本发明涉及一种非调质钢及其生产工艺，属于 钢铁冶金技术领 域。

背景技术

目前， 国内机械加工行业切削用棒材多数使用 45、 40Cr及 42CrMo等普通钢， 这些棒材在作为机加工切削用原料时需进行调 质热处理，调质成本高，而且由于调质过程会 增加能耗并污染环境， 同时还有一些废品损耗， 不符合现今的节能环保要求。 因此， 不需 要调质处理的可直接切削用非调质钢必将逐步 替代普通钢，成为未 来发展趋势。 非调质钢是指不经过调质处理就可以达到性能 要求的 机械结构钢， 采用此类钢制造零件， 可省去调质热处理工序， 具有 节省能源、材料、工艺简单等优点，可以减少 环境污染、避免氧化、 脱碳、 变形、 开裂。

国内生产易切削非调质钢传统工艺为：电炉冶 炼 ~精炼 ~模 铸~控轧控冷。 该种工艺在生产中的难点为： 钢材性能的控制。 现 有国内外生产厂家大多通过改善非调质钢的化 学成分来达到对钢 材性能的控制， 然而， 研究证明， 单纯通过成分设计很难使得非调 质钢达到性能上的要求。

为此， 首钢总公司提出了一种新的非调质钢的生产工 艺， 主要 包括： 转炉冶炼、 挡渣出钢、 钢包脱氧合金化、 LF钢包精炼、 喂 S 线、 钢包底吹氩以实现全保护浇铸、 铸坯控温、 控冷以及轧制等步 骤，其中，在轧制步骤中，加热温度 1100 ~ 1180°C，开轧温度 1020 ~ 1100 °C， 终轧温度 850 ~ 920 °C， 相对变形量为 15 ~ 35%， 轧后冷 却到 600°C后緩慢冷却到室温。 上述工艺生产的非调质钢， 通过緩 慢冷却方式在短时间内很难保证钢材芯部和表 面的温度趋于一致， 很容易导致钢材表面和芯部的强度、 韧性波动很大， 力学性能严重 不均匀，采用上述工艺生产大尺寸非调质钢时 （例如 φ70 ~ (pl45mm 棒材） ， 棒材表面和棒材芯部力学性能不均匀的现象更 加明显。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有 非调质钢生产工 艺生产出的钢材的表面力学性能和芯部力性能 不均匀的缺陷，从而 提供一种非调质钢及其生产工艺，确保成品的 表面力学性能和芯部 力学性能的均匀性。

为此， 本发明提供一种非调质钢， 其由重量百分比如下的化学 成分组成：碳 0.35 ~ 0.47，鞋 0.30 ~ 0.60，锰 1.20 ~ 1.60，铬 0.00 ~ 0.30， 铝 0.010 ~ 0.030，镍 0.00 ~ 0.10，铜 0.00 ~ 0.20，磷 0.000 ~ 0.020，硫 0.020 ~ 0.020，钒 0.050 ~ 0.250， 氮 0.012 ~ 0.020， 以及余量为铁。

在优选实施方案中，本发明的非调制钢由重量 百分比如下的化 学成分组成： 碳 0.45 ~ 0.47，硅 0.30 ~ 0.50，锰 1.30 ~ 1.60，铬 0.00 ~ 0.20 ，铝 0.010 ~ 0.020，镍 0.00 ~ 0.08，铜 0.00 ~ 0.10，碑 0.000 ~ 0.010, 硫 0.00 ~ 0.010，钒 0.050 ~ 0.250,氮 0.012 ~ 0.020,以及余量为铁。

本发明提供一种非调质钢的生产工艺， 包括至少在精轧步骤后 进行的冷却步骤， 在所述冷却步骤中， 采用强弱冷却交替的方式使 所述钢材至少经过两段穿水冷却， 以使得在特定时间内钢材的芯部 温度与表面温度趋于一致。

在本发明提供的非调质钢的生产工艺中， 在所述冷却步骤中， 使所述钢材经过三段穿水冷却， 其中， 第一段穿水冷却采用强冷， 第二段穿水冷却采用弱冷， 第三段穿水冷却采用强冷。

