CN106929623A - 一种10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条的制备方法 - Google Patents

一种10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条的制备方法，包括以下步骤：A、铁水预处理脱硫；B、钢水冶炼；C、脱氧合金化；D、钢水LF炉精炼；E、钢水浇铸；F、钢坯加热；G、控轧控冷。本发明生产的高强度紧固件螺栓用钢热轧圆盘条具有洁净度高、淬透性好、合适的强度和硬度以及优异的塑韧性和冷镦顶锻变形能力，不需要球化退火处理可直接冷镦成形生产10.9级高强度螺栓，减少了加工工序和能源消耗，降低了生产成本。

Description

一种10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条的制备方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金及黑色金属压力加工技术领域，具体涉及一种10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条的制备方法。
背景技术
高强度紧固件用钢热轧圆盘条在常温下利用金属塑性加工成型，材料内部组织严密、产品的力学性能好、加工材料损失少、生产效益高、产品尺寸精度高、表面光洁度好，广泛用于各冷镦成形的高强度螺栓紧固件的生产。
近年来，随着螺栓紧固件行业产品结构调整，螺栓从低强度向高强度发展，从高能耗向资源节约型发展已成为必然趋势。高强度螺栓用钢具有良好的塑性和冷镦性能，可免球化退火工艺，经调质热处理后具有强度高、淬透性好等优点，被广泛用于制造各种高强度螺栓。目前国内现有工艺生产的高强度螺栓用钢热轧圆盘条洁净度较低，夹杂物含量相对较高，非金属夹杂物大多在1.0级以上；钢中Als、Ti含量较高，炼钢生产难度较大；此外，钢的显微组织结构及配比未达到最优化，导致钢的强韧性匹配不好，加工变形能力有限，盘条1/3冷顶锻合格率偏低，制约了产品在10.9级高强度螺栓生产中的应用。
目前国内已有高强度螺栓用钢的专利和论文研究报道，但钢的塑韧性及断面收缩率较低，产品大多只用于8.8级高强度螺栓的生产。为进一步改善现有高强度螺栓用钢的加工变形能力及使用性能，急需开发一种生产具有高洁净度、优异淬透性、塑韧性及冷镦变形能力的热轧圆盘条的10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条的制备方法。
本发明的目的是这样实现的，包括以下步骤：
A、铁水预处理脱硫：将高炉铁水运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理，搅拌头插入深度控制为1800~2000mm，按10.0～12.0 kg/t钢的量，加入CaO质脱硫剂进行脱硫处理，搅拌时间控制为5分钟；搅拌结束后进行扒后渣操作，保证钢包内铁水面裸露≥3/4，扒净脱硫渣，得到预处理后的铁水；
B、钢水冶炼：将A步骤预处理后的铁水、优质废钢加入LD转炉中，进行常规顶底复合吹炼，分别按28.0～32.0kg/t钢、20.0～25.0kg/t钢、2.0～4.0kg/t钢的加入量，加入石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，控制终点碳含量≥0.10wt%，出钢温度≤1640℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰和精炼渣进行渣洗，石灰加入量为2.0kg/t钢，精炼渣加入量为1.0kg/t钢；出钢时采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为15～20NL/min；
C、脱氧合金化：将B步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅钙钡→硅铁→高碳铬铁→高碳锰铁，依次向钢包中加入下列物质：按2.0kg/t钢的量，加入硅钙钡合金；按0.7～1.9kg/t钢的量，加入硅铁；按5.6～7.3kg/t钢的量，加入高碳铬铁；按2.0～4.6kg/t钢的量，加入高碳锰铁；在钢包钢水量达到3/4时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉精炼工序；
D、钢水LF炉精炼：将C步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用15～20NL/min的氩气流量吹氩2分钟，然后下电极采用档位5～7档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰3.5～4.5kg/t钢、精炼渣1.5kg/t钢、电石0.5 kg/t钢调渣，控制渣碱度为5.0～6.0；根据钢样分析结果，补加合金同步调整钢水成份，加入碳化硅0.4~0.6 kg/t钢调整渣况，控制钢水氧活度≤8ppm；之后将氩气流量加大至30～40NL/min，按0.6～0.8kg/t钢的量，加入硼铁，软吹氩3分钟；之后将钢水温度加热至1585～1595℃后进行喂线处理，喂入硅钙线，喂线速度为3.0m/s，喂线量为100m；喂线结束采用流量为20NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为2分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，将钢水吊至连铸工位；
E、钢水浇铸：在中间包温度为1525～1535℃，拉速为2.2～2.3m/min，二冷比水量为1.4～1.5L/kg，结晶器电磁搅拌电流强度为200A、运行频率为3.0Hz的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将D步骤的钢水全程保护浇铸成断面150mm×150mm的钢坯；
