非调质钢49MnVS3质量控制
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的非调质钢正被一些公司开发。 ③ 变革生产工艺：主要包括纯净钢的冶炼技术、硫化物细化和
均匀分布技术、精炼技术、控轧控冷技术、铸坯成分偏析控 制技术和晶内铁素体控制技术等。
Ti/Al比值
➢ 对MnS夹杂物的形貌影响
Ti/Al=0
Ti/Al=0.37
Ti/Al=0.9
Ti/Al=1.63 Ti/Al=5.63
50
0.50 .00
0.065
.13
49MnVS3钢标准化学成分要求
49MnVS3易切削钢的化学成分很好控制在范围之内，但要 同时满足强度高和韧性好的力学性能有点困难，这是冶金 质量控制着重解决的问题！
工艺流程
49MnVS3生产工艺流程 EAF
采用偏心炉底方式 无渣出钢
LF
精炼期先插Al线预脱氧， 出钢前插铝线终脱氧， 保持一定镇定时间。LF 精炼后期不允许加注余 钢水。
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各国非调质钢钢种及化学成分
参考文献
[1]李鹏.Al、Ti复合脱氧对非调质钢中夹杂物及组织的影响[D].武汉：武汉科技大学，2013. [2]李鹏,李光强,郑万.Al-Ti脱氧对非调质钢中MnS析出行为及组织的影响[J].钢铁研究学报.2013,
25(11):49-56. [3]吴华杰,岳峰,尤大利等.Mn/S对含硫非调质钢中硫化物形态的影响[J].北京科技大学学报.2014,36 （1）：77-82. [4]杨才福，张永权.氮在非调质钢中的作用[J].钢铁钒钛.2000,21（3）：16-22. [5]非调质钢的性能影响因素与发展现状[J].科技前沿.2013（5）：37-40. [6]杨颖，王福明，宋波等.非调质钢中钛氧化物冶金行为[J].2005，27（5）：540-544. [7]陆鹏燕,吴华杰,岳峰等.钙处理对含硫非调质钢中夹杂物演变行为的影响[J].炼钢.2015,31(2)：30-35. [8]夏云进,王福明,王世俊等.国内外含硫易切削非调质钢成分及显微组织分析[J].炼钢.2013,29（3）：
Ti/Al=3.63 Ti/Al=6.36
➢ 对MnS夹杂物的尺寸分布影响
直径小于1μm夹杂物所占比例变化
直径为1μm~3μm夹杂物所占比例变化
直径大于3μm夹杂物所占比例变化
➢ 对MnS夹杂物在氧化物上析出率影响
不同Ti/Al比对MnS在氧化物上析出率的影响 才
纺锤状MnS夹杂物形成
Mn/S=23.6
解决 方法
• 降低碳含量，C含量一般按中下限控制。 • 加入一定量Cr、Mn、N等元素。 • 加入微合金元素，如V、Ti、Nb。
技术难点及解决方法
难点 之二
• 冶炼方面的难点之二夹杂物控制。 • 加入了Mn元素会形成硫化物夹杂，而MnS夹
杂物的形态、尺寸、数量将对钢的综合性能 产生重要的不同影响。 • Al-Ti复合脱氧对夹杂物的影响。
49MnVS3非调质钢的冶金质量控制
内容提要
1
简介
2
性能和成分要求
3
工艺流程
4 技术难点及解决方法
5
发展趋势
简介
➢ 非调质钢：通过微合金化、控制轧制和控制冷却等强韧化方法， 取消了调质热处理，达到或接近调质钢力学性能的一类优质结 构钢。
➢ 非调质钢分类（按发展阶段）： 铁素体加珠光体型非调质钢 贝氏体型非调质钢 马氏体型非调质钢 晶内铁素体非调质钢
• 加热温度的升高，延伸率和面缩率指标会有 所提高，但冲击韧性和硬度值会明显下降， 强度指标变化不大，为获得良好的综合力学 性能，加热温度应取在1050℃—1100℃。
技术难点及解决方法
难点 之五
• 冶炼方面的难点之五是轧制后冷却速度的控制。 • 控制轧制后的冷却速度，对改善非调质钢的强
韧性有很重要的意义。但过快的冷速也会产生 较大的内应力，对贝氏体钢而言会产生马氏体 等，从而破坏了非调质钢的韧性和切削性能。
在非调质状态下具有良好的综合性能。
性能要求
性能和成分要求
足够高强度 良好的韧性
σs/MPa ≥450
σb/MPa
力学性能
δ5/%
源自文库
ψ/%
780~900 ≥8
≥20
49MnVS3钢的力学性能
ak/J▪cm-2 ≥39
性能和成分要求
成分要求
C
Si Mn P
S
Cr
Ni
Mo V
0.44~0. 0.15~ 0.70~1 ≤0.035 0.040~ ≤0.30 ≤0.40 ≤0.08 0.08~0
• 提高连铸坯冷却速率可以减少偏析。 • 加入Mn元素，中和一些残余的S元素。并且控
制MnS夹杂物的形状。 • 含C量控制在下限范围，既不能过高，也不能
过低。
技术难点及解决方法
难点 之四
解决 方法
• 冶炼方面的难点之四是轧后加热温度的控制。 • 一方面提高轧后加热温度，可使V、Nb、Ti的碳
氮化物逐渐溶入奥氏体中，大量溶解的微合金 碳、氮化合物在冷却过程中析出。但另一方面 温度升高，奥氏体晶粒长大，组织粗化，韧性 下降。
58-61. [9]简龙，陈伟庆，惠荣等.含硫非调质钢中硫化物形态的控制[J].钢铁.2006，41（10）：74-77. [10]黄维刚，郑燕康.晶内析出铁素体非调质钢[J].机械工程材料.1995,19（2）：5-8. [11]杨伟宁.硫化物对中碳非调质钢组织的影响[D].上海：上海交通大学，2007. [12]肖国华，董瀚，王毛球等.镁和镁钙处理对非调质钢中硫化物形态的影响[J].钢铁.2011,46(4):65-69. [13]常开地，王萍，刘卫萍.非调质钢的发展现状和应用进展[J].金属热处理.2011,36(3):80-85. [14]赵丽萍，于春海，段锐.非调质钢分类的研究[J].吉林农业大学学报.1999,21(4):78-80. [15]董成瑞，金同哲.非调质钢研究与应用的新进展[J].特殊钢.1996,17(4):6-10. [16]苑阳阳，张炯明，肖超等.49MnVS3非调质钢连铸方坯中心裂纹分析[J].北京科技大学学 报.2012,34(8):892-897. [17]周民俊，杨永泉，杜金凯.49MnVS3非调质钢质量分析和工艺的改进[J].特殊钢.2002,23:74-75. [18]唐代明.非调质钢的发展概况与其特征的变化[J].钢铁钒钛.1996,17（1）：53-58. [19]唐丽.曲轴用非调质钢49MnVS3的控制轧制与控制冷却[D].沈阳：东北大学，2002. [20]卢向阳，刘明，贾斌等.VN合金在非调质钢中的应用[J].钢铁钒钛.2000,21（3）：29-32.
Mn/S=23.9
Mn/S=30.0 Mn/S=41.2
Mn/S=36.1
提高Mn/S有利于硫化物的球化 或纺锤状控制，根据实验结果， Mn/S应控制在40左右，此时硫 化物球化效果最明显。
C控制中下限、Mn控制中限
➢ 为防止C偏析，在采用低温快注的同时，按下限控制。实际操 作时，很大一部分钢的C、Mn、Si均在下限，甚至在极限，造 成了σb值偏低，甚至不合格.
