一种高强度和表面质量的非调质钢的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强度和表面质量的非调质钢的制备方法，属于冶金领域。一种高强度和表面质量的非调质钢的制备方法，包括保温和轧制的步骤，所述轧制包括再结晶区和未再结晶区两个阶段的轧制，其中，再结晶区轧制：开轧温度为1100～1150℃，终轧温度为950～1000℃；未再结晶区轧制：开轧温度860～900℃，终轧温度800～840℃，轧制后将所得钢材以30℃/s～50℃/s冷却速率冷却至450～650℃进行贝氏体相变，上冷床缓冷至室温。本发明专利技术所述方法极大的节约了能源和生产周期，缩短了生产产线布置，并且精简了后期的热处理炉等设备，减低了生产成本，减少了环境污染。

A Method of Preparing Non-quenched and Tempered Steel with High Strength and Surface Quality

【技术实现步骤摘要】
一种高强度和表面质量的非调质钢的制备方法
本专利技术涉及一种高强度和表面质量的非调质钢的制备方法，属于冶金领域。
技术介绍
随着我国汽车制造业的突飞猛进，自2009年开始一直到十年后的现在，我国保持了世界最大汽车生产国家的地位。虽然伴随着市场逐渐饱和，自2011年至2018年增速由飞速增加到增速放缓，2018年汽车产量2780万辆，在2019年有预测提升甚至可以突破2800万量。在汽车中发动机起着人体中心脏一样的作用，也正是整个汽车的核心所在，曲轴又是发动机里最重要的零部件，它可以在发动机工作状态下连接连杆受力进行转曲运动，将力矩输出转换为动力，由于在一个密闭高温的工况下进行工作，同时会受到转动离心力，空气油气燃烧喷发惯性力等共同作用，所以对于曲轴的强度，刚度，表面质量都有比较高的性能指标要求。在汽车发动机的正常工作中，由于曲轴和连杆进行往复运动，连接件间磨粒或硬质微凸体与材料表面相互作用会产生曲轴的表面磨损。传统的汽车曲轴是用40Cr等调质钢制造的，但是由于低碳钢棒材在较低的切削速度进行加工会出现积屑或者产生鳞刺的现象，从而使加工成型后的曲轴表面粗糙度明显恶化进而影响了最终加工成品的表面质量。在切削刀头与被加工棒材在切削挤压摩擦时使材料表面发生塑性变形和振动情况也会增大粗糙度。传统易切削非调质钢中，S元素含量较大，会降低界面张力，热加工性能降低，容易打滑和产生裂纹。硫化物脆化敏感温度(830～1050℃)，S与钢中的Fe结合生成单质FeS(熔点1190℃)或低熔点共晶混合物FeS+FeO(熔点980℃)，加入Mn元素亲和力比Fe强，可形成MnS(熔点1620℃)，但并不能完全夺走，比例为45：5，因此加热炉中温度应选择高于1200℃使FeS完全融化在表面，由于MnS的存在，经过轧制后往往在钢内形成长条状，容易成为裂纹源，对性能造成不利影响，通过成分改进加入稀土Ce来进行硫化物改性，形成团状或仿锥状，有助于提升钢材的韧性，降低由MnS引发的裂纹情况。非调质钢没有经过调制处理，其力学性能较低，传统的工艺下最终组织为珠光体和铁素体，通过热轧前加入预热处理，热轧后加入超快冷到贝氏体转变温度后等温转变，后进入超快冷却至室温，制备贝氏体铁素体组织非调质钢，提升抗拉强度，硬度等力学性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高强度和表面质量的非调质钢的制备方法以解决上述问题。一种高强度和表面质量的非调质钢的制备方法，包括保温和轧制的步骤，所述轧制包括再结晶区和未再结晶区两个阶段的轧制，其中，再结晶区轧制：开轧温度为1100～1150℃，终轧温度为950～1000℃；未再结晶区轧制：开轧温度860～900℃，终轧温度800～840℃，轧制后将所得钢材以30℃/s～50℃/s冷却速率冷却至450～650℃进行贝氏体相变，上冷床缓冷至室温。所述非调质钢坯料成分按重量百分比：C：0.18～0.22％，Mn：1.80～2.20％，Si：0.35～0.40％，Cr：0.50～0.55％，Ni：0.05～0.08％，V：0.10～0.13％，Nb：0.05～0.08％，Ti：0.013～0.015％，Ce：0.010～0.012％，余量为Fe和不可避免的杂质。本专利技术钢材通过制备工艺得到的最终组织为贝氏体铁素体非调质钢。本专利技术所述高强度和表面质量的非调质钢的制备方法，通过化学成分的改进，在传统成分的非调质钢中加入镧系元素铈，借助稀土元素的独特特性，改变非调质钢中的夹杂物形态，由尺寸较大的短棒状变为尺寸小且弥散分布的圆形析出夹杂物。这种复相组织非调质钢成分按重量百分比：C：0.18～0.22％，Mn：1.80～2.20％，Si：0.35～0.40％，Cr：0.50～0.55％，Ni：0.05～0.08％，V：0.10～0.13％,，Nb：0.05～0.08％,，Ti：0.013～0.015％，Ce：0.010～0.012％，余量为Fe和不可避免的杂质。具体地，在冶炼过程中，在钢中加入0.010～0.012％的Ce，通过稀土改性形成复合型包裹夹杂，使MnS的形态得到有效改善，对比原始的径宽比减小，形成圆形或纺锤形。