一种替代42CrMoA的非调质钢及其制备方法与流程

本发明属于炼钢，尤其涉及一种替代42crmoa的非调质钢及其制备方法。

背景技术：

1、非调质钢是“非调质钢中(低)碳微合金结构钢”的简称，是在中、低碳钢或中、低碳锰钢中添加微合金元素，控制轧制(锻造)和控制冷却等强韧化方法，充分发挥沉淀强化、细晶强化及相变强化等作用，使钢材在热轧(锻)后无需调质处理，其强度和硬度可达到调质钢水平，同时具有一定塑、韧性的高效节能钢。

2、非调质钢是一种同时满足高性能和低成本要求的环境友好型钢材。高品质中碳非调质钢其关键技术特性值包括极窄的碳当量范围、极窄的碳偏析范围、锰当量、非金属夹杂物、高表面质量要求、低脱碳层要求、细晶粒度、高的组织均匀性、高的易切削性等。

3、cn102899575a公开了一种焊接电镀液压杆用非调质钢及其生产方法，该钢按质量百分比由以下元素组成，c：0.28～0.35％；si：0.30～0.80％；mn：1.00～1.60％；cr：0.10～0.30％；v：0.06～0.20％；ti：0.015～0.10％；p≤0.020％；s：0.010～0.035％；alt：0.020～0.060％；cu≤0.20％；ni≤0.20％；mo≤0.10％；o≤15×10-4％；余量为fe和不可避免的杂质，所述非调质钢屈服强度为550～600mpa；抗拉强度为810～900mpa。但该非调质钢得的强度较低，有待进一步改善。

4、因此，开发一种强度高，成本低及轻量化的非调质钢，使其性能达到调质状态42crmoa的性能是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种替代42crmoa的非调质钢及其制备方法，通过合理的化学成分设计及配合相应的工艺，生产出能够替代42crmoa的高性能非调质钢。

2、为达到上述技术效果，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种替代42crmoa的非调质钢，以质量百分含量计，所述非调质钢包括：c 0.43-0.47wt％，si 0.60-0.70wt％，mn 1.20-1.30wt％，a1 0.010-0.025wt％，cr 0.20-0.30wt％，ti 0.015-0.025wt％，nb 0.015-0.030wt％，v 0.08-0.15wt％，ni 0.10-0.20wt％，n 0.012-0.016wt％，余量为fe以及不可避免的杂质。

4、本发明提供的非调质钢，通过添加钒、铌、钛等微合金化元素进行复合强化，结合多元素含量搭配协同作用，使得非调质钢的抗拉强度950-1100mpa、屈服强度650-750mpa，完全能够满足gb/t 3077标准42crmoa调质状态性能；同时能免去淬火回火工艺及去应力工艺，达到降低生产成本及轻量化的目的。

5、本发明中，所述非调质钢中c的质量百分含量为0.43-0.47wt％，例如可以是0.435wt％、0.44wt％、0.445wt％、0.45wt％、0.455wt％、0.46wt％或0.465wt％等，所述非调质钢中si的质量百分含量为0.60-0.70wt％，例如可以是0.61wt％、0.62wt％、0.63wt％、0.64wt％、0.65wt％、0.66wt％、0.67wt％、0.68wt％或0.69wt％等，所述非调质钢中mn的质量百分含量为1.20-1.30wt％，例如可以是1.21wt％、1.22wt％、1.23wt％、1.24wt％、1.25wt％、1.26wt％、1.27wt％、1.28wt％或1.29wt％等，所述非调质钢中al的质量百分含量为0.010-0.025wt％，例如可以是0.012wt％、0.014wt％、0.015wt％、0.016wt％、0.018wt％、0.020wt％、0.022wt％或0.024wt％等，所述非调质钢中cr的质量百分含量为0.20-0.30wt％，例如可以是0.21wt％、0.22wt％、0.23wt％、0.24wt％、0.25wt％、0.26wt％、0.27wt％、0.28wt％或0.29wt％等，所述非调质钢中ti的质量百分含量为0.015-0.025wt％，例如可以是0.016wt％、0.017wt％、0.018wt％、0.019wt％、0.020wt％、0.021wt％、0.022wt％、0.023wt％或0.024wt％等，所述非调质钢中nb的质量百分含量为0.015-0.030wt％，例如可以是0.017wt％、0.020wt％、0.022wt％、0.024wt％、0.025wt％、0.026wt％或0.028wt％等，所述非调质钢中v的质量百分含量为0.08-0.15wt％，例如可以是0.09wt％、0.10wt％、0.11wt％、0.12wt％、0.13wt％或0.14wt％等，所述非调质钢中ni的质量百分含量为0.10-0.20wt％，例如可以是0.11wt％、0.12wt％、0.13wt％、0.14wt％、0.16wt％、0.17wt％、0.18wt％或0.19wt％等，所述非调质钢中n的质量百分含量为0.012-0.016wt％，例如可以是0.0125wt％、0.013wt％、0.0135wt％、0.014wt％、0.0145wt％、0.015wt％或0.0155wt％等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