解决 方法
• 球状或纺锤状MnS夹杂物能显著改善钢的的 切削性能。
• 控制Ti-Al含量比，可以控制夹杂物的形态。
技术难点及解决方法
难点 之三
解决 方法
• 冶炼方面的难点之二是铸坯的成分偏析和铸坯 裂纹。
• 铸坯存在两种晶界偏析，一种是析出的MnS夹 杂物，另一种为聚集的浓化钢液。
• C、S偏析又是产生中心裂纹的主要原因。
解决 方法
• 选择空冷的冷却方式，而不是采用堆冷方式冷 却，对于提高钢的韧性和强度有利。
发展趋势
• 目前非调质钢在以下几个方面有深入研究和发展趋势： ① 成分的优化设计：通过调整C、Mn、Ti、Mo、V等元素含量，
开发出成本更低、性能更为优良的非调质钢。 ② 开发复相组织：现在铁素体-贝氏体型和铁素体-马氏体型组织
VD CCM
采用多机多流浇注， 使用结晶器电磁搅拌 等技术。
技术难点及解决方法
难点 之一
• 冶炼方面的难点之一化学成分范围控制。 • C能提高非调质钢的强度，但又对其塑性和韧性
明显降低。
• S能很好提高钢的切削性能，但会对钢造成热脆 现象。
• Si能显著强化铁素体，具有较强固溶强化效果。 且能提高钢的韧性，但浓度过高会降低钢韧性。
偏低σb(MPa)的49MnVS3钢与相对应炉次的化学成分（%）
工艺变动后生产部分炉号钢熔炼化学成分/%
C按中下限控制，但不 允许含0.44%C；Mn按 中限控制，高于0.82%
V的控制
➢ 非调质钢中的一部分V，通常加入一定量的N，使其以V(N、 C)形式析出，使析出相的颗粒尺寸明显减少，充分发挥钒 的沉淀强化作用，大幅提高钢的强度；还有一部分钒是以 固溶状态存在于钢中，可产生固溶强化，但其作用很弱， 可忽略不计。
简介
非调质钢与调质钢生产工序比较
① 降低了能耗； ② 节省了热处理及相关工序的材料
消耗，减少了污染； ③ 缩短了生产周期，提高劳动生产
率。
简介
49MnVS3钢
➢ 1972年首先由德国蒂森特殊钢公司开发成功； ➢ 是一种强度高、塑性良好的铁素体—珠光体型非调质钢； ➢ 广泛应用于生产曲轴、连杆等汽车锻件； ➢ 49MnVS3钢不含昂贵的金属元素，经过合理的组织控制，
均匀分布技术、精炼技术、控轧控冷技术、铸坯成分偏析控 制技术和晶内铁素体控制技术等。
Ti/Al比值
➢ 对MnS夹杂物的形貌影响
Ti/Al=0
Ti/Al=0.37
Ti/Al=0.9
Ti/Al=1.63 Ti/Al=5.63
50
0.50 .00
0.065
.13
49MnVS3钢标准化学成分要求
49MnVS3易切削钢的化学成分很好控制在范围之内，但要 同时满足强度高和韧性好的力学性能有点困难，这是冶金 质量控制着重解决的问题！
工艺流程
49MnVS3生产工艺流程 EAF
采用偏心炉底方式 无渣出钢
LF
精炼期先插Al线预脱氧， 出钢前插铝线终脱氧， 保持一定镇定时间。LF 精炼后期不允许加注余 钢水。
Thanks for your kind attention!
各国非调质钢钢种及化学成分
参考文献
[1]李鹏.Al、Ti复合脱氧对非调质钢中夹杂物及组织的影响[D].武汉：武汉科技大学，2013. [2]李鹏,李光强,郑万.Al-Ti脱氧对非调质钢中MnS析出行为及组织的影响[J].钢铁研究学报.2013,
25(11):49-56. [3]吴华杰,岳峰,尤大利等.Mn/S对含硫非调质钢中硫化物形态的影响[J].北京科技大学学报.2014,36 （1）：77-82. [4]杨才福，张永权.氮在非调质钢中的作用[J].钢铁钒钛.2000,21（3）：16-22. [5]非调质钢的性能影响因素与发展现状[J].科技前沿.2013（5）：37-40. [6]杨颖，王福明，宋波等.非调质钢中钛氧化物冶金行为[J].2005，27（5）：540-544. [7]陆鹏燕,吴华杰,岳峰等.钙处理对含硫非调质钢中夹杂物演变行为的影响[J].炼钢.2015,31(2)：30-35. [8]夏云进,王福明,王世俊等.国内外含硫易切削非调质钢成分及显微组织分析[J].炼钢.2013,29（3）：
Ti/Al=3.63 Ti/Al=6.36
➢ 对MnS夹杂物的尺寸分布影响
直径小于1μm夹杂物所占比例变化
直径为1μm~3μm夹杂物所占比例变化
直径大于3μm夹杂物所占比例变化
➢ 对MnS夹杂物在氧化物上析出率影响
不同Ti/Al比对MnS在氧化物上析出率的影响 才
纺锤状MnS夹杂物形成
Mn/S=23.6
解决 方法
• 降低碳含量，C含量一般按中下限控制。 • 加入一定量Cr、Mn、N等元素。 • 加入微合金元素，如V、Ti、Nb。
技术难点及解决方法
难点 之二
• 冶炼方面的难点之二夹杂物控制。 • 加入了Mn元素会形成硫化物夹杂，而MnS夹
杂物的形态、尺寸、数量将对钢的综合性能 产生重要的不同影响。 • Al-Ti复合脱氧对夹杂物的影响。
49MnVS3非调质钢的冶金质量控制
内容提要
1
简介
2
性能和成分要求
3
工艺流程
4 技术难点及解决方法
5
发展趋势
简介
➢ 非调质钢：通过微合金化、控制轧制和控制冷却等强韧化方法， 取消了调质热处理，达到或接近调质钢力学性能的一类优质结 构钢。
➢ 非调质钢分类（按发展阶段）： 铁素体加珠光体型非调质钢 贝氏体型非调质钢 马氏体型非调质钢 晶内铁素体非调质钢
• 加热温度的升高，延伸率和面缩率指标会有 所提高，但冲击韧性和硬度值会明显下降， 强度指标变化不大，为获得良好的综合力学 性能，加热温度应取在1050℃—1100℃。
技术难点及解决方法
难点 之五
• 冶炼方面的难点之五是轧制后冷却速度的控制。 • 控制轧制后的冷却速度，对改善非调质钢的强
韧性有很重要的意义。但过快的冷速也会产生 较大的内应力，对贝氏体钢而言会产生马氏体 等，从而破坏了非调质钢的韧性和切削性能。
在非调质状态下具有良好的综合性能。
性能要求
性能和成分要求
足够高强度 良好的韧性
σs/MPa ≥450
σb/MPa
力学性能
δ5/%
源自文库
ψ/%
780~900 ≥8
≥20
49MnVS3钢的力学性能
ak/J▪cm-2 ≥39
性能和成分要求
成分要求
C
Si Mn P
S
Cr
Ni
Mo V
0.44~0. 0.15~ 0.70~1 ≤0.035 0.040~ ≤0.30 ≤0.40 ≤0.08 0.08~0
• 提高连铸坯冷却速率可以减少偏析。 • 加入Mn元素，中和一些残余的S元素。并且控
制MnS夹杂物的形状。 • 含C量控制在下限范围，既不能过高，也不能
过低。
技术难点及解决方法
难点 之四
解决 方法
• 冶炼方面的难点之四是轧后加热温度的控制。 • 一方面提高轧后加热温度，可使V、Nb、Ti的碳
氮化物逐渐溶入奥氏体中，大量溶解的微合金 碳、氮化合物在冷却过程中析出。但另一方面 温度升高，奥氏体晶粒长大，组织粗化，韧性 下降。
58-61. [9]简龙，陈伟庆，惠荣等.含硫非调质钢中硫化物形态的控制[J].钢铁.2006，41（10）：74-77. [10]黄维刚，郑燕康.晶内析出铁素体非调质钢[J].机械工程材料.1995,19（2）：5-8. [11]杨伟宁.硫化物对中碳非调质钢组织的影响[D].上海：上海交通大学，2007. [12]肖国华，董瀚，王毛球等.镁和镁钙处理对非调质钢中硫化物形态的影响[J].钢铁.2011,46(4):65-69. [13]常开地，王萍，刘卫萍.非调质钢的发展现状和应用进展[J].金属热处理.2011,36(3):80-85. [14]赵丽萍，于春海，段锐.非调质钢分类的研究[J].吉林农业大学学报.1999,21(4):78-80. [15]董成瑞，金同哲.非调质钢研究与应用的新进展[J].特殊钢.1996,17(4):6-10. [16]苑阳阳，张炯明，肖超等.49MnVS3非调质钢连铸方坯中心裂纹分析[J].北京科技大学学 报.2012,34(8):892-897. [17]周民俊，杨永泉，杜金凯.49MnVS3非调质钢质量分析和工艺的改进[J].特殊钢.2002,23:74-75. [18]唐代明.非调质钢的发展概况与其特征的变化[J].钢铁钒钛.1996,17（1）：53-58. [19]唐丽.曲轴用非调质钢49MnVS3的控制轧制与控制冷却[D].沈阳：东北大学，2002. [20]卢向阳，刘明，贾斌等.VN合金在非调质钢中的应用[J].钢铁钒钛.2000,21（3）：29-32.
Mn/S=23.9
Mn/S=30.0 Mn/S=41.2
Mn/S=36.1
提高Mn/S有利于硫化物的球化 或纺锤状控制，根据实验结果， Mn/S应控制在40左右，此时硫 化物球化效果最明显。
C控制中下限、Mn控制中限
➢ 为防止C偏析，在采用低温快注的同时，按下限控制。实际操 作时，很大一部分钢的C、Mn、Si均在下限，甚至在极限，造 成了σb值偏低，甚至不合格.
解决 方法
• 球状或纺锤状MnS夹杂物能显著改善钢的的 切削性能。
• 控制Ti-Al含量比，可以控制夹杂物的形态。
技术难点及解决方法
难点 之三
解决 方法
• 冶炼方面的难点之二是铸坯的成分偏析和铸坯 裂纹。
• 铸坯存在两种晶界偏析，一种是析出的MnS夹 杂物，另一种为聚集的浓化钢液。
• C、S偏析又是产生中心裂纹的主要原因。
解决 方法
• 选择空冷的冷却方式，而不是采用堆冷方式冷 却，对于提高钢的韧性和强度有利。
发展趋势
• 目前非调质钢在以下几个方面有深入研究和发展趋势： ① 成分的优化设计：通过调整C、Mn、Ti、Mo、V等元素含量，
开发出成本更低、性能更为优良的非调质钢。 ② 开发复相组织：现在铁素体-贝氏体型和铁素体-马氏体型组织
VD CCM
采用多机多流浇注， 使用结晶器电磁搅拌 等技术。
技术难点及解决方法
难点 之一
• 冶炼方面的难点之一化学成分范围控制。 • C能提高非调质钢的强度，但又对其塑性和韧性
明显降低。
• S能很好提高钢的切削性能，但会对钢造成热脆 现象。
• Si能显著强化铁素体，具有较强固溶强化效果。 且能提高钢的韧性，但浓度过高会降低钢韧性。
偏低σb(MPa)的49MnVS3钢与相对应炉次的化学成分（%）
工艺变动后生产部分炉号钢熔炼化学成分/%
C按中下限控制，但不 允许含0.44%C；Mn按 中限控制，高于0.82%
V的控制
➢ 非调质钢中的一部分V，通常加入一定量的N，使其以V(N、 C)形式析出，使析出相的颗粒尺寸明显减少，充分发挥钒 的沉淀强化作用，大幅提高钢的强度；还有一部分钒是以 固溶状态存在于钢中，可产生固溶强化，但其作用很弱， 可忽略不计。
简介
非调质钢与调质钢生产工序比较
① 降低了能耗； ② 节省了热处理及相关工序的材料
消耗，减少了污染； ③ 缩短了生产周期，提高劳动生产
率。
简介
49MnVS3钢
➢ 1972年首先由德国蒂森特殊钢公司开发成功； ➢ 是一种强度高、塑性良好的铁素体—珠光体型非调质钢； ➢ 广泛应用于生产曲轴、连杆等汽车锻件； ➢ 49MnVS3钢不含昂贵的金属元素，经过合理的组织控制，