專利名稱:鋼的制作方法
本發(fā)明涉及一種具有良好淬透性的連續(xù)鑄鋼。淬硬深度是鋼的淬透性的一個(gè)度量標(biāo)準(zhǔn)。作為一種標(biāo)準(zhǔn)，淬透層深度規(guī)定為由表面到半馬氏體層的深度。在這個(gè)距離中，結(jié)構(gòu)鋼的50%包括馬氏體。
由于淬透性的原因，未加入合金元素的和加入合金元素的經(jīng)過熱處理的鋼，在淬火之前的奧氏體化的過程中，需要一種大的奧氏體晶粒(美國(guó)材料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值A(chǔ)STM6或更小的數(shù)值)。迄今為止，人們已經(jīng)通過限制鋁的最大含量而獲得了這種大的奧氏體晶粒。使用常規(guī)方法，鋁的最大含量被限制到0.005%;在提高了的奧氏體化溫度下，鋁的最大含量被限制到0.010%。
迄今為止，由于鑄造性能和產(chǎn)品性質(zhì)的原因，還不能用連續(xù)鑄造的方法生產(chǎn)出具有良好淬透性的可進(jìn)行熱處理的鋼，因?yàn)檫@種連續(xù)鑄造的工藝方法要求鋁的最小含量大于0.010%。這是一個(gè)很大的不足，因?yàn)樵阡撹F工業(yè)中已經(jīng)越來越多地使用經(jīng)濟(jì)實(shí)用的連續(xù)鑄造工藝。
如果這樣的鋼完全用鋁來脫氧的話，那么形成于奧氏體化過程中的或形成于已經(jīng)出現(xiàn)的奧氏體中的氮化鋁將通過核化或通過阻止奧氏體晶粒的長(zhǎng)大而導(dǎo)致晶粒細(xì)化。依賴于鋁或氮的含量，在通常的大約800℃至860℃的奧氏體化的溫度下，在這些鋼中將形成一種細(xì)的奧氏體晶粒，大大地降低了鋼的淬透性。
在鋼的含鋁量大于0.015%的情況下，比如目前的全鋁脫氧鋼，則需要950～1050℃之間的奧氏體化溫度值來獲得一種粗晶粒的奧氏體。由于能量的耗費(fèi)、技術(shù)設(shè)備的限制和生成比較厚的氧化皮等原因，不可能考慮這樣的奧氏體化溫度。
實(shí)際上，可熱處理的鋁脫氧鋼中的淬透性的降低可以通過加入合金元素，例如錳或鉻來予以補(bǔ)償，但是這些步驟只能在有條件的限制下進(jìn)行。確實(shí)，除了上述元素的負(fù)作用，特別是冷成形性的降低以外，鋼的各個(gè)性能參數(shù)必須根據(jù)予先確定的分析規(guī)則來提供，不允許偏離這一規(guī)則。
本發(fā)明的目的是使用令人滿意的和經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法消除鋁在鋼的淬透性方面的不良影響，提供一種其淬透性得到改善的鋼，這種鋼是用連續(xù)鑄造方法生產(chǎn)出來的，價(jià)格低廉。
為此，本發(fā)明提供了一種鋼，它具有0.32%～1.0%的碳，0.20%～3.0%的錳，2.0%以下的硅，最多含0.05%的磷，最多含0.05%的硫，0.002%～0.008%的氮，0.010%～0.10%的鋁，其余的成分有鐵和不可避免的雜質(zhì)，其中包括一種添加的成分鋯，鋯的含量為0.015%～0.08%，鋯/氮的比例為7∶1至10∶1，其奧氏體晶粒的尺寸大小為ASTM6或更小的晶粒數(shù)值(更大的晶粒體積)?！舶凑誂STM(美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì))所確定的奧氏體晶粒尺寸，達(dá)到ASTM標(biāo)準(zhǔn)E112;也可以參看德國(guó)鋼鐵實(shí)驗(yàn)圖表1510(German Iron and Steel Test Sheet 1510)〕。
