CN112609131A

CN112609131A - 一种低碳铝镇静冷镦钢及其生产方法

Info

Publication number: CN112609131A
Application number: CN202011164650.1A
Authority: CN
Inventors: 张剑; 王宝华; 王屹; 梁东宏; 芮文超; 肖元生
Original assignee: HBIS Co Ltd Chengde Branch
Current assignee: HBIS Co Ltd Chengde Branch
Priority date: 2020-10-27
Filing date: 2020-10-27
Publication date: 2021-04-06
Anticipated expiration: 2040-10-27
Also published as: CN112609131B

Abstract

本发明涉及冶金技术领域，具体公开一种低碳铝镇静冷镦钢及其生产方法。所述冷镦钢的成分为：C 0.06～0.09％，Mn 0.30～0.50％，Si 0.03～0.06％，P≤0.015％，S≤0.010％，Al 0.020～0.040％，余量为Fe和不可避免的杂质，通过炼钢、连铸、加热轧制和吐丝工序，制备得到所述低碳铝镇静冷镦钢。本发明通过成分调整和工艺优化，使所制备的所得冷镦钢的力学性能满足抗拉强度Rm≤450N/mm²，收缩率Z≥70％，生产的冷镦钢完全满足使用要求，且力学性能稳定，可进行大规模推广和使用。

Description

一种低碳铝镇静冷镦钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种低碳铝镇静冷镦钢及其生产方法。

背景技术

冷镦钢是一种室温成型钢，在室温下能够承受一次或多次冲击载荷，广泛用于生产螺钉、销钉、螺母等标准件，主要应用于汽车、工程建筑、机械、电子、轻钢结构、建筑等行业。随着现代工业的快速发展，对冷镦钢的性能要求越来越高，同时，冷加工会是材料局部产生显著形变，为了防止出现不合格产品，保证生产过程顺利进行，冷镦钢必须具有足够的塑性，良好的表面质量和均匀的组织等性能。为了提高钢材的塑性，钢材中的硅含量都受到了限制，为了提高钢水的纯净度，降低钢中氧含量，细化晶粒，一般高质量的冷镦钢都要求较高的铝含量。但是，铝含量较高会造成钢液中夹杂物增多，进而增加冶炼和浇铸工序的难度，甚至会导致铸坯质量变差，最终导致轧制成品的质量变差，甚至报废。为了改善钢材的塑性指标和加工性能，有些冷镦钢中还加入Ti、B、Cr等元素，但是，这些元素的加入会提高生产成本。因此，如何提高冷镦钢的冷镦性能，降低生产成本，满足紧固件行业需求是目前冷镦钢领域亟待解决的问题。

发明内容

针对现有冷镦钢冷镦性能有待进一步提高以及生产成本较高的问题，本发明提供一种低碳铝镇静冷镦钢及其生产方法。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供的技术方案是：

一种低碳铝镇静冷镦钢，其成分重量百分比为C 0.06～0.09％，Mn0.30～0.50％，Si 0.03～0.06％，P≤0.015％，S≤0.010％，Al 0.020～0.040％，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明提供的低碳铝镇静冷镦钢，控制较低的C含量，降低冷镦钢的强度指标，加入Al起到强脱氧作用，细化晶粒，改善钢水的内部质量，提高冷镦钢的综合性能，同时，进一步控制P、S含量，改善冷镦钢的力学性能，所得冷镦钢的力学性能：抗拉强度Rm≤450N/mm²，收缩率Z≥70％，生产的冷镦钢完全满足使用要求，且力学性能稳定，可进行大规模推广和使用。

各元素的作用及配比依据如下：

C是决定钢材力学性能的主要元素，也是决定碳钢凝固后金相组织和性能的主要元素，有利于促进珠光体的形成，且具有固溶强化作用，可以提高钢的强度。但是，C在冷镦钢中会形成硬而脆的渗碳体，含碳量增加，虽然冷镦钢的强度和硬度升高了，但是塑性和韧性会下降，冷镦性能也降低，综合考虑，本发明中将C含量设计为0.06～0.09％。

