【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钢铁冶金，特别是涉及一种无大颗粒碳氮化铌和硫化锰的非调质钢及其冶炼方法。
技术介绍
1、非调质钢是通过微合金化(钒、钛、铌)、控制轧制和控制冷却等强韧化方法，省略了调质热处理却具有不亚于调质钢力学性能的一类优质结构钢；加入适量的铌可以形成细小的碳氮化铌钉扎在奥氏体晶界上，阻止奥氏体晶粒长大，且固溶铌由于原子半径比铁大，可以产生强烈的拖曳晶界移动的能力，因此铌元素起到细化晶粒和沉淀强化的作用。
2、非调质钢中往往含有0.03-0.07％的硫元素，用以提高非调质钢的机械加工性能，经研究发现，含铌非调质钢连铸生产时铸坯表面经常出现裂纹缺陷，导致含铌非调质钢连铸坯及轧材的裂纹发生率显著增加，产品的探伤合格率下降，铸坯及轧材需经过扒皮后才能消除表面裂纹，对铸坯及轧材解析后发现，含铌非调质钢中裂纹处有大量大颗粒碳氮化铌与硫化物的析出物，碳氮化铌与硫化物相互伴生，耦合存在是裂纹产生的重要原因。
3、含铌非调质钢中大颗粒碳氮化铌与硫化物相互伴生、耦合析出的原因是：由于硫元素和微合金元素铌均为强正偏析元素，极易在凝固前沿富集，碳氮化铌和硫化锰的析出温度相近，分别为1412℃和1417℃，该钢的液相线温度是1479℃，固相线温度为1396℃，碳氮化铌和硫化锰的析出温度属于非调质钢凝固过程的固液两相温度范围区间，在析出过程碳氮化铌和硫化锰相互作为异质形核质点，相互促进形核及生长，最终在奥氏体晶界伴生地耦合析出10μm以上的大颗粒碳氮化铌和硫化锰，大尺寸的带有棱角的碳氮化铌，不但起不到有效的晶粒细化作用，反而破坏钢
4、现有公开号cn107881289的专利提出了一种基于微镁处理与二次冷却协同控制工艺，通过向微合金化钢中加入mg形成细小弥散分布的氧化镁夹杂物，促进氮化钛颗粒在钢液中的弥散析出，随后通过快速冷却控制方式抑制第二相颗粒的快速长大，从而避免其在原奥氏体晶界偏聚析出，提高了晶界强度及微合金化钢铸坯的高温塑性；该专利公开的提高微合金高强钢高温塑性的方法，侧重于优化二次冷却，该专利没有涉及大颗粒碳氮化铌和硫化锰耦合析出的调控。
5、再如，公开号cn111154945b的专利中的铝脱氧含硫非调质钢，由如下质量分数的化学组分组成：c：0.20-0.70％,si：0.20-0.80％,mn：0.80-1.50％,v：0.050-0.350％,ti：0.010-0.050％,n：0.005-0.020％,s：0.030-0.070％,其余为fe，该专利公开的含硫非调质钢通过控制钢中al、mg、o、s含量，使得钢液中形成足量的氮化物有效核心，消除了大尺寸液析氮化物的数量，虽然镁处理技术是目前调控碳氮化钛等析出相的有效措施之一，但该专利没有涉及含铌非调质钢中大颗粒碳氮化铌和硫化锰耦合析出的调控。
6、再如，公开号cn112195305a的专利中的含硫非调质钢，采用冶炼工艺为：转炉或电炉冶炼→lf精炼→vd或rh精炼，在vd或rh精炼后喂入镁包芯线，形成细小的镁铝尖晶石，为铁素体和硫化锰提供异质形核点；该技术主要提供了一种用镁细化含硫非调质钢晶粒度的方法，该专利没有涉及含铌非调质钢中大颗粒碳氮化铌和硫化锰耦合析出的调控。
7、再如，公开号cn113234894b的专利中的含氮双相不锈钢，通过添加铌形成含铌相包裹夹杂物的析出特征，显著改善由夹杂物引起的腐蚀失效问题；该技术着重于对夹杂物的改性，在夹杂物周围形成稳定的钝化膜，该专利没有设计大颗粒碳氮化铌和硫化锰耦合析出的调控。