在本发明提供的非调质钢的生产工艺中， 在所述冷却步骤中， 通过控制穿水冷却装置的阀门开启程度控制冷 却的强弱。 在本发明提供的非调质钢的生产工艺中， 在所述冷却步骤中， 所述钢材经过穿水冷却后， 在 4 ~ 7秒内降低 100 °C ~ 400 °C， 待钢 材回温后再次降温 50 °C ~ 100°C。

在本发明提供的非调质钢的生产工艺中， 在所述冷却步骤中， 控制第一段阀门开度为 30% ~ 40%， 第二段阀门开度为 20%， 第 三段阀门开度为 30% ~ 40%, 以确保在 4 ~ 7秒使所述钢材表面温 度降低 100°C ~ 400°C。

在本发明提供的非调质钢的生产工艺中， 在所述冷却步骤中， 待钢材回温后采用喷雾冷却的方式对所述钢材 进行降温冷却。

在本发明提供的非调质钢的生产工艺中， 在所述降温冷却后， 将所述钢材分散放置到冷床上进行 10 ~ 12分钟的空冷。

在本发明提供的非调质钢的生产工艺中， 在所述空冷后， 将所 述钢材叠放后进行罩冷。

本发明提供的非调质钢的生产工艺，还包括位 于冷却步骤前的 精轧步骤， 在所述精轧步骤中， 控制所述钢材进入精轧步骤时的温 度≤850°〇， 在钢材温度处于 850°C ~ 900°C条件下进行低温轧制。

本发明提供的非调质钢的生产工艺，还包括位 于精轧步骤之前 的冶炼步骤， 所述冶炼步骤包括依次进行的电炉冶炼步骤、 钢包炉 冶炼步骤以及精炼步骤。

在本发明提供一种非调质钢的生产工艺中，在 所述电炉冶炼中 采用全铁水冶炼，终点磷含量≤0.015%，终点碳 含量 0.03% ~ 0.10%, 终点温度 1620°C ~ 1700°C。

在本发明提供的非调质钢的生产工艺中，在所 述钢包炉冶炼步 骤和 /或所述精炼步骤中采用碳化硅、 硅铁粉脱氧。

在本发明提供的非调质钢的生产工艺中，在所 述钢包炉冶炼步 骤中， 造白渣， 并使得白渣保持时间不少于 20分钟。 在本发明提供的非调质钢的生产工艺中， 在精炼步骤中， 确保 精炼时间不少于 45分钟， 将含氢量控制在 1.5ppm以下。

在本发明提供的非调质钢的生产工艺中，还包 括位于所述精炼 步骤之后的连铸步骤，在所述连铸步骤中，过 热度控制在 20 ~ 35°C， 拉速控制在 0.5m/min ~ 0.6m/ min。

本发明提供的非调质钢的生产工艺，还包括连 铸步骤之后的加 热步骤，在所述加热步骤中，将钢坯放入加热 炉中进行加热，其中， 预热段温度控制在 850±30°C， 加热段温度控制在 1100±30°C， 均热 段温度控制在 1130±30°C， 均热段总时间不少于 2小时。

本发明提供一种非调质钢的生产工艺，该工艺 依次包括如下步 骤：

( 1 ) 电炉冶炼步骤： 提供具有期望的钢组成的铁水原料，在所 述电炉冶炼中采用全铁水冶炼， 终点磷含量≤0.015%， 终点碳含量 0.03% ~ 0.10%, 终点温度 1620°C ~ 1700 °C ;

( 2 )钢包炉冶炼步骤： 其中采用碳化硅、 硅铁粉脱氧， 并且 加入石灰造白渣， 并使得白渣保持时间不少于 20分钟；

( 3 ) 以及精炼步骤： 其中进行脱气处理， 确保精炼时间不少 于 45分钟， 从而将含氢量控制在 1.5ppm以下；

( 4 )连铸步骤： 其中对精炼步骤产生的钢熔体进行连铸， 钢 熔体的过热度控制在 20 ~ 35°C，拉速控制在 0.5m/min ~ 0.6m/ min;

