汽车摇臂用非调钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼技术领域，具体而言，涉及汽车摇臂用非调钢及其制备方法。

背景技术

非调质钢是通过微合金化、控轧(锻)控冷等强韧化方法，省去了调质热处理，其综合性能接近甚至超过调质钢。由于调质钢加工工序时间长，热处理能耗多，成本高以及热处理带来各种环境污染问题等缺陷，非调质钢得到了越来越广泛的应用，例如：汽车摇臂等汽车零部件均使用非调质钢。

但是，相关技术提供的非调钢仍然具有显著的表面缺陷，且在生产过程中，容易出现断浇的现象。

发明内容

本发明的目的在于提供汽车摇臂用非调钢及其制备方法，该汽车摇臂用非调钢能够显著的减少裂纹等表面缺陷，该制备方法还可以改善断浇的问题，增加连铸生产的炉数。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种汽车摇臂用非调钢，汽车摇臂用非调钢的组分，按照质量百分数计包括：

C：0.36-0.44％，Si：0.15-0.35％，Mn：1.35-1.65％，P≤0.020％，S≤0.030-0.050％，Cr≤0.20％，Cu≤0.20％，Ni≤0.25％，Mo≤0.06％，V≤0.02-0.03％，Ca:0.0015-0.0025％，N:0.008-0.012％，Al：0.003-0.01％，余量为Fe；其中，(Al-Ca)＜0.0085％，且(Al+V)/Al≤7.67。

在可选的实施方式中，汽车摇臂用非调钢的屈服强度≥470MPa，奥氏体晶粒度≥7级。

第二方面，本发明提供如前述实施方式的汽车摇臂用非调钢的制备方法，包括：

在转炉工序出钢前添加Al进行第一脱氧处理；

钢水到达LF工序后，第二脱氧处理；

钢水达到RH工序后，复压并添加氮化铬线，等待预设时间，取样确认Ca含量，添加Ca线以调整Ca含量；之后再出站前设定时间添加硫铁线，调整S含量；

连铸工序时，将Al的含量控制在0.003-0.01％。

在可选的实施方式中，取样确认Ca含量，添加Ca线以调整Ca含量的步骤，具体包括：

取样确认Ca含量，添加100-120米Ca线，再取样确认Ca含量，当Ca含量小于0.0015％时，再增加100-120米Ca线。

在可选的实施方式中，调整S含量，具体包括：将S的含量调整至0.034-0.040％。

在可选的实施方式中，设定时间为15-25min。

在可选的实施方式中，第二脱氧处理的步骤，具体包括：

当Al的含量低于0.015％时，再次添加Al，并将Al含量调整至0.015-0.020％；加渣料并在化开后，加入碳化硅扩散脱氧。

在可选的实施方式中，加入碳化硅扩散脱氧的步骤，具体包括：

先加第一设定重量的碳化硅，之后再冶炼中后期再添加第二设定重量的碳化硅。

在可选的实施方式中，第一设定重量为30-60kg，第二设定重量为20-40kg。

在可选的实施方式中，第一脱氧处理的步骤，具体包括：添加1.25-2.7kg/吨钢的Al。

本发明包括以下有益效果：

本发明实施例提供的汽车摇臂用非调钢的组分中，(Al-Ca)＜0.0085％的同时，(Al+V)/Al≤7.67，能够显著的减少非调钢的表面裂纹，即改善非调钢的表面缺陷；其中，当(Al-Ca)＜0.0085％时，即可消除钢表面缺陷，且Al含量越低对于非调钢表面质量的改善效果越显著；但是，Al的含量不能无限降低，故通过(Al+V)/Al≤7.67这一要求，对Al的下限进行限定。