8、综上所述，现有技术中缺乏消除非调质钢中大颗粒氮化铌和硫化锰的方法，无法有效的避免非调质钢的铸坯表面出现裂纹缺陷。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种无大颗粒碳氮化铌和硫化锰的非调质钢及其冶炼方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够基本消除碳氮化铌与硫化锰的耦合析出而产生的10微米以上大型夹杂物，细小的碳氮化铌可有效钉扎奥氏体晶界，抑制晶粒的长大，提高细化晶粒和沉淀强化效果，防止大颗粒夹杂物导致的材料塑性降低，避免裂纹产生，提高非调质钢的成材率。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、本专利技术提供一种无大颗粒碳氮化铌和硫化锰的非调质钢，包括所述非调质钢成分按质量百分比为：c：0.36～0.52％，mn≤1.3％，si≤0.8％，p≤0.015％，cr≤0.40％，mo≤0.08％，ni≤0.20％，v≤0.03％，ti≤0.03％，n≤0.021％，t.o≤0.0015％，al≤0.05％，nb：0.01～0.05％，s：0.03～0.07％，mg0.0001～0.0050％，以及余量为fe和不可避免的杂质，且上述成分满足：ti/48+nb/93+v/51+al/27＝0.001～0.003。
4、优选的，所述非调质钢成分按质量百分比为：c：0.45～0.48％，mn：1.12～1.20％，si≤0.7％，p≤0.015％，cr≤0.30％，mo≤0.07％，ni≤0.18％，o≤0.0012％，s：0.055～0.065％，nb：0.03～0.04％，n：0.016～0.018％，ti：0.008％，v：0.01％，al：0.03％，mg：0.00015％，以及余量为fe和不可避免的杂质，且满足：ti/48+nb/93+v/51+al/27＝0.0015。
5、优选的，所述非调质钢成分按质量百分比为：c：0.38～0.44％，mn：0.80-0.90％，si≤0.7％，p≤0.015％，cr≤0.20％，mo≤0.03％，ni≤0.05％，o≤0.0010％，s：0.045～0.055％，nb：0.02～0.03％，n：0.015～0.017％，ti：0.005％，v：0.006％，al：0.025％，mg：0.00010％，以及余量为fe和不可避免的杂质，且满足：ti/48+nb/93+v/51+al/27＝0.0009。
6、本专利技术还提供了一种如上所述的无大颗粒碳氮化铌和硫化锰的非调质钢的冶炼方法，包括如下步骤：
7、s1：将铁水依次经过转炉/电炉冶炼、lf精炼和vd/rh真空精炼，得到第一钢液；
8、s2：向对步骤s1得到的第一钢液内添加含镁包芯线，得到第二钢液；
9、s3：利用步骤s2中得到的第二钢液进行连铸。
10、优选的，步骤s1中，转炉/电炉冶炼过程中，铁水经过转炉/电炉初炼，控制出钢温度为1590～1690℃，控制出钢终点：碳含量≥0.10％，p的含量≤0.015％；在出钢过程中先向钢包内依次加入电石、碳粉和铝锭进行脱氧，再进行合金化处理，再加入石灰、精炼渣；
11、步骤s1中，lf精炼过程中，在氮气氛围下进行，并用碳化硅进行渣面脱氧，lf精炼时间大于50min，炉渣碱度4.0～7.0，精炼渣变白后保持30～5本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种无大颗粒碳氮化铌和硫化锰的非调质钢，其特征在于：包括：所述非调质钢成分按质量百分比为：C：0.36～0.52％，Mn≤1.3％，Si≤0.8％，P≤0.015％，Cr≤0.40％，Mo≤0.08％，Ni≤0.20％，V≤0.03％，Ti≤0.03％，N≤0.021％，T.O≤0.0015％，Al≤0.05％，Nb：0.01～0.05％，S：0.03～0.07％，Mg0.0001～0.0050％，以及余量为Fe和不可避免的杂质，且上述成分满足：Ti/48+Nb/93+V/51+Al/27＝0.001～0.003。
2.根据权利要求1所述的无大颗粒碳氮化铌和硫化锰的非调质钢，其特征在于：所述非调质钢成分按质量百分比为：C：0.45～0.48％，Mn：1.12～1.20％，Si≤0.7％，P≤0.015％，Cr≤0.30％，Mo≤0.07％，Ni≤0.18％，O≤0.0012％，S：0.055～0.065％，Nb：0.03～0.04％，N：0.016～0.018％，Ti：0.008％，V：0.01％，Al：0.03％，Mg：0.00015％，以及余量为Fe和不可避免
3.根据权利要求1所述的无大颗粒碳氮化铌和硫化锰的非调质钢，其特征在于：所述非调质钢成分按质量百分比为：C：0.38～0.44％，Mn：0.80-0.90％，Si≤0.7％，P≤0.015％，Cr≤0.20％，Mo≤0.03％，Ni≤0.05％，O≤0.0010％，S：0.045～0.055％，Nb：0.02～0.03％，N：0.015～0.017％，Ti：0.005％，V：0.006％，Al：0.025％，Mg：0.00010％，以及余量为Fe和不可避免的杂质，且满足：Ti/48+Nb/93+V/51+Al/27＝0.0009。
4.一种如权利要求1～3中任意一种所述的无大颗粒碳氮化铌和硫化锰的非调质钢的冶炼方法，其特征在于：包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的无大颗粒碳氮化铌和硫化锰的非调质钢的冶炼方法，其特征在于：步骤S1中，转炉/电炉冶炼过程中，铁水经过转炉/电炉初炼，控制出钢温度为1590～1690℃，控制出钢终点：碳含量≥0.10％，P的含量≤0.015％；在出钢过程中先向钢包内依次加入电石、碳粉和铝锭进行脱氧，再进行合金化处理，再加入石灰、精炼渣；
6.根据权利要求4所述的无大颗粒碳氮化铌和硫化锰的非调质钢的冶炼方法，其特征在于：步骤S2中，含镁包芯线分段间隔喂入第一钢液中，且相邻投喂间隔30秒。
7.根据权利要求6所述的无大颗粒碳氮化铌和硫化锰的非调质钢的冶炼方法，其特征在于：若包芯线喂入量小于200m，则分2次喂入含镁包芯线，每次喂入约一半的量；若包芯线喂入量大于200m，则可分3次喂入含镁包芯线，三次喂入量分别占总喂线长度的1/3。
8.根据权利要求4所述的无大颗粒碳氮化铌和硫化锰的非调质钢的冶炼方法，其特征在于：步骤S2中，含镁包芯线为镁铝包芯线、硅镁包芯线、钝化镁包芯线中的一种。
9.根据权利要求4所述的无大颗粒碳氮化铌和硫化锰的非调质钢的冶炼方法，其特征在于：步骤S2中，含镁包芯线的喂入速度为120～180m/min。
10.根据权利要求4所述的无大颗粒碳氮化铌和硫化锰的非调质钢的冶炼方法，其特征在于：步骤S2中，第一钢液在喂入含镁包芯线前，需要满足原子氧的含量：[O]≤6ppm。
...【技术特征摘要】
1.一种无大颗粒碳氮化铌和硫化锰的非调质钢，其特征在于：包括：所述非调质钢成分按质量百分比为：c：0.36～0.52％，mn≤1.3％，si≤0.8％，p≤0.015％，cr≤0.40％，mo≤0.08％，ni≤0.20％，v≤0.03％，ti≤0.03％，n≤0.021％，t.o≤0.0015％，al≤0.05％，nb：0.01～0.05％，s：0.03～0.07％，mg0.0001～0.0050％，以及余量为fe和不可避免的杂质，且上述成分满足：ti/48+nb/93+v/51+al/27＝0.001～0.003。
2.根据权利要求1所述的无大颗粒碳氮化铌和硫化锰的非调质钢，其特征在于：所述非调质钢成分按质量百分比为：c：0.45～0.48％，mn：1.12～1.20％，si≤0.7％，p≤0.015％，cr≤0.30％，mo≤0.07％，ni≤0.18％，o≤0.0012％，s：0.055～0.065％，nb：0.03～0.04％，n：0.016～0.018％，ti：0.008％，v：0.01％，al：0.03％，mg：0.00015％，以及余量为fe和不可避免的杂质，且满足：ti/48+nb/93+v/51+al/27＝0.0015。
3.根据权利要求1所述的无大颗粒碳氮化铌和硫化锰的非调质钢，其特征在于：所述非调质钢成分按质量百分比为：c：0.38～0.44％，mn：0.80-0.90％，si≤0.7％，p≤0.015％，cr≤0.20％，mo≤0.03％，ni≤0.05％，o≤0.0010％，s：0.045～0.055％，nb：0.02～0.03％，n：0.015～0.017％，ti：0.005％，v：0.006％，al：0.025％，mg：0....
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