控制細(xì)化vn析出相尺寸及數(shù)量的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種控制細(xì)化VN析出相尺寸及數(shù)量的方法，包括冶煉、連鑄、加熱、軋制、保溫和控冷的步驟；其中，冶煉步驟中，通過(guò)在精煉過(guò)程中向鋼液吹入N2氣添加N元素，控制鋼中[N]0.0070％～0.0120％，同時(shí)使鋼中：[C]0.37％～0.65％，[V]0.10％～0.30％；加熱步驟中，加熱鋼坯并均熱保溫；軋制步驟中，控制開(kāi)軋和終軋溫度；保溫步驟中，控制保溫范圍和時(shí)間；控冷步驟中，控制軋件冷卻速度，至550～600℃使軋件入坑緩冷或堆冷。本發(fā)明通過(guò)特定工藝條件對(duì)析出的自發(fā)性、無(wú)序化進(jìn)行有效控制，從而使鋼中VN析出相顆粒直徑集中、數(shù)量比例最佳，提高了鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延展性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】控制細(xì)化VN析出相尺寸及數(shù)量的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種含釩（V)、氮（N)元素合金鋼中VN析出相控制的方法，特別涉及一 種控制細(xì)化VN析出相尺寸及數(shù)量的方法，屬于鋼鐵生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] V是強(qiáng)化鐵素體和Y相區(qū)形成元素之一，它與C、N、0都有極強(qiáng)的親和力，與之形 成相應(yīng)的穩(wěn)定的化合物（如V4C3、VN、V2O3等）。V在鋼中主要細(xì)化鋼的組織和晶粒，降低鋼 的過(guò)熱敏感性，提高鋼的強(qiáng)度和韌性。其次，V在高溫溶入奧氏體時(shí)能增加鋼的淬透性，相 反，以碳化物形態(tài)存在時(shí)，降低鋼的淬透性。另外，V的化合物在高溫極穩(wěn)定，提高了鋼的耐 磨性。
[0003] N隨爐料進(jìn)入鋼水或冶煉過(guò)程被鋼水吸入，在現(xiàn)有條件下，不能完全去除，以前均 認(rèn)為是一種有害雜質(zhì)元素。一般情況下，電爐冶煉的鋼液N含量稍高。但N能擴(kuò)大Y相區(qū)， 形成和穩(wěn)定奧氏體組織。N固溶于鐵形成間隙式固溶體，在奧氏體中溶解度較大，并隨溫度 升高而降低；N在α鐵素體中的溶解度在布氏體共析轉(zhuǎn)變溫度590°C時(shí)最大，為0.10%，隨 溫度降低其溶解度急劇降低，如在l〇〇°C時(shí)僅0. 001%。
[0004] N在鋼中起固溶強(qiáng)化和時(shí)效沉淀析出強(qiáng)化作用，與鋼中Al、Ti、V、Nb及Fe等元素 形成穩(wěn)定化合物，這些化合物在鋼坯加熱時(shí)回溶于奧氏體中，并在軋制時(shí)及軋后再次從鋼 中析出，這些析出相隨溫度降低，顆粒直徑尺寸減小、析出數(shù)量呈各種不同的波浪曲線，即 在各自不同的溫度段均有最大析出數(shù)量，控制析出相成分、析出溫度可以得到最多細(xì)小彌 散析出物顆粒。目前，向鋼中添加 N元素的工藝為在精煉中后期，向鋼中加入含N合金，如 AIN、TiN、CrN、MnSiN等合金，該方法制備的工藝鋼中N含量控制準(zhǔn)確；但生產(chǎn)成本較高。
[0005] 眾所周知，鋼中還不可避免的存在C、0等元素，這些元素在鋼中也與Al、Ti、V、Nb 等形成穩(wěn)定化合物，如 A1203、Ti02、V205、TiC、V 4C3、NbC、Ti (CN)、V (CN)、Nb (CN)等，隨后在軋 制時(shí)及軋后析出，但這些顆粒尺寸及數(shù)量與VN析出相不同，對(duì)鋼的力學(xué)性能、組織結(jié)構(gòu)、熱 處理穩(wěn)定性等均有很大影響。本發(fā)明方法就是抑制鋼中其它析出物種類(lèi)、數(shù)量、顆粒尺寸， 而使VN析出相數(shù)量最多、顆粒尺寸集中、彌散均有分布。