F、钢坯加热：将E步骤钢坯送入蓄热式加热炉加热，加热炉预热段炉温850~950℃，以10℃/min的速度将钢坯升温至920℃；随后钢坯进入温度为1020~1080℃的加热段，以8℃/min的速度将钢坯升温至1040℃；然后钢坯进入1050~1110℃的均热段均热，均热至1050~1070℃，均热30min后钢坯出炉；出炉钢坯经高压水出鳞，推送至轧机入口前的待温区进行3分钟的自然冷却，最终以1000～1020℃的开轧温度进入轧机轧制；
G、控轧控冷：将F步骤的钢坯送入28个机架的高速线材轧机进行轧制，在速度为0.20～0.35m/s的轧制条件下，粗轧6个道次；之后在速度为10.0～15.0 m/s的轧制条件下，中轧12个道次；之后进行精轧前预水冷控冷，在冷却水量为160～200m3/h条件下控冷2～3秒；之后在精轧温度为900～920℃，速度为25～65m/s的轧制条件下，精轧5～10个道次；之后在温度为910～930℃，速度为20～65m/s的条件下吐丝；吐丝后盘条进入斯太尔摩风冷线进行延迟型控制冷却；斯太尔摩风冷线控冷时风机全部关闭，开启5台风机上方保温罩盖，辊道速度控制为0.20～0.35m/s；斯太尔摩风冷结束后盘条集卷温度控制为650～680℃，之后将集卷盘条自然空冷至室温即得10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条。
本发明的有益效果：
1、本发明提供了一种10.9级高强度紧固件螺栓用钢热轧圆盘条的制备方法，钢中加入提高淬透性的合金元素Cr和B，采用合适的加热制度和控轧控冷工艺，控制相变前后的奥氏体晶粒尺寸和形态，促进钢强度提高和塑韧性的改善，增加钢的抗回火稳定性，同时还提高了钢的钝化耐腐蚀能力；轧钢工序控制较低的开轧温度、进精轧温度及吐丝温度，增加了奥氏体向铁素体转变时铁素体晶粒的形核位置及形核速率，促进了铁素体晶粒的细化，吐丝完后的盘条采用延迟型斯太尔摩冷却方式进行控冷，在斯太尔摩辊道上以缓慢的冷速完成相变，得到铁素体+球化珠光体显微组织，使钢的顶锻变形能力显著改善，满足10.9级高强度螺栓的生产需求。
2、本发明生产的高强度紧固件螺栓用钢热轧圆盘条具有洁净度高、淬透性好、合适的强度和硬度以及优异的塑韧性和冷镦顶锻变形能力，不需要球化退火处理可直接冷镦成形生产10.9级高强度螺栓，减少了加工工序和能源消耗，降低了生产成本。
3、本发明的10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条的制备方法，通过化学成分优化设计、KR法铁水预处理深脱硫、LD转炉冶炼、LF钢包炉精炼、小方坯全程保护浇注、高线控轧控冷等工艺技术，获得了具有下列质量比化学成分的高强度紧固件螺栓用钢盘条：C 0.24～0.28wt%、Si 0.17～0.27wt%、Mn 0.30～0.50wt%、Cr 0.35～0.45wt%、B 0.0065～0.0085wt%、 S≤0.010wt%、P≤0.015wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所生产的盘条具有高洁净度和优异的工艺力学性能，A、B、D类非金属夹杂物≤0.5级，C类非金属夹杂物≤1.0级，抗拉强度ReL 510-540MPa，断面收缩率Z≥74.0%，1/2冷顶锻合格率100%，1/3冷顶锻合格率≥95%。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
本发明所述的10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
A、铁水预处理脱硫：将高炉铁水运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理，搅拌头插入深度控制为1800~2000mm，按10.0～12.0 kg/t钢的量，加入CaO质脱硫剂进行脱硫处理，搅拌时间控制为5分钟；搅拌结束后进行扒后渣操作，保证钢包内铁水面裸露≥3/4，扒净脱硫渣，得到预处理后的铁水；
B、钢水冶炼：将A步骤预处理后的铁水、优质废钢加入LD转炉中，进行常规顶底复合吹炼，分别按28.0～32.0kg/t钢、20.0～25.0kg/t钢、2.0～4.0kg/t钢的加入量，加入石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，控制终点碳含量≥0.10wt%，出钢温度≤1640℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰和精炼渣进行渣洗，石灰加入量为2.0kg/t钢，精炼渣加入量为1.0kg/t钢；出钢时采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为15～20NL/min；
C、脱氧合金化：将B步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅钙钡→硅铁→高碳铬铁→高碳锰铁，依次向钢包中加入下列物质：按2.0kg/t钢的量，加入硅钙钡合金；按0.7～1.9kg/t钢的量，加入硅铁；按5.6～7.3kg/t钢的量，加入高碳铬铁；按2.0～4.6kg/t钢的量，加入高碳锰铁；在钢包钢水量达到3/4时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉精炼工序；
D、钢水LF炉精炼：将C步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用15～20NL/min的氩气流量吹氩2分钟，然后下电极采用档位5～7档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰3.5～4.5kg/t钢、精炼渣1.5kg/t钢、电石0.5 kg/t钢调渣，控制渣碱度为5.0～6.0；根据钢样分析结果，补加合金同步调整钢水成份，加入碳化硅0.4~0.6 kg/t钢调整渣况，控制钢水氧活度≤8ppm；之后将氩气流量加大至30～40NL/min，按0.6～0.8kg/t钢的量，加入硼铁，软吹氩3分钟；之后将钢水温度加热至1585～1595℃后进行喂线处理，喂入硅钙线，喂线速度为3.0m/s，喂线量为100m；喂线结束采用流量为20NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为2分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，将钢水吊至连铸工位；