6、作为本发明优选的技术方案，所述非调质钢中mn+cr的总质量百分含量为1.50-1.56wt％，例如可以是1.505wt％、1.51wt％、1.515wt％、1.52wt％、1.53wt％、1.54wt％或1.55wt％等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

7、优选地，所述非调质钢中ti+nb+v的总质量百分含量为0.11-0.15wt％，例如可以是0.115wt％、0.12wt％、0.125wt％、0.13wt％、0.135wt％、0.14wt％或0.145wt％等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

8、本发明中，通过对钒、铌、钛成分的合理搭配使用，通过窄成分控制，能够提升非调质钢的强度，满足gb/t 3077标准42crmoa调质状态性能。

9、作为本发明优选的技术方案，以质量百分含量计，所述不可避免的杂质中：p≤0.015wt％，s≤0.010wt％。

10、本发明中，所述不可避免的杂质中p的质量百分含量为≤0.015wt％，例如可以是0.014wt％、0.013wt％、0.012wt％、0.011wt％、0.010wt％、0.009wt％或0.005wt％等，所述不可避免的杂质中s的质量百分含量为≤0.010wt％，例如可以是0.009wt％、0.008wt％、0.007wt％、0.006wt％、0.005wt％或0.002wt％等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

11、作为本发明优选的技术方案，所述非调质钢的抗拉强度为950-1100mpa，例如可以是960mpa、980mpa、1000mpa、1020mpa、1040mpa、1050mpa、1060mpa或1080mpa等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

12、优选地，所述非调质钢的屈服强度为650-750mpa，例如可以是660mpa、670mpa、680mpa、690mpa、700mpa、710mpa、720mpa、730mpa或740mpa等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

13、第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述的非调质钢的制备方法，所述制备方法包括：将配方量铁水依次经转炉冶炼、钢包精炼、真空脱气、连铸、连铸坯加热、轧制和入箱缓冷；

14、所述连铸的比水量为0.50-0.70l/kg，例如可以是0.52l/kg、0.54l/kg、0.56l/kg、0.58l/kg、0.60l/kg、0.62l/kg、0.64l/kg、0.66l/kg或0.68l/kg等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

15、所述连铸的拉速为0.95-1.05m/min，例如可以是0.97m/min、0.99m/min、1.00m/min、1.01m/min、1.03m/min或1.04m/min等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

16、本发明提供的制备方法，通过严格控制连铸的各项参数，搭配精炼、连铸、控轧控冷工艺，无需调质处理，达到调质钢力学性能。

17、作为本发明优选的技术方案，所述转炉冶炼采用高拉补吹的操作。

18、优选地，所述转炉治炼的终点c含量为0.05-0.08wt％，例如可以是0.055wt％、0.060wt％、0.065wt％、0.070wt％、0.075wt％或0.079wt％等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

19、优选地，所述转炉冶炼的终点p含量≤0.015wt％，例如可以是0.014wt％、0.013wt％、0.012wt％、0.010wt％、0.008wt％或0.005wt％等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

20、作为本发明优选的技术方案，所述钢包精炼采用高铝渣进行精炼。

21、优选地，所述钢包精炼的造白渣时间≥15min，例如可以是15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min或50min等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

22、优选地，所述钢包精炼的终点al含量为0.010-0.025wt％，例如可以是0.012wt％、0.014wt％、0.015wt％、0.016wt％、0.018wt％、0.020wt％、0.022wt％或0.024wt％等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

