1.  前言

      非调质是指在中碳钢中添加微量的强碳化物形成元素V、Nb、Ti等，热加工后控制冷却到室温，利用碳（氮）化物的析出强化，使其达到中碳钢调质后的强化水平，从而省去调质处理工序。它不仅节省能源，缩短生产周期，还可以避免淬火变形及开裂，提高产品质量，具有重要的技术和经济意义。

      热轧F35MnVN非调质钢，对于承钢来说不是新课题，早在80年代我公司就已经开始批量生产了。当时的工艺流程为：模铸→中型开坯→小型轧材的二火成材工艺。近几年来，承钢的生产工艺结构发生了根本性的变化，日益向紧凑化、连续化的方向发展；淘汰了落后的二火成材工艺流程，取尔代之的是转炉炼钢→炉外精炼→连铸（保护浇注）→连轧一火成材新工艺。采用这样先进的工艺流程，使生产率得以提高，各种物料消耗得以降低，生产成本随之下降，给企业创造的经济效益得以大幅提高。为此，经过近两年的努力，通过大量的工艺试验，证明只要采用特殊的冶炼、轧制工艺，就能保证非调质钢的各项性能指标达到其替代调质钢作轴类、杆类等零件的使用要求。

2 . 主要工艺设备

2.1 氧气顶、底复吹转炉。

2.2 8机8流方坯连铸机。

2.3 达涅利18架连轧机。

3 . 试制工艺

     试制工艺流程：

     高炉铁水→混铁炉→氧气顶、底复吹转炉→吹氩喂线→方坯连铸（全程保护浇注）→检验→热装热送→加热→轧制→控制冷却→检验→收集→包装→挂牌→称重→入库。

3.1 化学成分设计

     考虑到承钢原矿含V元素的资源优势，本研究拟通过选择适宜的合金成分，用现用的品种钢的冶炼工艺和加工条件，达到研制目标。

     在中碳钢中添加少量的微合金化元素V，依靠细小的碳氮化钒的析出，强化铁素体—珠光体组织，从而达到传统的调质钢所要求的强度水平，这是非调质钢合金设计的一个基本原则。根据强度级别不同，非调质钢中V的添加量一般在0.06%~0.20% 范围。因为，非调质钢中C含量较高，V是其获得沉淀强化最合适的微合金化元素。与Nb、Ti等微合金化元素相比，V在奥氏体中的深沉溶解度最大，因此，它能够获得最大的强化效果。

      为了改善韧性，通过降低C增加钢中铁素体的体积百分数，从而提高钢的韧性。

      充分利用廉价的N作为合金元素是非调质钢合金设计的另一特点。大量的研究结果已表明，N是含V合金的钢中一个十分有效的合金元素。钢中增N，促进了V的析出，增强了V的沉淀强化作用，明显提高了钢的强度，因此，充分利用廉价而富有的N元素，对提高非调质钢的性能，降低生产成本是非常有效的。N在非调质钢中主要起三方面的作用：

      ①　促进V的析出，提高沉淀强化作用；

      ②　细化晶粒；

     ③　提高TiN的稳定性。

      采用氧气顶底复吹转炉冶炼时，其N的含量为40~60ppm，为了更好的发挥V的作用，应提高钢中N的含量至90~130ppm。

3.1.1  关于C含量

      C对提高强度、硬度影响最大，但要控制含量，否则塑性、韧性降低太多。C含量过高，塑韧性太差；C含量太低，强度表面淬火硬度不足。为了达到能替代调质45^#碳结钢的性能水平，在参考国内外研究成果和我公司早期的试验数据的基础上，C含量若超过0.4%以后，钢的塑、韧指标明显恶化，故C含量取中碳钢的中值范围，即：C（%）0.34~0.37。

3.1.2 关于Mn含量

       Mn是普通低合金钢中最常用的起固溶强化作用的元素。Mn能改善铁素体—珠光体组织钢的冲击韧性，增加断面收缩率，但有关资料介绍，Mn在1% 以内对冲击无损害，随着Mn含量进一步增加，钢的韧性逐渐降低，所以最多不宜超过2.2%。据此，Mn含量选取1.5%以下，即： Mn（%）1.10~1.40。