鋯是一種對(duì)氮具有高親合力的元素，加入鋯防止鋼中的氮化鋁析出，氮化鋁的析出將導(dǎo)致一種細(xì)的奧氏體晶粒。可是，加入鋯同樣引起粗的氮化物甚至在鋼的結(jié)晶過程中形成。我們意外地發(fā)現(xiàn)在通常的大約800℃～860℃的奧氏體化溫度下持續(xù)10分鐘以上，鋯/氮的7∶1至10∶1的比例產(chǎn)生出粗大的奧氏體晶粒(ASTM數(shù)值2～6)，它相當(dāng)于一種硅脫氧鋼的奧氏體晶粒。加入鋯產(chǎn)生顯著的淬透性，而與碳的含量無關(guān)。
碳的含量最好在0.41%～1.0%，錳的含量為0.20%～2.0%，硅含量在0.5%以下，氮含量為0.002%～0.0065%，鋁含量為0.015%～0.08%，以及鋯的含量為0.015%～0.065%。當(dāng)然，可熱處理的鋼即使在0.20%～1.2%或0.40%～1.0%的較低的錳含量的條件下，也能獲得顯著的淬透性。
根據(jù)本發(fā)明所述的可熱處理的鋼還可以分別加入鉻、鎳、鉬，或加入它們的混合物，即0.05%～3.5%，特別是0.05%～1.5%的鉻和/或鎳和/或0.05%～0.5%的鉬。
然而，為了不對(duì)按本發(fā)明所述的鋼的良好淬透性產(chǎn)生不利的影響，不得含有象鈮或鈦這樣的合金元素，這樣的合金元素會(huì)在奧氏體中導(dǎo)致一種細(xì)化晶粒，并且在淬火過程中，借助于組織中的晶核，在鐵素體-珠光體階段加速奧氏體的轉(zhuǎn)變。
人們已經(jīng)知道了向合金結(jié)構(gòu)鋼中加入鋯來改善鋼的冷成形性。然而，加入鋯對(duì)氮化物組織的影響以及因此而對(duì)粗化奧氏體晶粒的影響卻沒有記載《鉬的作用》(德文Molybdoen-Dienst)第70卷，1971年1月，第1～8頁(yè);《結(jié)構(gòu)鋼世界》(德文Baustoehle der Welt)1968年第Ⅱ卷第220～231頁(yè)，德國(guó)萊比錫城的德國(guó)基礎(chǔ)工業(yè)出版社出版(VEB Deutscher Verlag fur Grundstoffindustrie)。
在研究鋯對(duì)未加入合金元素的結(jié)構(gòu)鋼、類似于鋼號(hào)St52-3的鋼的機(jī)械性能方面的影響的過程中，在有鋯的情況下，隨著鋼在860℃～900℃(正常化Normalizing)之間的退火，我們觀測(cè)到游離的氮化鋁的數(shù)量下降，這是通過晶粒長(zhǎng)大之趨勢(shì)的增長(zhǎng)而顯示出來的。在860℃～900℃之間退火的試樣因此而顯示出較粗的細(xì)晶粒的成分，這種晶粒中具有較多的鋯含量。然而，由于隨著結(jié)構(gòu)鋼的正火，降低了強(qiáng)度性能，所以這種情況是不可取的。在對(duì)那種鋼的組織的分析中，就熱處理而言，不可能由粗的ZrN構(gòu)成積極的用途，在研究報(bào)告所敘述的內(nèi)容中也未提出這樣的用途《Thyssen Research》(德文Thyssen Forschung)第二年的出版物，1970年第1卷第35～41頁(yè)。
根據(jù)本發(fā)明所述的可熱處理的鋼的主要優(yōu)點(diǎn)是在分析規(guī)則沒有本質(zhì)改變、對(duì)機(jī)械性能沒有不利影響的情況下，將鋼的淬透性調(diào)節(jié)到硅脫氧鋼的水平，并且可使用經(jīng)濟(jì)實(shí)用的連續(xù)鑄造工藝。
按照本發(fā)明所述的鋁脫氧以及在可熱處理的鋼中加入鋯的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是保證防止時(shí)效。傳統(tǒng)的熱處理的鋼具有游離的氮，因此易發(fā)生時(shí)效。
