CN107447157A

CN107447157A - 一种冷镦钢及其制造工艺

Info

Publication number: CN107447157A
Application number: CN201710651606.5A
Authority: CN
Inventors: 刘立德; 袁传信; 陈景玉; 李燚; 龙国荣; 李正嵩; 高长益; 叶雅妮; 张东升; 陈海英; 丁云江
Original assignee: Shougang Shuicheng Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Shougang Shuicheng Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2017-08-02
Filing date: 2017-08-02
Publication date: 2017-12-08
Anticipated expiration: 2037-08-02
Also published as: CN107447157B

Abstract

本发明涉及冶金领域，公开了一种冷镦钢及其制造工艺，冷镦钢的制造工艺包括冶炼步骤、精炼步骤、浇铸步骤以及轧钢步骤。精炼包括使用Al和电石造白渣对钢水进行脱氧；精炼后的钢水成分包括C：0.17～0.19wt％、Si：≤0.07wt％、Mn：0.80～0.88wt％、P：≤0.020wt％、S：≤0.015wt％，Al：0.025～0.035wt％，Ca：25～35ppm，[O]：≤10ppm，余量为杂质和Fe；浇铸步骤中间包钢水过热度为30～40℃。该工艺能够有效的防止增Si现象，保证成品冷镦钢的拉拔性能较好，且浇铸稳定，水口不易结瘤，有利于生产的顺行。

Description

一种冷镦钢及其制造工艺

技术领域

本发明涉及一种冶金领域，具体而言，涉及一种冷镦钢及其制造工艺。

背景技术

冷镦钢是用冷镦成型工艺生产标准紧固件及非标准紧固件的专用钢。冷镦工艺可节省原料，降成本，而且通过冷作硬化提高工件的抗拉强度，改善性能，冷镦用钢必须具有良好的冷顶锻性能。因冷镦工艺要求该钢具有高的洁净度，控制钢中的Si、Al的含量，以提高钢材的塑性和冷顶锻性能。经验表明，含硅量超过0.17％且含碳量较高时，对钢材的塑性降低有很大的影响。高硅钢即使退火，也不会软化，降低钢的冷塑性变形性能。因此，除了产品有高强度性能要求外，冷镦钢总是尽量要求减少硅的含量。为了提高钢的晶粒细化程度、耐腐蚀性以及减少全氧，冷镦钢中往往具有一定的Al，但Al含量增多之后容易出现水口结瘤等问题。现有的技术中，针对冷镦钢SWRCH22A(JIS日本标准中钢号)的工艺存在钢水增Si现象严重、可浇性不稳定的问题，影响了产品质量以及生产的顺行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冷镦钢的制造工艺，其能够在保证成品冷镦钢的拉拔性能及洁净度较好的情况下，解决钢水增Si问题，并且可浇性较好。

本发明的另一目的在于提供一种冷镦钢，其通过上述的冷镦钢的制造工艺制得。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提供一种冷镦钢的制造工艺，其包括：

冶炼步骤：将含有铁水的原料炼制为钢水；

精炼步骤：对冶炼步骤所得的钢水进行精炼，精炼包括使用Al和电石造白渣对钢水进行脱氧；精炼后的钢水成分包括C：0.17～0.19wt％、Si：≤0.07wt％、Mn：0.80～0.88wt％、P：≤0.020wt％、S：≤0.015wt％，Al：0.025～0.035wt％，Ca：25～35ppm，[O]：≤10ppm，余量为杂质和Fe；

浇铸步骤：采用连铸工艺对精炼步骤所得的钢水进行浇铸，中间包钢水过热度为30～40℃；

轧钢步骤：对连铸步骤得到的铸坯进行轧制成盘条。

在本发明的一种实施例中，上述冷镦钢的制造工艺的精炼步骤中，包括调整C、Mn的成分，采用中碳锰铁调Mn；连浇的第一炉使用硅铁调Si，按0.05～0.08wt％调整。