( 5 )加热步骤： 其中将连铸步骤产生的钢坯放入加热炉中进 行加热， 其中， 预热段温度控制在 850±30°C， 加热段温度控制在 1100±30°C , 均热段温度控制在 1130±30°C， 均热段总时间不少于 2 小时；

( 6 )精轧步骤： 其中控制所述钢材进入精轧步骤时的温度 ≤850°C， 在钢材温度处于 850°C ~ 900°C条件下进行低温轧制； 和 ( 7 )冷却步骤： 其中采用强弱冷却交替的方式使所述钢材至 少经过两段穿水冷却， 以使得在冷却冷却过程中钢材的芯部温度与 表面温度趋于一致。

本发明提供的非调质钢的生产工艺具有以下优 点：

1.本发明提供的非调质钢的生产工艺， 改变以往非调质钢生产 中在精轧之前进行冷却的方式， 至少在精轧步骤后设置冷却步骤， 并且冷却方式一改现有技术中采用单一水冷或 者空冷且强弱一致 的冷却方式， 将强冷和弱冷交替进行， 强冷可以保证钢材表面温度 迅速减低， 弱冷可以使得钢材芯部的温度逐渐扩散到表面 ， 随后再 进行强冷， 使得热量快速散出， 根据实际需要， 强冷和弱冷可以交 替进行多次， 强弱冷相结合的穿水冷却方式使得在较短的时 间内钢 材芯部的温度和表面的温度即趋于一致，从而 确保了钢材力学性能 的均匀性， 且提高了生产效率。

2.本发明提供的非调质钢的生产工艺， 在所述冷却步骤中， 使 所述钢材经过三段穿水冷却， 其中， 第一段穿水冷却采用强冷， 第 二段穿水冷却采用弱冷， 第三段穿水冷却采用强冷。 精轧之后的钢 材温度较高， 在第一段穿水冷却时采用强冷的方式， 使得钢材的表 面温度迅速降低， 由于热量的传递作用， 表面温度降低之后， 芯部 热量逐渐向表面传递， 为了使得芯部热量尽可能多的传递到表面， 在第二段穿水冷却中采用弱冷的方式， 弱冷之后， 热传递使得表面 温度有所升高， 再次通过强冷方式快速冷却表面， 从而使得表面热 量被迅速带走， 此时， 热传递使得表面温度和芯部温度趋于一致， 从而确保了力学性能的均匀性。

3.本发明提供的非调质钢的生产工艺， 在所述冷却步骤中， 通 过控制穿水冷却装置的阀门开启程度控制冷却 的强弱， 具体地， 控 制第一段阀门开度为 30% ~ 40%， 第二段阀门开度为 20%， 第三 段阀门开度为 30% ~ 40%, 以确保在 4 ~ 7秒使所述钢材表面温度 降低 100°C ~ 400°C，通过控制阀门开启程度可以控制水流量 ，进而 控制穿水冷却的强弱程度， 该种控制方式非常简便， 在阀门开启一 定长度后， 将钢材穿入水中进行穿水处理， 钢材在穿水过程中， 其 表面被全方位冷却， 确保了表面冷却的均匀性。

4.本发明提供的非调质钢的生产工艺， 在所述冷却步骤中， 待 钢材回温后采用喷雾冷却的方式对所述钢材进 行降温冷却。喷雾冷 却的方式是对穿水冷却的有利补充，通过喷雾 冷却可以使得芯部的 热量进一步扩散到表面， 更加确保了芯部与表面温度的一致性。

5.本发明提供的非调质钢的生产工艺， 在所述降温冷却后， 将 所述钢材分散放置到冷床上进行 10 - 12分钟的空冷。 在喷雾冷却 后，将钢材分散放置到冷床上进行空冷，可以 进一步补充喷雾冷却， 使得表面热量进一步散失。