本发明实施例提供的汽车摇臂用非调钢的制备方法，在在冶炼时的RH工序中，没有同时添加S、Al、Ca元素，改善了三者元素互作用形成复合夹杂物的问题，由于减少了复合夹杂物的总量，故无论是上浮的夹杂物的量还是未上浮留在钢内部的夹杂物的含量都减少了，上浮的夹杂物减少能够减少钢表面的裂纹，进而改善钢表面质量，钢内部的夹杂物减少了，能够降低钢的脆性，改善钢表面形成较深表面裂纹的问题，以进一步改善钢的表面质量；而且，在RH工序中，未同时添加S、Al、Ca元素，还可以改善液面上浮的问题，与此同时夹杂物也减少，即可充分改善钢水夹杂物在水口富集的问题，减少钢水浇铸流入结晶器而导致塞棒和液面上涨的现象，改善钢水无法下流导致断浇的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为相关技术提供的钢坯在轧制后圆钢表面的缺陷图一；

图2为相关技术提供的钢坯在轧制后圆钢表面的缺陷图二；

图3为相关技术提供的钢坯在轧制后圆钢表面的缺陷图三。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

相关技术提供的汽车摇臂用非调钢，主要存在两种表面缺陷。

缺陷1，如图1所示，较为表层的裂纹缺陷；这种裂纹内存在夹杂物，夹杂物主要含有Ca、Al、O元素(对应的钢的各元素重量百分比和原子百分比见表1)。

表1

缺陷2，如图2和图3所示，在圆钢表面形成较深裂纹缺陷，裂缝缺陷周围存在明显脱碳现象。

发明人研究、分析发现，上述两种缺陷的原因包括：在冶炼时RH工序，添加S、Al、Ca元素，三种元素交互作用形成复合钙铝夹杂物夹杂物，夹杂物并且不断上浮，在连铸阶段该反应仍在进行形成大量夹杂物，并且不断上浮，部分夹杂物上浮后聚集在钢坯表面，形成缺陷，轧制成圆钢后，在圆钢表面形成缺陷1类的表面裂纹缺陷；而部分未夹杂物上浮，留在钢坯内部，造成钢坯脆性增加，在钢坯加热时钢坯表面出现开裂，在圆钢表面形成缺陷2类的较深表面裂纹缺陷。

与此同时，发明人还研究发现，RH工序同时添加S、Al、Ca生成的夹杂物，在连铸过程中会富集在水口位置，影响钢水浇铸流入结晶器，从而导致塞棒和液面上涨，当钢水无法下流时，导致断浇，通常来说浇次内连铸生产的炉数不超过3炉。

为了改善上述问题，本发明提供了一种汽车摇臂用非调钢，汽车摇臂用非调钢的组分，按照质量百分数计包括：

C：0.36-0.44％(例如：0.36％、0.38％、0.40％、0.42％、0.44％等)，Si：0.15-0.35％(例如：0.15％、0.18％、0.20％、0.24％、0.28％、0.30％、0.32％、0.35％等)，Mn：1.35-1.65％(例如：1.35％、1.40％、1.45％、1.50％、1.55％、1.60％、1.65％等)，P≤0.020％(例如：0.020％、0.018％、0.016％等)，S≤0.030-0.050％(例如：0.030％、0.035％、0.040％、0.045％、0.050％等)，Cr≤0.20％(例如：0.20％、0.18％、0.16％等)，Cu≤0.20％(例如：0.20％、0.18％、0.16％等)，Ni≤0.25％(例如：0.25％、0.22％、0.18％、0.16％等)，Mo≤0.06％(例如：0.06％、0.05％、0.04％等)，V≤0.02-0.03％(例如：0.02％、0.022％、0.026％、0.03％等)，Ca:0.0015-0.0025％(例如：0.0015％、0.0018％、0.0020％、0.0022％、0.0025％等)，N:0.008-0.012％(例如：0.008％、0.010％、0.012％等)，Al：0.003-0.01％(例如：0.003％、0.005％、0.008％、0.01％等)，余量为Fe；其中，(Al-Ca)＜0.0085％(例如：0.0084％、0.0083％、0.0081％等)，且(Al+V)/Al≤7.67(例如：7.67、7.60、7.50等)。

