专利名称:钢的制作方法
本发明涉及一种具有良好淬透性的连续铸钢。淬硬深度是钢的淬透性的一个度量标准。作为一种标准，淬透层深度规定为由表面到半马氏体层的深度。在这个距离中，结构钢的50%包括马氏体。
由于淬透性的原因，未加入合金元素的和加入合金元素的经过热处理的钢，在淬火之前的奥氏体化的过程中，需要一种大的奥氏体晶粒(美国材料试验标准数值ASTM6或更小的数值)。迄今为止，人们已经通过限制铝的最大含量而获得了这种大的奥氏体晶粒。使用常规方法，铝的最大含量被限制到0.005%;在提高了的奥氏体化温度下，铝的最大含量被限制到0.010%。
迄今为止，由于铸造性能和产品性质的原因，还不能用连续铸造的方法生产出具有良好淬透性的可进行热处理的钢，因为这种连续铸造的工艺方法要求铝的最小含量大于0.010%。这是一个很大的不足，因为在钢铁工业中已经越来越多地使用经济实用的连续铸造工艺。
如果这样的钢完全用铝来脱氧的话，那么形成于奥氏体化过程中的或形成于已经出现的奥氏体中的氮化铝将通过核化或通过阻止奥氏体晶粒的长大而导致晶粒细化。依赖于铝或氮的含量，在通常的大约800℃至860℃的奥氏体化的温度下，在这些钢中将形成一种细的奥氏体晶粒，大大地降低了钢的淬透性。
在钢的含铝量大于0.015%的情况下，比如目前的全铝脱氧钢，则需要950～1050℃之间的奥氏体化温度值来获得一种粗晶粒的奥氏体。由于能量的耗费、技术设备的限制和生成比较厚的氧化皮等原因，不可能考虑这样的奥氏体化温度。
实际上，可热处理的铝脱氧钢中的淬透性的降低可以通过加入合金元素，例如锰或铬来予以补偿，但是这些步骤只能在有条件的限制下进行。确实，除了上述元素的负作用，特别是冷成形性的降低以外，钢的各个性能参数必须根据予先确定的分析规则来提供，不允许偏离这一规则。
本发明的目的是使用令人满意的和经济实用的方法消除铝在钢的淬透性方面的不良影响，提供一种其淬透性得到改善的钢，这种钢是用连续铸造方法生产出来的，价格低廉。
为此，本发明提供了一种钢，它具有0.32%～1.0%的碳，0.20%～3.0%的锰，2.0%以下的硅，最多含0.05%的磷，最多含0.05%的硫，0.002%～0.008%的氮，0.010%～0.10%的铝，其余的成分有铁和不可避免的杂质，其中包括一种添加的成分锆，锆的含量为0.015%～0.08%，锆/氮的比例为7∶1至10∶1，其奥氏体晶粒的尺寸大小为ASTM6或更小的晶粒数值(更大的晶粒体积)。〔按照ASTM(美国材料试验学会)所确定的奥氏体晶粒尺寸，达到ASTM标准E112;也可以参看德国钢铁实验图表1510(German Iron and Steel Test Sheet 1510)〕。
锆是一种对氮具有高亲合力的元素，加入锆防止钢中的氮化铝析出，氮化铝的析出将导致一种细的奥氏体晶粒。可是，加入锆同样引起粗的氮化物甚至在钢的结晶过程中形成。我们意外地发现在通常的大约800℃～860℃的奥氏体化温度下持续10分钟以上，锆/氮的7∶1至10∶1的比例产生出粗大的奥氏体晶粒(ASTM数值2～6)，它相当于一种硅脱氧钢的奥氏体晶粒。加入锆产生显著的淬透性，而与碳的含量无关。
碳的含量最好在0.41%～1.0%，锰的含量为0.20%～2.0%，硅含量在0.5%以下，氮含量为0.002%～0.0065%，铝含量为0.015%～0.08%，以及锆的含量为0.015%～0.065%。当然，可热处理的钢即使在0.20%～1.2%或0.40%～1.0%的较低的锰含量的条件下，也能获得显著的淬透性。
根据本发明所述的可热处理的钢还可以分别加入铬、镍、钼，或加入它们的混合物，即0.05%～3.5%，特别是0.05%～1.5%的铬和/或镍和/或0.05%～0.5%的钼。
然而，为了不对按本发明所述的钢的良好淬透性产生不利的影响，不得含有象铌或钛这样的合金元素，这样的合金元素会在奥氏体中导致一种细化晶粒，并且在淬火过程中，借助于组织中的晶核，在铁素体-珠光体阶段加速奥氏体的转变。
人们已经知道了向合金结构钢中加入锆来改善钢的冷成形性。然而，加入锆对氮化物组织的影响以及因此而对粗化奥氏体晶粒的影响却没有记载《钼的作用》(德文Molybdoen-Dienst)第70卷，1971年1月，第1～8页;《结构钢世界》(德文Baustoehle der Welt)1968年第Ⅱ卷第220～231页，德国莱比锡城的德国基础工业出版社出版(VEB Deutscher Verlag fur Grundstoffindustrie)。