6.本发明提供的非调质钢的生产工艺， 在所述空冷后， 将所述 钢材叠放后进行罩冷。 罩冷是緩慢冷却的一种方式， 为了避免上述 冷却过程过快而对钢材组织性能造成的不利影 响，将所述钢材叠放 后进行罩冷， 在经过穿水冷却、 喷雾冷却以及空冷等冷却方式后， 钢材表面温度与芯部温度已经达到一致， 此时， 采用罩冷的方式， 将冷却速度降下来， 有利于改善钢材的组织性能。

7.本发明提供的非调质钢的生产工艺， 在所述钢包炉冶炼步骤 中， 造白渣， 并使得白渣保持时间不少于 20分钟，严格控制白渣保 持时间， 使得白渣的脱氧、 脱¾以及去除夹杂物的作用更加明显， 有利于提高钢的纯净度。

8.本发明提供的非调质钢的生产工艺， 在精炼步骤中， 确保精 炼时间不少于 45分钟，将含氢量控制在 1.5ppm以下， 该精炼工艺 有效的控制了氢含量， 可以更好的解决后续钢材氢致裂紋的风险； 有更充分的时间使得成分更均匀； 给予夹杂物更充分的上浮时间， 有效的解决夹杂物控制的问题， 使得成品更加纯净。

9.本发明提供的非调质钢的生产工艺， 连铸步骤中， 过热度严 格控制在 20 ~ 35°C， 拉速控制在 0.5m/min ~ 0.6m/ min， 连铸的低 过热度、 低拉速保证了铸坯的质量。

10.本发明提供的生产工艺生产的非调质钢，放 大 500倍下的金 相组织为铁素体和珠光体， 实际晶粒度（100倍） ， 按 GB/T6394 评级为 10 ~ 11级， 晶粒细小， 均匀， 从芯部到边缘级差不大于 1.5 级， 钢材表面和芯部的力学性能均匀， 由芯部到边缘的强度、 韧性 波动很小， 可以有效避免一般材料在表面加工量较大后， 力学性能 达不到使用要求的缺点， 由芯部到边缘硬度差小于 30HB, 可以有 效的避免硬度变化大时对刀具、 加工产生的不利影响， 并且夹杂物 含量低， 纯净度较高。

本发明的核心在于通过控制轧制和控制轧制后 的冷却步骤使 得钢材表面和芯部的性能大体一致， 从而提高了钢材的品质。 具体 的冷却控制包括：

1 )在精轧之后采用强弱冷却交替的方式使所述� �材至少经过 两段穿水冷却， 以使得在特定时间内钢材的芯部温度与表面温 度趋 于一致，具体地，在精轧之后使所述钢材经过 三段穿水冷却，其中， 第一段穿水冷却釆用强冷， 第二段穿水冷却采用弱冷， 第三段穿水 冷却采用强冷， 在具体的穿水冷却中， 通过控制穿水冷却装置的阀 门开启程度控制冷却的强弱。 在本发明中， 所述强冷通常指冷却 速度≥7°C/S的冷却；而所述弱冷是指冷却速度 为 2-4O/S的冷却。

2 ) 穿水冷却后， 待钢材回温后采用喷雾冷却的方式对所述钢 材进行降温冷却；

3 )在所述降温冷却后，将所述钢材分散放置到� �床上进行 10 ~

-Ί- 12分钟的空冷；

4 )在所述空冷后， 将所述钢材叠放后进行罩冷。

在精轧之后通过上述方式（尤其是穿水冷却） 进行冷却控制， 改变以往非调质钢生产中在精轧之前进行冷却 的方式，至少在精轧 步骤后设置冷却步骤，并且冷却方式一改现有 技术中采用单一水冷 或者空冷且强弱一致的冷却方式， 将强冷和弱冷交替进行， 强冷可 以保证钢材表面温度迅速减低，弱冷可以使得 钢材芯部的温度逐渐 扩散到表面，随后再进行强冷，使得热量快速 散出，根据实际需要， 强冷和弱冷可以交替进行多次， 强弱冷相结合的穿水冷却方式使得 在较短的时间内钢材芯部的温度和表面的温度 即趋于一致，从而确 保了钢材力学性能的均匀性， 且提高了生产效率。 在此基础之上， 后续的喷雾冷却、 空冷以及罩冷方式的联合控制， 使得芯部温度不 断的散向表面， 而表面温度不断的被带走， 并且， 上述冷却方式的 结合使得冷却速度比较适宜， 在空冷之后采用罩冷， 使得钢材表面 温度与芯部温度一致的情况下， 冷却速度不至于过快， 提高了综合 力学性能。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解， 下面根据本发明的 具体实施例并结合附图， 对本发明作进一步详细的说明， 其中

图 1是采用本发明的生产方法生产的非调质钢在� �大 500倍下 的金相图片；

图 2是反映采用本发明的生产方法生产的非调质� �的晶粒度的 图片；

图 3是反映采用本发明的生产方法生产的非调质� �的夹杂物情 况的图片。

具体实施方式 实施例 1

本实施例提供一种非调质钢的生产方法， 包括精轧步骤以及在 精轧之后的冷却步骤， 其中， 在所述精轧步骤中， 控制棒材进入精 轧步骤时的温度≤850°〇，在棒材温度处于 850 °C ~ 900°C条件下进行 低温轧制； 轧制后通过专业可控的穿水冷却设备对钢材进 行三段穿 水冷却， 第一段穿水冷却采用强冷， 第二段穿水冷却采用弱冷， 第 三段穿水冷却采用强冷。

在此， 需要说明的是， 控制穿水冷却强弱的方式有很多， 在本 实施例中， 通过控制穿水冷却装置的阀门开启程度来控制 水流量， 以此来控制冷却强弱的目的， 具体地， 第一段阀门开度为 30% ~ 40%, 第二段阀门开度为 20%， 第三段阀门开度为 30% ~ 40%， 可确保 5s内降低棒材表面温度 150°C ~ 400 °C， 之后待棒材回温后 采用喷雾冷却的方式将棒材降温 50 °C ~ 100 °C，使其热量快速散出， 然后将棒材分散开来放置到冷床上采用空冷方 式冷却 10-12 分钟， 最后下冷床将棒材叠加罩冷。

本实施例的非调质钢的生产方法，使所述棒材 经过三段穿水冷 却， 其中， 笫一段穿水冷却采用强冷， 第二段穿水冷却采用弱冷， 第三段穿水冷却釆用强冷。 精轧之后的棒材温度较高， 在第一段穿 水冷却时采用强冷的方式， 使得棒材的表面温度迅速降低， 由于热 量的传递作用， 表面温度降低之后， 芯部热量逐渐向表面传递， 为 了使得芯部热量尽可能多的传递到表面，在第 二段穿水冷却中采用 弱冷方式， 以使得冷却过程中预留较多的时间给芯部进行 热传递， 弱冷之后， 热传递使得表面温度有所升高， 再次通过强冷方式快速 冷却表面， 从而使得表面热量被迅速带走， 此时， 热传递使得表面 温度和芯部温度趋于一致， 从而确保了力学性能的均匀性。 实施例 2

本实施例提供一种非调质钢的生产方法，其是 在实施例 1基础 之上的进一步改进， 相对于实施例 1来说， 还包括位于精轧步骤之 前的冶炼步骤， 所述冶炼步骤包括依次进行的电炉冶炼步骤、 钢包 炉冶炼步骤以及精炼步骤。