[0006] 針對(duì)鋼中VN析出相，已有許多專(zhuān)利、文章介紹，如："含VN、TiN粉體高鉻鑄鐵、該鑄 鐵制備方法和耐磨件"（專(zhuān)利號(hào)：201110137773)、"一種屈服強(qiáng)度彡400MPa級(jí)的VN鋼筋的生 產(chǎn)方法"（專(zhuān)利號(hào)：201110151235)、"P92耐熱鋼δ-鐵素體內(nèi)的析出相"（《鋼鐵釩鈦》2000 年03期，石如星等）、"氮含量和TMCP對(duì)微合金V-N鋼顯微組織和力學(xué)性能的影響"（《熱 處理學(xué)報(bào)》2008年03期，尹桂全等）等均從不同方面介紹VN析出相的作用、顆粒尺寸及析 出溫度。
[0007] 專(zhuān)利"含VN、TiN粉體高鉻鑄鐵、該鑄鐵制備方法和耐磨件"是說(shuō)明：VN粉體可作 為商絡(luò)鑄鐵金屬液基體和碳化物凝固的形核核心，可提商鑄件的耐磨性，VN粉體納米顆粒 起到了強(qiáng)化作用。
[0008] 專(zhuān)利"一種屈服強(qiáng)度> 400MPa級(jí)的VN鋼筋的生產(chǎn)方法"是說(shuō)明：采用其方法，使 VN16合金回收率提高，VN鋼筋的力學(xué)性能穩(wěn)定且降低生產(chǎn)成本。
[0009] 文章"P92耐熱鋼δ-鐵素體內(nèi)的析出相"介紹了 ：超臨界鍋爐P92鋼在不同時(shí)效 狀態(tài)下δ -鐵素體內(nèi)包含兩種析出相，分別為VN與Laves相，VN呈短棒狀，尺寸20?70nm， 較為穩(wěn)定，Laves相平均等效直徑在600°C下隨時(shí)間的增加則有較大改變。
[0010] 文章"氮含量和TMCP對(duì)微合金V-N鋼顯微組織和力學(xué)性能的影響"介紹了 ：15MnVN 鋼工字梁大線能量弧焊時(shí)，在焊態(tài)或SR態(tài)下，由于焊縫冷速大，或因重復(fù)加熱溫度不夠高， V、N均不能以非共格形式析出。V的共格析出是使焊縫強(qiáng)度過(guò)高和韌性偏低的重要原因。
[0011] 但以上專(zhuān)利、文章僅是記載了 VN析出相尺寸、形狀及對(duì)鋼的力學(xué)性能的影響，而 未記載如何通過(guò)工藝條件來(lái)控制鋼中VN相析出的數(shù)量、顆粒直徑范圍，以得到所需的對(duì)鋼 的各種性能最佳匹配的VN相尺寸及數(shù)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的在于提供一種控制細(xì)化VN析出相尺寸及數(shù)量的方法，該方法通過(guò) 設(shè)計(jì)鋼中V、N元素含量，控制鋼材軋制和軋后在某一特定溫度范圍延時(shí)保溫，使鋼中VN析 出相顆粒直徑集中、數(shù)量比例最佳。
[0013] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案包括冶煉、連鑄、加熱、乳制、保溫和控冷的步 驟；
[0014] 其中，所述冶煉步驟中，添加 N元素，即在精煉過(guò)程中向鋼液吹入N2氣，控制鋼中N 含量范圍在[N]0. 0070%?0.0120%，同時(shí)使鋼中C、V元素含量范圍控制在：[C]0. 37%? 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；
[0015] 所述加熱步驟中，加熱鋼坯并在1100?1200°C范圍均熱保溫30?75min，使結(jié)晶 狀態(tài)的VN化合物回溶到奧氏體中，隨后軋制成鋼板圓鋼；
[0016] 所述軋制步驟中，開(kāi)軋溫度為1050?1120°C范圍，終軋溫度為890?950°C ;
[0017] 所述保溫步驟中，在830?880°C范圍，將軋件保溫1?2. 5min，使VN大量析出；
