一种采用碲调控硫化物夹杂形态的非调制钢及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种采用碲调控硫化物夹杂形态的非调制钢及其制造方法，通过向钢液中添加少量碲元素达到调控MnS形态的效果，以较低的添加量及成本，来解决非调质钢中硫化物形状的问题，改善硫化物评级。在其含量控制范围中，当碲含量较低时，碲固溶于MnS中增加夹杂物硬度，保证在轧制过程中具有较小的变形量；碲含量高时，析出的MnTe附着在MnS表面，由于MnTe具有较低的表面能，能使MnS夹杂物球化，降低成品钢中长条形MnS夹杂物的比例，从而降低在锻制过程中MnS的变形量。成品中硫化物长宽比≤5，且长宽比在1～3的比例达到90％以上，显著减少了长条状或杆状硫化物，改善钢的切削性能，避免钢在形变时产生硫化物聚集。

A Non-modulated Steel with Tellurium to Regulate the Morphology of Sulfide Inclusions and Its Manufacturing Method

【技术实现步骤摘要】
一种采用碲调控硫化物夹杂形态的非调制钢及其制造方法
本专利技术涉及一种非调制钢及其制造方法，具体涉及一种采用碲调控硫化物夹杂形态的非调制钢及其制造方法。
技术介绍
非调质钢在生产过程中无需对产品进行热处理、矫直，简化了工艺操作，提高了产品成材率，降低能耗的同时减少了对环境的污染，故有“绿色钢材”之称。非调质钢主要应用于汽车曲轴、连杆等，这类零件要求具有较高的表面质量，为保证一定的切削性能，向非调质钢中引入S元素以改善钢的切削性能。因此钢中夹杂物以MnS为主。由于MnS夹杂物比钢基体软，因此在锻造(轧制)时会变成细长条，大尺寸长条形的MnS容易导致钢的各向异性，显著降低了钢材的横向力学性能，同时大量长条形MnS夹杂物聚集会导致汽车零部件加工通过性恶化。因此，调控硫化物形态，减轻锻造时钢中硫化物的长宽比，对改善非调质钢MnS夹杂物评级，提升汽车零部件加工通过性，具有重要意义。控制MnS为主的硫化物夹杂的形态，主要措施为向钢中添加Ca、Mg、Zr等元素。例如，公开号CN101255535A，名称为“易切削非调质钢及其制造方法”的专利申请中提出向钢中添加Ca-Si合金，钢中Ca含量在0.001～0.010％范围内，可有效改善非调质钢的切削性能。然而实际生产中由于Ca合金的收得率难以保证，操作困难，改质效果有待商榷。公开号CN107312908A，名称为“一种非调质钢中改善MnS夹杂物形态的冶金方法”采取向钢中添加Zr元素的方法控制MnS形态，采取Zr脱氧，利用ZrO2作为凝固过程中MnS的异质形核核心，达到细化MnS的目的。但二氧化锆容易聚集，形成脆性夹杂物，对钢的性能会产生一定危害。公开号CN107557531A，名称为“一种钡合金处理的非调质钢硫化物夹杂控制方法”提出向钢中添加0.0001-0.03％的钡合金，提高含硫非调质钢洁净度的同时，细化硫化物夹杂。钡与钙同族，且其活性更强，收得率较低，操作有困难。公开号CN107287504A，名称为“含硫、碲的中碳易切削非调质钢及其生产工艺方法”采取碲元素主要为改进钢的切削性能，但其碲/硫配比为0.25～2.5，添加碲元素明显偏高，成本较高。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术的缺陷，本专利技术提供一种采用碲调控硫化物夹杂形态的非调制钢，对钢中硫化物形态进行调控，降低硫化物的长宽比，改善硫化物评级，提升汽车零部件加工通过性及横向力学性能。本专利技术的另一目的是提供一种上述非调制钢的制造方法。技术方案：本专利技术所述的一种采用碲调控硫化物夹杂形态的非调制钢，该钢的元素组成以质量％计含有C：0.37-0.55％，Si：0.20-0.80％，Mn：0.85-1.60％，S：0.03-0.07％，Cr：0.1-0.2％，Ni：0-0.03％，Mo：0-0.05％，Te：0.0021-0.019％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；其中，Te、S、Mn的关系需满足0.40≥Te/S≥0.07，ω[Mn]/ω[S]≥15；钢中硫化物的长宽比≤5，且长宽比在1-3的硫化物比例在90％以上。本专利技术确定各种元素的原理如下所述：C是很强的间隙固溶强化元素，能强烈提高钢的强度。但是C含量増加会使钢中珠光体或脆性碳化物的比例增加，这不利于钢的韧塑性提高，因此为了保证钢具有较高的强度，同时保证其塑韧性，本专利技术控制C的含量为0.37～0.55wt.％。Si能够提高钢的强度和硬度，还能够抑制碳化物的形成，增加残余奥氏体的稳定性，但是随着Si含量的增加，容易造成钢中生成马氏体组织，因此，本专利技术将Si含量控制在0.20～0.60wt.％。Mn在钢中与铁互溶，形成固溶体，同时与C结合形成渗碳体，提高钢的强度和硬度。锰还能够推迟铁素体-珠光体的转变，并降低贝氏体的转变温度，有利于形成细晶组织，最终达到提高钢的强度和韧性的作用。锰的另一个作用是与钢中的S元素结合形成MnS夹杂物改善钢的切削性能。因此要求Mn/S大于等于15，使钢中主要为MnS夹杂物，减少了低熔点共晶物(Mn，Fe)S的产生，但是，钢的塑性和韧性会随着锰含量地增加明显降低。本专利技术设计Mn元素含量为0.85～1.60wt.％。S元素主要作用是提升非调质钢的切削性能，其在钢中与锰元素形成MnS夹杂物，MnS夹杂物在切削时软化时切屑易于碎断，提升切削性能，同时MnS覆盖在刀具表面，保护刀具。由于非调质钢切削性要求高，要求有一定的S元素。本专利技术控制S含量为0.03～0.07wt.％。Cr、Ni、Mo元素在非调质钢中的主要作用提升钢的强度同时保证钢的韧性。保证钢的各项性能。在本专利技术中，Cr、Ni、Mo元素等含量分别为Cr:0.1～0.2wt.％，Ni:0～0.03wt.％，Mo:0～0.05wt.％。本专利技术中Te含量控制为0.0021％～0.019wt.％，在此范围内，Te元素含量较低时，碲固溶于MnS夹杂物中增加夹杂物硬度，保证其在轧制过程中具有较小的变形量。碲含量高时，析出的MnTe附着在MnS夹杂物表面，由于MnTe具有较低的表面能，能使MnS夹杂物球化，降低成品钢中长条形MnS夹杂物的比例，从而降低在轧制过程中MnS的变形量。当低于此含量范围时，碲对硫化物形态调控的效果不明显，椭球状夹杂物比例较低；当高于此含量范围时，改善效果增加也不明显，但高成本碲元素的加入量，会导致生产成本增加，且随着碲含量的增高，非调质钢潜在裂纹倾向及疲劳失效的可能性也会增加。此外，由于碲对硫化物的改质作用与钢液中S、Mn的量有密切关系，钢中碲以MnTe形式存在，并且与MnS保持竞争性析出关系，因此，Te、S、Mn元素需要满足如下比例关系：0.40≥Te/S≥0.07，ω[Mn]/ω[S]≥15。作为优选，该钢的元素组成以质量％计含有C：0.37-0.38％，Si：0.48-0.50％，Mn：1.2-1.35％，S：0.03-0.041％，Cr：0.15-0.17％，Ni：0-0.02％，Mo：0-0.03％，Te：0.0050-0.012％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。其中，Te、S、Mn的关系需满足0.29≥Te/S≥0.12，ω[Mn]/ω[S]≥29。进一步的，该钢中的硫化物呈球形或纺锤形。而对应于上述采用碲调控硫化物夹杂形态的非调制钢，本专利技术提供的一种制造方法所采用的工艺路线为EAF电弧炉冶炼→LF精炼→VD炉真空处理；在VD炉真空脱气后，向钢液中添加碲锰合金包芯线以调整MnS夹杂物形态。其中，所述碲锰合金包芯线的药芯中碲的含量以质量百分比计为10-70％，余量为锰和不可避免的杂质元素；所述药芯被0.3-0.5mm的铁皮包裹。有益效果：该非调制钢通过向钢液中添加少量碲元素达到调控MnS形态的效果，以较低的添加量及成本，来解决非调质钢中硫化物形状的问题，改善硫化物评级。在本专利技术的碲含量控制范围中，当碲含量较低时，碲固溶于MnS中增加夹杂物硬度，保证在轧制过程中具有较小的变形量；碲含量高时，会析出MnTe，且析出的MnTe附着在MnS夹杂物表面，由于MnTe具有较低的表面能，能使MnS夹杂物球化，降低成品钢中长条形MnS夹杂物的比例，从而降低在锻制过程中MnS的变形量。最终产品中硫化物长宽比≤5，且长宽比在1～3的比例达到90％以上，显著减少了长条状或杆状硫本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用碲调控硫化物夹杂形态的非调制钢，其特征在于，元素组成以质量％计含有C：0.37‑0.55％，Si：0.20‑0.80％，Mn：0.85‑1.60％，S：0.03‑0.07％，Cr：0.1‑0.2％，Ni：0‑0.03％，Mo：0‑0.05％，Te：0.0021‑0.019％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；其中，Te、S、Mn的关系需满足0.40≥Te/S≥0.07，ω[Mn]/ω[S]≥15；钢中硫化物的长宽比≤5，且长宽比在1‑3的硫化物比例在90％以上。

【技术特征摘要】
1.一种采用碲调控硫化物夹杂形态的非调制钢，其特征在于，元素组成以质量％计含有C：0.37-0.55％，Si：0.20-0.80％，Mn：0.85-1.60％，S：0.03-0.07％，Cr：0.1-0.2％，Ni：0-0.03％，Mo：0-0.05％，Te：0.0021-0.019％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；其中，Te、S、Mn的关系需满足0.40≥Te/S≥0.07，ω[Mn]/ω[S]≥15；钢中硫化物的长宽比≤5，且长宽比在1-3的硫化物比例在90％以上。2.根据权利要求1所述的采用碲调控硫化物夹杂形态的非调制钢，其特征在于，元素组成以质量％计含有C：0.37-0.38％，Si：0.48-0.50％，Mn：1.2-1.35％，S：0.03-0.041％，Cr：0.15-0.17％，Ni：0-0.02％，Mo：0-...

【专利技术属性】
技术研发人员：周蕾，付建勋，孙华，李林，魏刚武，沈平，刘磊，刘文学，
申请(专利权)人：南京钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32