在电炉冶炼步骤中， 采用全铁水冶炼， 严格控制出钢前磷含量

<0.015%,终点碳含量 0.03% ~ 0.10%,终点温度 1670°C ~ 1700 °C， 电炉冶炼较传统的转炉冶炼可以更好的控制下 渣操作。

在钢包炉 （LF 炉） 冶炼步骤中， 使用碳化硅、 硅铁粉脱氧， 加入石灰造白渣， 白渣保持时间不少于 20分钟， 以使得白渣能够 较为彻底的清除夹杂物。

在精炼炉 （VD炉） 冶炼步骤中， 进行脱气处理， 确保含氢量 控制在 1.5ppm以下， 确保精炼时间不少于 45分钟。

用 LF炉 +VD炉精炼的优点： 相对于传统的仅用 LF炉精炼来 说， 该精炼工艺有效的控制了氢含量， 可以更好的解决后续棒材氢 至裂紋的风险； 有更充分的时间使得成分更均勾； 给予夹杂物有更 充分的上浮时间， 有效的解决夹杂物控制的问题。

实施例 3

本实施例提供一种非调质钢的生产方法， 其是在实施例 1或 2 基础上的进一步改进， 在本实施例中， 对连铸步骤以及加热步骤进 行改进， 连铸步骤和加热步骤均位于精炼步骤之后， 而又位于轧制 步骤和穿水冷却步骤之前。

连铸步骤中， 通过侵入式水口将中间包中的铁水引入结晶器 ， 避免了通过传统水口引入时易于引入空气的问 题， 另外， 在浸入式 水口与中间包的结合部位吹氩气， 以避免空气进入中间包， 过热度 严格控制在 23 ~ 35°C， 拉速控制在 0.5m/min ~ 0.6m/ min， 连铸的 低过热度、 低拉速保证了铸坯的质量。 连铸后切割时据切处的温度 控制在≤820°C， 切割后， 需人工检查铸坯表面， 确保无明显缺陷， 取铸坯低倍样， 确保铸坯无裂紋， 无缩孔， 中心疏松不大于 3级， 该要求是为了保证后续轧制出的棒材表面与低 倍的质量，铸坯检查 合格后，送往加热炉进行加热，预热段 850±30°C，加热段 1100±30°C， 均热段 1130±30°C， 确保均热段总时间不少于 2小时。

采用本实施例提供的生产方法生产出的非调质 钢的放大 500倍 下的金相组织为铁素体和珠光体 (图 1所示)，实际晶粒度（ 100倍）， 按 GB/T6394评级为 10级左右（图 2所示） ， 晶粒细小， 均匀， 从芯部到边缘级差不大于 1.5级，钢材表面和芯部的力学性能均匀， 由芯部到边缘的强度、 韧性波动很小， 可以有效避免一般材料在表 面加工量较大后， 力学性能达不到使用要求的缺点， 由芯部到边缘 硬度差小于 30HB, 可以有效的避免硬度变化大时对刀具、 加工产 生的不利影响， 并且夹杂物含量低， 纯净度较高 （图 3所示） 。

实施例 4

本实施例提供一种采用实施例 1所述的方法生产的非调质钢， 其由重量百分比如下的化学成分组成： 碳 0.35，硅 0.30，锰 1.60，铬 0.20，铝 0.02，镍 0.10，铜 0.20，磷 0.015，硫 0.02，钒 0.05， 氮 0.012， 以 及余量为铁。

实施例 5

本实施例提供一种采用实施例 1所述的方法生产的非调质钢， 其由重量百分比如下的化学成分组成： 碳 0.47，硅 0.40，锰 1.40，铬 0.10，铝 0.030，铜 0.10，磷 0.02，硫 0.02，钒 0.05， 氮 0.020， 以及余量为 铁。

实施例 6

本实施例提供一种采用实施例 1所述的方法生产的非调质钢， 其由重量百分比如下的化学成分组成： 碳 0.40，硅 0.50，锰 1.50，铬 0.30，铝 0.010，镍 0.08，铜 0.08，磷 0.01,^1 0.025，钒 0.15， 氮 0.018， 以 及余量为铁。

实施例 7

本实施例提供一种采用实施例 2所述的方法生产的非调质钢， 其由重量百分比如下的化学成分组成： 碳 0.46，硅 0.60，锰 1.20，铝 0.025，镍 0.10，铜 0.20，磷 0.008，硫 0.023，钒 0.080， 氮 0.020， 以及余 量为铁。

