CN111041325B

CN111041325B - 一种手工工具用钢的生产方法

Info

Publication number: CN111041325B
Application number: CN201911073962.9A
Authority: CN
Inventors: 邓向阳; 沈艳; 袁静; 谢有; 李辉成
Original assignee: Zenith Steel Group Co Ltd
Current assignee: Zenith Steel Group Co Ltd
Priority date: 2019-11-06
Filing date: 2019-11-06
Publication date: 2021-03-23
Anticipated expiration: 2039-11-06
Also published as: CN111041325A

Abstract

本发明公开了一种手工工具用钢的生产方法，通过在电炉生产过程加入含镍生铁，有效促进Ni元素在钢水中的均匀分布，有利于材料塑韧性的均匀提高，电还能很好去除含镍合金中的水汽，阻止材料中出现白点缺陷。此外通过对钢包、合金、连铸耐材的烘烤也可以防止白点缺陷出现。为防止铸坯裂纹，结晶器采用高频低振幅的振动模式，对铸坯进行严格缓冷，既能消除应力裂纹又可以扩散去氢。连铸末端搅拌参数的优化，减少了成分偏析，获得均匀稳定的硬度。为防止在加热过程出现裂纹，前期采用缓慢加热的方式，因此要求预热段温度不超过800℃。最终有效防止了材料出现白点、裂纹等缺陷，材料的塑韧性、淬透性指标得到了稳定提升。

Description

一种手工工具用钢的生产方法

技术领域

本发明属于冶金领域，涉及一种钢材生产工艺，具体地说是一种手工工具用钢的生产工艺。

背景技术

手工工具如各类花色钳、搬手、刀具等是日常工作必备的工具，使用的钢牌号主要有50CrNi、60CrNi等。由于其生产过程较繁琐，需要大量的劳动力，工具厂被称为劳动密集型企业。我国江苏、浙江、山东等地就有很多的工具厂专门生产各类花色钳供出口，它们年用钢材量都在5000吨以上。制作的工具100％出口，企业效益较好。

制作出口的工具除要求有较高的硬度外还要保证要足够的塑韧性。这样才会在使用过程中不至于发生崩刃、脆断现象。如按美国ASME B107.20M《工具钳(电讯钳、钢铁工钳、煤气管道工钳、玻璃工钳、栅栏钳)》标准生产的各类工钳等需要进行剪纸、剪钢丝、测刃口硬度等试验，这样就要求制作工具的材料必须具备高硬度高韧性的性能。同时此类钢种因为含镍较高，属于白点敏感性钢种。

如何防止该类钢种出现白点及裂纹缺陷并确保成分均匀稳定控制，从而保证淬火后有高硬度的同时具有良好的韧性，成为行业的一大难点。

发明内容

本发明的目的是提供一种手工工具用钢的生产工艺，采用该工艺可以防止白点、裂纹缺陷的出现，同时提高材料的硬度及塑韧性。

手工工具用钢的化学成分按重量百分比为：C 0.59～0.63％、Si 0.15～0.35％、Mn 0.55～0.75％、P≤0.025％、S≤0.020％、Ni 1.15～1.35％、Cr 0.60～0.80％，余量是Fe和不可避免的杂质。

本发明所采用的技术方案为，一种手工工具用钢的生产工艺包括原辅材料准备、电炉冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸和轧制工序，步棸如下：

(1)电炉冶炼

90t偏心底电炉冶炼钢铁料采用38-42吨铁水、48-52吨废钢及14～16吨含镍生铁(含镍生铁中的镍含量为8.0％)。控制电炉终点：C≥0.10％、P≤0.015％，出钢温度为1625±15℃，偏心底出钢，禁止下渣。出钢过程加入造渣材料。

在电炉里加入含镍生铁可以充分利用电炉内碳氧反应带来的激烈搅拌去除镍合金中的水汽(含镍合金易吸附水汽)；且含镍生铁较镍板便宜，可以降低成本；此外镍的调整提前，可以促进Ni元素在钢水中均匀分布，有利于材料整体韧性的提高，并可以缩短精炼过程合金元素调整时间，提高了生产效率。

作为优选：遇雨天不冶炼该钢种，电炉工作衬为新砌筑的炉衬不冶炼此类钢种。钢包工作衬全部为新砌筑的钢包、更换渣线砖的钢包、局部更换钢包砖的钢包、冷却下来的钢包均不冶炼此类钢种。新砌筑的钢包使用前用天然气烘烤3.5～4.5小时，烘烤途中加入铁合金，让其与钢包一起烘烤，确保铁合金烘烤1～2小时，以便将钢包内衬及合金中的水分和有害气体排除干净。

(2)LF精炼

1、LF精炼取初样前，用C粉和FeSi粉按照质量比1:1的比例进行扩散脱氧，总加入量100～150千克/炉，一次性加足量到取初样时能达到黄白渣，同时将成分及温度调整至工艺要求范围。

2、取初样后使用SiC每隔5～8分钟加入，每次加入量5～10千克，LF精炼结束前喂铝线，将铝调整至0.020％～0.035％，控制成品铝0.015％～0.025％左右，将铝提前调整到位，确保VD真空处理后不再调铝。既保证钢水中有一定的铝，起到细化晶粒确保淬火后有足够硬度，又可以防止VD后用铝堵塞水口。

3、精炼过程氩气控制：增C加合金后使用大氩量230～280L/min，以使合金成分尽快均匀，正常送电使用中氩量120～160L/min，使温度尽快均匀，非送电时间使用小氩量50～70L/min，防止吸气。

(3)VD真空处理

VD真空处理，要求极限真空度(≤66.7Pa)保持时间15～20分钟，VD破空后对钢水进行定氢，要求氢含量不超过1.8ppm，定氢后喂入硅钙线100～150米进行钙处理，然后钢水软吹15～30分钟。

(4)连铸工艺

1、连铸过程钢液中含较高量Ni、Cr，奥氏体与初生铁素体相比，其扩散速度很低，导热性差，故皮下裂纹产生几率高。因此要求二冷均匀弱冷(控制比水量0.22L/Kg)，避免出现喷水不均，局部黑影。

2、该钢种对氢很敏感，易产生白点，防止二冷蒸汽打湿保护渣，连铸所使用的原辅材料必须经过烘烤干燥(在温度为60～80℃的烘房放置24h以上)。

3、为防止铸坯表面出现裂纹，适当提高结晶器振动的频率至130+65V(Hz)、V是拉速，单位是Hz，并减少其振动幅度至±2.0mm。

4、此类钢种属中高碳钢，C等元素易偏析，因此采用末端电磁搅拌，并选用较大的电流强度(200±10A)，最终能保证材料成分的均匀，从而保证材料淬火后能获得均匀一致的硬度值。

5、铸坯要求进缓冷坑缓冷，入坑前缓冷坑用别的钢种的连铸红坯进行预热，要求预热温度≥200℃，缓冷时间≥48h。

(5)轧制工序

含Ni钢种氧化铁皮较难去除，因此选用合适的加热温度：加热Ⅰ段及均热段1100～1180℃，以防止氧化铁皮太厚。由于该钢种裂纹敏感，为防止加热速度过快，出现加热裂纹，要求前期缓慢加热，升温速率为3.5～5℃/min：预热段≤800℃，加热Ⅱ段900～1000℃。要求开轧温度1000～1050℃。

本发明的有益效果是：考虑到手工工具用钢对硬度及塑韧性的严格要求，加之该类钢种极易出现白点、裂纹等缺陷，本发明做了如下工作：

①、电炉冶炼前加入含镍生铁，并具有以下作用：促进了Ni元素在钢水中的均匀分布，为材料塑韧性的提高起到了关键作用；可以及时去除含镍合金中的水汽，防止白点缺陷出现；缩短精炼时间，提高生产效率；降低合金成本。

②、通过对钢包、炉衬的管理及对钢包、合金、连铸原辅材料的有效烘烤，也能防止白点缺陷出现。

③、合理用铝，细化材料的晶粒度，有利于提高淬火后材料硬度。

④、鉴于高镍钢种裂纹敏感的特性，结晶器采用合理的振动参数。

⑤、采用合理的末端搅拌参数，减少C等成分偏析，有利于均匀稳定提高材料淬透性，获得足够的淬火硬度。

⑥、为防止在加热过程出现裂纹，前期采用缓慢加热的方式，为防止氧化铁皮去除不干净，影响轧材表面质量，采用合理的加热温度。

通过上述努力，有效防止了材料裂纹及白点缺陷的出现，其淬火硬度及塑韧性也得到了有效提高。

具体实施方式

一种手工工具用钢的生产工艺，以60CrNi的生产为例说明：60CrNi钢产品中，按质量百分比，化学成分为：Al 0.020～0.025％，C 0.59～0.61％，Mn 0.70～0.75％，Si 0.25～0.30％，Cr 0.65～0.70％，Ni 1.23～1.27％。

采用90吨电炉－90吨精炼炉(LF)－90吨真空炉(VD)-5机5流连铸机(220mm×260mm)-带KOCKS的轧机”的工艺路线来进行生产，其生产控制方法如下。

实施例1

成品实测成分Al 0.022％，C 0.60％，Mn 0.74％，Si 0.27％，Cr 0.68％，Ni1.24％。

(1)电炉工艺

高炉铁水39.8吨+废钢49.2吨+含镍生铁14.3吨，电炉终点C 0.22％，终点P0.013％，出钢量92.2吨。出钢加入造渣材料，出钢前钢包用天然气烘烤3小时43分钟，合金随钢包烘烤1小时27分钟。

(2)LF精炼工艺

精炼前期加入60千克碳粉及60千克硅铁粉的均匀搅拌脱氧材料进行渣面的扩散脱氧，同时将成分及温度调整至工艺要求范围，LF精炼吊包前喂入铝线200米，铝含量0.032％，然后吊运至VD炉进行真空脱气处理。

(3)VD真空处理工艺

抽真空6分25秒后达到极限真空度(≤66.7Pa)，钢水在极限真空度下处理18分钟，VD破空后钢水定氢，氢含量1.3ppm，然后喂入硅钙线135米，对钢水进行钙处理，随后软吹26分钟。

(4)连铸工艺

1、结晶器保护渣、中间包覆盖剂等粉状材料在80℃烘房烘烤时间达1周；

2、二冷段比水量设置0.22L/Kg，结晶器振动频率设置130+65V(Hz)，振幅±2.0mm，末端电磁搅拌电流200A.

3、采用过渡冷床快速出坯后进缓冷坑，进坑前坑内放有其它钢种的红坯，坑内温度375℃。坑冷50小时后出坑。

(5)轧制工艺

预热段温度控制755～765℃，加热速度控制3.5-5.0℃/min；加热Ⅰ段及均热段温度控制1140～1160℃，加热Ⅱ段960～980℃。轧后对轧材快速收集，进缓冷坑进行缓冷，以达到扩散去氢的目的。

通过本发明生产60CrNi钢，其主要性能指标控制情况如下：

实施例2

成品实测成分Al 0.024％，C 0.60％，Mn 0.73％，Si 0.28％，Cr 0.69％，Ni1.23％。

(1)电炉工艺

高炉铁水39.2吨+废钢48.8吨+含镍生铁14.1吨，电炉终点C 0.32％，终点P0.013％，出钢量90.9吨。其它操作同实施例1；

(2)LF精炼工艺

精炼前期加入60千克碳粉及60千克硅铁粉的均匀搅拌脱氧材料进行渣面的扩散脱氧，同时将成分及温度调整至工艺要求范围，LF精炼吊包前喂入铝220米，铝含量0.034％，然后吊运至VD炉进行真空脱气处理。

(3)VD真空处理工艺

抽真空达到极限真空度(≤66.7Pa)，钢水在极限真空度下处理19分钟，VD破空后钢水定氢，氢含量1.2ppm，然后喂入硅钙线120米，对钢水进行钙处理，随后软吹20分钟。

(4)连铸工艺

同实施例1

(5)轧制工艺

预热段温度控制≤800℃，加热速度控制3.5-4.5℃/min；加热Ⅰ段及均热段温度控制1150～1170℃，加热Ⅱ段970～990℃。轧后对轧材快速收集，进缓冷坑进行缓冷，以达到扩散去氢的目的。

对比例1

对比例1与实施例1相比，主要区别在于：未在电炉工艺中加入含镍生铁，镍含量的调整采用传统工艺，在出钢过程中加入镍板，不足部分在LF进行补加，合金按照目标成分进行调整，其它操作与实施例1相同。

对比例1中未在电炉里先加入含镍生铁，提前调整镍含量，不仅增加成本，而且不利于材料整体韧性的提高，并且会吸附水汽，形成白点等缺陷。

对比例2

对比例2与实施例1相比，主要区别在于：轧制工艺中，前期(预热段)快速加热，预热段加热速度选择8.0℃/min，其它操作与实施例1相同。

对比例3

对比例3与实施例1相比，主要区别在于：成品Al含量控制0.012％，且加铝方式采用VD后补喂铝线，精炼过程不喂铝线，其它操作与实施例1相同。

对比例4

对比例4与实施例1相比，主要区别在于：末端电磁搅拌电流采用150±10A，其它操作与实施例1相同。

表1低倍检测结果

低倍检测标准：GB/T226钢的低倍组织及缺陷酸蚀试验方法

塔型检测标准：GB/T15711钢材塔形发纹酸浸检验方法

表面探伤标准：GB/T 32547圆钢漏磁检测方法；

内部探伤标准：GB/T4162锻轧钢棒超声波检验方法

力学性能检测标准：GB/T228.1金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法。

晶粒度检测标准：GB/T 6394金属平均晶粒度评定方法

表2力学性能检测

同时通过肉眼和探伤检测，实施例1、实施例2表面无明显裂纹出现，无白点现象。从上述性能检测结果可以看出，本发明生成的手工工具用钢的各项指标，达到甚至超过了国际标准，该成果还可以推广至其它高镍钢种的生产中。

本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。以上所述仅为本发明的较好实施方式，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例作的修改，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种手工工具用钢的生产工艺，其特征在于：所述手工工具用钢按重量百分比，钢成分为：C 0.59～0.63%、Si 0.15～0.35%、Mn 0.55～0.75%、P≤0.025% 、S ≤0.020% 、Ni1.15～1.35%、Cr 0.60～0.80%，余量是Fe和不可避免的杂质；

该工艺包括电炉冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸和轧制工序，其工艺流程包括：

（1）电炉冶炼：

钢铁料采用铁水、废钢及含镍生铁，控制电炉终点：C≥0.10%、P≤0.015%，出钢过程加入造渣材料；

（2）LF精炼

取初样前用C粉和FeSi粉进行扩散渣面脱氧，同时将成分调整至工艺要求范围，LF精炼结束前喂铝线，钢水中铝调整至0.020%~0.035%，精炼过程采用氩气控制；

（3）VD真空处理

抽真空至极限真空度处理，VD破空后对钢水定氢，定氢后喂入硅钙线进行钙处理，然后钢水软吹；

（4）连铸工艺

二冷均匀弱冷，末端电磁搅拌，电流强度：200±10A，连铸所使用的原辅材料要经过烘烤干燥；

（5）轧制工艺

轧钢前期缓慢加热，预热段≤800℃，加热Ⅰ段及均热段1100~1180℃，加热Ⅱ段900~1000℃。

2.根据权利要求1所述的手工工具用钢的生产工艺，其特征在于，步骤（1）中铁水、废钢及含镍生铁的质量比为38-42：48-52：14~16；其中含镍生铁中的镍质量含量为8.0%。

3.根据权利要求1所述的手工工具用钢的生产工艺，其特征在于，步骤（2）所述的LF精炼中，C粉和FeSi粉按照质量1:1的比例进行扩散脱氧，总加入量为100~150千克/炉。

4.根据权利要求1所述的手工工具用钢的生产工艺，其特征在于，步骤（2）所述的LF精炼过程氩气控制中，增C加合金后使用大氩量230~280L/min，正常送电使用中氩量120~160L/min，非送电时间使用小氩量50~70L/min。

5.根据权利要求1所述的手工工具用钢的生产工艺，其特征在于，步骤（3）所述的VD真空处理中要求<66.7Pa极限真空度保持时间15~20分钟；VD破空后对钢水进行定氢，氢含量不超过1.8ppm，钢水软吹15~30分钟。

6.根据权利要求1所述的手工工具用钢的生产工艺，其特征在于，步骤（4）所述的连铸工艺中二冷均匀弱冷控制比水量0.22L/Kg，连铸所使用的原辅材料必须经过烘烤干燥。

7.根据权利要求1所述的手工工具用钢的生产工艺，其特征在于，步骤（4）所述的连铸工艺中得到的铸坯出坯后进缓冷坑，要求缓冷坑预热温度≥200℃，缓冷时间≥48h。