E、钢水浇铸：在中间包温度为1525～1535℃，拉速为2.2～2.3m/min，二冷比水量为1.4～1.5L/kg，结晶器电磁搅拌电流强度为200A、运行频率为3.0Hz的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将D步骤的钢水全程保护浇铸成断面150mm×150mm的钢坯；
F、钢坯加热：将E步骤钢坯送入蓄热式加热炉加热，加热炉预热段炉温850~950℃，以10℃/min的速度将钢坯升温至920℃；随后钢坯进入温度为1020~1080℃的加热段，以8℃/min的速度将钢坯升温至1040℃；然后钢坯进入1050~1110℃的均热段均热，均热至1050~1070℃，均热30min后钢坯出炉；出炉钢坯经高压水出鳞，推送至轧机入口前的待温区进行3分钟的自然冷却，最终以1000～1020℃的开轧温度进入轧机轧制；
G、控轧控冷：将F步骤的钢坯送入28个机架的高速线材轧机进行轧制，在速度为0.20～0.35m/s的轧制条件下，粗轧6个道次；之后在速度为10.0～15.0 m/s的轧制条件下，中轧12个道次；之后进行精轧前预水冷控冷，在冷却水量为160～200m3/h条件下控冷2～3秒；之后在精轧温度为900～920℃，速度为25～65m/s的轧制条件下，精轧5～10个道次；之后在温度为910～930℃，速度为20～65m/s的条件下吐丝；吐丝后盘条进入斯太尔摩风冷线进行延迟型控制冷却；斯太尔摩风冷线控冷时风机全部关闭，开启5台风机上方保温罩盖，辊道速度控制为0.20～0.35m/s；斯太尔摩风冷结束后盘条集卷温度控制为650～680℃，之后将集卷盘条自然空冷至室温即得10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条。
步骤A所述的高炉铁水的化学成分为：C 4.0~4.4wt%、Si 0.25~0.50wt%、Mn 0.60~0.90wt% 、P 0.085~0.105wt%、S≤0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
步骤A中所述的预处理后的铁水成分为：C 4.0~4.4wt%、Si 0.25~0.50wt%、Mn0.60~0.90wt% 、P 0.085~0.105wt%、S≤0.005wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
步骤B中所述的优质废钢的化学成分为C 0.20~0.25wt%、Si 0.30~0.55wt%、Mn1.15~1.35wt% 、P 0.020~0.037wt%、S 0.022~0.036wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
步骤C中所述的硅钙钡合金的化学成分为：Si 52.5wt%，Ca 10.3wt%，Ba 13.5wt%，Al 3.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述的硅铁的化学成分为：Si 73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述的高碳铬铁的化学成分为：Cr 57.4wt%，C 7.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述的高碳锰铁的化学成分为：Mn 75.3wt%，C 7.1wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
步骤D中所述的碳化硅合金的化学成分为：SiC 71.4wt%, 总C 26.5, 总Si57.5wt%, 其余为Fe及不可避免的不纯物。
步骤D中所述的硼铁的化学成分为：B 16.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
步骤D中所述的硅钙线的化学成分为：Si 53.5wt%、Ca 28.2wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物。
步骤G中所述的10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条的化学成分为：C 0.24～0.28wt%、Si 0.17～0.27wt%、Mn 0.30～0.50wt%、Cr 0.35～0.45wt%、B 0.0065～0.0085wt%、 S≤0.010wt%、P≤0.015wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
本发明提供的一种10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条的化学成分、工艺力学性能、显微组织及夹杂物检验见表1、表2、表3所示；
表1 一种10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条化学成分
表2 本发明生产的高强度螺栓用钢热轧圆盘条工艺力学性能
表3 本发明生产的高强度螺栓用钢热轧圆盘条显微组织及夹杂物
实施例1
A、铁水预处理脱硫：将高炉铁水(化学成分C 4.0wt%、Si 0.25wt%、Mn 0.60wt% 、P0.105wt%、S 0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理，搅拌头插入深度控制为1800mm，按10.0 kg/t钢的量，加入常规CaO质脱硫剂进行脱硫处理，搅拌时间控制为5分钟；搅拌结束后进行扒后渣操作，保证钢包内铁水面裸露≥3/4，扒净脱硫渣；预处理后铁水成分控制为：C 4.0wt%、Si 0.25wt%、Mn 0.60wt% 、P 0.105wt%、S 0.005wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