Si在冷镦钢中少部分会形成脆性夹杂物SiO₂，大部分会溶于铁素体中，使铁素体强化，从而提高冷镦钢的强度、硬度和弹性，塑性、热性和冷镦性能下降，因此，将Si的含量设计为0.03～0.06％。

Mn锰对钢的力学性能有良好的作用，其以置换方式固溶于钢中起强化作用；锰进入渗碳体代替部分铁原子，形成MnC，因此锰的增加还能提高钢中珠光体的相对量，Mn还可以与S形成MnS，消除硫在钢中的有害影响，但是，Mn也会降低冷镦钢的塑性、韧性和冷镦性能，使冷镦开裂率升高，因此综合考虑，将Mn含量设计为0.30～0.50％。

P、S在铝镇静冷镦钢中是有害元素，P存在于钢中，会使钢产生冷脆性，S存在于钢中，会使钢产生热脆性，因此，控制P≤0.015％，S≤0.010％，且越低越好。

Al能再快速镦头、拔丝过程中减少应变时效，提高冷镦钢的变形能力，但是，Al在高温下容易氧化，一旦在钢液中转化为氧化铝，就会在冷镦钢中产生有害夹杂，造成镦头开裂，并且，在连铸浇铸过程中氧化铝容易聚集，造成连铸水口堵塞，因此，综合考虑，将Al含量控制为0.020～0.040％。

优选的，所述热轧盘螺的微观组织为铁素体和珠光体，铁素体的含量为55～65％，晶粒度≥9.0。

优选的，所述冷镦钢的抗拉强度R_m≤450MPa，收缩率≥70％。

本发明还提供了一种低碳铝镇静冷镦钢的生产方法，所述生产方法包括炼钢、连铸、加热、轧制和吐丝工序；炼钢工序得到所述成分组成的连铸方坯，将所述连铸方坯将加热、轧制后立即吐丝，冷却，得所述低碳铝镇静冷镦钢。

优选的，炼钢工序中，控制终点C含量为0.03～0.04％，P≤0.010％，S≤0.020％，出钢温度为1590～1610℃。

优选的，炼钢工序中，脱氧剂的加入量为1.5～3.0Kg/t，LF精炼进行钙处理，Ca/Als＞0.1，白渣保持时间为16～20min。

优选的脱氧剂的加入量，可保证钢水脱氧效果，去除夹杂，提高钢水质量，避免造成连铸坯出现皮下气泡和表面气孔等质量缺陷，改善冷镦钢的表面质量。LF工序进行Ca处理，可是氧化铝变成低熔点的Cao-Al₂O₃系夹杂，有利于夹杂物上浮去除，提高钢水的可浇性。优选的白渣保持时间，可提高钢液的脱氧脱磷效果。

所述脱氧剂为本领域的常规脱氧剂，如铝粒、铝线等，本领域技术人员可根据常规选择加入。

优选的，连铸工序中，中间包过热度为30～50℃，连铸拉速控制为1.7～1.9m/min。

优选的中间包过热度可保证连铸工序的顺利进行，与优选的拉速相配合，保证了钢坯良好的表面及内部质量，使钢材具有优异的冷镦性能。

优选的，将连铸方坯加热至1010～1025℃，然后进入除磷工序，除磷压力为16～20MPa，粗轧开始的温度为1050～11100℃，精轧开始的温度为920～935℃。

优选的开轧温度和精轧温度，可以抑制奥氏体晶粒长大及晶体缺陷增多，从而使奥氏体有效晶界面积增加，铁素体形核点增多及相变后铁素体量增加，晶粒更加细小均匀，充分细化奥氏体晶粒，同时使铁素体晶粒充分细化，改善冷镦钢的塑性及韧性。