实施例 8

本实施例提供一种采用实施例 2所述的方法生产的非调质钢， 其由重量百分比如下的化学成分组成： 碳 0.46，硅 0.55，锰 1.25，铬 0.00 ~ 0.10，铝 0.025，镍 0.05，铜 0.08，磷 0.010，硫 0.10, 钒 0.080， 氮 0.012， 以及余量为铁。

实施例 9

本实施例提供一种采用实施例 2所述的方法生产的非调质钢， 其由重量百分比如下的化学成分组成： 碳 0.38，硅 0.40，锰 1.28，铬 0.08，铝 0.015，镍 0.06，铜 0.15，磷 0.025，硫 0.040， 钒 0.050， 氮 0.019， 以及余量为铁。

实施例 10

实施例提供一种采用实施例 3所述的方法生产的非调质钢， 其 由重量百分比如下的化学成分组成：碳 0.39，硅 0.58，锰 1.50，铬 0.15， 铝 0.025，镍 0.09，铜 0.16，磷 0.030，硫 0.050，钒 0.080, 氮 0.019， 以及 余量为铁。

实施例 11

实施例提供一种采用实施例 3所述的方法生产的非调质钢， 其 由重量百分比如下的化学成分组成：碳 0.47，硅 0.58，锰 1.48，铬 0.25， 铝 0.025，镍 0.09，铜 0.15，硫 0.020，钒 0.250， 氮 0.020， 以及余量为 铁。

实施例 12

实施例提供一种采用实施例 3所述的方法生产的非调质钢， 其 由重量百分比如下的化学成分组成：碳 0.38，硅 0.58，锰 1.28，铬 0.25, 铝 0.025，镍 0.08，磷 0.020，硫 0.020， 钒 0.250， 氮 0.015， 以及余量为 铁。

上述实施例 4-12的非调质钢， 芯部放大 500倍下的金相组织 为都为铁素体和珠光体（如图 1所示） ， 实际晶粒度（100倍） ， 按 GB/T6394评级为 10 ~ 11级（如图 2所示）， 晶粒细小， 均匀， 从芯部到边缘级差都不大于 1.5级， 钢材表面和芯部的力学性能均 匀， 由芯部到边缘的强度、 韧性波动很小， 可以有效避免一般材料 在表面加工量较大后， 力学性能达不到使用要求的缺点， 由芯部到 边缘硬度差小于 30HB, 可以有效的避免硬度变化大时对刀具、 加 工产生的不利影响，并且夹杂物含量低，纯净 度较高（如图 3所示）。

上述实施例 4-12的力学性能数据见下表 1，从表 1中可以看出， 采用本发明提供的生产方法生产的非调质钢， 在屈服强度、 抗拉强 度、 延伸率、 面缩率、 冲击吸收功等综合力学性能优良， 并且， 从 表 1中的性能数据可以看出，采用本发明的实施� � 3提供的生产方 法， 且钢的化学组成为碳 0.47，硅 0.58，锰 1.48，铬 0.25，铝 0.025，镍 0.09，铜 0.15，硫 0.020, 钒 0.250， 氮 0.020， 以及余量为铁， 这一实 施例的综合力学性能最好， 即实施例 11的综合力学性能最好。

从下表性能数据可以看出，本发明提供的采用 上述方法生产的 非调质钢，完全可以替代调质 42CrMo钢直接进行切削加工，并且， 在综合力学性能上更加优良。 表 1 实施例 4-12的力学性能数据

实施例 13

本实施例提供一种通用性的非调质钢生产方法 ，该方法以冶炼 步骤开始，所述冶炼步骤包括依次进行的电炉 冶炼步骤、钢包炉冶炼 步骤以及精炼步骤。 在电炉冶炼步骤中， 采用全铁水冶炼， 严格控 制出钢前磷含量≤0.015%， 终点碳含量 0.03% ~ 0.10%， 终点温度 1670°C - 1700°C , 电炉冶炼较传统的转炉冶炼可以更好的控制下 渣 操作。 在钢包炉（LF炉）冶炼步骤中， 使用碳化硅、硅铁粉脱氧， 加入石灰造白渣， 白渣保持时间不少于 20分钟， 以使得白渣能够 较为彻底的清除夹杂物。 在精炼炉 （VD炉） 冶炼步骤中， 进行脱 气处理， 确保含氢量控制在 1.5ppm以下， 确保精炼时间不少于 45 分钟。