铝(Al)一般是作为脱氧剂加入金属中的，但也是一种微合金化元素用于与钢中的氮结合。在冷却过程中随温度的下降，铝在奥氏体中的溶解度减小而析出铝的氮化物，起阻止奥氏体晶粒长大作用。

钒(V)是最常用而又有效的强化微合金化元素，其主要是通过形成V(C，N)来影响钢的组织和性能。V(C，N)主要在奥氏体晶界的铁素体中沉淀析出，细化铁素体晶粒。

本发明的汽车摇臂用非调钢的组分中，(Al-Ca)＜0.0085％的同时，(Al+V)/Al≤7.67，能够显著的减少非调钢的表面裂纹，即改善非调钢的表面缺陷；其中，当(Al-Ca)＜0.0085％时，即可消除钢表面缺陷，且Al含量越低对于非调钢表面质量的改善效果越显著；但是，Al的含量不能无限降低，故通过(Al+V)/Al≤7.67这一要求，对Al的下限进行限定，因此本发明需要同时满足(Al-Ca)＜0.0085％、以及(Al+V)/Al≤7.67，才能同时达到消除表面缺陷和满足奥氏体晶粒度级别要求，而且有利于实现连铸连浇次数的增加。

进一步地，(Al+V)/Al≤7.67可以使汽车摇臂用非调钢满足奥氏体晶粒度≥7级，且屈服强度≥470MPa。如此，可以进一步确保非调钢的表面不容易出现裂纹，改善非调钢的表面质量。

需要说明的是，本发明的非调钢可以是280×280mm断面钢坯轧制成Ф30-80mm规格圆钢。

为了保证材料的切削性能，在组分上必须保证S和Ca的含量，而本发明的Al含量进行了调整，故还需要将冶炼工艺进行调整，以使最终得到的钢的表面质量得到改善的同时，仍然具有理想的切削性能等。

炼钢过程中需要使用Al来进行脱氧，同时在冶炼的工序过程中，在转炉工序添加后，经过LF工序、RH工序、连铸工序后，Al含量呈逐渐降低的趋势，为了保证能够充分脱氧，在LF工序需要加碳化硅进行脱氧。

发明人研究发现，在保证S和Ca含量满足条件的情况下，Al≤0.01，才能保证钢坯轧制后表面不存在对比方案的裂纹缺陷；进一步地，本发明还提供了一种汽车摇臂用非调钢的制备方法，包括：

在转炉工序出钢前添加Al进行第一脱氧处理；

钢水到达LF工序后，第二脱氧处理；

钢水达到RH工序后，复压并添加氮化铬线，等待预设时间，取样确认Ca含量，添加Ca线以调整Ca含量；之后再出站前设定时间添加硫铁线，调整S含量；

连铸工序时，将Al的含量控制在0.003-0.01％。

本发明的制备方法，在在冶炼时的RH工序中，没有同时添加S、Al、Ca元素，改善了三者元素互作用形成复合夹杂物的问题，由于减少了复合夹杂物的总量，故无论是上浮的夹杂物的量还是未上浮留在钢内部的夹杂物的含量都减少了，上浮的夹杂物减少能够减少钢表面的裂纹，进而改善钢表面质量，钢内部的夹杂物减少了，能够降低钢的脆性，改善钢表面形成较深表面裂纹的问题，以进一步改善钢的表面质量；而且，在RH工序中，未同时添加S、Al、Ca元素，还可以改善液面上浮的问题，与此同时夹杂物也减少，即可充分改善钢水夹杂物在水口富集的问题，减少钢水浇铸流入结晶器而导致塞棒和液面上涨的现象，改善钢水无法下流导致断浇的问题，即本发明的制备方法添加S、Ca，并减少Al的添加，在连铸过程中，塞棒和液面会比较平缓，浇次内连铸炉数由不超过3炉，可以提高到6炉以上。

