1.??前言

??????非調(diào)質(zhì)是指在中碳鋼中添加微量的強(qiáng)碳化物形成元素V、Nb、Ti等，熱加工后控制冷卻到室溫，利用碳（氮）化物的析出強(qiáng)化，使其達(dá)到中碳鋼調(diào)質(zhì)后的強(qiáng)化水平，從而省去調(diào)質(zhì)處理工序。它不僅節(jié)省能源，縮短生產(chǎn)周期，還可以避免淬火變形及開裂，提高產(chǎn)品質(zhì)量，具有重要的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)意義。

??????熱軋F35MnVN非調(diào)質(zhì)鋼，對(duì)于承鋼來說不是新課題，早在80年代我公司就已經(jīng)開始批量生產(chǎn)了。當(dāng)時(shí)的工藝流程為：模鑄→中型開坯→小型軋材的二火成材工藝。近幾年來，承鋼的生產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本性的變化，日益向緊湊化、連續(xù)化的方向發(fā)展；淘汰了落后的二火成材工藝流程，取爾代之的是轉(zhuǎn)爐煉鋼→爐外精煉→連鑄（保護(hù)澆注）→連軋一火成材新工藝。采用這樣先進(jìn)的工藝流程，使生產(chǎn)率得以提高，各種物料消耗得以降低，生產(chǎn)成本隨之下降，給企業(yè)創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益得以大幅提高。為此，經(jīng)過近兩年的努力，通過大量的工藝試驗(yàn)，證明只要采用特殊的冶煉、軋制工藝，就能保證非調(diào)質(zhì)鋼的各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到其替代調(diào)質(zhì)鋼作軸類、桿類等零件的使用要求。

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2?.?主要工藝設(shè)備

2.1?氧氣頂、底復(fù)吹轉(zhuǎn)爐。

2.2 8機(jī)8流方坯連鑄機(jī)。

2.3?達(dá)涅利18架連軋機(jī)。

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3?.?試制工藝

?????試制工藝流程：

?????高爐鐵水→混鐵爐→氧氣頂、底復(fù)吹轉(zhuǎn)爐→吹氬喂線→方坯連鑄（全程保護(hù)澆注）→檢驗(yàn)→熱裝熱送→加熱→軋制→控制冷卻→檢驗(yàn)→收集→包裝→掛牌→稱重→入庫。

3.1?化學(xué)成分設(shè)計(jì)

?????考慮到承鋼原礦含V元素的資源優(yōu)勢(shì)，本研究擬通過選擇適宜的合金成分，用現(xiàn)用的品種鋼的冶煉工藝和加工條件，達(dá)到研制目標(biāo)。

?????在中碳鋼中添加少量的微合金化元素V，依靠細(xì)小的碳氮化釩的析出，強(qiáng)化鐵素體—珠光體組織，從而達(dá)到傳統(tǒng)的調(diào)質(zhì)鋼所要求的強(qiáng)度水平，這是非調(diào)質(zhì)鋼合金設(shè)計(jì)的一個(gè)基本原則。根據(jù)強(qiáng)度級(jí)別不同，非調(diào)質(zhì)鋼中V的添加量一般在0.06%~0.20%?范圍。因?yàn)椋钦{(diào)質(zhì)鋼中C含量較高，V是其獲得沉淀強(qiáng)化最合適的微合金化元素。與Nb、Ti等微合金化元素相比，V在奧氏體中的深沉溶解度最大，因此，它能夠獲得最大的強(qiáng)化效果。

??????為了改善韌性，通過降低C增加鋼中鐵素體的體積百分?jǐn)?shù)，從而提高鋼的韌性。

??????充分利用廉價(jià)的N作為合金元素是非調(diào)質(zhì)鋼合金設(shè)計(jì)的另一特點(diǎn)。大量的研究結(jié)果已表明，N是含V合金的鋼中一個(gè)十分有效的合金元素。鋼中增N，促進(jìn)了V的析出，增強(qiáng)了V的沉淀強(qiáng)化作用，明顯提高了鋼的強(qiáng)度，因此，充分利用廉價(jià)而富有的N元素，對(duì)提高非調(diào)質(zhì)鋼的性能，降低生產(chǎn)成本是非常有效的。N在非調(diào)質(zhì)鋼中主要起三方面的作用：

????? ①　促進(jìn)V的析出，提高沉淀強(qiáng)化作用；

???? ?②　細(xì)化晶粒；

???? ③　提高TiN的穩(wěn)定性。

??????采用氧氣頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉時(shí)，其N的含量為40~60ppm，為了更好的發(fā)揮V的作用，應(yīng)提高鋼中N的含量至90~130ppm。

3.1.1??關(guān)于C含量

????? C對(duì)提高強(qiáng)度、硬度影響最大，但要控制含量，否則塑性、韌性降低太多。C含量過高，塑韌性太差；C含量太低，強(qiáng)度表面淬火硬度不足。為了達(dá)到能替代調(diào)質(zhì)45^#碳結(jié)鋼的性能水平，在參考國(guó)內(nèi)外研究成果和我公司早期的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，C含量若超過0.4%以后，鋼的塑、韌指標(biāo)明顯惡化，故C含量取中碳鋼的中值范圍，即：C（%）0.34~0.37。

3.1.2?關(guān)于Mn含量

?????? Mn是普通低合金鋼中最常用的起固溶強(qiáng)化作用的元素。Mn能改善鐵素體—珠光體組織鋼的沖擊韌性，增加斷面收縮率，但有關(guān)資料介紹，Mn在1%?以內(nèi)對(duì)沖擊無損害，隨著Mn含量進(jìn)一步增加，鋼的韌性逐漸降低，所以最多不宜超過2.2%。據(jù)此，Mn含量選取1.5%以下，即：?Mn（%）1.10~1.40。

