高强韧38MnSiV5非调质钢的研制

李业才

(山东钢铁股份有限公司莱芜分公司特钢事业部,山东莱芜271100)



高强韧38MnSiV5非调质钢的研制

李业才

(山东钢铁股份有限公司莱芜分公司特钢事业部,山东莱芜271100)

摘 要:研究了高强韧38MnSi V5非调质钢的设计,以及关键生产工艺技术,检验结果和使用情况表明,该钢综合性能良好,冲击性能优异,扩大了非调质钢的应用领域。

关键词:38MnSiV5;高强韧非调质钢

1 引言

38MnSiV5属于高强韧非调质钢,用于生产发动机曲轴,该钢由于锰和硅含量较高,锻后空冷即可得到F+P组织,抗拉强度达到850MPa以上,综合性能优于48Mn V。

2 钢的设计和主要技术要求

2.1 高强韧性非调质钢设计

非调质钢的主要缺点是其冲击韧性较中碳调质钢低,影响因素主要是奥氏体晶粒大小、铁素体、珠光体数量及细化程度,主要受钢材化学成分和热加工工艺的影响。38MnSiV5是一种中碳铁素体-珠光体型高强韧性非调质钢,在Mn-V非调质钢的基础上加入Ni、N元素改善钢的韧性[1]。

2.2 主要技术要求

2.2.1 化学成分

钢的化学成分应符合表1规定。

2.2.2 钢材氮含量≥120ppm,氧含量≤15ppm。

表1　钢的牌号及熔炼化学成分(％)

2.2.3 力学性能

热轧状态钢材纵向力学性能、布氏硬度应符合表2规定。

表2　力学性能

2.2.4 低倍组织

钢材的横截面酸浸低倍组织试片上不得有目视可见的缩孔、气泡、裂纹、夹杂、翻皮、白点、晶间裂纹。酸浸低倍组织合格级别应符合表3规定。

表3　低倍组织(级)

2.2.5 非金属夹杂物

钢材按照GB/T10561-2005中A法检验非金属夹杂物,合格级别应符合表4规定。

表4　钢的非金属夹杂物(级)

2.2.6 晶粒度

钢材按GB/T6394检验奥氏体晶粒度,晶粒度级别不小于5.0级。

2.2.7 探伤

漏磁探伤执行不低于GB/T12606-1990中规定的圆钢棒对比试样矩形槽N-1.0要求,超声波探伤执行GB/T4162-2008中规定的不低于B级质量等级。

3 工艺设计

3.1 工艺流程

配料(热装铁水)→电炉→LF炉精炼+ VD真空脱气处理→连铸→轧制成材→探伤。

3.2 工艺控制要点

3.2.1 冶炼工艺

电炉控制好终点成分,控制终点[C]≥0.15％,[P]≤0.010％;严格控制出钢温度,出钢时留钢、留渣操作,严禁下氧化渣,钢包内重新造新渣,为精炼创造好的钢水条件。脱碳量大于0.30％,保证熔池良好沸腾,利于夹杂物上浮和气体大量逸出,从而减少低倍缺陷和非金属夹杂。电炉出钢加入钢芯铝和硅锰合金将钢中过饱和的溶解氧脱到一定程度,充分利用出钢过程良好的脱氧动力学条件,减轻精炼过程脱氧负担。

LF精炼工艺具有脱氧、脱硫、去除钢中气体、降低钢中非金属夹杂物、调整温度和成分等方面作用;38MnSiV5非调质钢用于制造发动机曲轴,对钢的纯净度、均匀性要求很高。钢包到LF精炼位,全程吹氩搅拌,造白渣,形成还原性气氛,保持炉渣合适的流动性,白渣保持时间大于20min;按2m/t钢喂入纯Ca线进行夹杂物变性处理,对降低大颗粒夹杂物和改善MnS形态会产生积极影响[2];LF达到精炼出钢温度,根据钢中残余硫含量,喂入硫线后吹氩2min～3min,喂入微氮合金包芯线。

钢水进行真空脱气,控制好精炼渣的流动性和真空温度,真空度小于67Pa下保持12min,VD处理过程中合理控制氩气;破除真空后软吹氩时间不小于15min,提高钢水纯净度。