当控制析出尺寸在一定程度后，还能成为后期冷却过程中，贝氏体等温相变时针状铁素体的形核质点。本专利技术所述高强度和表面质量的非调质钢的制备方法，在再结晶区轧制开轧温度为1100～1150℃，终轧温度为950～1000℃，未再结晶区轧制开轧温度860～900℃终轧温度800～840℃，30℃/s～50℃/s水冷至450～650℃，上冷床在保温罩的保护下进行贝氏体转变后下冷床后空冷至室温，最终获得贝氏体铁素体组织非调质钢。本专利技术所述高强度和表面质量的非调质钢的制备方法中，所述轧制前的保温步骤为：将坯料放入加热炉内加热至1200～1300℃，保温2.5～3h。将方形坯料加热至1200～1300℃保温2.5～3h，避开了硫化物脆化敏感温度，单质FeS(熔点1190℃)或低熔点共晶混合物FeS+FeO(熔点980℃)，加入Mn元素亲和力比Fe强，可形成MnS(熔点1620℃)，但Mn并不能完全夺走FeS中的S，大概还剩下不到10％的S仍然会与Fe结合，因此加热炉中温度应选择高于1200℃使FeS完全融化在表面。进一步地，所述轧制步骤共进行5道次轧制，其中，前3道次为再结晶区轧制，压下率分别为25％，30％，35％；后2道次为未再结晶区轧制，压下率分别为40％和30％。更进一步地，再结晶区轧制：轧制3道次，压下率分别为25％，30％，35％，开轧温度为1100～1150℃，终轧温度为950～1000℃。更进一步地，未再结晶区轧制：轧制2道次，压下率分别为40％和30％，开轧温度860～900℃，终轧温度800～840℃。更进一步地，轧制后将所得坯料以30℃/s～50℃/s冷却速率冷却至450～650℃进行贝氏体相变，上冷床以1℃～3℃/s冷速冷却至室温。进一步地，在保温后，轧制前包括去皮的步骤：将保温后的坯料在轧制前加入除磷设备借助水压将表面氧化铁皮去除。在加热炉后加入除磷设备，采用上下均匀喷射在铸坯上，有效的借用水的打击力去除掉加热过程中的氧化铁皮，防止热轧过程中氧化铁皮压入表面形成麻坑，造成表面质量下降。并且降低铸坯表面的温度，形成芯表温差，在初轧机较大变形参数下，促进芯部变形增加，有效减轻疏松缩孔等缺陷，使组织更加均匀。进一步地，本专利技术所述除磷设备为高压水除磷设备，可商业购得，优选其设备长度2～3m，设备水量1000～1500m3/hr；冷却喷嘴沿轧向15～20°，分布间距400mm。本专利技术一个优选的技术方案为：一种高强度和表面质量的非调质钢的制备方法，在真空电感应炉内进行冶炼成铸锭后锻造成方形坯，将坯料放入加热炉内加热至1200～1300℃，保温2.5～3h后，在热轧前加入除磷设备借助水压将表面氧化铁皮去除，送入粗轧机组进行轧制，再结晶区轧制开轧温度为1100～1150℃，终轧温度为950～1000℃，未再结晶区轧制开轧温度860～900℃终轧温度800～840℃，进入超快速冷却装置将钢快速冷却至450～650℃进行贝氏体相变，上冷床1℃～3℃/s冷速冷却至室温，其中，非调质钢坯料成分按重量百分比：C：0.18～0.22％，M本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度和表面质量的非调质钢的制备方法，其特征在于：包括保温和轧制的步骤，所述轧制包括再结晶区和未再结晶区两个阶段的轧制，其中，再结晶区轧制：开轧温度为1100～1150℃，终轧温度为950～1000℃；未再结晶区轧制：开轧温度860～900℃，终轧温度800～840℃，轧制后将所得钢材以30℃/s～50℃/s冷却速率冷却至450～650℃进行贝氏体相变，上冷床缓冷至室温。所述非调质钢坯料成分按重量百分比：C：0.18～0.22％，Mn：1.80～2.20％，Si：0.35～0.40％，Cr：0.50～0.55％，Ni：0.05～0.08％，V：0.10～0.13％，Nb：0.05～0.08％，Ti：0.013～0.015％，Ce：0.010～0.012％，余量为Fe和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种高强度和表面质量的非调质钢的制备方法，其特征在于：包括保温和轧制的步骤，所述轧制包括再结晶区和未再结晶区两个阶段的轧制，其中，再结晶区轧制：开轧温度为1100～1150℃，终轧温度为950～1000℃；未再结晶区轧制：开轧温度860～900℃，终轧温度800～840℃，轧制后将所得钢材以30℃/s～50℃/s冷却速率冷却至450～650℃进行贝氏体相变，上冷床缓冷至室温。所述非调质钢坯料成分按重量百分比：C：0.18～0.22％，Mn：1.80～2.20％，Si：0.35～0.40％，Cr：0.50～0.55％，Ni：0.05～0.08％，V：0.10～0.13％，Nb：0.05～0.08％，Ti：0.013～0.015％，Ce：0.010～0.012％，余量为Fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宪明，杨洋，董春宇，韩怀宾，赵晓宇，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21