3.1.3?關(guān)于Si含量

????? Si在鋼中全部固溶在鐵素體中，也是普通低合金鋼中最常用的起固溶強(qiáng)化作用的元素。一般認(rèn)為Si損害鋼的韌性，含量不宜超過0.8%?或0.9%?。但也有的文獻(xiàn)介紹，Si?能改善鐵素體—珠光體組織鋼的韌性，并由此發(fā)展了一些加Si非調(diào)質(zhì)鋼。但是，所謂加Si非調(diào)質(zhì)鋼，Si含量也在0.7%以下。因此，Si含量選取0.4%以下，即：Si（%）0.22~0.38。

3.1.4?關(guān)于V含量

????? V在奧氏體中溶解度大，在軋后冷卻及轉(zhuǎn)變過程中析出相體積率大，所以V的析出強(qiáng)化效果較Nb、Ti要顯著。由于V的易溶性，V對(duì)加熱時(shí)控制奧氏體晶粒長(zhǎng)大幾乎不起作用。雖然V可在比較寬的含量范圍內(nèi)對(duì)鋼的強(qiáng)度作出累加性貢獻(xiàn)，但V屬于提高強(qiáng)度，降低韌性的元素，考慮到非調(diào)質(zhì)鋼的綜合性能，我們把V的含量控制在0.10%以下，即：V（%）0.08~0.10。

3.1.5?關(guān)于P、S含量

??????對(duì)鋼來說，磷、硫均是有害元素。磷能提高鋼的強(qiáng)度，使塑性降低。硫會(huì)使鋼的熱裂敏感性提高，鋼在熱加工時(shí)容易產(chǎn)生熱脆。因此，最終設(shè)計(jì)鋼中的磷、硫含量P、S各≤0.025%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），并在實(shí)際生產(chǎn)中盡量降低P、S含量。

??????綜上所述，，結(jié)合承鋼的實(shí)際情況，在認(rèn)真考慮各元素對(duì)F35MnVN鋼的強(qiáng)度、塑性指標(biāo)的影響、連鑄鋼水的脫氧及可澆性的基礎(chǔ)上，編制了熱軋F35MnVN非調(diào)質(zhì)鋼的化學(xué)成分，見表1。

表1? F35MnVN非調(diào)質(zhì)鋼的化學(xué)成分

3.2?冶煉工藝要求

3.2.1?原料

??????盡量組織用低硫半鋼冶煉，半鋼[S]≤0.040%，[P]≤0.110%。

3.2.2?終點(diǎn)控制

??????終點(diǎn)成分控制，[C] 0.15-0.25%，[S]≤0.025%，?[P]≤0.018%。掌握好出鋼溫度，降低鋼水氧化性。

3.2.3?脫氧合金化

???? ?我們選擇了復(fù)合脫氧劑來完成鋼水的脫氧，加入量控制在0.3~0.6Kg/t。在吹氬精煉時(shí)進(jìn)行喂線深脫氧和夾雜物變形處理，要求喂線插入位置對(duì)準(zhǔn)鋼水液面蠕動(dòng)位置，保證吹氬時(shí)間≥5min，均勻鋼水成分，便于夾雜物上浮。

3.2.4?氬后溫度控制

??????連拉爐次：1560℃~1580℃。

3.3?連鑄

??????在澆注過程中，大包采用保護(hù)套管進(jìn)行大包注流保護(hù)，中間包至結(jié)晶器采用浸入式水口保護(hù)澆注工藝，減少鋼水的二次氧化，提高連鑄坯的內(nèi)在質(zhì)量和表面質(zhì)量。

3.4?軋制工藝

????? ?在鋼坯化學(xué)成分完全符合要求的情況下，為了使F35MnVN非調(diào)質(zhì)鋼的熱軋材達(dá)到所要求的力學(xué)性能，關(guān)鍵在于制定合理的熱軋工藝，例如：鋼坯的加熱溫度、鋼材的終軋溫度，以及軋后的冷卻速度等，決定了鋼材熱軋后的組織和性能。

3.4.1?加熱溫度

??????對(duì)于微合金非調(diào)鋼，控制其加熱溫度就可以控制奧氏體晶粒的大小及微合金元素在奧氏體中的溶解度，這是控制鋼材性能的重要手段。而V的碳氮化合物在950℃即已溶解，考慮V的碳氮化合物充分固溶，為其析出強(qiáng)化創(chuàng)造條件，制定加熱溫度為：1180~1220℃。

3.4.2?開軋溫度

?????根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知，開軋溫度高于1000℃，則鋼的強(qiáng)度和韌性配合較好；如果開軋溫度低于1000℃，則鋼的韌性和強(qiáng)度均較低。因此，制定開軋溫度為：≥1000℃。

3.4.3?終軋溫度

???? ?連續(xù)軋制的過程，粗、中軋是降溫的過程，精軋則是升溫過程。根據(jù)試驗(yàn)得知，一般情況下，終軋溫度與開軋溫度相近，若終軋溫度高于1000℃，雖然鋼的強(qiáng)度、硬度會(huì)隨著升高，但是鋼的韌性會(huì)下降，所以，必須在中軋后，對(duì)軋件進(jìn)行控制冷卻，降低進(jìn)入精軋機(jī)組前的溫度，確保終溫度低于1000℃，提高鋼材的沖擊韌性。

3.4.4?軋后冷卻

??????據(jù)資料介紹，N含量為0.013%左右的含V中碳鋼，其沉淀強(qiáng)化效應(yīng)受冷卻速度變化的影響較小。因此，合理的控制軋制節(jié)奏，給予軋件足夠的自然冷卻時(shí)間，確保鋼材下冷床溫度小于600℃后進(jìn)行收集、打捆、堆垛。