B、钢水冶炼：将A步骤预处理后的铁水(化学成分C 4.0wt%、Si 0.25wt%、Mn0.60wt% 、P 0.105wt%、S 0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)、优质废钢(化学成分C0.20wt%、Si 0.30wt%、Mn 1.15wt% 、P 0.037wt%、S 0.036wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)加入LD转炉中，进行常规顶底复合吹炼，分别按28.0kg/t钢、20.0kg/t钢、2.0kg/t钢的加入量，加入石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，控制终点碳含量0.10wt%，出钢温度1630℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰和精炼渣进行渣洗，石灰加入量为2.0kg/t钢，精炼渣加入量为1.0kg/t钢；出钢时采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为15NL/min。
C、脱氧合金化：将B步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅钙钡→硅铁→高碳铬铁→高碳锰铁，依次向钢包中加入下列物质：按2.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅钙钡合金：Si 52.5wt%，Ca 10.3wt%，Ba 13.5wt%，Al3.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.7kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按5.6kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr 57.4wt%，C 7.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按2.0kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.3wt%，C 7.1wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到3/4时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉精炼工序。
D、钢水LF炉精炼：将C步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用小氩量(15NL/min)吹氩2分钟，然后下电极采用档位5～7档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰3.5kg/t钢、精炼渣1.5 kg/t钢、电石0.5 kg/t钢调渣，控制渣碱度为5.0；根据钢样分析结果，补加合金同步调整钢水成份，加入碳化硅(化学成分：SiC 71.4wt%, 总C 26.5, 总Si 57.5wt%, 其余为Fe及不可避免的不纯物)0.4 kg/t钢调整渣况，控制钢水氧活度≤8ppm；之后适当加大氩气流量(30～40NL/min)，按0.6kg/t钢的量，加入下列质量比的硼铁：B 16.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，软吹氩3分钟；之后将钢水温度加热至1595℃后进行喂线处理，喂入具有下列质量比的硅钙线： Si 53.5wt%、Ca 28.2wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物，喂线速度为3.0m/s，喂线量为100m；喂线结束采用流量为20NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为2分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，将钢水吊至连铸工位。
E、钢水浇铸：在中间包温度为1535℃，拉速为2.3m/min，二冷比水量为1.5L/kg，结晶器电磁搅拌电流强度为200A、运行频率为3.0Hz的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将D步骤的钢水全程保护浇铸成断面150mm×150mm的钢坯。
F、钢坯加热：将E步骤钢坯送入蓄热式加热炉加热，加热炉预热段炉温850~950℃，以10℃/min的速度将钢坯升温至920℃；随后钢坯进入温度为1020~1080℃的加热段，以8℃/min的速度将钢坯升温至1040℃；然后钢坯进入1050~1110℃的均热段均热，均热至1070℃，均热30min后钢坯出炉；出炉钢坯经高压水出鳞，推送至轧机入口前的待温区进行3分钟的自然冷却，最终以1020℃的开轧温度进入轧机轧制。
G、控轧控冷：将F步骤的钢坯送入28个机架的高速线材轧机进行轧制，在速度为0.35m/s的轧制条件下，粗轧6个道次；之后在速度为15.0 m/s的轧制条件下，中轧12个道次；之后进行精轧前预水冷控冷，在冷却水量为160m3/h条件下控冷2秒；之后在精轧温度为920℃，速度为65m/s的轧制条件下，精轧10个道次；之后在温度为930℃，速度为65m/s的条件下吐丝；吐丝后盘条进入斯太尔摩风冷线进行“延迟”型控制冷却(即缓慢冷却)；斯太尔摩风冷线控冷时风机全部关闭，开启前5台风机上方保温罩盖，辊道速度控制为0.35m/s；斯太尔摩风冷结束后盘条集卷温度控制为680℃，之后将集卷盘条自然空冷至室温即获得一种10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条，具有下列重量百分比的化学成分：C 0.24wt%、Si0.17wt%、Mn 0.30wt%、Cr 0.35wt%、B 0.0065wt%、 S 0.010wt%、P 0.015wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
本实施例提供的一种10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条工艺力学性能、显微组织及夹杂物检验见表5、表6所示；
表4 本实施例生产的高强度螺栓用钢热轧圆盘条工艺力学性能
表5 本实施例生产的高强度螺栓用钢热轧圆盘条显微组织及夹杂物
实施例2
A、铁水预处理脱硫：将高炉铁水(化学成分C 4.2wt%、Si 0.35wt%、Mn 0.75wt% 、P0.095wt%、S 0.024wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理，搅拌头插入深度控制为1900mm，按11.0 kg/t钢的量，加入常规CaO质脱硫剂进行脱硫处理，搅拌时间控制为5分钟；搅拌结束后进行扒后渣操作，保证钢包内铁水面裸露≥3/4，扒净脱硫渣；预处理后铁水成分控制为：C 4.2wt%、Si 0.35wt%、Mn 0.75wt% 、P 0.095wt%、S 0.004wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
B、钢水冶炼：将A步骤预处理后的铁水(化学成分C 4.2wt%、Si 0.35wt%、Mn0.75wt% 、P 0.095wt%、S 0.004wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)、优质废钢(化学成分C0.22wt%、Si 0.42wt%、Mn 1.27wt% 、P 0.032wt%、S 0.028wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)加入LD转炉中，进行常规顶底复合吹炼，分别按30.0kg/t钢、22.0kg/t钢、3.0kg/t钢的加入量，加入石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，控制终点碳含量0.12wt%，出钢温度1635℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰和精炼渣进行渣洗，石灰加入量为2.0kg/t钢，精炼渣加入量为1.0kg/t钢；出钢时采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为18NL/min。
C、脱氧合金化：将B步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅钙钡→硅铁→高碳铬铁→高碳锰铁，依次向钢包中加入下列物质：按2.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅钙钡合金：Si 52.5wt%，Ca 10.3wt%，Ba 13.5wt%，Al3.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按1.3kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按6.5kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr 57.4wt%，C 7.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按3.2kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.3wt%，C 7.1wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到3/4时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉精炼工序。
D、钢水LF炉精炼：将C步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用小氩量(18NL/min)吹氩2分钟，然后下电极采用档位5～7档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰4.0kg/t钢、精炼渣1.5 kg/t钢、电石0.5 kg/t钢调渣，控制渣碱度为5.5；根据钢样分析结果，补加合金同步调整钢水成份，加入碳化硅(化学成分：SiC 71.4wt%, 总C 26.5，总Si 57.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)0.5kg/t钢调整渣况，控制钢水氧活度≤8ppm；之后适当加大氩气流量(35NL/min)，按0.7kg/t钢的量，加入下列质量比的硼铁：B 16.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，软吹氩3分钟；之后将钢水温度加热至1590℃进行喂线处理，喂入具有下列质量比的硅钙线： Si53.5wt%、Ca 28.2wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物，喂线速度为3.0m/s，喂线量为100m；喂线结束采用流量为20NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为2分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，将钢水吊至连铸工位。
E、钢水浇铸：在中间包温度为1530℃，拉速为2.2m/min，二冷比水量为1.5L/kg，结晶器电磁搅拌电流强度为200A、运行频率为3.0Hz的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将D步骤的钢水全程保护浇铸成断面150mm×150mm的钢坯；
F、钢坯加热：将E步骤钢坯送入蓄热式加热炉加热，加热炉预热段炉温850~950℃，以10℃/min的速度将钢坯升温至920℃；随后钢坯进入温度为1020~1080℃的加热段，以8℃/min的速度将钢坯升温至1040℃；然后钢坯进入1050~1110℃的均热段均热，均热至1060℃，均热30min后钢坯出炉；出炉钢坯经高压水出鳞，推送至轧机入口前的待温区进行3分钟的自然冷却，最终以1010℃的开轧温度进入轧机轧制；
G、控轧控冷：将F步骤的钢坯送入28个机架的高速线材轧机进行轧制，在速度为0.30m/s的轧制条件下，粗轧6个道次；之后在速度为13.0 m/s的轧制条件下，中轧12个道次；之后进行精轧前预水冷控冷，在冷却水量为180m3/h条件下控冷2秒；之后在精轧温度为910℃，速度为40m/s的轧制条件下，精轧8道次；之后在温度为920℃，速度为45m/s的条件下吐丝；吐丝后盘条进入斯太尔摩风冷线进行“延迟”型控制冷却(即缓慢冷却)；斯太尔摩风冷线控冷时风机全部关闭，开启前5台风机上方保温罩盖，辊道速度控制为0.30m/s；斯太尔摩风冷结束后盘条集卷温度控制为665℃，之后将集卷盘条自然空冷至室温即获得一种10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条，具有下列重量百分比的化学成分：C 0.26wt%、Si 0.24wt%、Mn0.40wt%、Cr 0.40wt%、B 0.0075wt%、 S 0.008wt%、P 0.013wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
本实施例提供的一种10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条工艺力学性能、显微组织及夹杂物检验见表6、表7所示；
表6 本实施例生产的高强度螺栓用钢热轧圆盘条工艺力学性能
表7 本实施例生产的高强度螺栓用钢热轧圆盘条显微组织及夹杂物
实施例3
A、铁水预处理脱硫：将高炉铁水(化学成分C 4.4wt%、Si 0.50wt%、Mn 0.90wt% 、P0.085wt%、S 0.020wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理，搅拌头插入深度控制为2000mm，按12.0 kg/t钢的量，加入常规CaO质脱硫剂进行脱硫处理，搅拌时间控制为5分钟；搅拌结束后进行扒后渣操作，保证钢包内铁水面裸露≥3/4，扒净脱硫渣；预处理后铁水成分控制为：C 4.4wt%、Si 0.50wt%、Mn 0.90wt% 、P 0.085wt%、S 0.002wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
B、钢水冶炼：将A步骤预处理后的铁水(化学成分C4.4wt%、Si 0.50wt%、Mn0.90wt% 、P 0.085wt%、S 0.002wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)、优质废钢(化学成分C0.25wt%、Si 0.55wt%、Mn 1.35wt% 、P 0.020wt%、S 0.022wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)加入LD转炉中，进行常规顶底复合吹炼，分别按32.0kg/t钢、25.0kg/t钢、4.0kg/t钢的加入量，加入石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，控制终点碳含量0.14wt%，出钢温度1640℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰和精炼渣进行渣洗，石灰加入量为2.0kg/t钢，精炼渣加入量为1.0kg/t钢；出钢时采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为20NL/min。
C、脱氧合金化：将B步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅钙钡→硅铁→高碳铬铁→高碳锰铁，依次向钢包中加入下列物质：按2.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅钙钡合金：Si 52.5wt%，Ca 10.3wt%，Ba 13.5wt%，Al3.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按1.9kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按7.3kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr 57.4wt%，C 7.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按4.6kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.3wt%，C 7.1wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到3/4时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉精炼工序。
D、钢水LF炉精炼：将C步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用小氩量(20NL/min)吹氩2分钟，然后下电极采用档位5～7档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰4.5kg/t钢、精炼渣1.5 kg/t钢、电石0.5 kg/t钢调渣，控制渣碱度为6.0；根据钢样分析结果，补加合金同步调整钢水成份，加入碳化硅(化学成分：SiC 71.4wt%，总C 26.5，总Si 57.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)0.6kg/t钢调整渣况，控制钢水氧活度≤8ppm；之后适当加大氩气流量(40NL/min)，按0.8kg/t钢的量，加入下列质量比的硼铁：B 16.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，软吹氩3分钟；之后将钢水温度加热至1585℃后进行喂线处理，喂入具有下列质量比的硅钙线：Si 53.5wt%、Ca 28.2wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物，喂线速度为3.0m/s，喂线量为100m；喂线结束采用流量为20NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为2分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，将钢水吊至连铸工位。
E、钢水浇铸：在中间包温度为1525℃，拉速为2.2m/min，二冷比水量为1.4L/kg，结晶器电磁搅拌电流强度为200A、运行频率为3.0Hz的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将D步骤的钢水全程保护浇铸成断面150mm×150mm的钢坯；
F、钢坯加热：将E步骤钢坯送入蓄热式加热炉加热，加热炉预热段炉温850~950℃，以10℃/min的速度将钢坯升温至920℃；随后钢坯进入温度为1020~1080℃的加热段，以8℃/min的速度将钢坯升温至1040℃；然后钢坯进入1050~1110℃的均热段均热，均热至1050℃，均热30min后钢坯出炉；出炉钢坯经高压水出鳞，推送至轧机入口前的待温区进行3分钟的自然冷却，最终以1000℃的开轧温度进入轧机轧制；
G、控轧控冷：将F步骤的钢坯送入28个机架的高速线材轧机进行轧制，在速度为0.20m/s的轧制条件下，粗轧6个道次；之后在速度为10.0 m/s的轧制条件下，中轧12个道次；之后进行精轧前预水冷控冷，在冷却水量为200m3/h条件下控冷3秒；之后在精轧温度为900℃，速度为25m/s的轧制条件下，精轧5个道次；之后在温度为910℃，速度为20m/s的条件下吐丝；吐丝后盘条进入斯太尔摩风冷线进行“延迟”型控制冷却(即缓慢冷却)；斯太尔摩风冷线控冷时风机全部关闭，开启前5台风机上方保温罩盖，辊道速度控制为0.20m/s；斯太尔摩风冷结束后盘条集卷温度控制为650℃，之后将集卷盘条自然空冷至室温即获得一种10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条，具有下列重量百分比的化学成分：C 0.28wt%、Si 0.27wt%、Mn 0.50wt%、Cr 0.45wt%、B 0.0085wt%、 S0.006wt%、P 0.011wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
本实施例提供的一种10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条工艺力学性能、显微组织及夹杂物检验见表8、表9所示；
表8 本实施例生产的高强度螺栓用钢热轧圆盘条工艺力学性能
表9 本实施例生产的高强度螺栓用钢热轧圆盘条显微组织及夹杂物

Claims (9)

1.一种10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条的制备方法，其特征在于所述的制备方法包括以下步骤：
A、铁水预处理脱硫：将高炉铁水运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理，搅拌头插入深度控制为1800~2000mm，按10.0～12.0 kg/t钢的量，加入CaO质脱硫剂进行脱硫处理，搅拌时间控制为5分钟；搅拌结束后进行扒后渣操作，保证钢包内铁水面裸露≥3/4，扒净脱硫渣，得到预处理后的铁水；
B、钢水冶炼：将A步骤预处理后的铁水、优质废钢加入LD转炉中，进行常规顶底复合吹炼，分别按28.0～32.0kg/t钢、20.0～25.0kg/t钢、2.0～4.0kg/t钢的加入量，加入石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，控制终点碳含量≥0.10wt%，出钢温度≤1640℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰和精炼渣进行渣洗，石灰加入量为2.0kg/t钢，精炼渣加入量为1.0kg/t钢；出钢时采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为15～20NL/min；
C、脱氧合金化：将B步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅钙钡→硅铁→高碳铬铁→高碳锰铁，依次向钢包中加入下列物质：按2.0kg/t钢的量，加入硅钙钡合金；按0.7～1.9kg/t钢的量，加入硅铁；按5.6～7.3kg/t钢的量，加入高碳铬铁；按2.0～4.6kg/t钢的量，加入高碳锰铁；在钢包钢水量达到3/4时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉精炼工序；
D、钢水LF炉精炼：将C步骤出钢完毕的钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用15～20NL/min的氩气流量吹氩2分钟，然后下电极采用档位5～7档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰3.5～4.5kg/t钢、精炼渣1.5 kg/t钢、电石0.5 kg/t钢调渣，控制渣碱度为5.0～6.0；根据钢样分析结果，补加合金同步调整钢水成份，加入碳化硅0.4~0.6 kg/t钢调整渣况，控制钢水氧活度≤8ppm；之后将氩气流量加大至30～40NL/min，按0.6～0.8kg/t钢的量，加入硼铁，软吹氩3分钟；之后将钢水温度加热至1585～1595℃后进行喂线处理，喂入硅钙线，喂线速度为3.0m/s，喂线量为100m；喂线结束采用流量为20NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为2分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，将钢水吊至连铸工位；