根據(jù)本發(fā)明所述的可熱處理的鋼的生產(chǎn)和因此而獲得的奧氏體晶粒尺寸的大小，將通過實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)的描述。根據(jù)本發(fā)明所述的鋼也將與不被本發(fā)明所包括的可熱處理的鋼進(jìn)行比較。
鋼A至M是用一種基礎(chǔ)的氧氣煉鋼工藝方法進(jìn)行熔煉的。表1表示出鋼的化學(xué)成分和奧氏體晶粒的尺寸，其被確定為對(duì)于德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)50601(DIN50601)的淬火晶粒尺寸。本發(fā)明包括鋼A到H。本發(fā)明不包括鋼I和J，或鋼K和L，或鋼M，鋼I和J沒加入鋯，鋼K和L含鋁量低于0.010%，鋼M的Zr/N的比例小于7。
顯然，對(duì)含鋁鋼-即可令人滿意地進(jìn)行連續(xù)鑄造的鋼而言，只有那些加入鋯成分并且Zr/N比例在7～10之間的鋼所具有的奧氏體晶粒的大小才能滿足良好的淬透性的要求。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)鑄鋼包括0.32%～1.0%的碳，0.20%～3.0%的錳，2.0%以下的硅，最多含0.05%的磷，最多含0.05%的硫，0.002%～0.008%的氮，0.015%～0.08%的鋯，0.010%～0.10%的鋁，3.5%以下的鉻，3.5%以下的鎳，和0.5%以下的鉬，其余的成分有鐵和不可避免的雜質(zhì)，其特征在于鋯與氮的比例是7∶1至10∶1，奧式體晶粒的大小是ASTM6或更粗。
2.按照權(quán)利要求
1所述的鋼，其特征在于錳的含量為0.20%～1.20%。
3.按照權(quán)利要求
2所述的鋼，其特征在于錳的含量為0.40%～1.0%。
4.按照權(quán)利要求
1所述的鋼，其特征在于它包含0.41%～1.0%的碳，0.20%～2.0%的錳，0.5%以下的硅，0.002%～0.0065%的氮，0.015%～0.08%的鋁，0.015%～0.065%的鋯，3.5%以下的鉻，3.5%以下的鎳，和0.5%以下的鉬。
5.按照權(quán)利要求
4所述的鋼，其特征在于錳的含量為0.20%～1.20%。
6.按照權(quán)利要求
5所述的鋼，其特征在于錳的含量為0.40%～1.0%。
7.按照權(quán)利要求
1所述的鋼，其特征在于它包含0.05%～1.5%的鉻和0.05%～1.5%的鎳。
8.按照上述任何權(quán)利要求
所述的鋼，其特征在于這種鋼是處于經(jīng)過淬火和回火的狀態(tài)。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種連續(xù)鑄鋼，它具有0.32％～1.0％的碳，0.20％～3.0％的錳，2.0％以下的硅，最多含0.05％的磷，最多含0.05％的硫，0.002％～0.008％的氮，0.010％～0.10％的鋁。其余的成分有鐵和不可避免的雜質(zhì)，其中包括有一種含量為0.015％～0.08％的添加成分鋯。鋯/氮的比例為7∶1到10∶1，奧氏體晶粒的大小是ASTM6或是一個(gè)更小的晶粒數(shù)值。
文檔編號(hào)C22C38/00GK87102168SQ87102168
公開日1987年9月16日 申請(qǐng)日期1987年2月15日
發(fā)明者賽斯特米爾·蘭格, 魯茨·梅伊爾 申請(qǐng)人:賽森鋼股份公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan