一种屈服强度500MPa级稀土非调质易切削热轧圆钢的制备方法

摘要

本发明公开了一种屈服强度500MPa级稀土非调质易切削热轧圆钢的制备方法，其化学成分质量百分比为：C：0.25‑0.27％，Mn：1.40‑1.50％，Si：0.55‑0.65％，V：0.09‑0.11％，N：0.012‑0.017％，Ti：0.03‑0.06％，P：0.010‑0.014％，S：0.03‑0.06％，Al:0.03‑0.05％,RE:0.002‑0.004％；包括炼钢工艺和轧钢工艺流程。本发明制备的直径为50‑120mm的圆钢的屈服强度≥500MPa，抗拉强度≥750MPa，面缩率≥45，延伸率≥18，室温冲击功Akv2≥34J，表面硬度HB210‑240。

说明书

技术领域

本发明涉及材料冶金领域，尤其涉及一种屈服强度500MPa级稀土非调质易切削热轧圆钢。

背景技术

非调质钢开发的主要动力是使其成本大幅度降低。它包括如下几个方面:①非调质钢是在中碳钢中添加少量的微合金化元素，通过析出强化来满足其强度要求。它不需要提高淬透性的铬、钼等贵重合金元素,合金成本明显降低；②取消了调质热处理工艺，节约能源；③非调质钢最终得到铁素体—珠光体组织，它比回火马氏体组织更容易切削加工，改善了切削加工性能,大幅度减少了工件的加工费用。目前，在机械、汽车等行业，非调质钢代替传统的调质钢已经获得了广泛的应用。

经检索，公开号为CN108118238A的文献，一种抑制非调质钢轧材产品剩磁值的方法。提供了非调质钢35MnZsiV、44MnS2钢轧材产品剩磁值的方法，通过控制AS含量小于25ppm的铁水以及AS含量小于30ppm的辅料，即可制得残余AS含量小于65ppm的中碳非调质钢轧材，进而使得中碳非调质钢轧材产品端部的剩磁值控制在20Gs以内，但是，在实际生产中不易控制，造成生产成本增加。

经检索，公开号为CN107287504的文献，含硫、碲的中碳易切削非调质钢及其生产工艺方法。该非调质钢主要成分为：C:0.35～0.50％，Si:0.10～0.80％，Mn:0.75～1.60％，P≤0.03％，S:0.02～0.08％，Mo:0～0.08％，Nb:0～0.025％，V:0.02～0.12％，N：0.012～0.016％，Te:0.02～0.08％，Ca:0.001～0.003％，余量为铁及不可避免的杂质。其合金元素较多，靠合金提高非调质的性能，增加了生产制造成本。

经检索，公开号为CN109295391的文献，一种高强韧性非调质钢及其制备方法。高强韧性非调质钢的组成按质量百分比为：C：0.23～0.27％；Si：0.22～0.35％；Mn：1.81～1.90％；Cr：0.50～0.55％；S：0.045-0.06％；P：≤0.02％；V：0.11～0.14％；N：0.025～0.040％，其余为铁和不可避免的杂质。其Mn元素含量过高，强度增加韧塑性下降不易后续加工。

针对以上专利文献中的不足之处，本发明利用微合金化生产一种屈服强度500MPa级稀土非调质易切削热轧圆钢。

发明内容

本发明的目的是提供一种屈服强度500MPa级稀土非调质易切削热轧圆钢的制备方法，轧制成直径为50-120mm的圆钢，其屈服强度≥500MPa；抗拉强度≥750MPa；面缩率≥45；延伸率≥18；室温冲击功Akv2≥34J；表面硬度HB210-240。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种屈服强度500MPa级稀土非调质易切削热轧圆钢，其化学成分质量百分比为：C：0.25-0.27％，Mn：1.40-1.50％，Si：0.55-0.65％，V：0.09-0.11％，N：0.012-0.017％，Ti：0.03-0.06％，P：0.010-0.014％，S：0.03-0.06％，Al:0.03-0.05％,RE:0.002-0.004％，其余为铁和不可避免的微量的化学元素；

其炼钢工艺流程为：转炉—炉外精炼—VD真空处理—连铸；其轧钢工艺流程：铸坯加热—高压水除磷—Ф850mm开坯机—Ф700mm×3+Ф550mm×4连轧机组轧制—锯切—缓冷—无损检测—堆垛—检查—修磨—打捆—入库—发货；其中轧制工艺中控制的技术参数为：加热温度1150—1250℃，加热时间≥4小时；开轧温度≤1050℃；终轧温度≤840℃；缓冷时间≥48小时。

进一步的，其化学成分质量百分比为：C：0.27％，Mn：1.47％，Si：0.65％，V：0.11％，N：0.016％，Ti：0.03％，P：0.012％，S：0.06％，Al:0.04％,RE:0.012％，其余为铁和不可避免的微量的化学元素。

进一步的，其化学成分质量百分比为：C：0.26％，Mn：1.45％，Si：0.67％，V：0.10％，N：0.015％，Ti：0.03％，P：0.012％，S：0.05％，Al:0.03％,RE:0.015％，其余为铁和不可避免的微量的化学元素。

进一步的，其化学成分质量百分比为：C：0.27％，Mn：1.49％，Si：0.66％，V：0.09％，N：0.014％，Ti：0.04％，P：0.013％，S：0.06％，Al:0.04％,RE:0.014％，其余为铁和不可避免的微量的化学元素。