3.2.2 连铸工艺

连铸采用全程保护浇注,大包保护采用长水口,中间包采用浸入式水口、使用覆盖剂、专用保护渣等材料,以防止钢水二次氧化;采用低过热度浇注,防止柱状晶过快生长,以增加铸坯中的等轴晶,减轻中心疏松和偏析;采用结晶器电磁搅拌;注意过热度和二冷配水量,保证铸坯冷却均匀。

3.2.3 轧制工艺

为使非调质钢的热轧材达到要求的力学性能,在钢的化学成分符合要求的情况下,关键在于合理的热轧工艺制度,如钢坯的加热温度、钢材的终轧温度和轧后冷却速度。对含钒钢,加热炉的均热温度为1 180℃～1 220℃,完全可以保证V化合物充分固溶,为其析出强化创作条件。低的终轧温度可明显提高非调质钢的塑性、韧性,终轧温度控制在850℃～1 000℃。对含钒中碳钢,轧后钢材最佳冷却速度为2℃/s～4℃/s,可保证最佳的析出强化效果[3]。

4 产品实物质量

4.1 化学成分和氮含量

根据50炉统计分析,从表5可以看出,化学成分控制在内控要求范围内且波动范围较窄。统计8炉次,氮的控制水平及收得率情况见表6和图1。

表5　化学成分检验结果(％)

表6　氮的控制水平和收得率

图1　增氮效果图

4.2 力学性能

钢材力学性能检验结果见表7,硬度波动范围稳定,既保证了钢材的强度要求,同时又满足了钢材切削加工性能;强度和塑韧性指标也较好地满足了标准要求,综合性能良好,冲击性能优异。

4.3 低倍组织

钢材的低倍检验结果为一般疏松0～0.5级,中心疏松0.5～1.0级,偏析0～0.5级。低倍组织试片上无目视可见的缩孔、气泡、裂纹、夹杂、翻皮、白点,低倍组织结果符合标准要求。

表7　力学性能检验结果

4.4 非金属夹杂物

钢材非金属夹杂物检验结果见表8,钢中的非金属夹杂物主要为A类,即硫化物夹杂,其余类型夹杂物控制较好,满足了标准要求。

4.5 显微组织

钢材晶粒度为7～8级,晶粒细小,组织均匀。

表8　非金属夹杂物检验结果

4.6 钢的表面和内部质量

控制坯材轧制比,钢的中心疏松不大于1.0级,较好地保证了钢的内部质量,探伤检验合格率达到99.5％以上。

5 结论

(1)通过在Mn V非调质钢基础上,添加Ni、N元素,研制的高强韧性38MnSiV5钢综合性能良好,冲击性能优异,扩大了非调质钢的应用领域。

(2)研究了采用配料(热装铁水)→电炉→LF炉精炼+VD真空脱气处理→连铸→轧制成材→探伤工艺生产38MnSiV5钢的关键技术;采用微氮合金包芯线增氮工艺,稳定了钢中氮的控制水平和收得率;钢的实物质量良好,产品质量完全符合标准要求。

(3)产品使用后表明,钢材强度合适,尺寸稳定性好,切削加工性能优良;应用于制造四缸发动机曲轴,曲轴的各项性能指标和疲劳寿命理想,满足曲轴标准和用户技术要求。

参考文献:

[1] 董成瑞.微合金非调质钢[M].北京:冶金工业出版社,2000:39-43.

[2] 李国忠.钙处理对含0.048～0.065％S中碳结构钢中硫化物的影响[J].特殊钢,2006,27 (3):23-25.

[3] 王赛玉.微量元素及控轧控冷工艺对非调质钢40Mn V冲击性能的影响[J].热加工工艺, 2002,21(4):40-43.

Development of High Strength&Toughness of 38MnSiV5 Non-quenched and Tempered Steel

LI Ye-cai
(Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Laiwu Company Special Steel Division,Laiwe 271100,Shandong,China)

Abstract:In this thesis,the high strength&toughness of 38MnSi V5 non-quenched and tempered steel had been designed,and the key production process had been researched.Through inspection and use,the results showed that the steel had good comprehensive performance,and excellent impact performance.The application field of non-quenched and tempered steel was expanded.

Key words:38MnSiV5;high strength&toughness of non-quenched and tempered steel

作者简介:李业才,工程师,主要从事特殊钢新品种及工艺研发。

文章编号:1001-5108(2016)01-0038-04

中图分类号:TG335

文献标识码:A