高强韧性非调质钢盘条及其制备方法与流程

本发明涉及一种非调质钢，尤其是一种高强韧性非调质钢盘条及其制备方法。

背景技术：

汽车转向系统零部件（如球头销等）在服役过程中往往承受一定的碰撞和冲击载荷，因此要求其需要同时具备较高的强度和冲击韧性，目前主要使用45#钢或40Cr经调质处理工艺加工而成，生产成本较高，且调质处理过程易产生变形、开裂、脱碳等缺陷。

非调质钢是一种省略调质处理工艺的新型节能绿色环保材料，通过微合金化使盘条的抗拉强度提高从而达到省略后续调质热处理的目的，但强度增加的同时往往会使冲击韧性降低，因此需对控轧控冷工艺进行合理优化，使盘条保持高强度的同时提高其韧性。目前国内外厂家都在积极开发非调质钢，但主要针对板材和棒材，而针对盘条的报道较少，尤其鲜有针对汽车转向系统零部件而开发的具有高强韧性的非调质钢的报道。

公告号CN1332054C公布了《一种非调质碳素结构钢及其制造方法》，其在45#钢基础上通过添加V等微合金元素及控轧控冷工艺改善非调质钢的强度有余而韧性不足的问题，其轧制产品为棒材，抗拉强度690～760MPa，冲击韧性值为43～53J，冲击韧性仍然偏低。

公布号为CN104593671A公开了《一种适用于复合锻造成型的高强韧性非调质钢》，该非调质钢的锻件具有较高的强度和韧性，但其化学成分中添加了Nb和稀土等贵金属元素，会造成成本增加；且其主要是通过复合锻造成型工艺加工成锻件，工艺较为复杂。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种高强度的高强韧性非调质钢盘条；本发明还提供了一种高强韧性非调质钢盘条的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明化学成分的重量百分含量为：C 0.22～0.31%，Mn 1.20～1.55%，Si 0.25～0.70%，P≤0.015%，S≤0.015%，Cr 0.10～0.40%，V 0.05～0.20%，Ti 0.010～0.050%，N 0.010～0.025%，Al 0.010～0.050%，Cu≤0.25%，Ni≤0.20%，Mo≤0.10%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

本发明所述盘条的规格为φ15～25mm。

本发明成分设计原理为：采用0.22%及以上的碳可以获得较高的强度，但为避免恶化钢的韧性，将碳含量的上限控制在0.31%。锰具有较强的固溶强化效果，可以提高钢的强度和韧性；但当锰含量过高时，会加剧钢的偏析，使盘条的铁素体-珠光体带状加重，恶化韧性，因此锰含量控制在1.20～1.55%。硅可起到固溶强化效果，并可使晶粒细化，有利于提高韧性；但硅过高不利于冷镦成型，因此适当添加硅，其成分范围为0.25～0.70%。钒、钛在钢中主要与碳、氮结合形成细小的碳氮化物，起到细晶强化和析出强化的目的，为了保证其析出效果，钢中加入适量的氮。钢中添加少量的硫可改善钢的切削性能，同时硫与锰结合形成硫化锰夹杂物易促进晶内铁素体的析出，从而细化晶粒和减轻带状偏析，可起到改善韧性的目的。铝在钢中主要与氮结合形成AlN，可起到细化晶粒改善韧性的目的。铬可细化珠光体片层间距，提高钢的强度，可适当添加。P偏聚在晶界会降低钢的韧性，应尽可能控制得低一些。

本发明方法包括加热、轧制和冷却工序，所述盘条化学成分的重量百分含量如上所述。

本发明方法所述加热工序：钢坯加热至1120～1200℃，在炉时间80～130min，残氧量≤2%。

本发明方法所述轧制工序：进精轧温度800～850℃，卷取温度780～830℃。

本发明方法所述冷却工序：轧制工序所得盘条先以2～8℃/s的速度冷却至550～650℃，再以0.5～3℃/s的速度冷却。

本发明方法的工艺原理为：加热温度的设定应充分考虑微合金元素的固溶和奥氏体组织的均匀化，因此将加热温度设定为1120～1200℃；同时为了避免奥氏体晶粒过于粗大和脱碳层的增加，需严格控制钢坯在炉时间为80～130min，控制残氧量≤2%。采取较低的轧制变形温度和较低的吐丝温度，可使奥氏体晶粒得到充分细化。冷却工艺中采取先适当快冷后慢冷的工艺设计，主要也是控制晶粒的长大，减轻铁素体-珠光体带状偏析，同时避免出现异常淬火组织而造成强度过高恶化冷加工性能。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明具有高强度和高冲击韧性，能够满足汽车转向系统零部件的需求。

本发明方法所得盘条的微观组织由铁素体+珠光体组成，晶粒度大于7级，抗拉强度750～850MPa，面缩≥40%，冲击韧性AkV≥110J；具有较高的强度和冲击韧性，可满足下游客户生产汽车转向系统零部件的要求；同时省略了调质处理，降低了生产制造成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的冲击断口宏观形貌图；

图2是本发明的冲击断口微观形貌图；

图3是本发明的横截面金相组织图；

图4是本发明的纵截面带状组织图。

具体实施方式

实施例1：本高强韧性非调质钢盘条采用下述方法制备而成。

（1）冶炼和连铸工序：冶炼钢水并连铸成钢坯，其成分按重量百分比为：C 0.29%，Mn 1.48%，Si 0.55%，P 0.011%，S 0.010%，Cr 0.18%，V 0.05%，Ti 0.025%，N 0.018%，Al 0.023%，Cu 0.05%，Ni 0.02%，Mo 0.01%，其余为铁和不可避免的杂质元素。

