提高中碳V钢强韧性的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高中碳V钢强韧性的方法，该方法包括如下步骤：1)冶炼时，添加N元素，控制钢中[C]、[V]和[N]；2)加热经冶炼后得到的连铸坯，使结晶状态的VN化合物回溶到奥氏体中后，轧制成圆钢；3)在最大析出峰值范围保温，使VN颗粒大量析出；4)控制圆钢随后冷却速度为，使钢中80％以上VN析出相颗粒尺寸在20～100nm范围，即得强韧性提高的中碳V钢。本发明专利技术通过应用N元素对钢材性能不同方面的影响，进行微量元素成分体系设计，无需改造生产设备和对工艺作重大调整，即可将中碳V钢的屈服强度提高80～170MPa，较好地改善钢的延伸性能及断裂韧性，断后伸长率A提高3～5％、冲击功Aku2提高10～50J。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种提高中碳V钢强韧性的方法，该方法包括如下步骤：1)冶炼时，添加N元素，控制钢中、和；2)加热经冶炼后得到的连铸坯，使结晶状态的VN化合物回溶到奥氏体中后，轧制成圆钢；3)在最大析出峰值范围保温，使VN颗粒大量析出；4)控制圆钢随后冷却速度为，使钢中80％以上VN析出相颗粒尺寸在20～100nm范围，即得强韧性提高的中碳V钢。本专利技术通过应用N元素对钢材性能不同方面的影响，进行微量元素成分体系设计，无需改造生产设备和对工艺作重大调整，即可将中碳V钢的屈服强度提高80～170MPa，较好地改善钢的延伸性能及断裂韧性，断后伸长率A提高3～5％、冲击功Aku2提高10～50J。【专利说明】提高中碳V钢强韧性的方法
本专利技术涉及一种中碳V钢的生产方法，特别涉及一种提高中碳V钢强韧性的方法， 属于钢铁加工
。
技术介绍
中碳 V (钒）钢主要指 35MnV、40CrV、50CrVA、40MnVB、SAE6140 (ASTM A355 标准）、 EN51CrV4(EN10083/l标准）等钢种，多用于制造汽车零件、机械构件、弹簧、工具等，应用领 域非常广泛，其特点是：①钢中C含量在0. 32?0. 65% ;②钢中V含量在0. 10?0. 30%， 尤其集中在0. 10?0. 20% ;③钢材应用前均需淬、回火调质处理，因而对钢材强韧性要求 很严。 这些钢种的强韧性主要是靠合金元素固熔强化、时效沉淀强化、组织强化等手段 实现的，具体为：加入一定数量的合金元素增加强度、加入V进行细晶强韧化、对材料进行 热处理工艺等。这些措施确实能提高钢材的强韧性能，但各有优缺点，在实用钢中，往往要 将这些强化方法相互结合起来才能达到所需性能，不可避免地要增加钢材生产过程中成 本、工序和交货时间。 V是强化铁素体和γ相圈形成元素之一，它和碳（C)、氮（N)、氧（0)都有极强亲和 力，与之形成相应的极为稳定的化合物（如V4C3、VN、V20 3等），在钢中主要细化钢的组织和 晶粒，降低钢的过热敏感性，提高钢的强度和韧性。钢中C含量在0. 35?0. 65%，V元素与 C形成V4C3化合物，该化合物极为稳定，只有在高温下才能缓慢地溶入奥氏体中，故V4C3虽 能细化晶粒，但由于其颗粒尺寸大，反而降低了钢的韧性。因而中碳V钢一般要控制V的含 量（V 彡 0· 50% )。 N在钢中与Al、Ti、V、Fe等形成稳定化合物起固溶强化、时效强化等作用，但由于 Fe4N的析出，导致时效和蓝脆等现象，含量超多时易形成气泡、疏松、裂纹等缺陷。氮一般随 炉料进入和冶炼过程中钢液从外界吸收，非人为有目的的加入，转炉钢 :30?50ppm，电 炉钢 :50?70ppm(代表N在钢中的重量比浓度）。 目前，已有利用VN改善钢的性质的文献，例如"含VN、TiN粉体高铬铸铁、该铸铁制 备方法和耐磨件"（专利号：201110137773)利用VN粉体作为高铬铸铁金属液基体和碳化 物凝固的形核核心，提高铸件的耐磨性，起强化作用。"一种屈服强度3 400MPa级的VN钢 筋的生产方法"（专利号：201110151235)将加入的VN16合金装入普通质量碳素结构钢制 作的容器中并密封后置入到钢包中，使VN16合金回收率提高，VN钢筋的力学性能稳定性能 更好，产品表面质量得到提高。而"VN合金在非调质钢中的应用"（卢向阳等，《钢铁钒钛》， 2000年03期）文章主要是研究了：VN合金在F35MnVN钢中的应用，并对钒、氮的作用和钢 水增氮方法进行了研究。但这些文献都是利用加入的VN合金，通过金属原子置换达到固溶 强化的，因而需要添加一定数量的含V合金、或VN合金。由于含V合金、或VN合金价格高， 故现行通过V原子置换达到固溶强化的生产工艺成本高，市场竞争力弱。