一种非调质钢盘条及其制备方法和应用与流程

本发明属于钢铁冶金，具体涉及一种非调质钢盘条及其制备方法和应用。

背景技术：

1、汽车转向器齿条作为汽车行业的常用零件，广泛应用于轿车和微型、轻型卡车。目前，转向器齿条常用的材料为45号钢，通过对45号钢调质处理后加工制造成转向器齿条，具体加工流程为：盘条-拉拔-调质处理-机加工-齿条部位感应淬火-低温回火等工序，生产周期长，加工成本高。由于45号钢淬透性较差，调质处理后强度较低，抗拉强度为750-780mpa，在实际使用过程中，由于齿条强度低，耐磨性差，最终导致使用寿命较短。因而，45号钢所制造的转向器齿条无法满足高端车型的使用要求。

2、随着汽车行业轻量化要求不断增强和环保要求逐渐严苛，汽车转向器齿条逐渐向高强度、非调质化的方向发展，对于汽车转向器齿条用高强度非调质钢盘条的需求越来越迫切。非调质钢是20世纪70-80年代发展起来的一种节能环保型钢材，与传统调质钢相比，省略了调质处理工序，减少了热处理带来的环境污染；通过添加硫元素，改善切削性能，降低了切削加工成本。因而，非调质钢获得了广泛的应用，包括汽车、工程机械、紧固件等行业。

3、例如，现有技术公开了一种汽车转向器齿条用非调质钢及其制造方法，其成分设计思路为通过钒微合金化，同时添加碳、硅、锰以及铬等强化元素，提高钢的强度和塑性。采用lf+rh精炼手段进行冶炼生产，通过设置合理的开轧温度、终轧温度以及控制冷床冷却速度等，使所得非调质钢棒材产品屈服强度≥580mpa，抗拉强度≥820mpa，断面延伸率≥16％，断面收缩率≥40％，常温u型冲击功≥45j，布氏硬度240-280hbw。非调质钢棒材力学性能优于或者与调质钢45号钢相当，在转向器齿条生产过程中可以替代调质钢45号钢，并且省略调质处理工序。但是，其采用lf+rh的精炼手段进行生产，生产成本高，不利于产品推广；另外，其公开的是一种汽车转向器齿条用非调质钢棒材，并非是盘条，棒材产品在齿条生产过程中需要矫直、较大的机加工切削深度或者由于棒材拉拔，拉拔后头尾切废量大，成材率和生产效率均低于盘条产品，另外该发明棒材无需拉拔，直接进行应用，合金含量高，合金成本大；其公开汽车转向器齿条用非调质钢，钢中硫元素作为不可避免杂质元素，硫含量≤0.02％，未有意图添加硫元素提高切削性能，未改善钢的切削性能，不利于降低齿条机加工过程中的切削成本。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的非调质钢存在的成材率、生产效率低以及切削性能差等上述缺陷，从而提供一种非调质钢盘条及其制备方法和应用。

2、为此，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供一种非调质钢盘条的制备方法，依次包括：转炉炼钢，lf精炼，大方坯连铸，开坯，大盘卷轧制，冷却工序，其中，冷却工序采用堆冷方式；控制精炼渣的二元碱度为2.8～3.2，精炼渣中al2o3含量为20-25％；

4、所述非调质钢盘条以质量百分含量计包括：c 0.43～0.46％，si 0.10～0.30％，mn 1.10～1.50％，p≤0.020％，s 0.030～0.060％，cr 0.1～0.25％，ni 0.05～0.20％，v0.04～0.07％，al 0.015～0.045％，n 0.0030～0.0070％，其余为fe和不可避免的杂质。

5、设计cao-sio2-al2o3三元精炼渣系，二元碱度(cao/sio2重量比值)为2.8～3.2，al2o3含量为20-25％，形成低碱度低熔点精炼渣，使精炼过程化渣迅速，保持精炼渣良好的流动性，提高精炼渣的脱氧、吸附夹杂能力以及减少精炼过程中硫含量的损失。

6、可选地，所述转炉炼钢工序中，转炉出钢重量为30～35％时，按顺序加入硅锰合金、铝块、石灰以及二元碱度为0.8-1.1的低碱度预熔渣，铝块加入量为1.0-2.0kg/t，石灰的加入量为3-3.5kg/t，二元碱度为0.8-1.1的低碱度预熔渣的加入量为2.5-3.0kg/t；转炉出钢后，静置5-8min，底吹氩气压力控制在6-8mpa。

7、和/或，转炉入炉铁水硫含量为0.020～0.060％，铁水温度≥1300℃。

8、可选地，所述lf精炼工序中，钢水精炼到站加硫铁为2.2-2.8kg/t；氩气软搅拌前，喂入硅钙线，硅钙线的加入量为0.55～0.75m/t；氩气软搅拌时间为15-25min。