本发明主要化学成分限定理由如下：

C：C是提高钢材强度最有效的元素，C含量的增加钢的抗拉强度和屈服强度随之提高，但延伸率和冲击韧性下降，耐腐蚀能力也会下降，而且钢材的焊接热影响区还会出现淬硬现象，导致焊接冷裂纹的产生。为保证圆钢获得良好的综合性能，本发明钢C元素含量设计为0.25-0.27％。

Mn：Mn是重要的强韧化元素，且成本低廉，随着锰含量的增加，钢的强度明显提升，改善钢的加工性能，而韧脆转变温度几乎不发生变化。但锰含量过高，会抑制铁素体的转变，影响钢的屈服强度，不利于屈强比的控制。本发明钢的Mn元素含量设计为1.40-1.50％。

Si：Si能够提高钢的强度，通过增加Si元素，能够在一定程度上提高钢的强度，但是随着Si的质量百分比的进一步增加，容易造成钢中生成马氏体组织，因此，本发明所述的一种500MPa级稀土非调质易切削热轧圆钢对Si的质量百分比控制在0.55-0.65％。

V：V是重要的析出强化元素，加入0.1wt％左右的V，在不影响塑韧性的情况下，在铁素体和奥氏体中的析出物，较大地提高了材料的强度，V含量过低其强化效果不明显。当添加V的质量百分比高于0.15％时增加了成本，而对钢的性能提升效果不大，因此，在本发明所述的一种500MPa级稀土非调质易切削热轧圆钢中，V的控制的质量百分比为0.09-0.11％。

Ti：钢中添加Ti元素形成的TiN或Ti(N、C)，由于熔点较高，是稳定的第二相粒子，能够阻止奥氏体再结晶时的晶粒长大，起到细化晶粒的作用。当Ti的质量百分比低于0.01％时，在锻造过程中抑制晶粒长大的作用不是很明显，当Ti的质量百分比超过0.18％时，在晶界上析出的粒子过多，弱化了晶界，降低了材料的韧性，因此，在本发明所述的一种500MPa级稀土非调质易切削热轧圆钢中对Ti的质量百分比控制在0.03-0.06％。

N：N与合金元素V、Ti等易生产氮化物或氮碳化物，将晶粒细化，进而通过析出强化来提高钢的强韧性；另一方面，钢中的N的质量百分比过高，则容易产生空隙缺陷。根据N对本发明所述的一种500MPa级稀土非调质易切削热轧圆钢中N的质量百分比限定在0.012-0.017％。

S：S是热脆性和易切削加工性元素，已知切削加工性能随着硫的质量百分比的增加而改善，但是热加工性随着硫含量的增加而变差，因此，S的质量百分比不宜过多，控制S的质量百分比上限在0.065％以下。此外，当硫的质量百分比低于0.025％时，其切削性又无法体现。因此，本发明所述的一种500MPa级稀土非调质易切削热轧圆钢中S的质量百分比限定在0.03-0.06％。

RE:RE在钢中有净化和明显的变质知用。钢的洁净度不断提高，稀土元素的微合金化作用日益突出。稀土的微合金化包括微量稀土元素的固溶强化、稀土元素与其他溶质元素和化合物的交互作用、稀土元素的存在状态(原子、夹杂物或化合物)、大小、形态和分布，特别是在晶界的偏聚以及稀土对钢表面和基体组织结构的影响。因此，本发明所述的一种500MPa级稀土非调质易切削热轧圆钢中RE的质量百分比限定在0.002-0.004％。

本发明创新点在于合理控制C元素的含量，采用V、Ti等合金元素强化，利用N与合金元素V、Ti等易生产氮化物或氮碳化物，将晶粒细化，进而通过析出强化来提高钢的强韧性，通过RE元素能对夹杂物变性的影响，改变硫化物的形态，提高钢材的韧性。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

1)采用VN合金冶炼，不仅提高了非调质易切削钢的强度，而且节约了V合金的消耗量，可以降低成本。

2)添加微量的Ti、Al等固N元素，与N形成TiN、AlN等化合物用于控制奥氏体晶粒长大的技术已在非调质钢中广泛应用。大量实验结果表明，氮对提高TiN、AlN颗粒钉扎奥氏体晶界的效果起关键作用。

3)添加微量的稀土元素，利用稀土元素对夹杂物变性的影响，改变硫化物的形态，提高钢材的韧性。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明作进一步的说明，实施例仅用于解释的目的，本发明保护范围不限于本实施例。

下面对本发明作进一步的描述：

表1为本发明各实施例的化学成分及重量百分比含量列表，

表2为本发明各实施例力学、韧性等检测结果列表。

表1各实施例的化学成分及重量百分比含量

表2各实施例力学、韧性等检测结果

通过表1、2数据可以看出：本发明一种500MPa级稀土非调质易切削热轧圆钢，通过VN合金化及稀土微合金化其性能满足技术要求。其化学成分简单，针对500MPa级非调质易切削刚的生产具有控制简单、制造成本低、可操作性强等优点。其轧制成直径为50-120mm的圆钢，其屈服强度≥500MPa；抗拉强度≥750MPa；面缩率≥45；延伸率≥18；室温冲击功Akv2≥34J；表面硬度HB210-240

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。