3.1.3 关于Si含量

      Si在钢中全部固溶在铁素体中，也是普通低合金钢中最常用的起固溶强化作用的元素。一般认为Si损害钢的韧性，含量不宜超过0.8% 或0.9% 。但也有的文献介绍，Si 能改善铁素体—珠光体组织钢的韧性，并由此发展了一些加Si非调质钢。但是，所谓加Si非调质钢，Si含量也在0.7%以下。因此，Si含量选取0.4%以下，即：Si（%）0.22~0.38。

3.1.4 关于V含量

      V在奥氏体中溶解度大，在轧后冷却及转变过程中析出相体积率大，所以V的析出强化效果较Nb、Ti要显著。由于V的易溶性，V对加热时控制奥氏体晶粒长大几乎不起作用。虽然V可在比较宽的含量范围内对钢的强度作出累加性贡献，但V属于提高强度，降低韧性的元素，考虑到非调质钢的综合性能，我们把V的含量控制在0.10%以下，即：V（%）0.08~0.10。

3.1.5 关于P、S含量

      对钢来说，磷、硫均是有害元素。磷能提高钢的强度，使塑性降低。硫会使钢的热裂敏感性提高，钢在热加工时容易产生热脆。因此，最终设计钢中的磷、硫含量P、S各≤0.025%（质量分数），并在实际生产中尽量降低P、S含量。

      综上所述，，结合承钢的实际情况，在认真考虑各元素对F35MnVN钢的强度、塑性指标的影响、连铸钢水的脱氧及可浇性的基础上，编制了热轧F35MnVN非调质钢的化学成分，见表1。

表1  F35MnVN非调质钢的化学成分

3.2 冶炼工艺要求

3.2.1 原料

      尽量组织用低硫半钢冶炼，半钢[S]≤0.040%，[P]≤0.110%。

3.2.2 终点控制

      终点成分控制，[C] 0.15-0.25%，[S]≤0.025%， [P]≤0.018%。掌握好出钢温度，降低钢水氧化性。

3.2.3 脱氧合金化

      我们选择了复合脱氧剂来完成钢水的脱氧，加入量控制在0.3~0.6Kg/t。在吹氩精炼时进行喂线深脱氧和夹杂物变形处理，要求喂线插入位置对准钢水液面蠕动位置，保证吹氩时间≥5min，均匀钢水成分，便于夹杂物上浮。

3.2.4 氩后温度控制

      连拉炉次：1560℃~1580℃。

3.3 连铸

      在浇注过程中，大包采用保护套管进行大包注流保护，中间包至结晶器采用浸入式水口保护浇注工艺，减少钢水的二次氧化，提高连铸坯的内在质量和表面质量。

3.4 轧制工艺

       在钢坯化学成分完全符合要求的情况下，为了使F35MnVN非调质钢的热轧材达到所要求的力学性能，关键在于制定合理的热轧工艺，例如：钢坯的加热温度、钢材的终轧温度，以及轧后的冷却速度等，决定了钢材热轧后的组织和性能。

3.4.1 加热温度

      对于微合金非调钢，控制其加热温度就可以控制奥氏体晶粒的大小及微合金元素在奥氏体中的溶解度，这是控制钢材性能的重要手段。而V的碳氮化合物在950℃即已溶解，考虑V的碳氮化合物充分固溶，为其析出强化创造条件，制定加热温度为：1180~1220℃。

3.4.2 开轧温度

     根据经验可知，开轧温度高于1000℃，则钢的强度和韧性配合较好；如果开轧温度低于1000℃，则钢的韧性和强度均较低。因此，制定开轧温度为：≥1000℃。

3.4.3 终轧温度

      连续轧制的过程，粗、中轧是降温的过程，精轧则是升温过程。根据试验得知，一般情况下，终轧温度与开轧温度相近，若终轧温度高于1000℃，虽然钢的强度、硬度会随着升高，但是钢的韧性会下降，所以，必须在中轧后，对轧件进行控制冷却，降低进入精轧机组前的温度，确保终温度低于1000℃，提高钢材的冲击韧性。

3.4.4 轧后冷却

      据资料介绍，N含量为0.013%左右的含V中碳钢，其沉淀强化效应受冷却速度变化的影响较小。因此，合理的控制轧制节奏，给予轧件足够的自然冷却时间，确保钢材下冷床温度小于600℃后进行收集、打捆、堆垛。