1.??前言

??????非調質是指在中碳鋼中添加微量的強碳化物形成元素V、Nb、Ti等，熱加工后控制冷卻到室溫，利用碳（氮）化物的析出強化，使其達到中碳鋼調質后的強化水平，從而省去調質處理工序。它不僅節(jié)省能源，縮短生產周期，還可以避免淬火變形及開裂，提高產品質量，具有重要的技術和經濟意義。

??????熱軋F35MnVN非調質鋼，對于承鋼來說不是新課題，早在80年代我公司就已經開始批量生產了。當時的工藝流程為：模鑄→中型開坯→小型軋材的二火成材工藝。近幾年來，承鋼的生產工藝結構發(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，取爾代之的是轉爐煉鋼→爐外精煉→連鑄（保護澆注）→連軋一火成材新工藝。采用這樣先進的工藝流程，使生產率得以提高，各種物料消耗得以降低，生產成本隨之下降，給企業(yè)創(chuàng)造的經濟效益得以大幅提高。為此，經過近兩年的努力，通過大量的工藝試驗，證明只要采用特殊的冶煉、軋制工藝，就能保證非調質鋼的各項性能指標達到其替代調質鋼作軸類、桿類等零件的使用要求。

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2?.?主要工藝設備

2.1?氧氣頂、底復吹轉爐。

2.2 8機8流方坯連鑄機。

2.3?達涅利18架連軋機。

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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、底復吹轉爐→吹氬喂線→方坯連鑄（全程保護澆注）→檢驗→熱裝熱送→加熱→軋制→控制冷卻→檢驗→收集→包裝→掛牌→稱重→入庫。

3.1?化學成分設計

?????考慮到承鋼原礦含V元素的資源優(yōu)勢，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，達到研制目標。

?????在中碳鋼中添加少量的微合金化元素V，依靠細小的碳氮化釩的析出，強化鐵素體—珠光體組織，從而達到傳統(tǒng)的調質鋼所要求的強度水平，這是非調質鋼合金設計的一個基本原則。根據(jù)強度級別不同，非調質鋼中V的添加量一般在0.06%~0.20%?范圍。因為，非調質鋼中C含量較高，V是其獲得沉淀強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數(shù)，從而提高鋼的韌性。

??????充分利用廉價的N作為合金元素是非調質鋼合金設計的另一特點。大量的研究結果已表明，N是含V合金的鋼中一個十分有效的合金元素。鋼中增N，促進了V的析出，增強了V的沉淀強化作用，明顯提高了鋼的強度，因此，充分利用廉價而富有的N元素，對提高非調質鋼的性能，降低生產成本是非常有效的。N在非調質鋼中主要起三方面的作用：

????? ①　促進V的析出，提高沉淀強化作用；

???? ?②　細化晶粒；

???? ③　提高TiN的穩(wěn)定性。

??????采用氧氣頂?shù)讖痛缔D爐冶煉時，其N的含量為40~60ppm，為了更好的發(fā)揮V的作用，應提高鋼中N的含量至90~130ppm。

3.1.1??關于C含量

????? C對提高強度、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，強度表面淬火硬度不足。為了達到能替代調質45^#碳結鋼的性能水平，在參考國內外研究成果和我公司早期的試驗數(shù)據(jù)的基礎上，C含量若超過0.4%以后，鋼的塑、韌指標明顯惡化，故C含量取中碳鋼的中值范圍，即：C（%）0.34~0.37。

3.1.2?關于Mn含量

?????? Mn是普通低合金鋼中最常用的起固溶強化作用的元素。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，但有關資料介紹，Mn在1%?以內對沖擊無損害，隨著Mn含量進一步增加，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化作用的元素。一般認為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非調質鋼。但是，所謂加Si非調質鋼，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?關于V含量

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

3.1.5?關于P、S含量

??????對鋼來說，磷、硫均是有害元素。磷能提高鋼的強度，使塑性降低。硫會使鋼的熱裂敏感性提高，鋼在熱加工時容易產生熱脆。因此，最終設計鋼中的磷、硫含量P、S各≤0.025%（質量分數(shù)），并在實際生產中盡量降低P、S含量。

??????綜上所述，，結合承鋼的實際情況，在認真考慮各元素對F35MnVN鋼的強度、塑性指標的影響、連鑄鋼水的脫氧及可澆性的基礎上，編制了熱軋F35MnVN非調質鋼的化學成分，見表1。

表1? F35MnVN非調質鋼的化學成分

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?終點控制

??????終點成分控制，[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。在吹氬精煉時進行喂線深脫氧和夾雜物變形處理，要求喂線插入位置對準鋼水液面蠕動位置，保證吹氬時間≥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，大包采用保護套管進行大包注流保護，中間包至結晶器采用浸入式水口保護澆注工藝，減少鋼水的二次氧化，提高連鑄坯的內在質量和表面質量。

3.4?軋制工藝

????? ?在鋼坯化學成分完全符合要求的情況下，為了使F35MnVN非調質鋼的熱軋材達到所要求的力學性能，關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

??????對于微合金非調鋼，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)經驗可知，開軋溫度高于1000℃，則鋼的強度和韌性配合較好；如果開軋溫度低于1000℃，則鋼的韌性和強度均較低。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℃，雖然鋼的強度、硬度會隨著升高，但是鋼的韌性會下降，所以，必須在中軋后，對軋件進行控制冷卻，降低進入精軋機組前的溫度，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，其沉淀強化效應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間，確保鋼材下冷床溫度小于600℃后進行收集、打捆、堆垛。