一种多元稀土合金强化非调质钢及其生产工艺

本发明属于非调质钢，特别是一种多元稀土合金强化非调质钢及其生产工艺。

背景技术：

1、在钢铁材料领域，非调质钢以其独特的性能和广泛的应用范围受到了业界的广泛关注。它是在中碳锰钢的基础上加入微合金化元素制成的一种高强度钢，具有许多显著的优势，非调质钢在生产过程中省去了锻造后的加热、淬火和回火热处理工序，这不仅大大节约了能源，还简化了生产流程，降低了生产成本，同时，避免了热处理过程中可能产生的变形、脱碳和淬火裂纹等问题，提高了产品的合格率。

2、由于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制钢，具有良好的强度和韧性。其显微组织主要是铁素体和珠光体，通过添加合金元素和细化组织的方法，可以进一步提高其强度，此外，非调质钢的零件心部与表面硬度几乎没有差别，切削性能好，易于加工成型。

3、由于减少了热处理过程，非调质钢的生产也减少了对环境的污染，符合绿色制造的发展趋势。同时，由于其优异的性能，能够延长产品的使用寿命，降低资源消耗，实现可持续发展。

4、近年来，随着钒等微合金化元素价格飙升，非调质钢也面临着进一步降低成本、改善加工性能稳定性等问题。

5、基于此，提供一种多元稀土合金强化非调质钢及其生产工艺，来解决现有的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种多元稀土合金强化非调质钢及其生产工艺，以解决现有技术中的不足。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种多元稀土合金强化非调质钢，按质量百分含量计为：c：0.20-0.25％，si：0.80-0.90％，mn：1.50-1.80％，cr：0.30-0.50％，v：0.12-0.16％，zr：0.15-0.20％，cu：0.03-0.05％，n：0.010-0.012％，ti：0.012-0.016％，镧-铈-铁中间合金0.015-0.020％；

4、其中，将p的含量控制在0.02重量％以下；

5、s的含量控制在0.02重量％以下；

6、mo的含量控制在0.055重量％以下；

7、al的含量控制在0.025重量％以下；

8、其余为fe和不可避免的杂质。

9、作为进一步的技术方案：所述非调质钢包括铁素体组织，铁素体组织的质量含量为65-68％。

10、作为进一步的技术方案：所述镧-铈-铁中间合金强化非调质钢中的元素c、si、mn、ti和镧-铈-铁中间合金的量以满足式ⅰ的要求：

11、式ⅰ：η＝(1/2)[c]+(10)[ti]+(1/10)[mn]+(1/5)[si]+(10)[镧-铈-铁中间合金]；

12、其中，[c]、[ti]、[mn]、[si]和[镧-铈-铁中间合金]分别表示元素c、si、mn、cr、镧-铈-铁中间合金的以重量％计的含量值。

13、作为进一步的技术方案：所述η的值为0.68-0.845重量％。

14、作为进一步的技术方案：所述镧-铈-铁中间合金强化非调质钢中的元素ti和镧-铈-铁中间合金的量以满足式ⅱ的要求：

15、式ⅱ：β＝(1/10)[zr]-[镧-铈-铁中间合金]；

16、其中，[zr]和[镧-铈-铁中间合金]分别表示元素zr、镧-铈-铁中间合金的以重量％计的含量值。

17、作为进一步的技术方案：所述β的值为0。

18、作为进一步的技术方案：所述镧-铈-铁中间合金，其中镧质量分数为60％，铈质量分数为30％。

19、一种多元稀土合金强化非调质钢的生产工艺，包括以下步骤：

20、s1：冶炼：

21、根据各元素成分配比进行备料，经过冶炼得到相应的钢水；

22、s2：lf精炼：

23、lf精炼在lf精炼炉内进行；

24、通过lf精炼炉底部吹氩气，分为三个阶段；

25、s3：真空处理：

26、在真空处理过程中，控制真空保持时间12-15min，真空状态下氩气压力为0.3-0.35mpa；

27、s4：成型：

28、所述成型是通过连铸进行的，所得铸坯的温度保持1160-1180℃；

29、s5：加热轧制：

30、其中，加热前先进行预热，预热温度至780℃，预热时间为50min，然后再继续加热至轧制温度；

31、其中，轧制温度为1010-1030℃；

32、s6：冷却，探伤；

33、s7：合格入库。

34、作为进一步的技术方案：s2中吹氩气的三个阶段包括：

35、第一阶段：

36、以200l/min的氩气流量进行吹20-25min；

37、第二阶段：

38、以168l/min的氩气流量进行吹10-15min；

39、第三阶段：

40、以42l/min的氩气流量进行吹30-40min。

41、作为进一步的技术方案，s6中轧制后冷却至600℃，冷却速度为25℃/min。

42、有益效果：

43、本发明通过引入特定质量的镧-铁中间合金，其中镧质量分数为90％在非调质钢中能够通过控制硫化物的分布和形态来改善非调质钢的性能，对于非调质钢的力学性能具有明显的改善提高，包括抗拉性能与抗冲击性能均有不同程度的提高作用。

44、由于硫化物是非调质钢中的一种常见杂质，其分布和形态对非调质钢的力学性能和加工性能有着明显的影响，基于此，本发明通过添加特定量的镧-铁中间合金，可以有效地改善非调质钢内的硫化物的分布状态，使其在非调质钢中呈现弥散分布的小尺寸球状或纺锤状，通过使其弥散分布的这种分布状态的改变，从而提高了硫化物在非调质钢内的稳定性，同时能够促使硫化物与与非调质钢基体之间的结合力得到明显的增强，进而能够显著的提升了非调质钢的整体力学性能。

45、本发明通过对zr与镧-铁中间合金的添加量的关系进行了分析，当二者满足β＝(1/10)[zr]-[镧-铈-铁中间合金]，β＝0的关系时，能够达到最佳的对非调质钢性能的改善效果，镧-铁中间合金能促进碳化物zrc的析出强化相的形成，zrc是一种高硬度、高强度的化合物，其析出能够显著提高非调质钢的强度和耐磨性，通过满足此关系时，可以实现zrc析出强化相的均匀分布和有效析出，进一步提升非调质钢的强韧性能。

46、在精炼时，通过氩气的三阶段吹入有助于减少稀土硫化物的生成，这样，一方面能够减少硫对镧元素的消耗，同时又能够保证硫化物得到有效控制，充分发挥了镧-铁中间合金对非调质钢的增强作用。

47、在连铸成型过程中，通过调整保温温度参数，可以控制硫化物在非调质钢中的固溶行为，使其充分固溶于基体中，当温度为1160-1180℃时，硫化物可在非调质钢中发生固溶，这一过程不仅有助于消除硫化物对非调质钢性能的不利影响，还有助于提高非调质钢的组织均匀性和力学性能。

48、经过镧-铈-铁中间合金的引入，还具有细化晶粒的作用，含稀土的高熔点夹杂，易作为晶内铁素体的形核核心，起到分割原奥氏体晶粒的作用，同时含稀土的高熔点夹杂物易偏聚于晶界，起到钉扎晶界的作用，抑制晶粒的长大，提高非调质钢的冲击性能，但过量的镧-铁中间合金会产生大量大尺寸夹杂，反而严重损害非调质钢的冲击性能。