高強韌38MnSiV5非調(diào)質(zhì)鋼的研制

李業(yè)才

(山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司特鋼事業(yè)部,山東萊蕪271100)

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高強韌38MnSiV5非調(diào)質(zhì)鋼的研制

李業(yè)才

(山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司特鋼事業(yè)部,山東萊蕪271100)

摘 要:研究了高強韌38MnSi V5非調(diào)質(zhì)鋼的設計,以及關鍵生產(chǎn)工藝技術(shù),檢驗結(jié)果和使用情況表明,該鋼綜合性能良好,沖擊性能優(yōu)異,擴大了非調(diào)質(zhì)鋼的應用領域。

關鍵詞:38MnSiV5;高強韌非調(diào)質(zhì)鋼

1 引言

38MnSiV5屬于高強韌非調(diào)質(zhì)鋼,用于生產(chǎn)發(fā)動機曲軸,該鋼由于錳和硅含量較高,鍛后空冷即可得到F+P組織,抗拉強度達到850MPa以上,綜合性能優(yōu)于48Mn V。

2 鋼的設計和主要技術(shù)要求

2.1 高強韌性非調(diào)質(zhì)鋼設計

非調(diào)質(zhì)鋼的主要缺點是其沖擊韌性較中碳調(diào)質(zhì)鋼低,影響因素主要是奧氏體晶粒大小、鐵素體、珠光體數(shù)量及細化程度,主要受鋼材化學成分和熱加工工藝的影響。38MnSiV5是一種中碳鐵素體-珠光體型高強韌性非調(diào)質(zhì)鋼,在Mn-V非調(diào)質(zhì)鋼的基礎上加入Ni、N元素改善鋼的韌性[1]。

2.2 主要技術(shù)要求

2.2.1 化學成分

鋼的化學成分應符合表1規(guī)定。

2.2.2 鋼材氮含量≥120ppm,氧含量≤15ppm。

表1　鋼的牌號及熔煉化學成分(％)

2.2.3 力學性能

熱軋狀態(tài)鋼材縱向力學性能、布氏硬度應符合表2規(guī)定。

表2　力學性能

2.2.4 低倍組織

鋼材的橫截面酸浸低倍組織試片上不得有目視可見的縮孔、氣泡、裂紋、夾雜、翻皮、白點、晶間裂紋。酸浸低倍組織合格級別應符合表3規(guī)定。

表3　低倍組織(級)

2.2.5 非金屬夾雜物

鋼材按照GB/T10561-2005中A法檢驗非金屬夾雜物,合格級別應符合表4規(guī)定。

表4　鋼的非金屬夾雜物(級)

2.2.6 晶粒度

鋼材按GB/T6394檢驗奧氏體晶粒度,晶粒度級別不小于5.0級。

2.2.7 探傷

漏磁探傷執(zhí)行不低于GB/T12606-1990中規(guī)定的圓鋼棒對比試樣矩形槽N-1.0要求,超聲波探傷執(zhí)行GB/T4162-2008中規(guī)定的不低于B級質(zhì)量等級。

3 工藝設計

3.1 工藝流程

配料(熱裝鐵水)→電爐→LF爐精煉+ VD真空脫氣處理→連鑄→軋制成材→探傷。

3.2 工藝控制要點

3.2.1 冶煉工藝

電爐控制好終點成分,控制終點[C]≥0.15％,[P]≤0.010％;嚴格控制出鋼溫度,出鋼時留鋼、留渣操作,嚴禁下氧化渣,鋼包內(nèi)重新造新渣,為精煉創(chuàng)造好的鋼水條件。脫碳量大于0.30％,保證熔池良好沸騰,利于夾雜物上浮和氣體大量逸出,從而減少低倍缺陷和非金屬夾雜。電爐出鋼加入鋼芯鋁和硅錳合金將鋼中過飽和的溶解氧脫到一定程度,充分利用出鋼過程良好的脫氧動力學條件,減輕精煉過程脫氧負擔。

LF精煉工藝具有脫氧、脫硫、去除鋼中氣體、降低鋼中非金屬夾雜物、調(diào)整溫度和成分等方面作用;38MnSiV5非調(diào)質(zhì)鋼用于制造發(fā)動機曲軸,對鋼的純凈度、均勻性要求很高。鋼包到LF精煉位,全程吹氬攪拌,造白渣,形成還原性氣氛,保持爐渣合適的流動性,白渣保持時間大于20min;按2m/t鋼喂入純Ca線進行夾雜物變性處理,對降低大顆粒夾雜物和改善MnS形態(tài)會產(chǎn)生積極影響[2];LF達到精煉出鋼溫度,根據(jù)鋼中殘余硫含量,喂入硫線后吹氬2min～3min,喂入微氮合金包芯線。

