CN105543675B

CN105543675B - 一种晶粒细化的冷镦钢及其生产工艺

Info

Publication number: CN105543675B
Application number: CN201510960241.5A
Authority: CN
Inventors: 邓向阳; 沈艳; 杜佳美; 刘宪民
Original assignee: Zenith Steel Group Co Ltd
Current assignee: Zenith Steel Group Co Ltd
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2017-06-27
Anticipated expiration: 2035-12-21
Also published as: CN105543675A

Abstract

本发明公开了一种晶粒细化的冷镦钢及其生产工艺，该冷镦钢按重量百分比其成分为：C 0.32～0.38％、Si 0.10～0.35％、Mn 0.60～0.90％、Cr≤0.20％、P≤0.030％、S≤0.035％、Ni≤0.20％、Al 0.010～0.040％、Ti 0.050～0.080％、Cu≤0.30％，余量是Fe和不可避免的杂质。包括冶炼、连铸和轧制工序。本发明通过添加Al与Ti元素，使得材料晶粒细化、组织更加均匀，同时通过选用合理的用Al与加Ti时机，再加强钢水脱氧，最终通过钢水纯净度与材料晶粒度的提高，使得冷镦钢的冷顶锻性能得到极大改善。

Description

一种晶粒细化的冷镦钢及其生产工艺

技术领域

本发明属于冶金领域，涉及一种晶粒细化的冷镦钢及其生产工艺。

背景技术

冷镦钢材料由于其冷加工成型性能优良，目前在机械加工行业已采用冷拔工艺代替了传统的热轧材冷切削工艺，此类新工艺主要优点有：省掉大量工时、生产效率得到较大提高；同时可以节约大量能源，从而减轻对环境的污染；此外材料的金属消耗率可以降低20％左右，符合清洁生产、节约资源型企业生产的要求；而且所得到的产品尺寸精度比较高，产品的表面光洁度良好，是近几年来兴起的发展迅速的机加工工艺，由冷镦钢材料生产出来的紧固件产品用途十分广泛，采用冷镦成型制造各种机械标准件和紧固件，如铆钉、螺钉、销钉、螺栓、自攻螺钉等紧固件和各种零配件。目前主要用于家用电器、电子产品、自行车、电动车、摩托车、汽车、船舶工艺、设备制造、工具制造、机械制造、铁路、城市轨道建设、建筑等行业。

随着现代工业的快速发展，对冷镦钢的要求越来越高，同时冷加工能使材料局部产生显著的变形，为了防止产生废品，保证生产过程顺利进行及稳定产品质量，冷镦用钢必须具有足够的塑性，良好的表面质量，良好的钢水纯净度和均匀的组织等性能。

SWRCH35K属于一种用途广泛、性能要求较高的冷镦钢，适用于生产8.8-10.9级高强度螺栓、螺母、法兰螺栓、内六角螺栓，为满足使用要求，SWRCH35K需要有较高的冷顶锻性能，目前国内生产的SWRCH35K只能做到1/2冷顶锻合格，很难保证1/3冷顶锻合格，因此如何提高SWRCH35K的冷顶锻性能已经成为行业的一大难点。

发明内容

针对SWRCH35K现有技术上存在的缺点，本发明的目的是提出一种晶粒细化的冷镦钢(SWRCH35K-Ti)及其生产工艺，与SWRCH35K相比有较近C含量、Si含量、Mn含量，加入Al、Ti元素，充分细化晶粒，并促使组织的均匀性，且通过提高钢水纯净度，最终达到改善其冷顶锻性能的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

1、一种晶粒细化的冷镦钢，其特征在于：该冷镦钢按重量百分比其成分为：C 0.32～0.38％、Si 0.10～0.35％、Mn 0.60～0.90％、Cr≤0.20％、P≤0.030％、S≤0.035％、Ni≤0.20％、Al 0.010～0.040％、Ti 0.050～0.080％、Cu≤0.30％，余量是Fe和不可避免的杂质。

优选的，该冷镦钢按重量百分比其成分为：C 0.33～0.37％、Si 0.10～0.25％、Mn0.70～0.90％、Cr≤0.10％、P≤0.020％、S≤0.015％、Ni≤0.10％、Al 0.015～0.035％、Ti0.055～0.075％、Cu≤0.10％，余量是Fe和不可避免的杂质。