（2）加热工序：将钢坯在加热炉中加热，加热温度1160℃，残氧量0.5%，在炉时间100min。

（3）轧制工序：钢坯经高速轧制成盘条，进精轧温度820℃，卷取温度800℃。

（4）冷却工序：盘条进入冷却辊道，先以4℃/s的速度冷却到650℃，再以1.5℃/s的速度进行冷却。

本实施例所得Φ15mm规格的非调质钢盘条的组织为铁素体+珠光体，晶粒度8.5级，抗拉强度850MPa，面缩50%，冲击韧性AkV值为130J。图1－4分别为所得盘条的冲击断口宏观形貌、冲击断口微观形貌、横截面金相组织和纵截面带状组织，由图可见，采用本方法生产的盘条具有较细的组织晶粒和较轻的带状偏析，冲击断口发暗，为典型的塑性断口，微观断口形貌呈韧窝状；良好的组织特征保证了盘条具有高的强韧性。

实施例2：本高强韧性非调质钢盘条采用下述方法制备而成。

（1）冶炼和连铸工序：冶炼钢水并连铸成钢坯，其成分按重量百分比为：C 0.27%，Mn 1.35%，Si 0.49%，P 0.008%，S 0.005%，Cr 0.15%，V 0.10%，Ti 0.030%，N 0.012%，Al 0.050%，Cu 0.05%，Ni 0.02%，Mo 0.03%，其余为铁和不可避免的杂质元素。

（2）加热工序：将钢坯在加热炉中加热，加热温度1140℃，残氧量0.8%，在炉时间100min。

（3）轧制工序：钢坯经高速轧制成盘条，进精轧温度810℃，卷取温度810℃。

（4）冷却工序：盘条进入冷却辊道，先以5℃/s的速度冷却到 600℃，再以2.5℃/s的速度进行冷却。

本实施例所得Φ18mm规格的非调质钢盘条的组织为铁素体+珠光体，晶粒度9级，抗拉强度820MPa，面缩56%，冲击韧性AkV值为125J。

实施例3：本高强韧性非调质钢盘条采用下述方法制备而成。

（1）冶炼和连铸工序：冶炼钢水并连铸成钢坯，其成分按重量百分比为：C 0.31%，Mn 1.20%，Si 0.25%，P 0.010%，S 0.015%，Cr 0.10%，V 0.13%，Ti 0.010%，N 0.010%，Al 0.010%，Cu 0.07%，Ni 0.03%，Mo 0.02%，其余为铁和不可避免的杂质元素。

（2）加热工序：将钢坯在加热炉中加热，加热温度1120℃，残氧量2%，在炉时间130min。

（3）轧制工序：钢坯经高速轧制成盘条，进精轧温度800℃，卷取温度780℃。

（4）冷却工序：盘条进入冷却辊道，先以8℃/s的速度冷却到 550℃，再以3℃/s的速度进行冷却。

本实施例所得Φ20mm规格的非调质钢盘条的组织为铁素体+珠光体，晶粒度9级，抗拉强度825MPa，面缩52%，冲击韧性AkV值为132J。

实施例4：本高强韧性非调质钢盘条采用下述方法制备而成。

（1）冶炼和连铸工序：冶炼钢水并连铸成钢坯，其成分按重量百分比为：C 0.26%，Mn 1.50%，Si 0.70%，P 0.015%，S 0.011%，Cr 0.25%，V 0.15%，Ti 0.020%，N 0.015%，Al 0.025%，Cu 0.10%，Ni 0.05%，Mo 0.03%，其余为铁和不可避免的杂质元素。

（2）加热工序：将钢坯在加热炉中加热，加热温度1180℃，残氧量1.6%，在炉时间115min。

（3）轧制工序：钢坯经高速轧制成盘条，进精轧温度840℃，卷取温度820℃。

（4）冷却工序：盘条进入冷却辊道，先以3℃/s的速度冷却到 600℃，再以1℃/s的速度进行冷却。

本实施例所得Φ22mm规格的非调质钢盘条的组织为铁素体+珠光体，晶粒度8.5级，抗拉强度780MPa，面缩45%，冲击韧性AkV值为121J。

实施例5：本高强韧性非调质钢盘条采用下述方法制备而成。

（1）冶炼和连铸工序：冶炼钢水并连铸成钢坯，其成分按重量百分比为：C 0.22%，Mn 1.55%，Si 0.60%，P 0.011%，S 0.012%，Cr 0.40%，V 0.20%，Ti 0.050%，N 0.025%，Al 0.035%，Cu 0.25%，Ni 0.20%，Mo 0.10%，其余为铁和不可避免的杂质元素。

（2）加热工序：将钢坯在加热炉中加热，加热温度1200℃，残氧量1.1%，在炉时间80min。

（3）轧制工序：钢坯经高速轧制成盘条，进精轧温度850℃，卷取温度830℃。

（4）冷却工序：盘条进入冷却辊道，先以2℃/s的速度冷却到 600℃，再以0.5℃/s的速度进行冷却。

本实施例所得Φ25mm规格的非调质钢盘条的组织为铁素体+珠光体，晶粒度8级，抗拉强度750MPa，面缩58%，冲击韧性AkV值为110J。