需要说明的是，若Al＜0.003％时，会出现奥氏体晶粒度低于5级现象，而本发明的制备方法制备的钢材的Al不低于0.003％，故奥氏体晶粒度达到5.0级以上。

在一些实施方式中，第一次脱氧处理的步骤，具体包括：添加1.25-2.7kg/吨钢的Al，例如：1.25kg/吨钢、1.50kg/吨钢、1.80kg/吨钢、2.0kg/吨钢、2.2kg/吨钢、2.5kg/吨钢、2.7kg/吨钢等。

在一些实施方式中，第二脱氧处理的步骤，具体包括：

当Al的含量低于0.015％时，再次添加Al，并将Al含量调整至0.015-0.020％，例如：0.015％、0.018％、0.020％等；加渣料并在化开后，加入碳化硅扩散脱氧。

进一步地，加入碳化硅扩散脱氧的步骤，具体包括：

先逐步加入第一设定重量的碳化硅，之后再冶炼中后期再逐步加入第二设定重量的碳化硅。

再进一步地，第一设定重量为30-60kg，例如：30kg、35kg、40kg、45kg、50kg、55kg、60kg等；第二设定重量为20-40kg，例如：20kg、25kg、30kg、35kg、40kg等。

需要说明的是，钢水到达RH工序后，Al含量在0.005-0.01之间，不需要添加Al。

在一些实施方式中，取样确认Ca含量，添加Ca线以调整Ca含量的步骤，具体包括：取样确认Ca含量，添加100-120米Ca线(例如：100米、105米、110米、115米、120米等)，再取样确认Ca含量，当Ca含量小于0.0015％时，再增加100-120米Ca线(例如：100米、105米、110米、115米、120米等)。

在一些实施方式中，调整S含量，具体包括：将S的含量调整至0.034-0.040％，例如：0.034％、0.036％、0.038％、0.040％等。

进一步地，设定时间为15-25min，例如：15min、20min、25min；预设时间为2-4min，例如：2min、3min、4min等。

以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例1

制备非调钢的工艺包括：

转炉：

在转炉工序出钢前添加1.25kg/吨钢的Al，进行脱氧。

LF工序：

钢水到达到LF工序后，添加Al，将Al含量调整至0.015％；加渣料化开后，逐步加入碳化硅50kg，在冶炼中后期再逐步加入碳化硅30kg，进行扩散脱氧。

RH工序：

复压后先添加氮化铬线，等待4分钟后，取样确认Ca含量，添加100米Ca线，再取样确认Ca含量，Ca含量小于0.0015％，再增加Ca线100米。出站前20分钟添加硫铁线，将S调整至0.034％。

连铸工序时Al可控制在0.003％。

实施例1-4和对比例1-9的成分见表2和表3，实施例2-3以及对比例1-7的工艺参考实施例1。

表2

表3

根据表2和表3不难看出，只有同时满足(Al-Ca)＜0.0085％、以及(Al+V)/Al≤7.67，才能在确保钢的表面无缺陷的情况下，奥氏体晶粒度大于7。

对比例8

对比例8与实施例1的工艺具有区别；其中，对比例8在RH工序中，不仅添加了Ca和S，还添加了的Al，其他工艺参照实施例1。

对比例9

对比例9与实施例1的工艺具有区别；其中，RH工艺中两次添加Ca线均为150米，将S调整至0.060％。

非调钢需要满足非金属夹杂物A细评级要求≤3.0级；其中，A细类夹杂物与S元素有关，S含量越高，A细评级会超高，具体地，S不超过0.04％时，可达到A细评级≤3.0级，当超过S含量超过0.04％，A细评级会超过3.0级。

对比例9的钢材夹杂物A细评级超过3.0级，不满足≤3.0级的要求。

综上所述，本发明的非调钢能够显著的减少裂纹等表面缺陷，该制备方法还可以改善断浇的问题，增加连铸生产的炉数。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。