另外一方面，钢中 V含量增加后，特别是钢中V4C3数量增加、颗粒尺寸增大时，反而会降低钢的韧性。 本专利技术方法则采用降低V含量、增加 N含量，并在轧制过程中在VN析出高峰温度 段保持一定时间，使VN析出相数量多且其颗粒尺寸小，从而增强钢的强度及韧性，即利用 析出强化，达到降低中碳V钢的生产成本的同时，提高钢的强韧性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种提高中碳V钢强韧性的方法，以通过控制钢中V和N 的含量及VN颗粒尺寸来提高中碳V钢的强韧性，降低生产成本、减少后续热处理工序。 为实现上述目的，本专利技术采用控制"钢中V、N含量+VN析出相尺寸、数量"的新工 艺，即通过控制中碳V钢中V、N元素含量、钢坯加热轧制、圆钢中VN析出相颗粒尺寸及数量 等技术工艺，从而达到提1?中碳V钢的强初性。 具体包括以下步骤： 1)冶炼时，添加 N元素，即在精炼过程中向钢液吹入队气，并控制钢中N含量范围 在0. 0070%?0. 0120%，同时使钢中C、V元素含量范围控制在：0. 35%?0. 65%， 0·10(%?0·30(%;其中、和分别代表C、V和N在钢中的重量百分比浓度 ； 2)加热经冶炼后得到的连铸坯并在1100?1200°C范围保温30?75min，使结晶 状态的VN化合物回溶到奥氏体中，随后轧制成圆钢； 3)在850°C ±20°C最大析出峰值范围保温1. 0?2. Omin，使VN颗粒大量析出； 4)控制圆钢随后冷却速度为0. 7?0. 95°C/s，使钢中80%以上VN析出相颗粒尺 寸在20?lOOnm范围，即得强韧性提高的中碳V钢。 进一步改进，所述步骤1)中，将钢中范围控制在0. 10%?0. 20% ;所述步骤 2)中，将加热温度控制在1140°C?1190°C，保温30?55min。 再进一步改进，所述步骤1)中，将钢中V、N元素含量范围控制为 :0.10%? 0· 15 %， :0· 0070 % ?0· 0095 % ;或者 :0· 16 % ?0· 20 %， :0· 0096 % ? 0. 0120%。 更进一步改进，所述步骤3)中，将圆钢保温时间控制1. 2?1. 8min。 本专利技术中，由于N元素、V元素以及二者形成的VN化合物分别具有如下作用： N元素原子量14,原子半径0. 8Xl〇-1QM(0原子半径0. 66Xl〇-1QM，N比0原子稍 大），在钢中与Al、Ti、V等元素形成稳定化合物，增加钢的强度（固溶强化、时效强化）。但 钢中N含量不能太高，否则易出现各种缺陷及大块坚硬带棱角氮化物夹杂。 V元素原子量51，大部分均以固溶体存在钢中，其余与钢中0、N、C等元素形成化 合物，其中约有10?20%的V与N形成VN化合物。如钢中 :0. 10%，将与0.0027? 0· 0055 %的N原子（27?55ppm)形成VN化合物。 在钢坯中结晶生产的VN化合物颗粒尺寸很大，随着钢坯加热升温到1100? 1200°C，VN回溶到奥氏体中。在轧制过程及随后冷却时，VN从1KKTC开始在奥氏体中析 出，此时析出的VN相颗粒数量少、直径大，一直到650°C在铁素体中仍有析出。整个析出过 程随着圆钢温度降低，析出相尺寸越来越小；随温度降低，析出颗粒数量：先少一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高中碳V钢强韧性的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：1)冶炼时，添加N元素，即在精炼过程中向钢液吹入N2气，并控制钢中N含量范围在[N]0.0070％～0.0120％，同时使钢中C、V元素含量范围控制在：[C]0.35％～0.65％，[V]0.10％～0.30％；其中[C]、[V]和[N]分别代表C、V和N在钢中的重量百分比浓度；2)加热经冶炼后得到的连铸坯并在1100～1200℃范围保温30～75min，使结晶状态的VN化合物回溶到奥氏体中，随后轧制成圆钢；3)在850℃±20℃最大析出峰值范围保温1.0～2.0min，使VN颗粒大量析出；4)控制圆钢随后冷却速度为0.7～0.95℃/s，使钢中80％以上VN析出相颗粒尺寸在20～100nm范围，即得强韧性提高的中碳V钢。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆丰，许竹桃，陈华强，汪菊华，余爱华，张欢，张青山，黄海玲，黄红明，李献忠，李伟，万升，
申请(专利权)人：武汉钢铁集团公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42