一种降低硫化物长径比的结构钢及制造方法与流程

1.本发明属于合金结构钢技术领域，特别是提供了一种降低硫化物长径比的结构钢及制造方法，适用于制造连杆、曲轴、前轴、螺栓等汽车结构零件，通过控制钢中钇、钙等含量，有效降低钢中硫化物夹杂物的长径比，提高材料在复杂结构件加工过程中的切削性能，提升加工效率和零件加工精度。


背景技术：

2.非调质结构钢因其省去了热处理环节，在环保和成本方面具有较好的优势，目前得到了较广泛的开发和应用，国内外汽车上使用的连杆、曲轴等许多结构件均已采用非调质钢进行生产制造。非调质钢由于在生产棒材时即已获得良好的性能，如较高的强韧性，为了保障加工性能，必须在钢中引入有利于加工切削的硫化物夹杂，并且要保证轧后棒材中硫化物尽量成纺锤形，具备较小的长径比。硫化物长径比的控制机理是非调质钢领域硫化物研究的热点之一。
3.硫化物长径比的控制，目前有镁处理、钙处理、钡处理等方法，但相关研究还主要为实验室研究阶段，工业应用相对较少。镁处理由于收得率比较低，并且在镁合金添加过程中化学反应比较激烈，工业应用不易推广。钙处理工艺常用来改善钢水的可浇性，防止高熔点的氧化铝夹杂物在水口处聚集堵塞水口，目前也有钙处理对硫化物形态控制的研究，但工业上对含硫钢钙处理时，容易生成大量硫化钙夹杂物，而硫化钙夹杂物在浇铸过程中易聚集堵塞水口，对浇铸产生显著不利影响。中国专利cn 107557531b提出了一种钡合金处理的非调质钢硫化物夹杂控制方法，主要通过在lf精炼结束时添加钡合金，对al2o3进行夹杂物变性，并在vd真空脱气后，在钢液中加入硫化物形成了以氧化物为核心的复合硫化物，从而实现了连续浇铸及硫化物夹杂物等级的控制，没有对硫化物形貌和长径比的控制进行具体研究。
4.目前，我国非调质钢硫化物夹杂形态的控制还主要集中在冶炼过程中，对轧制/锻造过程硫化物的变化研究相对较少。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种降低硫化物长径比的结构钢及制造方法，解决了对硫化物形貌和长径比的控制问题。
6.本发明结构钢化学成分重量为：c：0.32～0.40％，si：0.10～0.80％，mn：1.20～1.60％，p：0～0.020％，s：0.035～0.075，v：0.08～0.15，y：0.005～0.040％，ca：0.0015～0.0035％，其余为fe及不可避免的杂质。
7.该成分结构钢通过在传统非调质钢成分基础上添加y、ca等微合金元素，实现对钢中残余al2o3夹杂物变性处理，同时形成许多含y的氧化物夹杂，该类型夹杂物可以作为硫化物形核质点，凝固过程中硫化物在其周围析出、长大，形成硫化物包裹含y氧化物的复合夹杂物形式。
8.本发明钢的冶炼工艺路线：bof转炉或eaf电炉 lf精炼 rh真空脱气或vd真空脱气 cc连铸 锻造开坯 棒材轧制；冶炼时合金化方法：在rh或vd真空处理结束后通过喂线机将含y合金线加入钢液中，线速16～20m/min，保证钢液中y含量0.005～0.040％，随后进行5～10min软吹搅拌。之后再进一步喂ca线，调整钢液ca含量。成分调整到位后，浇铸成大断面连铸坯。
9.rh或vd真空处理后，钢中原有氧化物夹杂物含量已达到最低，此时，通过喂线机将含y合金线加入钢液中，不仅可以节约含y线用量，同时可以较大程度的将原al2o3夹杂物进行变性处理。软吹之后进一步喂ca线，进一步对氧化物进行变性处理，由于前期增加了y元素，后续添加ca元素含量可以适当降低，含量控制在0.0015～0.0035％，较低的ca含量可以保证后续不会有大量cas的生成，并且后续生成的硫化物中会含量少量的ca含量，这对后续轧制时硫化物长径比控制具有重要作用，少量的ca含量可以起到降低轧制后硫化物长径比的目的。
