[發(fā)明專利]提高中碳V鋼強韌性的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410439695.3
• 申請日: 2014-09-01
• 公開（公告）號: CN104195409A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳慶豐;許竹桃;陳華強;汪菊華;余愛華;張歡;張青山;黃海玲;黃紅明;李獻忠
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢鋼鐵（集團）公司
• 主分類號: C22C33/04
• 分類號: C22C33/04
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 王和平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種中碳V鋼的生產(chǎn)方法，特別涉及一種提高中碳V鋼強韌性的方法，屬于鋼鐵加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

中碳V(釩)鋼主要指35MnV、40CrV、50CrVA、40MnVB、SAE6140(ASTM?A355標準)、EN51CrV4(EN10083/1標準)等鋼種，多用于制造汽車零件、機械構(gòu)件、彈簧、工具等，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，其特點是：①鋼中C含量在0.32～0.65％；②鋼中V含量在0.10～0.30％，尤其集中在0.10～0.20％；③鋼材應(yīng)用前均需淬、回火調(diào)質(zhì)處理，因而對鋼材強韌性要求很嚴。

這些鋼種的強韌性主要是靠合金元素固熔強化、時效沉淀強化、組織強化等手段實現(xiàn)的，具體為：加入一定數(shù)量的合金元素增加強度、加入V進行細晶強韌化、對材料進行熱處理工藝等。這些措施確實能提高鋼材的強韌性能，但各有優(yōu)缺點，在實用鋼中，往往要將這些強化方法相互結(jié)合起來才能達到所需性能，不可避免地要增加鋼材生產(chǎn)過程中成本、工序和交貨時間。

V是強化鐵素體和γ相圈形成元素之一，它和碳(C)、氮(N)、氧(O)都有極強親和力，與之形成相應(yīng)的極為穩(wěn)定的化合物(如V₄C₃、VN、V₂O₃等)，在鋼中主要細化鋼的組織和晶粒，降低鋼的過熱敏感性，提高鋼的強度和韌性。鋼中C含量在0.35～0.65％，V元素與C形成V₄C₃化合物，該化合物極為穩(wěn)定，只有在高溫下才能緩慢地溶入奧氏體中，故V4C3雖能細化晶粒，但由于其顆粒尺寸大，反而降低了鋼的韌性。因而中碳V鋼一般要控制V的含量(V≤0.50％)。

N在鋼中與Al、Ti、V、Fe等形成穩(wěn)定化合物起固溶強化、時效強化等作用，但由于Fe₄N的析出，導(dǎo)致時效和藍脆等現(xiàn)象，含量超多時易形成氣泡、疏松、裂紋等缺陷。氮一般隨爐料進入和冶煉過程中鋼液從外界吸收，非人為有目的的加入，轉(zhuǎn)爐鋼[N]：30～50ppm，電爐鋼[N]：50～70ppm([N]代表N在鋼中的重量比濃度)。

目前，已有利用VN改善鋼的性質(zhì)的文獻，例如“含VN、TiN粉體高鉻鑄鐵、該鑄鐵制備方法和耐磨件”(專利號：201110137773)利用VN粉體作為高鉻鑄鐵金屬液基體和碳化物凝固的形核核心，提高鑄件的耐磨性，起強化作用。“一種屈服強度≧400MPa級的VN鋼筋的生產(chǎn)方法”(專利號：201110151235)將加入的VN16合金裝入普通質(zhì)量碳素結(jié)構(gòu)鋼制作的容器中并密封后置入到鋼包中，使VN16合金回收率提高，VN鋼筋的力學性能穩(wěn)定性能更好，產(chǎn)品表面質(zhì)量得到提高。而“VN合金在非調(diào)質(zhì)鋼中的應(yīng)用”(盧向陽等，《鋼鐵釩鈦》，2000年03期)文章主要是研究了：VN合金在F35MnVN鋼中的應(yīng)用，并對釩、氮的作用和鋼水增氮方法進行了研究。但這些文獻都是利用加入的VN合金，通過金屬原子置換達到固溶強化的，因而需要添加一定數(shù)量的含V合金、或VN合金。由于含V合金、或VN合金價格高，故現(xiàn)行通過V原子置換達到固溶強化的生產(chǎn)工藝成本高，市場競爭力弱。另外一方面，鋼中V含量增加后，特別是鋼中V₄C₃數(shù)量增加、顆粒尺寸增大時，反而會降低鋼的韌性。

本發(fā)明方法則采用降低V含量、增加N含量，并在軋制過程中在VN析出高峰溫度段保持一定時間，使VN析出相數(shù)量多且其顆粒尺寸小，從而增強鋼的強度及韌性，即利用析出強化，達到降低中碳V鋼的生產(chǎn)成本的同時，提高鋼的強韌性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種提高中碳V鋼強韌性的方法，以通過控制鋼中V和N的含量及VN顆粒尺寸來提高中碳V鋼的強韌性，降低生產(chǎn)成本、減少后續(xù)熱處理工序。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用控制“鋼中V、N含量+VN析出相尺寸、數(shù)量”的新工藝，即通過控制中碳V鋼中V、N元素含量、鋼坯加熱軋制、圓鋼中VN析出相顆粒尺寸及數(shù)量等技術(shù)工藝，從而達到提高中碳V鋼的強韌性。

具體包括以下步驟：

1)冶煉時，添加N元素，即在精煉過程中向鋼液吹入N₂氣，并控制鋼中N含量范圍在[N]0.0070％～0.0120％，同時使鋼中C、V元素含量范圍控制在：[C]0.35％～0.65％，[V]0.10％～0.30％；其中[C]、[V]和[N]分別代表C、V和N在鋼中的重量百分比濃度；