优选的除磷压力可保证冷锻钢表面无氧化铁皮。

优选的，连铸方坯的规格为165×165mm。

优选的，轧制工序中，控制连铸方坯头部、中部和尾部的温差均为10-20℃。

优选的连铸方坯温差可以消除方坯内部的热应力，避免钢坯开裂问题的出现，保障后续轧制工序的顺利进行。

优选的，轧制工序中，控制吐丝温度为890～910℃。

优选的吐丝温度，可避免温度过高造成冷镦钢的强度和硬度下降，减少氧化铁皮的厚度，且可以改善冷镦钢的冷镦性能，减少成型缺陷，提高产品合格率。

本发明提高的低碳铝镇静冷镦钢通过控制较低的碳含量，降低冷镦钢的强度指标，加入Al起到强脱氧作用，细化晶粒，改善钢水的内部质量，提高冷镦钢的综合性能，同时，控制P、S含量，改善冷镦钢的力学性能，进一步，配合特定的加热轧制和吐丝工艺，制备得到的冷镦钢的金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度≥9.0级，抗拉强度Rm≤450N/mm²，收缩率Z≥70％，性能稳定，冷镦性能好，开裂率低，适合进行批量生产，具有较高的应用前景。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

为了更好的说明本发明，下面通过实施例做进一步的举例说明。

实施例1

本发明实施例提供一种低碳铝镇静冷镦钢，规格为Φ12mm，其化学成分为：

C 0.06％，Mn 0.50％，Si 0.06％，P 0.015％，S 0.010％，Al 0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述低碳铝镇静冷镦钢的生产方法如下：

步骤一、炼钢工序，转炉终点成分控制，S：0.020％，P：0.010％，C：0.03％，出钢进LF温度为1590℃，脱氧剂加入量为1.5kg/t；LF精炼进行Ca处理，Ca/Als＝0.11，白渣保持时间16分钟；

步骤二、连铸工序，中间包钢水过热度30℃，连铸拉速控制1.7m/min；

步骤三、加热轧制工序，将165×165mm方坯装入加热炉进行加热，加热温度1010℃，连铸方坯头部、中部和尾部的温度差10℃，到温后出炉，进除磷箱，出口压力16MPa,确保无氧化铁皮。粗轧开始的温度为1050℃，精轧入口温度为920℃；

步骤四、吐丝工序，控制吐丝温度为890℃，冷却，即得到所需的冷镦钢。

本实施例制备的低碳铝镇静冷镦钢的金相组织为珠光体+铁素体，铁素体的含量为50～60％，晶粒度9.5级。

实施例2

C 0.09％，Mn 0.50％，Si 0.05％，P 0.013％，S 0.008％，Al 0.040％，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述低碳铝镇静冷镦钢的生产方法如下：

步骤一、炼钢工序，S：0.018％，P：0.008％，C：0.04％，出钢进LF温度1610℃，脱氧剂加入量为3.0kg/t；LF精炼进行Ca处理，Ca/Als＝0.12，白渣保持时间20分钟；

步骤二、连铸工序，中间包钢水过热度50℃，连铸拉速控制1.9m/min；

步骤三、加热轧制工序，将165×165mm方坯装入加热炉进行加热，加热温度1025℃，连铸方坯头部、中部和尾部的温度差20℃，到温后出炉，进除磷箱，出口压力20MPa，确保无氧化铁皮。粗轧开始的温度为1100℃，精轧入口温度为935℃；

步骤四、吐丝工序，控制吐丝温度为910℃，冷却，即得到所需的冷镦钢。

实施例3

C 0.07％，Mn 0.40％，Si 0.04％，P 0.012％，S 0.008％，Al 0.030％，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述低碳铝镇静冷镦钢的生产方法如下：

步骤一、炼钢工序，转炉终点成分控制，S：0.017％，P：0.007％，C：0.035％，出钢进LF温度为1600℃，脱氧剂加入量为2.0kg/t；LF精炼进行Ca处理，Ca/Als＝0.13，白渣保持时间18分钟；

步骤二、连铸工序，中间包钢水过热度40℃，连铸拉速控制1.8m/min；

步骤三、加热轧制工序，将165×165mm方坯装入加热炉进行加热，加热温度1020℃，连铸方坯头部、中部和尾部的温度差15℃，到温后出炉，进除磷箱，出口压力18MPa，确保无氧化铁皮。粗轧开始的温度为1080℃，精轧入口温度为930℃；

步骤四、吐丝工序，控制吐丝温度为900℃，冷却，即得到所需的冷镦钢。

本实施例制备的低碳铝镇静冷镦钢的金相组织为珠光体+铁素体，铁素体的含量为50～60％，晶粒度10.5级。

实施例4

C 0.08％，Mn 0.35％，Si 0.03％，P 0.010％，S 0.009％，Al 0.035％，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述低碳铝镇静冷镦钢的生产方法如下：

步骤一、炼钢工序，转炉终点成分控制，S：0.016％，P：0.006％，C：0.036％，出钢进LF温度为1595℃，脱氧剂加入量为2.5kg/t；LF精炼进行Ca处理，Ca/Als＝0.13，白渣保持时间17分钟；

步骤二、连铸工序，中间包钢水过热度35℃，连铸拉速控制1.75m/min；

步骤三、加热轧制工序，将165×165mm方坯装入加热炉进行加热，加热温度1015℃，连铸方坯头部、中部和尾部的温度差14℃，到温后出炉，进除磷箱，出口压力17MPa，确保无氧化铁皮。粗轧开始的温度为1060℃，精轧入口温度为925℃；

步骤四、吐丝工序，控制吐丝温度为895℃，冷却，即得到所需的冷镦钢。

本实施例制备的低碳铝镇静冷镦钢的金相组织为珠光体+铁素体，铁素体的含量为50～60％，晶粒度10.0级。

将实施例1-4制备的冷镦钢按照GB/T 6478-2015标准进行性能检测，结果如表1所示。

表1

对实施例1～实施例4制备的冷镦钢进行质量检测，从连铸圆坯到成品的成材率达到91.8％。1/2冷镦顶合格率为100％，1/3冷镦顶合格率为100％，1/4冷镦顶合格率为87.5％。

本方法通过成分及工艺优化，使所制备的冷镦钢，具有优异的冷镦性能，且生产成本低，生产效率高，成材率高，产品性能稳定，可有效提高国内企业的市场竞争力，具有广阔的应用前景。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种低碳铝镇静冷镦钢，其特征在于，其成分重量百分比为：C 0.06～0.09％，Mn0.30～0.50％，Si 0.03～0.06％，P≤0.015％，S≤0.010％，Al 0.020～0.040％，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的低碳铝镇静冷镦钢，其特征在于，所述冷镦钢的微观组织为铁素体和珠光体，铁素体的含量为55～65％，晶粒度≥9.0。

3.如权利要求1所述的低碳铝镇静冷镦钢，其特征在于，所述冷镦钢的抗拉强度R_m≤450MPa，收缩率≥70％。

4.权利要求1-3任一项所述的低碳铝镇静冷镦钢的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括炼钢、连铸、加热、轧制和吐丝工序；炼钢工序得到所述成分组成的连铸方坯，将所述连铸方坯将加热、轧制后立即吐丝，冷却，得所述低碳铝镇静冷镦钢。

5.如权利要求4所述的低碳铝镇静冷镦钢的生产方法，其特征在于，炼钢工序中，控制终点C含量为0.03～0.04％，P≤0.010％，S≤0.020％，出钢温度为1590～1610℃。

6.如权利要求4所述的低碳铝镇静冷镦钢的生产方法，其特征在于，炼钢工序中，脱氧剂的加入量为1.5～3.0Kg/t，LF精炼进行钙处理，Ca/Als＞0.1，白渣保持时间为16～20min。

7.如权利要求4所述的低碳铝镇静冷镦钢的生产方法，其特征在于，连铸工序中，中间包过热度为30～50℃，连铸拉速控制为1.7～1.9m/min。

8.如权利要求4所述的低碳铝镇静冷镦钢的生产方法，其特征在于，轧制工序中，将连铸方坯加热至1010～1025℃，然后进入除磷工序，除磷压力为16～20MPa，粗轧开始的温度为1050～1110℃，精轧开始的温度为920～935℃。

9.如权利要求8所述的低碳铝镇静冷镦钢的生产方法，其特征在于，轧制工序中，控制连铸方坯头部、中部和尾部的温差均为10-20℃。

10.如权利要求4所述的低碳铝镇静冷镦钢的生产方法，其特征在于，轧制工序中，控制吐丝温度为890～910℃。