2、一种晶粒细化的冷镦钢的生产工艺，其特征在于：该工艺包括转炉冶炼、LF精炼、软吹工艺、连铸和轧制工序，其工艺流程为：

(1)转炉冶炼钢铁原料采用低P铁水(要求铁水P≤0.090％)和干净、干燥的优质废钢，严格控制转炉装入量，要求铁水加入量118～120吨，废钢12～14吨；

(2)转炉冶炼过程全程底吹采用优钢模式(全程底吹氩气)，防止底吹N气带来的钢水增N；

(3)转炉终点碳含量控制在0.08-0.25％，防止钢水过氧化出钢，转炉采用滑板机构控制出钢，防止下氧化渣。

(4)转炉出钢时按先后顺序依次加入电石、低氮增碳剂、高碳铬铁、高碳锰铁、低铝硅铁、精炼渣(600千克/炉)、石灰(500千克/炉)，转炉出钢过程不用铝，防止出钢钢水裸露时加入铝饼，导致钢水吸氮。转炉出钢后钢水进入炉后氩站，并喂入适量Al线，确保进LF炉初样Al不低于0.025％。

其中，转炉出钢过程用电石代替铝来脱氧，待钢水进入氩站后再喂入Al线对钢水进行预脱氧，这样可以防止在出钢过程加入铝会造成钢水吸氮，如果钢水中氮含量过高，在精炼过程加入的钛铁与N反应生成TiN夹杂，影响钢水纯净度，同时氩站用铝可以用铝时机提前，进行钢水预脱氧的同时也可以使产生的脱氧产物有足够时间上浮。

(5)控制精炼时间35-55分钟，LF精炼过程根据炉渣情况按1:1的比例增加适量的石灰与精炼渣，LF炉送电过程控制好送电电流，防止电流过大造成的钢水裸露，带来钢水的吸氮。

(6)LF前期使用Al粒及碳化硅进行钢水的渣面扩散脱氧，取初样后根据钢水铝含量补喂铝线，确保喂入Al线后Al含量0.035-0.045％，精炼中、后期不再加入含铝材料，控制成品Al目标：0.020％；LF吊包前5分钟加入Ti铁2.8-3.2kg/t；LF吊包前喂入150m纯钙线对钢水进行变性处理，使产生的三氧化二铝等夹杂有充分的时间上浮。

(7)LF结束后立即用碳化稻壳对钢水进行覆盖，并保证软吹氩时间控制在25分钟以上，软吹流量以钢渣轻微蠕动，钢水不外露为准，在保证夹杂物充分上浮的同时，钢水不吸气，从而不产生二次污染。

(8)做好中间包及保护渣耐材的烘烤工作，开浇前用吸风管对中间包进行三吹一吸的清理工作，并进行吹氩保护，整个浇注过程做好保护浇注工作，防止钢水吸氮。

(9)开浇前，在中间包冲击区及每流上方放入5mm纯钙线，以对钢水进行变性处理，防止开浇出现结瘤、堵水口的异常现象。

(10)轧钢采用加罩缓冷工艺，得到细晶组织。

本发明的有益效果是：考虑到冷镦钢对冷顶锻性能的高要求。本发明通过添加Al与Ti元素，使得材料晶粒细化、组织更加均匀，从而提高冷镦性能，同时通过选用合理的用Al与加Ti时机，在加强钢水脱氧的同时，保证了脱氧产物三氧化二铝夹杂有足够的条件上浮，并通过控N，防止TiN夹杂的产生，从而提高了钢水的纯净度，最终通过钢水纯净度与材料晶粒度的同时提高，使得冷镦钢的冷顶锻性能得到大幅度的提高。

具体实施方式

一种本发明所述的晶粒细化的SWRCH35K-Ti冷镦钢的生产采用“转炉冶炼→LF炉精炼→软吹→连铸机浇注→轧制”的工艺路线来进行生产，其控制方法如下。

转炉工艺

1、公称容积为120t的转炉装入量为131.6t，其中铁水118.3t,废钢13.3t。转炉终点碳含量0.12％，出钢量为119.2t。

2、转炉出钢过程先后加入电石100kg、低氮增碳剂120kg、对应量的铁合金、精炼渣600千克、石灰500千克。

3、转炉出钢后在氩站喂入Al线300米。

LF精炼炉工艺

1、前期用铝粒80Kg/炉及SiC 120Kg/炉进行钢水脱氧，精炼13分钟后，炉渣变白，取初样，此时Al含量0.027％，C含量0.28％，根据初样成分喂入220 米铝线并加入50kg低氮增碳剂。

2、精炼中后期从炉门口每隔3分钟飘入10千克碳化硅进行炉渣的维护，保持炉内的还原性气氛，LF吊包前5分钟，此时钢水脱氧比较完全的情况下加入钛铁360千克，在LF吊包2分钟前喂入150米纯钙线进行钢水的变性处理，提高钢水纯净度的同时，防止浇注过程出现结瘤。

3、LF精炼48分钟后，成分温度均符合要求，然后迅速在钢包中均匀的加入120千克碳化稻壳，吊包进软吹氩台进行软吹。

软吹氩工艺

1、钢水在吹氩台软吹31分钟，氩气流量控制10Nl/min,软吹过程钢水未出现裸露，在软吹过程补加碳化稻壳30千克。

连铸工艺

1、生产前对中间包进行烘烤，烘烤时间3.5h，中包烘烤温度达1125℃；保护渣使用前进行烘烤，温度达80度，开浇前对中包用吸风管进行三吹一吸工作，确保中包干净，然后在中包冲击区及中间包内每个注流水口上方放入5m纯钙线以防止开浇堵水口。

2、开浇前对中包进行吹氩保护，整个浇注过程对大包长水口进行吹氩保护浇注，防止钢水二次氧化。

轧制工艺

轧制出钢后，对盘条进行加罩缓冷，防止冷却过快导致晶粒变粗。

实施例:

本发明实施例1、参照例2SWRCH35K

(1)化学成份如下表1(wt％)：

表1

(2)晶粒度及冷顶锻性能如下表2：

表2

牌号	晶粒度	冷顶锻性能
			SWRCH35K-Ti	8-9级	1/2合格率100％；1/3合格率100％
SWRCH35K	7-8级	1/2合格率100％；1/3合格率16.7％

(3).夹杂物如下表3：

表3

牌号	A粗	A细	B粗	B细	C粗	C细	D粗	D细
									SWRCH35K-Ti	0.5	1.0	0.5	0	0	0	0	0
SWRCH35K	1.0	1.5	1.0	0.5	0	0	1	0.5

结果表明：通过添加Al、Ti元素，使得材料晶粒细化,并减少了非金属夹杂物，使得冷顶锻性能得到大幅提高。

Claims

1.一种晶粒细化的冷镦钢的生产工艺，其特征在于：该工艺包括转炉冶炼、LF精炼、软吹工艺、连铸和轧制工序，其工艺流程为：

(1)转炉冶炼钢铁料采用P≤0.090％的铁水和干净、干燥的优质废钢，并严格控制转炉装入量；转炉冶炼过程全程底吹氩气；控制转炉终点碳含量；转炉采用滑板机构控制出钢，转炉出钢时按先后顺序依次加入电石、低氮增碳剂、高碳铬铁、高碳锰铁、低铝硅铁、精炼渣、石灰；转炉出钢过程不用铝，转炉出钢后钢水进入炉后氩站，并喂入适量Al线，确保进LF炉初样Al不低于0.025％；

(2)控制精炼时间35-55分钟，LF精炼过程根据炉渣情况比例增加适量的石灰与精炼渣，LF炉送电过程控制好送电电流；LF前期使用Al粒及碳化硅进行钢水的渣面扩散脱氧，取初样后根据钢水铝含量补喂铝线，确保喂入Al线后Al含量0.035％-0.045％，精炼中、后期不再加入含铝材料，控制成品Al目标：0.020％；LF吊包前5分钟加入Ti铁2.8-3.2kg/t；LF吊包前喂入150m纯钙线；

(3)LF结束后立即用碳化稻壳对钢水进行覆盖，并保证软吹氩时间控制在25分钟以上，软吹流量以钢渣轻微蠕动，钢水不外露为准；

(4)对中间包及保护渣耐材进行烘烤，开浇前用吸风管对中间包进行三吹一吸的清理工作，并进行吹氩保护，整个浇注过程做好保护浇注工作；开浇前，在中间包冲击区及中间包内每个注流水口上方放入5m纯钙线，以对钢水进行变性处理；

(5)轧钢采用加罩缓冷工艺，得到细晶组织，制得晶粒细化的冷镦钢，按重量百分比其成分为：C 0.32～0.38％、Si 0.10～0.35％、Mn 0.60～0.90％、Cr≤0.20％、P≤0.030％、S≤0.035％、Ni≤0.20％、Al 0.010～0.040％、Ti 0.050～0.080％、Cu≤0.30％，余量是Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的一种晶粒细化的冷镦钢的生产工艺，其特征在于：步骤(1)中铁水加入量118～120吨，废钢12～14吨，转炉终点碳含量控制在0.08-0.25％，出钢时精炼渣加入量600千克/炉、石灰500千克/炉。

3.如权利要求1所述的一种晶粒细化的冷镦钢的生产工艺，其特征在于：步骤(2)中LF精炼过程石灰与精炼渣的比例为1:1。