在研究锆对未加入合金元素的结构钢、类似于钢号St52-3的钢的机械性能方面的影响的过程中，在有锆的情况下，随着钢在860℃～900℃(正常化Normalizing)之间的退火，我们观测到游离的氮化铝的数量下降，这是通过晶粒长大之趋势的增长而显示出来的。在860℃～900℃之间退火的试样因此而显示出较粗的细晶粒的成分，这种晶粒中具有较多的锆含量。然而，由于随着结构钢的正火，降低了强度性能，所以这种情况是不可取的。在对那种钢的组织的分析中，就热处理而言，不可能由粗的ZrN构成积极的用途，在研究报告所叙述的内容中也未提出这样的用途《Thyssen Research》(德文Thyssen Forschung)第二年的出版物，1970年第1卷第35～41页。
根据本发明所述的可热处理的钢的主要优点是在分析规则没有本质改变、对机械性能没有不利影响的情况下，将钢的淬透性调节到硅脱氧钢的水平，并且可使用经济实用的连续铸造工艺。
按照本发明所述的铝脱氧以及在可热处理的钢中加入锆的进一步的优点是保证防止时效。传统的热处理的钢具有游离的氮，因此易发生时效。
根据本发明所述的可热处理的钢的生产和因此而获得的奥氏体晶粒尺寸的大小，将通过实施例进行更详细的描述。根据本发明所述的钢也将与不被本发明所包括的可热处理的钢进行比较。
钢A至M是用一种基础的氧气炼钢工艺方法进行熔炼的。表1表示出钢的化学成分和奥氏体晶粒的尺寸，其被确定为对于德国工业标准50601(DIN50601)的淬火晶粒尺寸。本发明包括钢A到H。本发明不包括钢I和J，或钢K和L，或钢M，钢I和J没加入锆，钢K和L含铝量低于0.010%，钢M的Zr/N的比例小于7。
显然，对含铝钢-即可令人满意地进行连续铸造的钢而言，只有那些加入锆成分并且Zr/N比例在7～10之间的钢所具有的奥氏体晶粒的大小才能满足良好的淬透性的要求。
权利要求
1.一种连续铸钢包括0.32%～1.0%的碳，0.20%～3.0%的锰，2.0%以下的硅，最多含0.05%的磷，最多含0.05%的硫，0.002%～0.008%的氮，0.015%～0.08%的锆，0.010%～0.10%的铝，3.5%以下的铬，3.5%以下的镍，和0.5%以下的钼，其余的成分有铁和不可避免的杂质，其特征在于锆与氮的比例是7∶1至10∶1，奥式体晶粒的大小是ASTM6或更粗。
2.按照权利要求
1所述的钢，其特征在于锰的含量为0.20%～1.20%。
3.按照权利要求
2所述的钢，其特征在于锰的含量为0.40%～1.0%。
4.按照权利要求
1所述的钢，其特征在于它包含0.41%～1.0%的碳，0.20%～2.0%的锰，0.5%以下的硅，0.002%～0.0065%的氮，0.015%～0.08%的铝，0.015%～0.065%的锆，3.5%以下的铬，3.5%以下的镍，和0.5%以下的钼。
5.按照权利要求
4所述的钢，其特征在于锰的含量为0.20%～1.20%。
6.按照权利要求
5所述的钢，其特征在于锰的含量为0.40%～1.0%。
7.按照权利要求
1所述的钢，其特征在于它包含0.05%～1.5%的铬和0.05%～1.5%的镍。
8.按照上述任何权利要求
所述的钢，其特征在于这种钢是处于经过淬火和回火的状态。
专利摘要
本发明涉及一种连续铸钢，它具有0.32％～1.0％的碳，0.20％～3.0％的锰，2.0％以下的硅，最多含0.05％的磷，最多含0.05％的硫，0.002％～0.008％的氮，0.010％～0.10％的铝。其余的成分有铁和不可避免的杂质，其中包括有一种含量为0.015％～0.08％的添加成分锆。锆/氮的比例为7∶1到10∶1，奥氏体晶粒的大小是ASTM6或是一个更小的晶粒数值。
文档编号C22C38/00GK87102168SQ87102168
公开日1987年9月16日 申请日期1987年2月15日
发明者赛斯特米尔·兰格, 鲁茨·梅伊尔 申请人:赛森钢股份公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan