CN111440985A

CN111440985A - 一种高强度焊钉用钢盘条及其制备方法

Info

Publication number: CN111440985A
Application number: CN202010322575.0A
Authority: CN
Inventors: 王冬晨; 阮士朋; 田新中; 董庆; 王利军; 王宁涛; 张鹏; 郭明仪; 韩广杰; 樊亚鹏; 秦树超
Original assignee: Xingtai Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Xingtai Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2020-04-22
Filing date: 2020-04-22
Publication date: 2020-07-24

Abstract

本发明涉及钢铁线材技术领域，具体公开一种高强度焊钉用盘条及其制备方法，所述一种高强度焊钉用盘条化学成分的重量百分比为C 0.10‑0.22%，Si 0.10‑0.30%，Mn 0.40‑0.70%，P≤0.020%，S≤0.020%，Al 0.020‑0.100%，其余主要为铁和少量不可避免的杂质，并且C当量（％）Ce<0.40，C、Si、Mn含量（％）满足0.25＜[C]+0.4[Si]+0.08[Mn]＜0.30，其制备工艺流程为：铁水预脱硫‑转炉冶炼‑LF炉外精炼‑连铸‑钢坯加热‑控制轧制‑控制冷却，所述钢坯加热工序，钢坯在加热炉内的总加热时间为100‑130min，加热温度为1120±20℃，炉内残氧量≤3%，所述线材轧制工序，精轧温度925±30℃；吐丝温度870±30℃，所述控制冷却工序，控制盘条冷速6.6‑7.0℃/s，获得的盘条显微组织中的珠光体比例在25‑35%之间，具有较高的强度、成型性能以及优异的焊接性能。

Description

一种高强度焊钉用钢盘条及其制备方法

技术领域

本发明属于钢铁线材生产领域，涉及一种高强度焊钉用钢盘条及其制备方法。

背景技术

焊钉是利用焊钉与焊接机器作用产生的大量热来进行焊接工艺手段，在头部达到融化条件的瞬间施加压力，使得焊钉头部黏连在一起达到稳定牢靠的结构。焊钉广泛应用于汽车、能源、高层钢骨结构建筑、桥梁、交通设施建筑、起重机械及其它各类钢结构等，主要作用是对工件或设备进行刚性连接，这要求焊钉具有较高的强度、良好的韧性以及焊接性能。若强度和韧性不足，破坏将从焊钉与主体的连接部位产生，导致整个结构失稳而破坏；而强度过高可能会导致韧性降低，在剪切力作用下容易发生脆性断裂事故；焊接性能差，对焊接工序加工和焊接质量均会产生影响。因此，为满足使用要求，要求焊钉用钢具有合适的组织、力学性能及焊接性能且能够稳定控制。

盘条强度增加还会导致材料后续冷加工过程中的变形抗力增加，对成型模具的使用寿命产生不利影响；另外使得材料对表面裂纹的敏感性增加，冷成型性能降低，进而使得成品焊钉的成品率下降。因此，要求材料在强度提升的同时，应尽量降低其成型过程中的变形抗力增加量。

目前，市场上常用的焊钉材料为ML15Al或ML15、SWRCH15A，盘条通过拉拔、冷镦的方法加工焊钉，但材料强度偏低，力学性能波动大，不能满足客户对于高强度、稳定性的要求。本发明的目的在于通过优化成分设计和生产工艺，提供一种具有良好组织、较高强度以及良好成型和焊接性能的焊钉用盘条，且同时满足客户对材料性能要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对目前常用焊钉材料无法满足焊钉性能要求或不能完全稳定控制焊钉组织和力学性能的现状，提供一种具有良好组织、较高强度以及良好成型和焊接性能的焊钉用盘条及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：所述一种高强度焊钉用盘条，其特征在于，所述盘条化学成分及其重量百分含量为：C 0.10-0.22%，Si 0.10-0.30%，Mn0.40-0.70%，P ≤0.020%，S ≤0.020%，Al 0.020-0.100%，其余主要为铁和少量不可避免的杂质，并且下述式（1）的C当量（％）Ce <0.40，C、Si、Mn含量（％）满足下述式（2），

Ce=[C]+[Mn]/6+([Cr]+[Mo]+[V])/5+([Ni]+[Cu])/15 （1），

0.25＜[C]+0.4 [Si]+ 0.08[Mn] ＜0.30 （2）。

公式（1）中，碳当量满足Ce<0.40时，钢具有良好的焊接性。材料变形抗力与组织类型、晶粒度等级、化学成分以及试样状态有关，在强度增加的同时降低变形抗力对冷加工成型的影响，钢线材中各元素含量还应满足下述式（2）。

现对于现有技术，本发明的成分设计中各元素的作用及配比依据如下：

C：为重要的固溶强化元素，碳含量的增加会导致材料的抗拉强度增加，而塑韧性有所降低，同时还会导致材料冷加工过程中的变形抗力显著升高，因此需注意与其它强化元素含量之间的配比；同时当钢中含C量超过0.23%，会导致钢的焊接性能变差；因此，为了兼顾钢的强度、冷成型性能和焊接性能，将C的含量设计为0.10-0.22%。

Si：具有脱氧效果，同时可通过固溶于铁素体中而有效提高钢线材的强度，但Si含量过高，导致变形抗力有所增加，使得冷成型性能劣化，因此需注意与其它强化元素含量之间的配比；另外，由于硅与氧的亲和力比铁强，硅含量过高时易导致焊接时生成低熔点的硅酸盐，从而增加了熔渣和熔化金属的流动性而引起较严重的喷溅现象，影响焊接质量；同时，还会降低钢的导热性，造成钢内外温差较大，焊缝容易有开裂危险。综合考虑以上影响，将Si的含量设计为0.10-0.30%。

Mn：具有脱氧效果和固溶强化作用，能大幅提高钢种的强度和韧性，锰还具有稳定碳化物的作用，其与钢中的S结合形成MnS、防止热脆，改善钢的热加工性能；当钢中锰含量过高时，容易导致钢线材冷加工过程中的变形抗力增加，恶化钢的加工性能和塑性，因此需注意与其它强化元素含量之间的配比；此外，锰含量过高还会降低焊接性能。综合以上影响，将Mn的含量设计为0.40-0.70%。

P：为不可避免的杂质元素，易在钢中晶界处发生偏析，增加钢的冷脆性，使钢的焊接性能变坏，塑韧性降低，因此P含量越少越好，结合当前制造工艺水平及成本考虑，将P含量限定为P≤0.020%。

S：为钢中的有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，对焊接性能也不利，其含量越低越好，结合当前制造工艺水平及成本考虑，将S含量限定为S≤0.020%。

Al：为常用的脱氧剂，钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高材料韧性，同时铝还有较强的固氮作用，铝的缺点是对钢的热加工性能和焊接性能有不利影响，因此将Al的含量设计为0.020-0.100%。

优选的，所述盘条进一步含有以下元素的任一种或一种以上，以重量百分含量计，Ni 0.01-0.40%，Mo 0.01-0.20%，V 0.010-0.100%，Ti 0.001-0.050%。

Ni、Mo、V和Ti均可通过固溶作用及对组织均匀细化的影响，改善材料强度和韧性；V、Ti形成细微的碳氮化物，有助于提高强度，与N形成化合物，减少固溶N，有利于降低冷加工过程中的变形抗力，改善冷成型性能，可根据需要单独添加或两者均添加；Mo、V含量过剩会降低材料焊接性能，Ni量过剩，导致氧化铁皮与钢材的密接性过高，不易剥离，导致生产成本提高；根据需要可以单独添加这些元素的一种或一种以上，效果随着这些元素含量的增加而变大，但元素含量过高导致钢的变形抗力上升，反而使冷加工性能降低，因此限定Ni0.01-0.40%，Mo 0.01-0.20%，V 0.010-0.100%，Ti 0.001-0.050%。

优选的，盘条规格为Φ8mm-26mm。

Φ8mm-26mm规格的盘条适于焊钉加工成型。

本发明还提供了上述高强度焊钉用盘条的制备方法，其特征在于，其工艺流程为：铁水预脱硫-转炉冶炼-LF炉外精炼-连铸-钢坯加热-控制轧制-控制冷却，

所述钢坯加热工序，钢坯在加热炉内的总加热时间为100-130min，加热温度为1120±20℃，炉内残氧量≤3%，

所述线材轧制工序，精轧温度925±30℃，吐丝温度870±30℃，

所述控制冷却工序，控制盘条冷速6.6-7.0℃/s。

相对于现有技术，本发明通过对加热炉加热温度、加热时间、残氧量的控制以及控制轧制、控制冷却，制备的焊钉用钢盘条微观组织由65～75%的铁素体和25～35%的珠光体组成，铁素体晶粒度7-9级，低倍组织级别均不大于2.0级，抗拉强度≥480MPa，断后伸长率≥25%，压缩变形至60%时的变形抗力不超过规定值，即C含量为0.10-0.15%时，压缩至60%时变形抗力不大于70KN；C含量0.15-0.22%（不包括0.15％）时，压缩至60%时变形抗力不大于85KN。

优选的，控冷工序1、3、5#冷却风机开度100%，斯太尔摩辊道保温罩全开，平均辊道速度为0.35-0.55m/s。

优选的控冷工艺，进一步实现对材料组织的稳定控制，使盘条组织中的珠光体比例控制在25-35%之间，具有较高的强度、成型性能。

具体实施方式

下面结合具体实施例和对比例对本发明作进一步详细地说明。

实施例1

本发明实施例1提供一种高强度焊钉用钢盘条，其化学成分及其重量百分含量为：C0.15%，Si 0.13%，Mn 0.65%，P 0.010%，S 0.009%，Al 0.035%，其余主要为铁和少量不可避免的杂质，C当量（％）Ce ＝0.26，C、Si、Mn含量（％）满足[C]+0.4 [Si]+ 0.08[Mn]=0.254，

上述高强度焊钉用盘条的制备方法如下：

其工艺流程为：铁水预脱硫-转炉冶炼-LF炉外精炼-连铸-钢坯加热-控制轧制-控制冷却，

所述钢坯加热工序，钢坯在加热炉内的总加热时间为110min，加热温度为1110℃，炉内残氧量2.2%；

所述线材轧制工序，精轧温度920℃；吐丝温度850℃。

所述控制冷却工序，1、3、5#冷却风机开度100%，斯太尔摩辊道保温罩全开，平均辊道速度为0.38m/s，控制盘条冷速7.0℃/s。

实施例2－9

实施例2－9提供的高强度焊钉用钢盘条，其化学成分及其重量百分含量、碳当量、将C、Si、Mn含量（％）按照公式（2）计算所得值列于表1中，实施例2－9采用与实施例1相同的工艺制备线材，不同之处在于分别使用了表2中所列出的加热炉总加热时间、加热温度、炉内残氧量、精轧温度、吐丝温度、平均辊道速度、盘条冷速代替实施例1所用的钢坯在加热炉内的总加热时间、加热温度、炉内残氧量、精轧温度、吐丝温度、控冷工序平均辊道速度、控冷工序盘条冷速。

表1

表2

对实施例1-9制备的高强度焊钉用盘条铁素体晶粒度、珠光体含量、盘条抗拉强度、伸长率、变形抗力进行检测，结果示于表3中，所述压缩变形抗力的试验方法：将热轧盘条样加工成φ8*12mm试样，利用电子万能试验机，以2mm/min速度进行4次压缩试验，记录试样被压缩至原试样高度的60%时（试样无开裂）变形抗力值，求取平均值作为试验结果，用于评价材料的冷成型性能。

表3

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种高强度焊钉用盘条，其特征在于，所述盘条化学成分及其重量百分含量为：C0.10-0.22%，Si 0.10-0.30%，Mn 0.40-0.70%，P ≤0.020%，S ≤0.020%，Al 0.020-0.100%，其余主要为铁和少量不可避免的杂质，并且下述式（1）的C当量（％）Ce <0.40，C、Si、Mn含量（％）满足下述式（2），

Ce=[C]+[Mn]/6+([Cr]+[Mo]+[V])/5+([Ni]+[Cu])/15 （1），

0.25＜[C]+0.4 [Si]+ 0.08[Mn] ＜0.30 （2）。

2.根据权利要求1所述的一种高强度焊钉用盘条，其特征在于，所述盘条进一步含有以下的任一种或一种以上，以重量百分含量计，

Ni 0.01-0.40%，Mo 0.01-0.20%，V 0.010-0.100%，Ti 0.001-0.050%。

3.根据权利要求1或2所述的一种高强度焊钉用盘条，其特征在于，盘条规格为Φ8mm-26mm。

4.一种制备权利要求1-3任一项所述的高强度焊钉用盘条的方法，其特征在于，其工艺流程为：铁水预脱硫-转炉冶炼-LF炉外精炼-连铸-钢坯加热-控制轧制-控制冷却，

所述线材轧制工序，精轧温度925±30℃；吐丝温度870±30℃，

所述控制冷却工序，控制盘条冷速6.6-7.0℃/s。

5.根据权利要求4所述的一种高强度焊钉用盘条的制备方法，其特征在于，所述控冷工序1、3、5#冷却风机开度100%，斯太尔摩辊道保温罩全开，平均辊道速度为0.35-0.55m/s。