用 LF炉 +VD炉精炼的优点： 相对于传统的仅用 LF炉精炼来 说， 该精炼工艺有效的控制了氢含量， 可以更好的解决后续棒材氢 至裂紋的风险； 有更充分的时间使得成分更均句； 给予夹杂物有更 充分的上浮时间， 有效的解决夹杂物控制的问题。

在精炼步骤之后进行连铸步骤。 在所述连铸步骤中， 通过侵入 式水口将中间包中的铁水引入结晶器，避免了 通过传统水口引入时 易于引入空气的问题， 另外， 在浸入式水口与中间包的结合部位吹 氩气， 以避免空气进入中间包， 过热度严格控制在 23 ~ 35°C， 拉速 控制在 0.5m/min ~ 0.6m/ min， 连铸的低过热度、 低拉速保证了铸 坯的质量。 连铸后切割时据切处的温度控制在≤820°C， 切割后， 需 人工检查铸坯表面， 确保无明显缺陷， 取铸坯低倍样， 确保铸坯无 裂紋， 无缩孔， 中心疏松不大于 3级， 该要求是为了保证后续轧制 出的棒材表面与低倍的质量， 铸坯检查合格后， 送往加热炉进行加 热步骤，预热段 850±30°C，加热段 1100±30°C，均热段 1130±30°C， 确保均热段总时间不少于 2小时。

在加热步骤之后进行精轧步骤和冷却步骤;， 在所述精轧步骤 中， 控制棒材进入精轧步骤时的温度≤850°C， 在棒材温度处于 850°C ~ 900°C条件下进行低温轧制； 轧制后通过专业可控的穿水冷 却设备对钢材进行三段穿水冷却， 第一段穿水冷却采用强冷， 第二 段穿水冷却采用弱冷， 第三段穿水冷却采用强冷。

在本实施例中，通过控制穿水冷却装置的阀门 开启程度来控制 水流量， 以此来控制冷却强弱的目的， 具体地， 第一段阀门开度为 30% ~ 40%, 第二段阀门开度为 20%， 第三段阀门开度为 30% ~ 40%, 可确保 5s内降低棒材表面温度 150 °C ~ 400 °C， 之后待棒材 回温后采用喷雾冷却的方式将棒材降温 50°C ~ 100 °C , 使其热量快 速散出， 然后将棒材分散开来放置到冷床上采用空冷方 式冷却 10-12分钟， 最后下冷床将棒材叠加罩冷。

在本实施例的生产方法中， 使所述棒材经过三段穿水冷却， 其 中， 第一段穿水冷却采用强冷， 第二段穿水冷却采用弱冷， 第三段 穿水冷却采用强冷。 精轧之后的棒材温度较高， 在第一段穿水冷却 时采用强冷的方式， 使得棒材的表面温度迅速降低， 由于热量的传 递作用， 表面温度降低之后， 芯部热量逐渐向表面传递， 为了使得 芯部热量尽可能多的传递到表面，在第二段穿 水冷却中采用弱冷方 式， 以使得冷却过程中预留较多的时间给芯部进行 热传递， 弱冷之 后， 热传递使得表面温度有所升高， 再次通过强冷方式快速冷却表 面， 从而使得表面热量被迅速带走， 此时， 热传递使得表面温度和 芯部温度趋于一致， 从而确保了力学性能的均匀性。 显然， 上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例， 而并非对实 施方式的限定。 对于所属领域的普通技术人员来说， 在上述说明的 基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动 。这里无需也无法对 所有的实施方式予以穷举。 而由此所引伸出的显而易见的变化或变 动仍处于本发明创造的保护范围之中。