E、钢水浇铸：在中间包温度为1525～1535℃，拉速为2.2～2.3m/min，二冷比水量为1.4～1.5L/kg，结晶器电磁搅拌电流强度为200A、运行频率为3.0Hz的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将D步骤的钢水全程保护浇铸成断面150mm×150mm的钢坯；
F、钢坯加热：将E步骤钢坯送入蓄热式加热炉加热，加热炉预热段炉温850~950℃，以10℃/min的速度将钢坯升温至920℃；随后钢坯进入温度为1020~1080℃的加热段，以8℃/min的速度将钢坯升温至1040℃；然后钢坯进入1050~1110℃的均热段均热，均热至1050~1070℃，均热30min后钢坯出炉；出炉钢坯经高压水出鳞，推送至轧机入口前的待温区进行3分钟的自然冷却，最终以1000～1020℃的开轧温度进入轧机轧制；
G、控轧控冷：将F步骤的钢坯送入28个机架的高速线材轧机进行轧制，在速度为0.20～0.35m/s的轧制条件下，粗轧6个道次；之后在速度为10.0～15.0 m/s的轧制条件下，中轧12个道次；之后进行精轧前预水冷控冷，在冷却水量为160～200m3/h条件下控冷2～3秒；之后在精轧温度为900～920℃，速度为25～65m/s的轧制条件下，精轧5～10个道次；之后在温度为910～930℃，速度为20～65m/s的条件下吐丝；吐丝后盘条进入斯太尔摩风冷线进行延迟型控制冷却；斯太尔摩风冷线控冷时风机全部关闭，开启前面5台风机上方保温罩盖，辊道速度控制为0.20～0.35m/s；斯太尔摩风冷结束后盘条集卷温度控制为650～680℃，之后将集卷盘条自然空冷至室温即得10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条。
2.根据权利要求1所述的10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条的制备方法，其特征在于步骤A中所述的高炉铁水的化学成分为：C 4.0~4.4wt%、Si 0.25~0.50wt%、Mn 0.60~0.90wt% 、P 0.085~0.105wt%、S≤0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
3.根据权利要求1所述的10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条的制备方法，其特征在于步骤A中所述的预处理后的铁水成分为：C 4.0~4.4wt%、Si 0.25~0.50wt%、Mn 0.60~0.90wt% 、P 0.085~0.105wt%、S≤0.005wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
4.根据权利要求1所述的10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条的制备方法，其特征在于步骤B中所述的优质废钢的化学成分为C 0.20~0.25wt%、Si 0.30~0.55wt%、Mn 1.15~1.35wt% 、P 0.020~0.037wt%、S 0.022~0.036wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
5.根据权利要求1所述的10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条的制备方法，其特征在于步骤C中所述的硅钙钡合金的化学成分为：Si 52.5wt%，Ca 10.3wt%，Ba 13.5wt%，Al3.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述的硅铁的化学成分为：Si 73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述的高碳铬铁的化学成分为：Cr 57.4wt%，C 7.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述的高碳锰铁的化学成分为：Mn 75.3wt%，C 7.1wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
6.根据权利要求1所述的10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条的制备方法，其特征在于步骤D中所述的碳化硅的化学成分为：SiC 71.4wt%, 总C 26.5, 总Si 57.5wt%, 其余为Fe及不可避免的不纯物。
7.根据权利要求1所述的10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条的制备方法，其特征在于步骤D中所述的硼铁的化学成分为：B 16.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
8.根据权利要求1所述的10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条的制备方法，其特征在于步骤D中所述的硅钙线的化学成分为：Si 53.5wt%、Ca 28.2wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物。
9.根据权利要求1所述的10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条的制备方法，其特征在于步骤G中所述的10.9级高强度螺栓用钢热轧圆盘条的化学成分为：C 0.24～0.28wt%、Si0.17～0.27wt%、Mn 0.30～0.50wt%、Cr 0.35～0.45wt%、B 0.0065～0.0085wt%、 S≤0.010wt%、P≤0.015wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
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