述非调质钢其质量百分比的化学成分为c：0.35-0.45％、si：0.45-0.65％、mn：1.30-1.50％、p：0.010-0.030％、s：0.015-0.035％、al：0.005-0.015％、cr：0.10-0.30％、v：0.05-0.15％、n：0.0080-0.0150％，其余量为fe和不可避免的夹杂；控制钢坯加热温度为1150-1250℃，保持开轧温度在1020-1100℃、终轧温度在800-900℃，压下量≥15；控制其轧后冷却速度为1-10℃/s，生产工艺线路简单，可操作性强，易于控制，所生产的非调质钢的抗拉强度大于900mpa，屈服强度大于650mpa，延伸率大于20％，断面收缩率大于45％，最终获得适用汽车紧固件螺杆的高强韧性中碳非调质钢。
5.然而目前车辆用非调质钢仍存在性能较差，或者使用过程中力学性能不稳定的问题。


技术实现要素：

6.鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于。
7.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
8.第一方面，本发明提供了一种非调质钢，所述非调质钢以质量百分含量计包括：c 0.36-0.4％，si 0.5-0.65％，mn 1.3-1.45％，p≤0.015％，s 0.02-0.045％，cr 0.15-0.3％，v 0.08-0.15％，ni≤0.15％，nb 0.012-0.02％，n 0.012-0.02％，ti0.01-0.025％，余量为铁及不可避免的杂质。
9.本发明提供的非调质钢通过v、nb、ti和n元素进行复合微合金强化，同时严苛控制其特定的组成，使得形成(nb
x
,vy)(c
1-xn1-y
)合金相，强化非调质钢的性能，同时加入ni元素，采用控制形变制度，达到控制形变、细化组织、提高钢材综合性能的目的。
10.本发明中，所述非调质钢中c以质量百分含量计为0.36-0.4％，例如可以是0.36％、0.365％、0.37％、0.375％、0.38％、0.385％、0.39％、0.395％或0.4％等，但不限于
0.1-0.12％，ni≤0.15％，nb 0.015-0.018％，n 0.015-0.017％，ti 0.014-0.02％，余量为铁及不可避免的杂质。
22.第二方面，本发明提供了如第一方面所述非调质钢的制备方法，所述制备方法包括：
23.依次进行的转炉冶炼、lf精炼、vd真空、连铸、加热和轧制，之后经冷却后得到所述非调质钢；
24.所述转炉冶炼中依据配方加入镍元素和钒元素；
25.所述vd真空中依据配方加入铌元素和钛元素。
26.作为本发明优选的技术方案，所述热处理包括依次进行的预热、加热和均热。
27.优选地，所述预热的温度≤900℃，例如可以是900℃、890℃、880℃、870℃、860℃、850℃、840℃、830℃、820℃、810℃、800℃、780℃、760℃、740℃、720℃或700℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
28.优选地，所述加热的温度为1190-1200℃，例如可以是1190℃、1191℃、1192℃、1193℃、1194℃、1195℃、1196℃、1197℃、1198℃、1199℃或1200℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
29.优选地，所述加热的时间为150-260min，例如可以是150min、160min、170min、180min、190min、200min、210min、220min、230min、240min、250min或260min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
30.优选地，所述均热的温度为1170-1200℃，例如可以是1170℃、1180℃、1190℃、1191℃、1192℃、1193℃、1194℃、1195℃、1196℃、1197℃、1198℃、1199℃或1200℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
31.优选地，所述均热的时间为100-120min，例如可以是100min、101min、102min、103min、104min、105min、106min、107min、108min、109min、110min、111min、112min、113min、114min、115min、116min、117min、118min、119min或120min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
32.作为本发明优选的技术方案，所述轧制中开轧的温度为1070-1130℃，例如可以是1070℃、1075℃、1080℃、1085℃、1090℃、1095℃、1100℃、1105℃、1110℃、1115℃、1120℃、1125℃或1130℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