鋼水進行真空脫氣,控制好精煉渣的流動性和真空溫度,真空度小于67Pa下保持12min,VD處理過程中合理控制氬氣;破除真空后軟吹氬時間不小于15min,提高鋼水純凈度。

3.2.2 連鑄工藝

連鑄采用全程保護澆注,大包保護采用長水口,中間包采用浸入式水口、使用覆蓋劑、專用保護渣等材料,以防止鋼水二次氧化;采用低過熱度澆注,防止柱狀晶過快生長,以增加鑄坯中的等軸晶,減輕中心疏松和偏析;采用結(jié)晶器電磁攪拌;注意過熱度和二冷配水量,保證鑄坯冷卻均勻。

3.2.3 軋制工藝

為使非調(diào)質(zhì)鋼的熱軋材達到要求的力學性能,在鋼的化學成分符合要求的情況下,關鍵在于合理的熱軋工藝制度,如鋼坯的加熱溫度、鋼材的終軋溫度和軋后冷卻速度。對含釩鋼,加熱爐的均熱溫度為1 180℃～1 220℃,完全可以保證V化合物充分固溶,為其析出強化創(chuàng)作條件。低的終軋溫度可明顯提高非調(diào)質(zhì)鋼的塑性、韌性,終軋溫度控制在850℃～1 000℃。對含釩中碳鋼,軋后鋼材最佳冷卻速度為2℃/s～4℃/s,可保證最佳的析出強化效果[3]。

4 產(chǎn)品實物質(zhì)量

4.1 化學成分和氮含量

根據(jù)50爐統(tǒng)計分析,從表5可以看出,化學成分控制在內(nèi)控要求范圍內(nèi)且波動范圍較窄。統(tǒng)計8爐次,氮的控制水平及收得率情況見表6和圖1。

表5　化學成分檢驗結(jié)果(％)

表6　氮的控制水平和收得率

圖1　增氮效果圖

4.2 力學性能

鋼材力學性能檢驗結(jié)果見表7,硬度波動范圍穩(wěn)定,既保證了鋼材的強度要求,同時又滿足了鋼材切削加工性能;強度和塑韌性指標也較好地滿足了標準要求,綜合性能良好,沖擊性能優(yōu)異。

4.3 低倍組織

鋼材的低倍檢驗結(jié)果為一般疏松0～0.5級,中心疏松0.5～1.0級,偏析0～0.5級。低倍組織試片上無目視可見的縮孔、氣泡、裂紋、夾雜、翻皮、白點,低倍組織結(jié)果符合標準要求。

表7　力學性能檢驗結(jié)果

4.4 非金屬夾雜物

鋼材非金屬夾雜物檢驗結(jié)果見表8,鋼中的非金屬夾雜物主要為A類,即硫化物夾雜,其余類型夾雜物控制較好,滿足了標準要求。

4.5 顯微組織

鋼材晶粒度為7～8級,晶粒細小,組織均勻。

表8　非金屬夾雜物檢驗結(jié)果

4.6 鋼的表面和內(nèi)部質(zhì)量

控制坯材軋制比,鋼的中心疏松不大于1.0級,較好地保證了鋼的內(nèi)部質(zhì)量,探傷檢驗合格率達到99.5％以上。

5 結(jié)論

(1)通過在Mn V非調(diào)質(zhì)鋼基礎上,添加Ni、N元素,研制的高強韌性38MnSiV5鋼綜合性能良好,沖擊性能優(yōu)異,擴大了非調(diào)質(zhì)鋼的應用領域。

(2)研究了采用配料(熱裝鐵水)→電爐→LF爐精煉+VD真空脫氣處理→連鑄→軋制成材→探傷工藝生產(chǎn)38MnSiV5鋼的關鍵技術(shù);采用微氮合金包芯線增氮工藝,穩(wěn)定了鋼中氮的控制水平和收得率;鋼的實物質(zhì)量良好,產(chǎn)品質(zhì)量完全符合標準要求。

(3)產(chǎn)品使用后表明,鋼材強度合適,尺寸穩(wěn)定性好,切削加工性能優(yōu)良;應用于制造四缸發(fā)動機曲軸,曲軸的各項性能指標和疲勞壽命理想,滿足曲軸標準和用戶技術(shù)要求。

參考文獻:

[1] 董成瑞.微合金非調(diào)質(zhì)鋼[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2000:39-43.

[2] 李國忠.鈣處理對含0.048～0.065％S中碳結(jié)構(gòu)鋼中硫化物的影響[J].特殊鋼,2006,27 (3):23-25.

[3] 王賽玉.微量元素及控軋控冷工藝對非調(diào)質(zhì)鋼40Mn V沖擊性能的影響[J].熱加工工藝, 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

作者簡介:李業(yè)才,工程師,主要從事特殊鋼新品種及工藝研發(fā)。

文章編號:1001-5108(2016)01-0038-04

中圖分類號:TG335

文獻標識碼:A