本发明属于非调质钢制备，尤其涉及一种高质量非调质曲轴用钢矩形大方坯及其制备方法。
背景技术：
1、非调质钢是在中碳锰钢的基础上加入钒、钛、铌等微合金化元素，使其在加热过程中溶于奥氏体中，这些微合金元素在冷却过程中以细小的碳化物和氮化物形式析出，从而强化钢材的性能。非调质钢在热轧状态、锻造状态或正火状态下的力学性能达到或接近调质钢，具有优良的机械性能。因非调质钢的制备工艺具有高效节能、使用成本低廉并有利于环境保护等突出优点，被广泛应用在机械制造、车辆制造、航空航天等领域。
2、曲轴是发动机中将活塞往复运动转化为旋转运动的关键部件，需具备高强度、冲击韧性和耐磨性，非调质钢的综合力学性能完全可以媲美传统调质钢，这使得非调质钢在汽车工业中的曲轴制造上得到了广泛应用。
3、但为了改善非调质钢的切削加工性能，一般非调质钢中会加入适量的硫元素，硫主要以mns和fes形式存在于钢中，这些夹杂物会降低钢的力学性能，特别是屈服极限、强度和耐磨性。mns和fes的熔点较低，在钢的热加工过程中容易熔化，导致钢的晶界弱化，容易引发热脆现象。同时，非调质钢矩形大方坯在连铸过程中还容易产生表面顺裂、成分偏析、组织不均匀等问题，表面顺裂会导致废品率的增加，还会影响曲轴的整体强度和韧性，使其在服役过程中更容易发生断裂失效；成分偏析会影响曲轴用钢的力学性能和物理性能，降低其使用寿命；组织不均匀则会导致曲轴在加工和使用过程中产生不均匀的磨损和腐蚀，晶粒粗大也会导致曲轴的强度和韧性降低，影响其使用寿命和性能。
技术实现思路
1、为提高连铸用钢水的纯净度，解决连铸所得非调质曲轴用钢矩形大方坯表面顺裂、成分偏析和组织不均匀的问题，本发明提供了一种高质量非调质曲轴用钢矩形大方坯及其制备方法。
2、本发明的技术方案：
3、一种高质量非调质曲轴用钢矩形大方坯的制备方法，包括如下工艺步骤：转炉/电炉冶炼+lf精炼+vd/rh真空处理→连铸；
4、所述转炉/电炉冶炼工序中：
5、出钢碳含量不低于0.08%，出钢温度不低于1620℃；出钢20%时，根据出钢碳含量加入铝锭；出钢50%时进行合金化操作，离站成分按照标准成分的±0.02%进行控制；
6、所述lf精炼工序中：
7、精炼位1次送电加入石灰、复合渣和扩散脱氧剂，当温度达到1580℃时进行第一次取样验证，根据al含量进行补铝操作，微调成分达到标准要求，脱硫至0.005%以下；
8、二次送电加入硅石和碳化硅进行扩散脱氧，进行变渣操作，离开精炼位前5min将钛调整至离站要求；离站前s含量≤0.005%、al含量不低于0.020%；白渣时间不低于20min，lf整体时间不低于55min，与连铸浇注时间相匹配，为连铸恒温、恒速奠定坚实的基础；
9、所述rh真空处理工序中：
10、真空度≤67pa，真空保持时间不低于15min，破空后进行吹氮、喂硫操作，成分达到内控标准后开始进行软吹，保证渣面微动；
11、所述连铸工序中：
12、采用五机五流连铸机，浇注中间包过热度按照25~32℃进行控制，拉速为0.65m/min，二冷比水量为0.2l/kg，二冷分配比为36/39/24%，其中足辊段为全水冷却，二冷段为气雾冷却，结晶器水量为2343～2352l/min，电磁搅拌首搅参数为150a/2hz；采用非正弦振动高频率低振幅的模式；末搅参数为200a/6hz，使用交替搅拌的模式，轻压下参数为0/2/4/4，总压下量为10mm。
13、进一步的，转炉/电炉冶炼工序中，所述铝锭的加入量为100~120kg/100t。
14、进一步的，lf精炼工序中，所述石灰的加入量为100~300kg/100t，所述复合渣的加入量为50~100kg/100t，所述扩散脱氧剂80kg/100t；所述扩散脱氧剂由质量比为3:3:2的铝粒、碳化硅和碳粉组成。
15、进一步的，lf精炼工序中，所述第一次取样验证，根据al含量进行补铝操作，将钢水中al含量调整至不低于0.020%。
16、进一步的，lf精炼工序中，所述硅石的加入量为80kg/100t，所述碳化硅10~20kg/100t。
17、进一步的，rh真空处理工序中，所述吹氮的氮气流量为80m³/min，吹氮时间控制在3~5min，所述喂硫为喂入硫磺线，喂线速度控制在2~2.5m/s，喂线量控制在200~280m。
18、进一步的，rh真空处理工序中，所述软吹时间不低于15min，rh真空处理工序过热度为100~110℃。
19、进一步的，连铸工序中，所述五机五流连铸机尺寸为250*280，弧形半径为10m，使用非对称连铸中间包，各流结晶器水流速为8.5~9m/s，各流的结晶器水量波动控制在±20l/min。
20、进一步的，连铸工序中，所述高频率低振幅的模式中频率为138~140次/min，振幅为2~2.5；所述交替搅拌的模式中交替时间为10秒-3秒-10秒-3秒。
21、一种本发明提供的制备方法所制备的高质量非调质曲轴用钢矩形大方坯，化学成分按重量百分含量包括：c：0.36～0.40%、si：0.50～0.65%、mn：1.30～1.55%、p≤0.015%、s：0.040～0.060%、cr：0.10～0.20%、al≤0.020%、ti：0.005～0.009%、n：0.013～0.018%，其余为fe及不可避免杂质。
22、本发明的有益效果：
23、本发明提供的非调质曲轴用钢矩形大方坯的制备方法，从初炼工序开始严格控制出钢条件，精炼工序中通过变渣操作、铝、硅脱氧与氧化物夹杂的协调变质调控技术，降低钢中氧化物夹杂和气体含量，以强脱氧、均搅拌、精炼渣系、软吹时间为核心的夹杂物大小与形态控制技术获得纺锤状的mns形态，这种形态能够显著提高钢材的切削性能和整体机械性能。在高温下，mns夹杂物能够起到钉扎作用，抑制晶粒长大，从而保持钢材在高温下的强度和韧性。
24、本发明提供的非调质曲轴用钢矩形大方坯的连铸工序采用“弱冷慢拉”的模式，相对较弱的首搅参数能够避免造成连铸坯皮下夹杂缺陷，防止出现皮下“框型偏析”，高频率低振幅的非正弦振动模式能够控制保护渣消耗及连铸表面顺裂，末端搅拌和精准压下进一步提高了铸坯的均质化及内部质量，获得的连铸大方坯横向低倍控制在中心疏松≤1级、缩孔≤0.5级，无其余缺陷，铸坯全截面偏析指数控制在0.95-1.05之间。本发明非调质曲轴用钢的质量得到了明显改善，为轧制曲轴提供了良好的母材。
1.一种高质量非调质曲轴用钢矩形大方坯的制备方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：转炉/电炉冶炼+lf精炼+vd/rh真空处理→连铸；
2.根据权利要求1所述一种高质量非调质曲轴用钢矩形大方坯的制备方法，其特征在于，转炉/电炉冶炼工序中，所述铝锭的加入量为100~120kg/100t。
3.根据权利要求1或2所述一种高质量非调质曲轴用钢矩形大方坯的制备方法，其特征在于，lf精炼工序中，所述石灰的加入量为100~300kg/100t，所述复合渣的加入量为50~100kg/100t，所述扩散脱氧剂80kg/100t；所述扩散脱氧剂由质量比为3:3:2的铝粒、碳化硅和碳粉组成。
4.根据权利要求3所述一种高质量非调质曲轴用钢矩形大方坯的制备方法，其特征在于，lf精炼工序中，所述第一次取样验证，根据al含量进行补铝操作，将钢水中al含量调整至不低于0.020%。
5.根据权利要求4所述一种高质量非调质曲轴用钢矩形大方坯的制备方法，其特征在于，lf精炼工序中，所述硅石的加入量为80kg/100t，所述碳化硅10~20kg/100t。
6.根据权利要求5所述一种高质量非调质曲轴用钢矩形大方坯的制备方法，其特征在于，rh真空处理工序中，所述吹氮的氮气流量为80m³/min，吹氮时间控制在3~5min，所述喂硫为喂入硫磺线，喂线速度控制在2~2.5m/s，喂线量控制在200~280m。
7.根据权利要求6所述一种高质量非调质曲轴用钢矩形大方坯的制备方法，其特征在于，rh真空处理工序中，所述软吹时间不低于15min，rh真空处理工序过热度为100~110℃。
8.根据权利要求7所述一种高质量非调质曲轴用钢矩形大方坯的制备方法，其特征在于，连铸工序中，所述五机五流连铸机尺寸为250*280，弧形半径为10m，使用非对称连铸中间包，各流结晶器水流速为8.5~9m/s，各流的结晶器水量波动控制在±20l/min。
9.根据权利要求8所述一种高质量非调质曲轴用钢矩形大方坯的制备方法，其特征在于，连铸工序中，所述高频率低振幅的模式中频率为138~140次/min，振幅为2~2.5；所述交替搅拌的模式中交替时间为10秒-3秒-10秒-3秒。
10.一种如权利要求1-9任一所述的制备方法所制备的高质量非调质曲轴用钢矩形大方坯，其特征子在于，化学成分按重量百分含量包括：c：0.36～0.40%、si：0.50～0.65%、mn：1.30～1.55%、p≤0.015%、s：0.040～0.060%、cr：0.10～0.20%、al≤0.020%、ti：0.005～0.009%、n：0.013～0.018%，其余为fe及不可避免杂质。