9、可选地，所述大方坯连铸工序中，钢水过热度为35～45℃，拉速为0.60～0.65m/min，二冷比水量为每千克钢水0.18～0.20l，连铸坯规格为300mm×390mm，轻压下总压下量为14-16mm。

10、可选地，所述开坯工序中，开坯加热温度为1220～1250℃，加热时间为260～300min，开坯终轧速度为0.75-0.80m/s。

11、可选地，所述大盘卷轧制工序中，加热温度为1080-1120℃，开轧温度为970-1000℃，精轧入口温度为870～900℃，吐丝温度为870-900℃。

12、可选地，所述冷却工序：采用盘条堆冷方式，开启1-6#风机，风机风量为95-100％，盘条温度降至600℃以下进入保温罩；

13、可选地，盘条温度降至550-600℃进入保温罩。

14、本发明还提供一种上述的制备方法制备得到的非调质钢盘条。

15、可选地，所述的非调质钢盘条，抗拉强度750～850mpa，断面收缩率30～45％。

16、本发明还提供一种上述的非调质钢盘条在汽车、工程机械或紧固件领域中的应用；

17、可选地，在转向器齿条中的应用，本发明所得非调质钢盘条在转向器齿条加工过程中，盘条成材率为≥92％。

18、下面对非调质钢盘条中各元素的作用和限定理由进行说明：

19、c是钢材中最基本、最廉价的强化元素，但随着碳含量的提高，钢的塑性会变差，因此，本发明碳含量的范围限定在0.43～0.46％。

20、si是钢中的强化元素和脱氧元素，但过多的硅会降低钢的塑性和拉拔性能。本发明中硅含量范围为0.10～0.30％。

21、mn是钢中强化元素，但是mn元素与硫元素形成硫化锰，会削弱mn的强化作用。为了保证钢的强度，本发明中锰含量控制在1.10～1.50％。

22、p是钢中的杂质元素，在晶界的偏聚而使晶界脆化，从而降低钢的强度和塑性。本发明将p含量控制在0.020％以下。

23、s可以提高钢的切削性能，但是s在晶界的偏聚而使晶界脆化，从而降低钢的强度和塑性，最终导致塑性变差。本发明将s含量控制在0.030～0.060％。

24、cr是钢中强化元素，可以提高钢淬透性。本发明中铬含量控制在0.1～0.25％。

25、ni是非碳化物形成元素，可与fe以互溶的形式存在铁素体或奥氏体中，使之固溶强化，并通过细化铁素体晶粒，改善钢的塑性。但由于镍元素属于昂贵的合金元素，合金成本较高，本发明中镍含量控制在0.05～0.20％。

26、v在钢中形成碳化物或者碳氮化物，可以在铁素体上析出，起到析出强化的作用，另外碳化物或者碳氮化物对晶粒起到钉扎作用，细化晶粒尺寸，因此添加少量的钒元素，可以提高钢的强度和塑性，但是过高的钒，会形成粗大的析出物，反而会降低钢的塑性和强度，本发明钒含量控制在0.04～0.07％。

27、al是钢中的脱氧元素，可以有效的去除钢中的氧元素，提高钢的洁净度。al与氮形成细小的aln，起到细化晶粒的作用。本发明铝含量控制在0.015～0.045％。

28、n在钢中与钒、铝等元素结合形成氮化物，细化晶粒，提高钢的强度，但是过量的氮元素会导致钢的塑性变差。本发明中氮含量控制在0.0030～0.0070％。

29、本发明技术方案，具有如下优点：

30、本发明提供的非调质钢盘条的制备方法，通过设计合理的碳、硅、锰和铬含量，提高钢的强度；同时添加镍、钒进行微合金化，通过固溶强化和细晶强化，进一步提高钢的强度和塑性；通过硫元素的有意添加，提高了盘条的切削加工性能。采用单一lf精炼手段+合理的轧后冷却制度，使得盘条具有优良的力学性能；通过对lf精炼渣二元碱度、精炼渣中氧化铝含量的精确控制以及合理的钙处理工艺，实现对硫含量精确控制，实现保硫保铝、吸附夹杂、改善钢水可浇铸性，可省略了rh精炼步骤，简化了工艺。另外，由于棒材产品在齿条生产过程中需要矫直、较大的机加工切削深度或者由于棒材拉拔，拉拔后头尾切废量大，盘条相比于现有技术中的棒材提高了成材率和生产效率。

31、本发明提供的非调质钢盘条，经过拉拔后，力学性能优于调质钢45号钢，该盘条在实际应用中，特别是生产转向器齿条过程中，能够省略调质处理工序，减少了热处理带来的环境污染，同时材料能获得较高强度，可替代常用调质钢45号钢盘条，满足日益严苛的环保要求。