CN108085600A - 一种大变形标准件用冷镦钢及其生产方法 - Google Patents

一种大变形标准件用冷镦钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种大变形标准件用冷镦钢及其生产方法，它包括以下质量百分比的化学成分：C：≤0.05％、Si：≤0.05％、Mn：0.15～0.22％、P：≤0.025％、S：≤0.008％和Al：0.030～0.050％，余量为Fe和不可避免的杂质。该方法能够保证材料气体、夹杂物、力学性能等满足线材拉拔后不需经过软化退火的要求，节约了能源，降低了二氧化碳排放，保护了环境，节约了用户生产成本。

Description

一种大变形标准件用冷镦钢及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种冷镦钢的制作方法，具体涉及一种大变形标准件用冷镦钢及其生产方法。
背景技术
冷镦钢的钢种一般为低、中碳优质碳素结构钢和合金结构钢；它是一种在室温条件下，利用冷镦工艺生产紧固件的钢种，可用来制造螺钉、螺栓、螺母、自攻螺钉、墙板钉等各类紧固件，广泛应用于汽车、机械设备、建筑和电器等行业领域。高速线材为冷镦钢的原料(即母材)。加工变形很大、强度要求不高的零部件加工方法通常为除磷(酸洗、抛丸、机械方法)、磷化、拉拔至所需的尺寸、退火、冷镦成型。
由于冷拔导致的加工硬化，需要用退火的工艺进行消除。然而，目前环保的要求越来越高，并且能源供应紧张。如果能够开发出一种拉拔后可直接冷镦的原料，显然具有现实的意义。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种大变形标准件用冷镦钢。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种大变形标准件用冷镦钢，它包括以下质量百分比的化学成分：C：≤0.05％、Si：≤0.05％、Mn：0.15～0.22％、P：≤0.025％、S：≤0.008％和Al：0.030～0.050％，余量为Fe和不可避免的杂质。
优化地，它由以下质量百分比的化学成分组成：C：≤0.05％、Si：≤0.05％、Mn：0.15～0.22％、P：≤0.025％、S：≤0.008％和Al：0.030～0.050％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明的又一目的在于提供一种上述大变形标准件用冷镦钢的制备方法，它包括以下步骤：
(a)以铁水和废钢为原料进行转炉炼钢得钢水；所述钢水的出钢温度为1620～1680℃，所述钢水出钢时向每吨钢水中加入铝块1～2kg、石灰3～5kg、精炼渣2～5kg和低碳锰铁0.5～1kg，并控制所述钢水中C的质量百分比含量为≤0.05％、P的质量百分比含量为0.001～0.020％和S的质量百分比含量为0.005～0.030％；
(b)对所述钢水进行LF精炼，所述LF精炼包括使用辅料造白渣以对钢水进行脱氧，所述辅料添加量为每吨钢水加入石灰4～5kg、铝粒0.3～0.8kg、电石粒0.3～0.8kg和铝线0.5～3kg；所述钢水进入LF炉的温度为1540～1590℃、导出LF炉的温度为1590～1610℃；
(c)对步骤(b)所得钢水进行连铸得铸坯，所述连铸的过热度为15～40℃；
(d)将所述铸坯进行轧制成型即可。
优化地，步骤(b)中，所述LF精炼时间为20～40min，白渣保持时间为10～20min。
优化地，步骤(b)中，所述LF精炼结束后向钢水中喂入纯钙线，再对钢水软吹氩气；所述纯钙线的添加量为每吨钢水加入0.3～0.5kg，所述软吹氩气时间为10～20min，软吹氩气流量强度为0.5～1.0NL/min/t。
优化地，步骤(d)中，所述铸坯采用蓄热式高炉煤气加热炉进行加热使得其头部、尾部和中部的温度差不超过30℃，所述铸坯在930～990℃进行出钢轧制。
本发明的有益效果在于：本发明大变形标准件用冷镦钢，由于采用特定质量百分比的化学成分，使得冷镦钢钢质均匀、洁净度高、韧性、弯曲性能好；而该大变形标准件用冷镦钢的制备方法能够保证材料气体、夹杂物、力学性能等满足线材拉拔后不需经过软化退火的要求，能够保证大变形标准件用冷镦钢的钢材质量，提高成材率和生产效率，而且节约了能源、降低了二氧化碳排放，保护了环境，节约了用户生产成本。
具体实施方式
本发明大变形标准件用冷镦钢，它包括以下质量百分比的化学成分：C：≤0.05％、Si：≤0.05％、Mn：0.15～0.22％、P：≤0.025％、S：≤0.008％和Al：0.030～0.050％，余量为Fe和不可避免的杂质。该冷镦钢的成分设计采用低碳、低硅、低锰、低磷和低硫，这样能够降低冷镦钢的强度使得冷镦钢钢质均匀、洁净度高、韧性、弯曲性能好，适用于不退火轧制成型。上述大变形标准件用冷镦钢由优选以下质量百分比的化学成分组成：C：≤0.05％、Si：≤0.05％、Mn：0.15～0.22％、P：≤0.025％、S：≤0.008％和Al：0.030～0.050％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述大变形标准件用冷镦钢的制备方法，它包括以下步骤：(a)以铁水和废钢为原料进行转炉炼钢得钢水；所述钢水的出钢温度为1620～1680℃，所述钢水出钢时向每吨钢水中加入铝块1～2kg、石灰3～5kg、精炼渣2～5kg和低碳锰铁0.5～1kg，并控制所述钢水中C的质量百分比含量为≤0.05％、P的质量百分比含量为0.001～0.020％和S的质量百分比含量为0.005～0.030％；(b)对所述钢水进行LF精炼，所述LF精炼包括使用辅料造白渣以对钢水进行脱氧，所述辅料添加量为每吨钢水加入石灰4～5kg、铝粒0.3～0.8kg、电石粒0.3～0.8kg和铝线0.5～3kg；所述钢水进入LF炉的温度为1540～1590℃、导出LF炉的温度为1590～1610℃；(c)对步骤(b)所得钢水进行连铸得铸坯，所述连铸的过热度为15～40℃；(d)将所述铸坯进行轧制成型即可。这样能够保证材料气体、夹杂物、力学性能等满足线材拉拔后不需经过软化退火的要求，能够保证大变形标准件用冷镦钢的钢材质量，提高成材率和生产效率，而且节约了能源、降低了二氧化碳排放，保护了环境，节约了用户生产成本
步骤(b)中，当所述钢水进入LF炉的温度为1540～1590℃、导出LF炉的温度为1590～1610℃时，所述LF精炼时间为20～40min，白渣保持时间为10～20min。步骤(b)中，所述LF精炼结束后向钢水中喂入纯钙线，再对钢水软吹氩气；所述纯钙线的添加量为每吨钢水加入0.3～0.5kg，所述软吹氩气时间为10～20min，软吹氩气流量强度为0.5～1.0NL/min/t，这样可以有效去除钢中夹杂物。步骤(d)中，所述铸坯采用蓄热式高炉煤气加热炉进行加热使得其头部、尾部和中部的温度差不超过30℃，所述铸坯在930～990℃进行出钢轧制；这是因为蓄热式高炉煤气加热炉内具有水梁结构，能够保证消除钢坯表面黑印；而其高达1250℃的加热能力能够保证钢坯以960±30℃出钢进行轧制，同时20m长三段式的加热方式可以保证出炉钢坯的芯表温度保持一致，以保证铸坯的质量。轧制的过程中，轧机采用常规的平立交替布置，避免轧件在轧制时发生扭转，改善轧件的表面质量；在预精轧机组及精轧机组采用高硬度、高耐磨的碳化物辊环对轧件进行轧制，保证轧件的表面光滑、质量符合用户要求，产品尺寸可以达到GB/T 14981中C级精度的要求。在轧制过程中对轧件进行冷却(缓冷)，以控制产品的轧制温度，从而进一步从而控制产品组织的动态再结晶与动态回复，达到控制产品组织形态均匀化的目的。在产品轧制后的冷却过程中，通过控制冷却设备使产品在高于相变温度10～20℃的温度范围进行吐丝成圈，并且可以控制产品在相变前的转变孕育期及相变过程中的冷却速度不大于1℃/s，使产品的组织转变近乎于平衡状态的组织转变，使产品能够获得粗大、形态均匀的铁素体组织，使产品获得更优异的塑性加工性能，更有利于产品在后续加工过程中进行较大的变形而不产生表面开裂。
下面结合所示的实施例对本发明作以下详细描述：
实施例1-实施例3、对比例1
实施例1-实施例3、对比例1分别提供一种大变形标准件用冷镦钢及其制备方法，而各实施例中冷镦钢的化学成分如表1所示：
含量(wt％) 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1
C 0.039 0.038 0.031 0.074
Si 0.019 0.016 0.024 0.019
Mn 0.174 0.185 0.196 0.342
P 0.0135 0.0135 0.0196 0.0158
S 0.0038 0.0052 0.0042 0.0065
Al 0.0478 0.0441 0.0408 0.0452
上述大变形标准件用冷镦钢的制备方法，它包括以下步骤：
(a)以铁水和废钢(废钢的质量约为整个原料质量的20％)为原料进行转炉炼钢得钢水；准备出钢时调整钢水温度约为1620～1680℃，所述钢水出钢时向每吨钢水中加入铝块1～2kg、石灰3～5kg、精炼渣2～5kg和低碳锰铁0.5～1kg(各实施例中具体的加入量根据需控制的化学成分含量选择；如铝块加入多，钢水中Al含量会略微增加)，并控制钢水中C的质量百分比含量为≤0.05％、P的质量百分比含量为0.001～0.020％和S的质量百分比含量为0.005～0.030％(对比例1中不需要严格控制)；
(b)对钢水进行LF精炼：LF精炼包括使用辅料造白渣以对钢水进行脱氧，辅料添加量为每吨钢水加入石灰4～5kg、铝粒0.3～0.8kg、电石粒0.3～0.8kg和铝线0.5～3kg(各实施例中具体的加入量根据需控制的化学成分含量选择)；钢水进入LF炉的温度为1540～1590℃、导出LF炉的温度为1590～1610℃，此时LF精炼时间为20～40min，白渣保持时间为10～20min；LF精炼结束后向钢水中喂入纯钙线，再对钢水软吹氩气；纯钙线的添加量为每吨钢水加入0.3～0.5kg，软吹氩气时间为10～20min，软吹氩气流量强度为0.5～1.0NL/min/t(具体可参考公开号为CN107447157A的发明专利)；
(c)对步骤(b)所得钢水进行连铸得铸坯，所述连铸的过热度为15～40℃；
(d)对铸坯采用蓄热式高炉煤气加热炉进行加热使得其头部、尾部和中部的温度差不超过30℃，使得铸坯在930～990℃进行出钢轧制；
随后在轧制后的冷却过程中，通过控制冷却设备使轧制产品在高于相变温度10～20℃的温度范围(870～890℃)直接进行吐丝成圈(规格为Φ6.5-20)。
对比例2
本对比例提供一种冷镦钢的制备方法，它与实施例2中的基本一致，不同的是：步骤(b)中，LF精炼结束后未向钢水中喂入纯钙线。
将上述各实施例中制得的冷镦钢进行性能测试，其结果列于表2中。
表2实施例1-实施例3、对比例1-对比例2中制得的冷镦钢性能测试表
实施例1 实施例2 实施例3 对比例1
屈服强度(Mpa) 252 248 255 271
抗拉强度(Mpa) 345 349 353 392
断后伸长率(％) 44 46 45 39
断后收缩率(％) 80 81 83 74
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种大变形标准件用冷镦钢，其特征在于，它包括以下质量百分比的化学成分：C：≤0.05％、Si：≤0.05％、Mn：0.15～0.22％、P：≤0.025％、S：≤0.008％和Al：0.030～0.050％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的大变形标准件用冷镦钢，其特征在于：它由以下质量百分比的化学成分组成：C：≤0.05％、Si：≤0.05％、Mn：0.15～0.22％、P：≤0.025％、S：≤0.008％和Al：0.030～0.050％，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.权利要求1至2中任一所述大变形标准件用冷镦钢的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：
(a)以铁水和废钢为原料进行转炉炼钢得钢水；所述钢水的出钢温度为1620～1680℃，所述钢水出钢时向每吨钢水中加入铝块1～2kg、石灰3～5kg、精炼渣2～5kg和低碳锰铁0.5～1kg，并控制所述钢水中C的质量百分比含量为≤0.05％、P的质量百分比含量为0.001～0.020％和S的质量百分比含量为0.005～0.030％；
(b)对所述钢水进行LF精炼，所述LF精炼包括使用辅料造白渣以对钢水进行脱氧，所述辅料添加量为每吨钢水加入石灰4～5kg、铝粒0.3～0.8kg、电石粒0.3～0.8kg和铝线0.5～3kg；所述钢水进入LF炉的温度为1540～1590℃、导出LF炉的温度为1590～1610℃；
(c)对步骤(b)所得钢水进行连铸得铸坯，所述连铸的过热度为15～40℃；
(d)将所述铸坯进行轧制成型即可。
4.根据权利要求3所述大变形标准件用冷镦钢的制备方法，其特征在于：步骤(b)中，所述LF精炼时间为20～40min，白渣保持时间为10～20min。
5.根据权利要求3所述大变形标准件用冷镦钢的制备方法，其特征在于：步骤(b)中，所述LF精炼结束后向钢水中喂入纯钙线，再对钢水软吹氩气；所述纯钙线的添加量为每吨钢水加入0.3～0.5kg，所述软吹氩气时间为10～20min，软吹氩气流量强度为0.5～1.0NL/min/t。
6.根据权利要求3所述大变形标准件用冷镦钢的制备方法，其特征在于：步骤(d)中，所述铸坯采用蓄热式高炉煤气加热炉进行加热使得其头部、尾部和中部的温度差不超过30℃，所述铸坯在930～990℃进行出钢轧制。
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