10.在通过冶炼获得该非调质结构钢连铸坯后，连铸坯还需要进一步通过轧制方法获得良好硫化物长径比控制的结构钢棒材，具体轧制工艺为：连铸坯经1180～1230℃加热保温5～6小时后进行轧制开坯，开坯后坑冷或炉冷至20～500℃，之后再次加热至1170～1220℃，保温时间不少于5小时，保温结束后进行轧制，初轧温度1100～1180℃，终轧温度850
‑
1000℃，轧后空冷。
11.轧制时，分开坯和轧制两个阶段，开坯后钢中硫化物被轧成长条形，钢坯冷却至20～500℃，再次加热至1170～1220℃，并保温不少于5小时，此时，钢中硫化物在含y氧化物核心的基础上，会断裂和球化，之后再次轧制时，会形成更加细小的硫化物夹杂，同时硫化物中含有y、ca等成分，其变形性能较差，长径比会保持在较小的范围内。
12.通过以上成分和工艺控制，可以实现降低结构钢中硫化物长径比的目的，硫化物平均长径比可以控制在5.5以内。
附图说明
13.图1为实施例1获得钢棒中典型硫化物形貌图。
14.图2为实施例2获得钢棒中典型硫化物形貌图。
15.图3为对比例获得钢棒中典型硫化物形貌图。
具体实施方式
16.下面通过具体实施例，对本发明的具体实施方法进行进一步的说明。
17.实施例1：
18.结构钢化学成分重量为：c：0.34％，si：0.32％，mn：1.45％，p：0.011％，s：0.051％，v：0.11％，y：0.015％，ca：0.0027％，其余为fe及不可避免的杂质。
19.制造工艺路线：bof转炉 lf精炼 rh真空脱 cc连铸 锻造开坯 棒材轧制；
20.冶炼时合金化方法：在rh真空处理结束后通过喂线机将含y合金加入钢液中，线速17m/min，随后进行6min软吹搅拌。之后再进一步喂ca线，调整钢液ca含量。
21.轧制方法：连铸坯经1200℃加热保温5.5小时后进行轧制开坯，开坯后坑冷或炉冷至180℃，之后再次加热至1180℃，保温时间不少于5小时，保温结束后进行轧制，初轧温度
1100～1180℃，终轧温度850～1000℃，轧后空冷。
22.对获得的结构钢棒材进行取样，观察钢中典型硫化物形态，如图1所示为钢中硫化物形貌，硫化物平均长径比为5.1。
23.实施例2：
24.结构钢化学成分重量为：c：0.39％，si：0.67％，mn：1.40％，p：0.013％，s：0.063％，v：0.10％，y：0.033％，ca：0.0021％，其余为fe及不可避免的杂质。
25.制造工艺路线：eaf电炉 lf精炼 vd真空脱 cc连铸 锻造开坯 棒材轧制；
26.冶炼时合金化方法：在rh真空处理结束后通过喂线机将含y合金加入钢液中，线速19m/min，随后进行6min软吹搅拌。之后再进一步喂ca线，调整钢液ca含量。
27.轧制方法：连铸坯经1210℃加热保温5.5小时后进行轧制开坯，开坯后坑冷或炉冷至25℃，之后再次加热至1180℃，保温时间不少于5小时，保温结束后进行轧制，初轧温度1100～1180℃，终轧温度850～1000℃，轧后空冷。
28.对获得的结构钢棒材进行取样，观察钢中典型硫化物形态，如图2所示为钢中硫化物形貌，硫化物平均长径比为4.5。
29.对比例：
30.对比例钢化学成分重量为：c：0.38％，si：0.44％，mn：1.34％，p：0.010％，s：0.055％，v：0.10％，其余为fe及不可避免的杂质。
31.制造工艺路线：bof转炉 lf精炼 rh真空脱 cc连铸 棒材轧制；
32.轧制方法：连铸坯经1180℃加热保温5.5小时后进行轧制保温时间不少于5小时，保温结束后进行轧制，初轧温度1100～1180℃，终轧温度850
‑
1000℃，轧后空冷。
33.对获得的钢棒材进行取样，观察钢中典型硫化物形态，如图3所示为钢中硫化物形貌，硫化物平均长径比为6.8。