33.优选地，所述轧制中水箱入口的温度为980-990℃，例如可以是980℃、981℃、982℃、983℃、984℃、985℃、986℃、987℃、988℃、989℃或990℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
34.作为本发明优选的技术方案，所述轧制中钢材穿水后的温度为820-850℃，例如可以是820℃、822℃、824℃、826℃、828℃、830℃、832℃、834℃、836℃、838℃、840℃、842℃、844℃、846℃、848℃或850℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
35.作为本发明优选的技术方案，所述轧制中轧机入口温度为835-846℃，例如可以是835℃、836℃、837℃、838℃、839℃、840℃、841℃、842℃、843℃、844℃、845℃或846℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
36.作为本发明优选的技术方案，所述轧制中上冷床的温度为780-790℃，例如可以是
780、781、782、783、784、785、786、787、788、789或790等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
37.作为本发明优选的技术方案，所述制备方法包括：
38.依次进行的转炉冶炼、lf精炼、vd真空、连铸、加热和轧制，之后经冷却后得到所述非调质钢；
39.所述转炉冶炼中依据配方加入镍元素和钒元素；
40.所述vd真空中依据配方加入铌元素和钛元素；
41.所述热处理包括依次进行的预热、加热和均热；所述预热的温度≤900℃；所述加热的温度为1190-1200℃，时间为150-260min；所述均热的温度为1170-1200℃，时间为100-120min；
42.所述轧制中开轧的温度为1070-1130℃；所述轧制中水箱入口的温度为980-990℃；所述轧制中钢材穿水后的温度为820-850℃；所述轧制中轧机入口温度为835-846℃；所述轧制中上冷床的温度为780-790℃。
43.本发明提供的制备方法，通过采用控轧控冷的工艺和成分的调控相结合，实现钢材晶粒的进一步细化，步强化所得非调质钢的性能。
44.本发明中，转炉冶炼的过程如下：铁水经过kr预处理，铁水s含量≤0.050％，转炉终点成分p≤0.010％，s≤0.035％，放钢过程按配方加入锰硅合金、高碳铬铁、钒铁、硅铁、镍板、铝锭等合金物料及石灰、精炼渣等辅料，放钢温度≥1620℃。
45.本发明中，lf精炼冶炼：第一次电极通电时间≥15min，加入石灰0-100kg，铝粉15-30kg，碳化硅15-20kg，碳粉15-30kg。第二次电极通电时间≥10min，加入铝粉0-10kg，碳化硅5-15kg，碳粉5-20kg。其余电极通电时间加入碳化硅20-50kg。总冶炼时间≥48min，白渣保持时间≥15min。冶炼过程加入根据钢液合金含量微调成分至离站成分要求(如可以是c：0.35-0.27％，si：0.53-0.57％，mn：1.25-1.29％，cr：0.21-0.25％，v；0.11-0.13％，ni：0.11-0.13％，nb：0.018-0.025％)。离站前喂入硅钡线40-60m/炉，离站温度：开浇炉次1640-1660℃，连浇炉次1600-1620℃。
46.本发明中，vd真空炉冶炼：深真空(≤67mpa)时间≥15min，破空后根据氧氮结果喂入锰氮线，增氮至150-180ppm；然后喂入钛线，增钛至0.010-0.015％，钢水离站前12-20min喂入硫磺线，增硫至0.040-0.050％。离站温度：开浇炉次1570-1590℃，连浇炉次1530-1550℃。确保熔炼成分符合产品要求，如可以是c：0.37-0.39％，si：0.56-0.60％，mn：1.38-1.42％，cr：0.21-0.25％，v；0.12-0.14％，ni：0.11-0.13％，nb：0.018-0.025％，al：0.010-0.020％，mo：≤0.10％，p≤0.012％，n：150-180ppm。
47.本发明中，连铸冶炼：采用一定规格的坯型进行浇注，过热度15-30℃，拉速0.6-9m/min，二冷水0.1-0.5l/kg，二冷水分配比40-45/30-40/5-15/5-15，电磁搅拌320-400a/1-10hz，末端电磁搅拌采用动态模型进行控制。
48.第三方面，本发明提供了如第一方面所述非调质钢的用途，所述用途包括：采用所述非调质钢制备汽车零件。
49.本发明中，所述汽车零件可以是发动机曲轴、连杆、前轴、转向节、转向臂、半轴、传动轴、轴叉及轮毂等。
50.与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
51.(1)本发明提供的非调质钢通过v、nb、ti和n元素进行复合微合金强化，同时严苛控制其组成，使得形成(nb
