一种优异低温冲击韧性非调质钢及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种优异低温冲击韧性非调质钢及其生产方法，非调质钢的化学成分及其质量百分数为：

【技术实现步骤摘要】
一种优异低温冲击韧性非调质钢及其制备方法


[0001]本专利技术属于钢铁材料制造
，特别涉及一种优异低温冲击韧性非调质钢及其制备方法
。

技术介绍

[0002]传统的机械结构钢有着良好的强度
、
塑性和韧性配合，但其采用的调质处理（淬火
+
高温回火）耗能巨大，不符合目前低碳环保
、
节约成本的发展理念
。
目前国内铁素体
‑
珠光体型非调质钢已在发动机曲轴和连杆等零部件上成功实现了批量应用，但在转向节
、
半轴
、
稳定杆
、
新能源汽车电机轴等安全部件上进一步推广应用受阻，面临的主要问题是如何在控制合金成本的前提下提升
、
稳定住强韧性，特别在低温等极端服役环境下，提高其冲击韧性
。
一般的非调质钢
‑
20℃
时
V
口冲击功
<10J
，难以满足需求
。
因此，在保证高强度的前提下，提升低温韧性将有助于非调质钢的推广应用
。
[0003]当前非调质钢含碳量通常在
0.3
～
0.5wt%C
，钢中添加
V、Nb、Ti
等微合金化元素，结合控制轧制（锻造）和控制冷却工艺细化晶粒，同时在铁素体和珠光体的微观组织中得到弥散析出的碳氮化物作为强化相，获得与调质钢相近的力学性能
。
但是，非调质钢通过添加合金元素提高强韧性会带来成本的提高
。
有鉴于此，本专利技术设计制造了一种仅含
V、Nb、N
等少量微合金元素的非调质钢，在确保其强韧性的同时控制成本
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种具有优异低温冲击韧性的非调质钢及其制备方法，通过调整钢板成分以及制备工艺，使最终得到的非调质钢在
‑
28℃
的
V
口冲击功达到
27J
以上，同时在低合金含量的基础上控制成本
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的所采取的技术方案是：一种优异低温冲击韧性非调质钢，其化学成分及其质量百分数为：
C
：
0.23
～
0.28%
，
Si
：
0.25
～
0.50%
，
Mn
：
1.20
～
1.60%
，
V
：
0.08
～
0.20wt%
，
Nb
：
0.016
～
0.020%
，
N
：
0.01
～
0.02%
，
P≤0.025%
，
S≤0.015%
，余量为
Fe
以及不可避免的杂质
。
[0006]本专利技术通过调整非调质钢的元素组成，使最终所得到的中碳珠光体
‑
铁素体型非调质钢在
‑
28℃
的
V
口冲击功能达到
27J
以上
。
[0007]本专利技术所述钢板成分中各元素作用如下：
C
对钢的强度
、
硬度影响最大，但要控制含量，否则会严重影响钢的塑
、
韧性
。
非调质钢的碳含量一般不允许超过
0.5%
，过低的碳含量会造成钢的力学强度不足，因此设计钢的
C
添加量为
0.20
～
0.32%
，优选为
0.23
～
0.28%。
[0008]Mn
是非调质钢的最主要元素之一，其具有较强的固溶强化效果，可降低钢的相变温度，减缓奥氏体向珠光体的转变速度，提升淬透性并细化晶粒，钢中添加适量的
Mn
，对非调质钢的强度和韧性均起有利的作用
。
但应注意的是，
Mn
含量不宜过高，否则会在淬火组织中产生贝氏体而恶化钢的塑
、
韧性，中碳非调质钢的
Mn
含量一般不超过
1.5%
，因此设计钢的
Mn
添加量为
1.00
～
1.80%
，优选为
1.20
～
1.60%。
[0009]Si
在钢中全部以固溶体的形式存在，具有较强的固溶强化效果，是重要的铁素体强化元素，较高含量的
Si
元素可以提高铁素体含量，同时细化晶粒提高韧性
。
但过量的
Si
会使
C
的活性增加，促进轧制过程中脱碳的发生，进而严重降低钢的韧性，因此设计钢的
Si
添加量为
0.25
～
0.50%。
[0010]V
在钢中的析出温度较低，主要在奥氏体向铁素体转变过程中的相间析出和在铁素体中析出，通过沉淀硬化提高钢的强度
。V
高效的强化作用为非调质钢的高强化提供了基本保证，但过高的
V
将恶化韧性
。
因此设计
V
添加量为
0.08
～
0.20%。
[0011]Nb
在钢中主要以固溶态和析出态两种形式存在，固溶态
Nb
元素可以提高钢的淬透性，扩大铁素体
‑
珠光体相变发生的温度区间和冷速范围
。Nb(C, N)
的析出也会细化奥氏体晶粒，同时促进
V(C, N)
在晶界及位错上弥散析出，有利于韧性的改善
。Nb(C, N)
析出相可在阻碍奥氏体晶粒粗化，同时细化珠光体片层间距等方面来强化非调质钢，也可以诱导晶内铁素体形核来细化晶粒
。
[0012]N
在含钒钢中能促进钒的析出，增强钒的沉淀强化作用，明显提高非调质钢的强度
。
利用廉价的氮元素，提质钢的强韧性，是非常有效的降低成本方法
。
本专利技术设计钢添加量为
0.01
～
0.02%。
[0013]本专利技术所述优异低温冲击韧性非调质钢的制备方法，包括按配方量得到铸坯
、
铸坯加热和控轧控冷
。
[0014]进一步地，本专利技术所述按配方量得到铸坯具体位置：按照配方量进行转炉冶炼
、LF
钢包精炼
、VD
真空精炼与连铸；其中所述转炉冶炼过程中添加
V、Nb
元素；所述
VD
真空精炼过程中添加<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种优异低温冲击韧性非调质钢，其特征在于，所述非调质钢的化学成分及其质量百分数为：
C
：
0.23
～
0.28%
，
Si
：
0.25
～
0.50%
，
Mn
：
1.20
～
1.60%
，
V
：
0.08
～
0.20%
，
Nb
：
0.016
～
0.020%
，
N
：
0.01
～
0.02%
，
P≤0.025%
，
S≤0.015%
，余量为
Fe
以及不可避免的杂质
。2.
根据权利要求1所的一种优异低温冲击韧性非调质钢，其特征在于，所述非调质钢抗拉强度高于
700MPa
，屈服强度高于
500MPa
，伸长率高于
15%
，断面收缩率高于
35%
，
‑
28℃
时
V
口冲击功达到
27J
以上
。3.
一种基于权利要求1所述优异低温冲击韧性非调质的制备方法，其特征在于，包括按配方量得到铸坯
、
铸坯加热
、
控轧控冷
。4.
如权利要求3所述的一种优异低温冲击韧性非调质的制备方法，其特征在于，所述按配方量得到铸坯具体为：按照配方量进行转炉冶炼
、LF
钢包精炼
、VD
真空精炼与连铸...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄永建，孙晓明，宋仁伯，张朝磊，戴观文，郝彦英，刘献达，刘运娜，张晓辉，孙笠灿，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：