23、作为本发明优选的技术方案，所述真空脱气的真空时间≥15min，例如可以是16min、17min、18min、19min、20min、25min、30min或35min等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

24、优选地，所述真空脱气的软吹时间≥20min，例如可以是22min、24min、25min、26min、28min、30min、35min或40min等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

25、优选地，所述真空脱气的终点n含量为0.012-0.016wt％，例如可以是0.0125wt％、0.013wt％、0.0135wt％、0.014wt％、0.0145wt％、0.015wt％或0.0155wt％等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

26、优选地，所述真空脱气的终点ti含量为0.015-0.025wt％，例如可以是0.016wt％、0.017wt％、0.018wt％、0.019wt％、0.020wt％、0.021wt％、0.022wt％、0.023wt％或0.024wt％等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

27、优选地，所述真空脱气的终点nb含量为0.015-0.030wt％，例如可以是0.017wt％、0.020wt％、0.022wt％、0.024wt％、0.025wt％、0.026wt％或0.028wt％等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

28、优选地，所述真空脱气的终点v含量为0.08-0.15wt％，例如可以是0.09wt％、0.10wt％、0.11wt％、0.12wt％、0.13wt％或0.14wt％等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

29、本发明中，铝、钛等元素与氮元素形成氮化铝、氮化钛等，能够细化晶粒，促进钢中各元素的均质化。

30、作为本发明优选的技术方案，所述连铸采用弱冷低拉速的操作。

31、优选地，所述连铸的中包过热度为15-25℃，例如可以是17℃、19℃、20℃、21℃、22℃、23℃或24℃等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

32、优选地，所述连铸坯加热的温度为1200-1250℃，例如可以是1205℃、1210℃、1215℃、1220℃、1225℃、1230℃、1235℃、1240℃或1245℃等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

33、优选地，所述连铸坯加热的时间为150-260min，例如可以是170min、190min、200min、210min、220min、230min、240min或250min等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

34、本发明中，通过控制加热时间及温度，采用高温扩散工艺，促进钢中各个元素的均质化。

35、优选地，所述轧制采用控冷控轧的操作。

36、优选地，所述轧制的开轧温度为1050-1100℃，例如可以是1055℃、1060℃、1065℃、1070℃、1075℃、1080℃、1085℃、1090℃或1095℃等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

37、优选地，所述轧制的终轧温度为820-880℃，例如可以是825℃、830℃、835℃、840℃、845℃、850℃、855℃、860℃、865℃、870℃或875℃等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

38、作为本发明优选的技术方案，所述制备方法包括：将配方量铁水依次经转炉冶炼、钢包精炼、真空脱气、连铸、连铸坯加热、轧制和入箱缓冷；

39、所述转炉冶炼采用高拉补吹的操作，所述转炉治炼的终点c含量为0.05-0.08wt％，所述转炉冶炼的终点p含量≤0.015wt％；

40、所述钢包精炼采用高铝渣进行精炼，所述钢包精炼的造白渣时间≥15min，所述钢包精炼的终点al含量为0.010-0.025wt％；

41、所述真空脱气的真空时间≥15min、软吹时间≥20min；所述真空脱气的终点n含量为0.012-0.016wt％、终点ti含量为0.015-0.025wt％、终点nb含量为0.015-0.030wt％、终点v含量为0.08-0.15wt％；

42、所述连铸采用弱冷低拉速的操作，所述连铸的中包过热度为15-25℃；

43、所述连铸坯加热的温度为1200-1250℃、时间为150-260min；

44、所述轧制采用控冷控轧的操作，所述轧制的开轧温度为1050-1100℃、终轧温度为820-880℃。

45、本发明所述的数值范围不仅包括上述列举的点值，还包括没有列举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

46、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

47、本发明提供的非调质钢，通过添加钒、铌、钛等微合金化元素进行复合强化，结合多元素含量搭配协同作用及配合精炼、连铸、控轧控冷的工艺，使得非调质钢的抗拉强度950-1100mpa、屈服强度650-750mpa，完全能够满足gb/t3077标准42crmoa调质状态性能；同时能免去淬火回火工艺及去应力工艺，达到降低生产成本及轻量化的目的。