x
,vy)(c
1-xn1-y
)合金相，强化非调质钢的性能，同时加入ni元素，采用控制形变制度，达到控制形变、细化组织、提高钢材综合性能的目的。
52.(2)本发明提供的非调质钢的抗拉强度为850-1000mpa，屈服强度≥580mpa，延伸率a≥12％，断面收缩率z≥30％，冲击功aku≥25j。
具体实施方式
53.为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
54.实施例1
55.本实施例提供一种非调质钢，所述非调质钢以质量百分含量计包括：c0.38％，si 0.57％，mn 1.37％，p 0.015％，s 0.03％，cr 0.22％，v 0.11％，ni 0.15％，nb 0.016％，n 0.016％，ti 0.018％，余量为铁及不可避免的杂质
56.采用下述过程进行制备：
57.依次进行的转炉冶炼、lf精炼、vd真空、连铸、热处理和轧制，之后经冷却后得到所述非调质钢；
58.所述转炉冶炼中依据配方加入镍元素和钒元素；
59.所述vd真空中依据配方加入铌元素和钛元素；
60.所述热处理包括依次进行的预热、加热和均热；所述预热的温度为900℃；所述加热的温度为1195℃，时间为200min；所述均热的温度为1185℃，时间为110min；
61.所述轧制中开轧的温度为1100℃；所述轧制中水箱入口的温度为985℃；所述轧制中钢材穿水后的温度为835℃；所述轧制中轧机入口温度为840℃；所述轧制中上冷床的温度为785℃。
62.所得非调质钢的性能详见表1。
63.实施例2
64.本实施例提供一种非调质钢，所述非调质钢以质量百分含量计包括：c0.36％，si 0.65％，mn 1.3％，p 0.005％，s 0.02％，cr 0.3％，v 0.08％，ni 0.05％，nb 0.02％，n 0.012％，ti 0.025％，余量为铁及不可避免的杂质
65.采用下述过程进行制备：
66.依次进行的转炉冶炼、lf精炼、vd真空、连铸、加热和轧制，之后经冷却后得到所述非调质钢；
67.所述转炉冶炼中依据配方加入镍元素和钒元素；
68.所述vd真空中依据配方加入铌元素和钛元素；
69.所述热处理包括依次进行的预热、加热和均热；所述预热的温度为800℃；所述加热的温度为1190℃，时间为260min；所述均热的温度为1200℃，时间为100min；
70.所述轧制中开轧的温度为1070℃；所述轧制中水箱入口的温度为990℃；所述轧制中钢材穿水后的温度为850℃；所述轧制中轧机入口温度为835℃；所述轧制中上冷床的温度为780℃。
71.所得非调质钢的性能详见表1。
72.实施例3
73.本实施例提供一种非调质钢，所述非调质钢以质量百分含量计包括：c0.4％，si 0.5％，mn 1.45％，p 0.01％，s 0.045％，cr 0.15％，v 0.15％，ni 0.1％，nb 0.012％，n 0.02％，ti 0.01％，余量为铁及不可避免的杂质
74.采用下述过程进行制备：
75.依次进行的转炉冶炼、lf精炼、vd真空、连铸、加热和轧制，之后经冷却后得到所述非调质钢；
76.所述转炉冶炼中依据配方加入镍元素和钒元素；
77.所述vd真空中依据配方加入铌元素和钛元素；
78.所述热处理包括依次进行的预热、加热和均热；所述预热的温度为700℃；所述加热的温度为1200℃，时间为150min；所述均热的温度为1170℃，时间为120min；
79.所述轧制中开轧的温度为1130℃；所述轧制中水箱入口的温度为980℃；所述轧制中钢材穿水后的温度为820℃；所述轧制中轧机入口温度为846℃；所述轧制中上冷床的温度为780℃。
80.所得非调质钢的性能详见表1。
81.实施例4
82.与实施例1的区别仅在于nb的含量为0.02％，所得非调质钢的性能详见表1。
83.对比例1
84.与实施例1的区别仅在于制备过程中添加有0.02％的al元素以占非调质钢质量百分比计；所得非调质钢的性能详见表1。
85.对比例2
86.与实施例1的区别仅在于ti元素的含量为0.03％；所得非调质钢的性能详见表1。
87.对比例3
88.与实施例1的区别仅在于v元素的含量为0.02％；所得非调质钢的性能详见表1。
89.对比例4
90.与实施例1的区别仅在于均热的温度为1000℃；所得非调质钢的性能详见表1。
91.对比例5
92.与实施例1的区别仅在于均热的温度为1250℃；所得非调质钢的性能详见表1。
93.对比例6
94.与实施例1的区别仅在于轧制中开轧的温度为900℃；所得非调质钢的性能详见表1。
95.对比例7
96.与实施例1的区别仅在于均热进行多次，包括一段均热1000℃，1h，二段均热1200℃，1.5h，二段均热1260℃，1h；所得非调质钢的性能详见表1。
97.上述实施例中不需要进行控煅控冷过程，仅采用常规的连铸工艺进行成型方坯，之后对方坯进行轧制即可。
98.表1
[0099][0100][0101]
通过上述实施例和对比例的结果可知，本发明提供的非调质钢通过v、nb、ti和n元素进行复合微合金强化，同时严苛控制其组成，使得形成(nb
x
,vy)(c
1-xn1-y
)合金相，强化非
调质钢的性能，同时加入ni元素，采用控制形变制度，达到控制形变、细化组织、提高钢材综合性能的目的。
[0102]
声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
[0103]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0104]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0105]
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

技术特征：
1.一种非调质钢，其特征在于，所述非调质钢以质量百分含量计包括：c 0.36-0.4％，si 0.5-0.65％，mn 1.3-1.45％，p≤0.015％，s 0.02-0.045％，cr 0.15-0.3％，v 0.08-0.15％，ni≤0.15％，nb 0.012-0.02％，n 0.012-0.02％，ti 0.01-0.025％，余量为铁及不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的非调质钢，其特征在于，所述非调质钢以质量百分含量计包括：c 0.38-0.39％，si 0.58-0.62％，mn 1.35-1.4％，p≤0.015％，s 0.02-0.045％，cr 0.2-0.22％，v 0.1-0.12％，ni≤0.15％，nb 0.015-0.018％，n 0.015-0.017％，ti 0.014-0.02％，余量为铁及不可避免的杂质。3.如权利要求1或2所述的非调质钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：依次进行的转炉冶炼、lf精炼、vd真空、连铸、热处理和轧制，之后经冷却后得到所述非调质钢；所述转炉冶炼中依据配方加入镍元素和钒元素；所述vd真空中依据配方加入铌元素和钛元素。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述热处理包括依次进行的预热、加热和均热；优选地，所述预热的温度≤900℃；优选地，所述加热的温度为1190-1200℃；优选地，所述加热的时间为150-260min；优选地，所述均热的温度为1170-1200℃；优选地，所述均热的时间为100-120min。5.如权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述轧制中开轧的温度为1070-1130℃；优选地，所述轧制中水箱入口的温度为980-990℃。6.如权利要求3-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述轧制中钢材穿水后的温度为820-850℃。7.如权利要求3-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述轧制中轧机入口温度为835-846℃。8.如权利要求3-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述轧制中上冷床的温度为780-790℃。9.如权利要求3-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：依次进行的转炉冶炼、lf精炼、vd真空、连铸、加热和轧制，之后经冷却后得到所述非调质钢；所述转炉冶炼中依据配方加入镍元素和钒元素；所述vd真空中依据配方加入铌元素和钛元素；所述热处理包括依次进行的预热、加热和均热；所述预热的温度≤900℃；所述加热的温度为1190-1200℃，时间为150-260min；所述均热的温度为1170-1200℃，时间为100-120min；所述轧制中开轧的温度为1070-1130℃；所述轧制中水箱入口的温度为980-990℃；所述轧制中钢材穿水后的温度为820-850℃；所述轧制中轧机入口温度为835-846℃；所述轧
制中上冷床的温度为780-790℃。10.如权利要去1或2所述非调质钢的用途，其特征在于，所述用途包括：采用所述非调质钢制备汽车零件。

技术总结
本发明涉及一种非调质钢及其制备方法和应用，所述非调质钢以质量百分含量计包括：C0.36-0.4％，Si0.5-0.65％，Mn1.3-1.45％，P≤0.015％，S0.02-0.045％，Cr0.15-0.3％，V0.08-0.15％，Ni≤0.15％，Nb0.012-0.02％，N0.012-0.02％，Ti0.01-0.025％，余量为铁及不可避免的杂质。通过V、Nb、Ti和N元素进行复合微合金强化，同时严苛控制其组成，使得形成(Nb


技术研发人员：王雪原 刘增平 尹修刚 严超峰 张志慧
受保护的技术使用者：承德建龙特殊钢有限公司
技术研发日：2021.12.01
技术公布日：2022/3/8