在本发明的一种实施例中，上述冷镦钢的制造工艺中，利用Al造白渣采用分批加入的方式：分别在化渣过程、化渣结束后以及调整C、Mn含量之后加入铝粒。

在本发明的一种实施例中，上述冷镦钢的制造工艺的精炼步骤中包括向钢水中喂Ca线来将钢水中的Ca调整为30～45ppm。

在本发明的一种实施例中，上述冷镦钢的制造工艺的精炼步骤包括对钢水温度进行调整，温度调整在加热位完成，连浇过程的第一炉钢水在精炼结束后的温度为1600～1620℃，后续连浇炉次的精炼结束温度为1585～1595℃，对钢水的成分调整在加热位完成，钢水出LF精炼站之后进行软吹氩，软吹氩持续时间大于13min；钢水从进LF精炼站至软吹氩结束，周期控制在50～55min。

在本发明的一种实施例中，上述冷镦钢的制造工艺的冶炼步骤包括使用100t容量的转炉对含有铁水的原料进行冶炼，所使用的铁水的成分包括Si：0.30～0.80wt％，Mn：0.30～0.80wt％，P：≤0.120wt％，S：≤0.050wt％，Cr：≤0.20wt％，Ni：≤0.10wt％，Cu≤0.15wt％，铁水温度≥1250℃；每炉的总装入量为91.5～92.5t；连浇过程的第一炉钢水不用于生产冷镦钢。

在本发明的一种实施例中，上述冷镦钢的制造工艺的冶炼步骤包括将钢水从转炉导入钢包的出钢操作，转炉出钢时，钢包温度大于900℃；出钢时进行脱氧合金化操作，使用Al-Mn-Fe合金及中碳锰铁脱氧，出钢过程向钢包中加入活性石灰及萤石。

在本发明的一种实施例中，上述冷镦钢的制造工艺的冶炼步骤完成时钢水中C:0.14～0.16wt％，Si：≤0.03wt％，Mn：0.70～0.85wt％；冶炼步骤完成时[O]小于20ppm。

在本发明的一种实施例中，上述冷镦钢的制造工艺的轧钢步骤中，需对钢坯进行加热，加热段温度为1150～1200℃，均热段温度为1130～1180℃，出钢温度为980～1030℃。

本发明还提供一种冷镦钢，其采用上述的冷镦钢的制造工艺制得。

本发明实施例的冷镦钢的制造工艺的有益效果是：

通过铝来脱氧，减少因摄入过多的Si导致钢种性能变差而不利于拉拔，同时铝脱氧能尽可能减少钢中全氧量，提高钢的洁净度。在精炼步骤中还要喂Ca，将最终精炼得到的钢水成分调整为C：0.17～0.19wt％、Si：≤0.07wt％、Mn：0.80～0.88wt％、P：≤0.020wt％、S：≤0.015wt％，Al：0.025～0.035wt％，Ca：25～35ppm，[O]：≤10ppm，余量为杂质和Fe。在浇铸时过热度控制在30～40℃，使得可浇性较好，不易出现水口结瘤等情况。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的冷镦钢的制造工艺进行具体说明。

冷镦钢的制造工艺整体包括冶炼步骤、精炼步骤、浇铸步骤、轧钢步骤以及后续的冷却及打捆入库。下面对每一步骤进行具体说明。

1、冶炼步骤

冶炼步骤包括使用100t容量的转炉对铁水和废钢进行冶炼，其中铁水的成分按质量百分比控制为Si：0.30～0.80％，Mn：0.30～0.80％，P≤0.120％，S≤0.050％，Cr≤0.20％，Ni≤0.10％，Cu≤0.15％，铁水温度≥1250℃。总装入量：92±0.5t，铁水及废钢装入量根据冶炼时热量调整搭配。

转炉使用的石灰中CaO＞90％，SiO₂≤1.5％，S＜0.15％，活性度＞310mL。

转炉冶炼采用双渣法操作，出钢时C：0.10-0.13％，出钢P≤0.015％，出钢S≤0.035％，后吹次数不超过两次。保证出钢口状况良好，采用挡渣锥机械投放挡渣出钢，钢包渣层厚度≤50mm。

出钢时，要求红包出钢(钢包温度≥900℃)，底吹砖畅通，钢包洁净，不得有包沿，确保大包水口自开。

脱氧合金化制度：

出钢时进行脱氧合金化操作，在钢包中投入Al-Mn-Fe合金进行脱氧，连浇的第一炉加入量为4kg/吨钢，后续连浇炉次的加入量为4.5kg/吨钢，不足Mn用中碳锰铁补齐，终脱氧每炉钢加50kg钢芯铝。出钢过程加合成渣(活性石灰+萤石)300kg/炉。出完钢后向钢包内渣面上加铝粒20kg。铝锰铁合金的化学成分见表1。

表1铝锰铁化学成分

Al％

Mn％

C％

Si％

P％

S％

粒度

20.0～26.0

30.0～35.0

＜2.00

＜0.200

＜0.040

20～50mm

钢水在冶炼步骤完成时的成分和温度见表2。

表2冶炼完成时钢水成分及温度控制

在连浇过程中，由于第一炉钢水的浇铸之前，连铸设备的整体温度较低，为保证连铸的顺行，连浇过程的第一包钢水不用作生产本发明实施例中的冷镦钢。第一包钢水可以用于生产其他类型钢种，其在冶炼步骤完成时，成分和温度可以依照表2中炉次为第一包的钢水参数进行控制(但不仅限于此范围)，出钢温度、进精炼站温度大于后续连浇炉次的原因也正是因为后续连铸设备的温度在第一包钢水浇铸前温度较低。

2、精炼步骤

本发明的实施例中，精炼步骤采用LF炉进行精炼。大体上流程为：钢水进站→测温、预吹Ar→入位→送电、破渣壳→加热、造白渣→测温、取样(精炼10min时)→调温度、成分→测温、取样→喂丝→出位→软吹Ar→加保温剂→连铸。

钢水进站后接通氩气进行预吹氩3min，测温、定氧。

钢水入加热位后，每炉加入二元合成渣900kg，精炼渣300kg，用铝粒、电石造白渣脱氧(不得使用Fe-Si粉)，过程加入铝粒60kg/炉，要求分批加入，化渣过程加入20kg，化渣结束加入20kg，调成分后加入20kg。争取在10min内形成液态白渣，必保在15min内形成白渣，并保持白渣时间不小于10min。根据炉内温度、钢水S含量和化渣情况增加合成渣用量调节。采用电石造白渣。精炼过程调节氩气流量，防止精炼大翻溢渣，并调节除尘风机风量保证微正压操作。

形成白渣后调整C、Mn成分，采用中碳MnFe调Mn，开机炉次使用SiFe调Si，按0.05～0.08％调整。

使用钢芯铝调整Al含量，精炼结束Al含量按0.025～0.035％控制。喂Ca线450m/炉，结束Ca含量按0.0025～0.0035％控制。

正常炉次每炉调成分后加入BFe(硼铁)8kg。软吹氩时间大于13min，不得裸露钢液面，以渣面微微涌动为宜。

从入加热位到软吹氩结束的精炼周期按50～55min控制。

精炼结束钢水成分如表3所示：

表3精炼结束时钢水的成分

精炼处理结束温度：第1炉：1610～1630℃，连浇：1590～1610℃。钢水出站后加入保温剂16包，每包10kg。

3、浇铸步骤

浇铸步骤采用中间包+结晶器的连铸工艺对精炼步骤的钢液进行浇铸，形成铸坯。浇铸规格为150×150mm方坯。具体操作如下。

采用结晶器电磁搅拌技术(4Hz，210A)，大包采用带氩气密封长水口、中包采用浸入式水口，应尽量保证保护浇注效果。中间包使用Mg-C质塞棒，浸入式水口使用炉数不得大于6炉。中包采用无碳碱性覆盖剂以减少增碳，采用塞棒浇注，拉速1.8m/min，中间包钢水过热度目标按35±5℃控制。连铸正常浇注时必须保证满中间包操作(600-700mm)，中间包连浇换包过程液面不得低于400mm。

二冷比水量为1.1～1.3L/kg，矫直温度控制为大于900℃，以避开矫直裂纹敏感区。

4、轧钢步骤

轧制规格：铸坯在轧制前送入加热炉进行加热，加热炉温度控制：

加热段1150～1200℃，均热段1130～1180℃，出钢温度980～1030℃，目标控制值：1000℃。

钢坯加热应均匀，钢坯头、中、尾温差≤50℃，加热过程中防止钢坯出现过热、过烧等现象；炉内为微还原性气氛；若停轧时间在30min以上立即降温到900℃保温。轧制过程中，出预穿水温度850～900℃；吐丝温度控制在820～860℃，目标值840℃。轧制前开启高压水除鳞装置进行除鳞。轧制吐丝后的冷镦钢盘条进入冷却运输线进行进一步冷却、最后打捆入库。冷却运输线上的保温罩全部加盖。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种冷镦钢的制造工艺，其包括以下步骤。

S1、冶炼步骤

采用铁水为原料，铁水的成分为Si：0.30wt％，Mn：0.30wt％，P≤0.120wt％，S≤0.050wt％，Cr≤0.20wt％，Ni≤0.10wt％，Cu≤0.15wt％，As≤0.015wt％。铁水的温度为1250℃。按91.5t的装入量进入100t转炉进行冶炼。

出钢过程中进行脱氧合金化操作，在钢包中投入Al-Mn-Fe合金进行脱氧，连浇的第一炉加入量为4kg/吨钢，后续连浇炉次的加入量为4.5kg/吨钢，不足Mn用中碳锰铁补齐，终脱氧每炉钢加50kg钢芯铝。出钢过程加合成渣(活性石灰+萤石)300kg/炉。出完钢后向钢包内渣面上加铝粒20kg。钢包渣层厚度50mm。本实施例为第一包钢水，故出钢温度为1670℃。脱氧合金化操作之后，即进入精炼步骤之前，将钢水的部分元素成分控制为

S2、精炼步骤

先对冶炼步骤所得到钢水进行吹氩、定氧，然后进入加热位进行加热。精炼过程使用LF炉进行，精炼的周期为55min。

精炼结束后，钢水的成分控制为

精炼结束时的钢水温度为1630℃，钢水出站后加入保温剂16包，每包10kg。

S3、浇铸步骤

在本实施例中，浇铸过程采用连铸工艺，浇铸断面为150×150mm方坯。在其他实施例中，浇铸断面尺寸和形状可以改变。

浇铸采用全保护浇铸，中间包的过热度为30℃，连浇过程中，中间包的最低液位为400mm。拉速1.8m/min，二冷比水量为1.1L/kg，矫直温度900℃。

S4、轧钢步骤

轧制规格为铸坯轧制前送入加热炉加热，加热段温度1150℃，均热段1130℃，出钢温度980℃。

钢坯加热应均匀，钢坯头、中、尾温差≤50℃，加热过程中防止钢坯出现过热、过烧等现象；炉内为微还原性气氛；若停轧时间在30min以上立即降温到900℃保温。轧制过程中，出预穿水温度850℃；吐丝温度控制在820℃。轧制前开启高压水除鳞装置进行除鳞。轧制后的冷镦钢进入冷却运输线进行进一步冷却、最后打捆入库。冷却运输线上的保温罩全部加盖。

实施例2

本实施例提供一种冷镦钢的制造工艺，其包括以下步骤。

S1、冶炼步骤

采用铁水以及部分废钢为原料，铁水的成分为Si：0.50wt％，Mn：0.50wt％，P≤0.120wt％，S≤0.050wt％，Cr≤0.20wt％，Ni≤0.10wt％，Cu≤0.15wt％，As≤0.015wt％。铁水的温度为1250℃。按92t的装入量进入100t转炉进行冶炼。

出钢过程中进行脱氧合金化操作，在钢包中投入Al-Mn-Fe合金进行脱氧，连浇的第一炉加入量为4kg/吨钢，后续连浇炉次的加入量为4.5kg/吨钢，不足Mn用中碳锰铁补齐，终脱氧每炉钢加50kg钢芯铝。出钢过程加合成渣(活性石灰+萤石)300kg/炉。出完钢后向钢包内渣面上加铝粒20kg。钢包渣层厚度40mm。本实施例为连浇过程的非首包钢水，出钢温度为1660℃。脱氧合金化操作之后，即进入精炼步骤之前，将钢水的部分元素成分控制为

S2、精炼步骤

先对冶炼步骤所得到钢水进行吹氩、定氧，然后进入加热位进行加热。精炼过程使用LF炉进行，精炼的周期为50min。

精炼结束后，钢水的成分控制为

精炼结束时的钢水温度为1590℃，钢水出站后加入保温剂16包,每包10kg。

S3、浇铸步骤

浇铸采用全保护浇铸，中间包的过热度为35℃，连浇过程中，中间包的最低液位为400mm。拉速1.8m/min，二冷比水量为1.2L/kg，矫直温度900℃。

S4、轧钢步骤

轧制规格为铸坯轧制前送入加热炉加热，加热段温度1180℃，均热段1160℃，出钢温度1000℃。

钢坯加热应均匀，钢坯头、中、尾温差≤50℃，加热过程中防止钢坯出现过热、过烧等现象；炉内为微还原性气氛；若停轧时间在30min以上立即降温到900℃保温。轧制过程中，出预穿水温度870℃；吐丝温度控制在840℃。轧制前开启高压水除鳞装置进行除鳞。轧制后的冷镦钢进入冷却运输线进行进一步冷却、最后打捆入库。冷却运输线上的保温罩全部加盖。

实施例3

本实施例提供一种冷镦钢的制造工艺，其包括以下步骤。

S1、冶炼步骤

采用铁水以及部分废钢为原料，铁水的成分为Si：0.80wt％，Mn：0.80wt％，P≤0.120wt％，S≤0.050wt％，Cr≤0.20wt％，Ni≤0.10wt％，Cu≤0.15wt％，As≤0.015wt％。铁水的温度为1250℃。按92.5t的装入量进入100t转炉进行冶炼。

出钢过程中进行脱氧合金化操作，在钢包中投入Al-Mn-Fe合金进行脱氧，连浇的第一炉加入量为4kg/吨钢，后续连浇炉次的加入量为4.5kg/吨钢，不足Mn用中碳锰铁补齐，终脱氧每炉钢加50kg钢芯铝。出钢过程加合成渣(活性石灰+萤石)300kg/炉。出完钢后向钢包内渣面上加铝粒20kg。钢包渣层厚度50mm。本实施例为连浇过程的非首包钢水，出钢温度为1650℃。脱氧合金化操作之后，即进入精炼步骤之前，将钢水的部分元素成分控制为

S2、精炼步骤

先对冶炼步骤所得到钢水进行吹氩、定氧，然后进入加热位进行加热。精炼过程使用LF炉进行，精炼的周期为53min。

精炼结束后，钢水的成分控制为

精炼结束时的钢水温度为1610℃，钢水出站后加入保温剂16包，每包10kg。

S3、浇铸步骤

浇铸采用全保护浇铸，中间包的过热度为35℃，连浇过程中，中间包的最低液位为400mm。拉速1.8m/min，二冷比水量为1.3L/kg，矫直温度920℃。

S4、轧钢步骤

轧制规格为铸坯轧制前送入加热炉加热，加热段温度1200℃，均热段1180℃，出钢温度1030℃。

钢坯加热应均匀，钢坯头、中、尾温差≤50℃，加热过程中防止钢坯出现过热、过烧等现象；炉内为微还原性气氛；若停轧时间在30min以上立即降温到900℃保温。轧制过程中，出预穿水温度900℃；吐丝温度控制在860℃。轧制前开启高压水除鳞装置进行除鳞。轧制后的冷镦钢进入冷却运输线进行进一步冷却、最后打捆入库。冷却运输线上的保温罩全部加盖。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims

1.一种冷镦钢的制造工艺，其特征在于，其包括：

冶炼步骤：将含有铁水的原料炼制为钢水；

精炼步骤：对所述冶炼步骤所得的钢水进行精炼，所述精炼包括使用Al和电石造白渣对钢水进行脱氧；精炼后的钢水成分包括C：0.17～0.19wt％、Si：≤0.07wt％、Mn：0.80～0.88wt％、P：≤0.020wt％、S：≤0.015wt％，Al：0.025～0.035wt％，Ca：25～35ppm，[O]：≤10ppm，余量为杂质和Fe；

浇铸步骤：采用连铸工艺对所述精炼步骤所得的钢水进行浇铸，中间包钢水过热度为30～40℃；

轧钢步骤：对所述浇铸步骤得到的铸坯进行轧制成型。

2.根据权利要求1所述的冷镦钢的制造工艺，其特征在于，所述精炼步骤中，包括调整C、Mn的成分，采用中碳锰铁调Mn；连浇的第一炉使用硅铁调Si，按0.05～0.08wt％调整。

3.根据权利要求2所述的冷镦钢的制造工艺，其特征在于，利用Al造白渣采用分批加入的方式：分别在化渣过程、化渣结束后以及调整C、Mn含量之后加入铝粒。

4.根据权利要求1所述的冷镦钢的制造工艺，其特征在于，所述精炼步骤中包括向钢水中喂Ca线来将钢水中的Ca调整为30～45ppm。

5.根据权利要求4所述的冷镦钢的制造工艺，其特征在于，所述精炼步骤包括对钢水温度进行调整，所述温度调整在加热位完成，所述精炼结束温度为1585～1595℃，对钢水的成分调整在加热位完成，钢水出加热位之后进行软吹氩，所述软吹氩持续时间大于13min；钢水从进加热位至所述软吹氩结束，周期控制在50～55min。

6.根据权利要求1所述的冷镦钢的制造工艺，其特征在于，所述冶炼步骤包括使用100t容量的转炉对含有铁水的原料进行冶炼，所使用的铁水的成分包括Si：0.30～0.80wt％，Mn：0.30～0.80wt％，P：≤0.120wt％，S：≤0.050wt％，Cr：≤0.20wt％，Ni：≤0.10wt％，Cu≤0.15wt％，所述铁水温度≥1250℃；每炉的总装入量为91.5～92.5t；连浇过程的第一炉钢水不用于生产所述冷镦钢。

7.根据权利要求6所述的冷镦钢的制造工艺，其特征在于，所述冶炼步骤包括将钢水从转炉导入钢包的出钢操作，所述转炉出钢时，钢包温度大于900℃；出钢时进行脱氧合金化操作，使用Al-Mn-Fe合金及中碳锰铁脱氧，出钢过程向钢包中加入活性石灰及萤石。

8.根据权利要求7所述的冷镦钢的制造工艺，其特征在于，所述冶炼步骤完成时钢水中C:0.14～0.16wt％，Si：≤0.03wt％，Mn：0.70～0.85wt％；所述冶炼步骤完成时[O]小于20ppm。

9.根据权利要求1所述的冷镦钢的制造工艺，其特征在于，所述轧钢步骤中，需对钢坯进行加热，加热段温度为1150～1200℃，均热段温度为1130～1180℃，出钢温度为980～1030℃。

10.一种冷镦钢，其特征在于，所述冷镦钢采用如权利要求1～9中任一项所述的冷镦钢的制造工艺制得。