[0018] 所述控冷步驟中，控制軋件隨后冷卻速度0. 7?0. 95°C /s，至550?600°C使軋件 入坑緩冷或堆冷。
[0019] 進(jìn)一步地，所述冶煉步驟中，鋼中V范圍控制在[V]0. 10%?0. 20% ;所述加熱步 驟中，在1140°C?1190°C范圍均熱保溫30?55min。
[0020] 更進(jìn)一步地，所述保溫步驟中，在830?870°C范圍，將軋件保溫1.3?2. lmin，使 VN大量析出。
[0021] 本發(fā)明通過(guò)通入N2氣，增加鋼中N的含量；通過(guò)控制鋼中V、N元素含量，并采用在 特定溫度段對(duì)含V、N元素的鋼進(jìn)行"延時(shí)保溫"工藝，使扎件在830?880°C范圍的滯留時(shí) 間從現(xiàn)有技術(shù)的28. 5?41. 7s提高到1?2. 5min，可以對(duì)析出的自發(fā)性、無(wú)序化進(jìn)行有效 控制，從而使鋼中VN析出相顆粒直徑集中、數(shù)量比例最佳，在不增加生產(chǎn)工藝、成本和不需 添加任何強(qiáng)化合金元素的情況下，即能提高鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度80?170Mpa。同時(shí)，本 發(fā)明控制生成的細(xì)小的VN析出相顆粒釘扎在晶界上，可阻止晶?；?，從而有利于提高鋼 的延展性。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 以下結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。
[0023] 本發(fā)明的技術(shù)方案包括冶煉、連鑄、加熱、乳制、保溫和控冷的步驟；
[0024] 其中，所述冶煉步驟中，添加 N元素，即在精煉過(guò)程中向鋼液吹入N2氣，控制鋼中N 含量范圍在[N]0. 0070%?0.0120%，同時(shí)使鋼中C、V元素含量范圍控制在：[C]0. 37%? 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；
[0025] N元素的添加可以通過(guò)如下方法實(shí)現(xiàn)：在精煉爐鋼包底吹氬（Ar)氣管道上接裝N2 氣閥門(mén)，在精煉過(guò)程中向鋼液吹入N2氣。
[0026] 所述加熱步驟中，加熱鋼坯并在1100?1200°C范圍均熱保溫30?75min，使結(jié)晶 狀態(tài)的VN化合物回溶到奧氏體中，隨后軋制成鋼板圓鋼；
[0027] 所述軋制步驟中，開(kāi)軋溫度為1050?1120°C范圍，終軋溫度為890?950°C ;
[0028] 所述保溫步驟中，在830?880°C范圍，將軋件保溫1?2. 5min，使VN大量析出；
[0029] 所述控冷步驟中，控制軋件隨后冷卻速度0. 7?0. 95°C /s，至550?600°C使軋件 入坑緩冷或堆冷。
[0030] 實(shí)施例1 :
[0031] 首先，在冶煉時(shí)，添加 N元素，使本實(shí)施例中鋼（記為發(fā)明鋼A)部分元素含量為 [(：]:0.39%，[0]:0.91%，[￥] :0.10%，[^:0.0119%，其余為31、]?11、六1、11、卩6和雜質(zhì)；
[0032] 轉(zhuǎn)爐冶煉、連鑄坯尺寸：200X200mm，鑄坯的加熱在溫度1140?1165°C范圍均熱 55min ；
[0033] 開(kāi)軋溫度1093°C，乳制Φ55πιπι圓鋼，終軋溫度930°C ;
[0034] 終軋后噴水冷卻，并利用軋制滾道密封狀態(tài)使軋件返紅，在845?860°C范圍滯留 1. 7min，使VN大量析出；
[0035] 出密封滾道后是冷床控冷，冷卻速度：0. 82°C /s，剪切、打捆后于580°C入坑緩冷。
[0036] 發(fā)明鋼A中VN析出相尺寸在20?IOOnm范圍的顆粒占總析出顆粒數(shù)的88. 2%。
[0037] 作為對(duì)比鋼種40CrV (滿足國(guó)標(biāo)3077-2002成分要求）部分元素含量為[C]: 0· 39 %，[Cr] :0· 90 %，[V] :0· 10 %，[N] :0· 0047 % (轉(zhuǎn)爐冶煉），其余為 Si、Mn、Al、Ti、Fe 和雜質(zhì)；
[0038] 同規(guī)格鑄坯按此相同溫度加熱、開(kāi)軋、終軋后，采用自然冷卻。
[0039] 40CrV鋼中VN析出相尺寸在20?IOOnm范圍的顆粒占總析出顆粒數(shù)的27. 8%， 直徑大于IOOnm顆粒占42. 5%，還有大顆粒的AIN、TiN等析出相。
[0040] 實(shí)施例2 :
[0041] 首先，在冶煉時(shí)，添加 N元素，使本實(shí)施例中鋼（記為發(fā)明鋼B)部分元素含量為 [C] :0· 50 %，[Cr] :0· 95 %，[V] :0· 20 %，[N] :0· 0070 %，其余為 Si、Mn、Al、Ti、Fe 和雜質(zhì)；
[0042] 轉(zhuǎn)爐冶煉、連鑄坯尺寸：150X150mm，鑄坯的加熱在溫度1100?1120°C范圍均熱 30min ；
[0043] 開(kāi)軋溫度1050°C，乳制Φ25πιπι圓鋼，終軋溫度890°C ;
[0044] 終軋后噴水冷卻，并利用軋制滾道密封狀態(tài)使軋件返紅，在830?845°C范圍滯留 2. Imin，使VN大量析出；
[0045] 出密封滾道后是冷床控冷，冷卻速度：0. 95°C /s，剪切、打捆后于550°C堆冷。
[0046] 發(fā)明鋼B中VN析出相尺寸在20?IOOnm范圍的顆粒占總析出顆粒數(shù)的91. 7%。
[0047] 作為對(duì)比鋼種 50CrVA 為[C] :0· 50%，[Cr] :0· 93%，[V] :0· 20%，[N] :0· 0067% (電爐冶煉），其余為Si、Mn、Al、Ti、Fe和雜質(zhì)；
[0048] 同規(guī)格鑄坯按此相同溫度加熱、開(kāi)軋、終軋后，采用自然冷卻。
[0049] 50CrVA鋼中VN析出相尺寸在20?IOOnm范圍的顆粒占總析出顆粒數(shù)的42. 3%。
[0050] 實(shí)施例3 :
[0051] 首先，在冶煉時(shí)，添加 N元素，使本實(shí)施例中鋼（記為發(fā)明鋼C)部分元素含量為 [C] :0· 63%，[Cr] :1· 01%，[V] :0· 15%，[N] :0· 0095%，其余為 Si、Mn、Al、Ti、Fe 和雜質(zhì)；
[0052] 轉(zhuǎn)爐冶煉、連鑄坯尺寸：240X240mm，鑄坯的加熱在溫度1180?1195°C范圍均熱 75min ；
[0053] 開(kāi)軋溫度1120°C，乳制Φ70πιπι圓鋼，終軋溫度950°C ;
[0054] 終軋后噴水冷卻，并利用軋制滾道密封狀態(tài)使軋件返紅，在860?870°C范圍滯留 I. 3min，使VN大量析出；
[0055] 出密封滾道后是冷床控冷，冷卻速度：0. 70°C /s，剪切、打捆后于600°C入坑緩冷。
[0056] 發(fā)明鋼C中VN析出相尺寸在20?IOOnm范圍的顆粒占總析出顆粒數(shù)的80. 7%。
[0057] 作為對(duì)比鋼種 60CrV 為[C] :0· 62%，[Cr] :0· 99%，[V] :0· 15%，[N] :0· 0075% (電爐冶煉），其余為Si、Mn、Al、Ti、Fe和雜質(zhì)；
[0058] 同規(guī)格鑄坯按此相同溫度加熱、開(kāi)軋、終軋后，采用自然冷卻。
[0059] 60CrV鋼中VN析出相尺寸在20?IOOnm范圍的顆粒占總析出顆粒數(shù)的44. 3%。
[0060] 實(shí)施例4 :
[0061] 首先，在冶煉時(shí)，添加 N元素，使本實(shí)施例中鋼（記為發(fā)明鋼D部分元素含量為
[C] :0· 50%，[Cr] :0· 94%，[V] :0· 15%，[N] :0· 0103%，其余為 Si、Mn、Al、Ti、Fe 和雜質(zhì)；
[0062] 轉(zhuǎn)爐冶煉、連鑄坯尺寸：200X200mm，鑄坯的加熱在溫度1140?1165°C范圍均熱 54min ；
[0063] 開(kāi)軋溫度1094°C，乳制Φ45πιπι圓鋼，終軋溫度921°C ;
[0064] 終軋后噴水冷卻，并利用軋制滾道密封狀態(tài)使軋件返紅，在840?860°C范圍滯留 1.8min，使VN大量析出；
[0065] 出密封滾道后是冷床控冷，冷卻速度：0. 88°C /s，剪切、打捆后于560°C堆冷。
[0066] 發(fā)明鋼D中VN析出相尺寸在20?IOOnm范圍的顆粒占總析出顆粒數(shù)的86. 0%。
[0067] 作為對(duì)比鋼種 50CrVA-l 為[C] :0· 50 %，[Cr] :0· 95 %，[V] :0· 15 %，[N]: 0. 0110% (轉(zhuǎn)爐冶煉，增N)，其余為Si、Mn、Al、Ti、Fe和雜質(zhì)；
[0068] 同規(guī)格鑄坯按此相同溫度加熱、開(kāi)軋、終軋后，采用自然冷卻。
[0069] 50CrVA-l鋼中VN析出相尺寸在20?IOOnm范圍的顆粒占總析出顆粒數(shù)的 48. 7%。
[0070] 將本發(fā)明鋼種與對(duì)應(yīng)鋼種的析出相相同尺寸的顆粒比例差異匯集于表1，可以看 出本發(fā)明鋼種的VN析出相顆粒尺寸集中。而不采用本發(fā)明方法軋制的鋼，不管鋼的成分相 同或有差異，特別是鋼中N含量，其規(guī)定尺寸的VN析出相顆粒數(shù)量比例少，整體析出相尺寸 范圍大。
[0071] 表1本發(fā)明鋼種與對(duì)應(yīng)鋼種析出相尺寸對(duì)比表
[0072]

【權(quán)利要求】
1. 一種控制細(xì)化VN析出相尺寸及數(shù)量的方法，其特征在于：該方法包括冶煉、連鑄、力口 熱、乳制、保溫和控冷的步驟； 其中，所述冶煉步驟中，通過(guò)在精煉過(guò)程中向鋼液吹入N2氣添加N元素，控制鋼中N含 量范圍在[N]0. 0070%?0. 0120%，同時(shí)使鋼中C、V元素含量范圍控制在：[C]0. 37%? 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； 所述加熱步驟中，加熱鋼坯并在1100?1200°C范圍均熱保溫30?75min，使結(jié)晶狀態(tài) 的VN化合物回溶到奧氏體中，隨后軋制成鋼板圓鋼； 所述軋制步驟中，開(kāi)軋溫度為1050?1120°C范圍，終軋溫度為890?950°C ; 所述保溫步驟中，在830?880°C范圍，將軋件保溫1?2. 5min，使VN大量析出； 所述控冷步驟中，控制軋件隨后冷卻速度0. 7?0. 95°C /s，至550?600°C使軋件入坑 緩冷或堆冷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制細(xì)化VN析出相尺寸及數(shù)量的方法，其特征在于：所述冶 煉步驟中，鋼中V范圍控制在[V]0. 10%?0. 20%;所述加熱步驟中，在1140°C?1190°C范 圍均熱保溫30?55min。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制細(xì)化VN析出相尺寸及數(shù)量的方法，其特征在于：所 述保溫步驟中，在830?870°C范圍，將軋件保溫1. 3?2. lmin。
【文檔編號(hào)】C21D8/02GK104313249SQ201410527716
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月8日
【發(fā)明者】陳慶豐, 關(guān)云, 陳華強(qiáng), 余愛(ài)華, 汪菊華, 張淵普, 杜方, 李獻(xiàn)忠, 孫晶, 徐薔藥, 李偉, 萬(wàn)升 申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司