CN112795846A

CN112795846A - 一种高性能低硅冷镦钢的生产方法

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Publication number: CN112795846A
Application number: CN202011637191.4A
Authority: CN
Inventors: 王郢; 徐建飞; 王昆鹏; 沈艳; 于飞; 苏振伟; 杨成威; 贺佳佳; 管挺
Original assignee: Zenith Steel Group Co Ltd; Changzhou Zenith Special Steel Co Ltd
Current assignee: Zenith Steel Group Co Ltd; Changzhou Zenith Special Steel Co Ltd
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2021-05-14

Abstract

本发明属于炼钢工艺技术领域，涉及一种高性能低硅冷镦钢生产工艺，采用“BOF‑RH‑CC”工艺路线。通过采用RH真空代替冷镦钢常规工艺中的LF精炼，避免了LF过程钢水回Si和增N问题，避免了LF过程精炼渣卷渣问题，同时避免了LF过程渣钢反应使去除效率很高的Al₂O₃夹杂物转变为去除效率较差的钙铝酸盐。转炉出钢后钢水直接进行RH真空处理，真空过程中可以对钢水脱N，同时，可以快速去除钢中固态Al₂O₃夹杂物，真空时间控制在10min即可将钢水Si含量控制在0.012％以内，钢水N含量控制在25ppm以内，钢水T.O含量控制在10～12ppm。采用该工艺，低硅冷镦钢钢水纯净度得到提升，钢中Si、N含量显著降低，材料拉拔性能和1/4冷镦性能显著提高。

Description

一种高性能低硅冷镦钢的生产方法

技术领域

本发明属于炼钢工艺技术领域，特别涉及到一种高性能低硅冷镦钢的生产方法。

背景技术

冷镦钢主要用来加工和制造紧固件、连接件(如螺栓、螺母、螺钉、铆钉等)。冷镦性能是冷镦钢的重要性能之一。对于用来制造法兰螺栓、法兰螺母、自攻钉等低硅冷镦钢，如ML08Al、SWRCH10A、SWRCH15A、SWRCH18A、SWRCH22A，冷镦变形量达到了1/4(试样冷顶锻后与冷顶锻前的高度之比)，为了提高1/4冷镦性能，使其冷镦过程中不发生开裂，除了要控制好材料组织、材料表面缺陷外，炼钢过程中尽可能降低钢水Si、N含量(Si、N会提高冷镦钢强度，降低冷镦钢塑性，从而影响冷镦钢拉拔性能和冷镦性能)，同时提高钢水纯净度。

目前，冷镦钢采用的炼钢工艺主要为“转炉→LF精炼→Ca处理→连铸”，如中国专利申请号CN201110214464.9“一种冶炼低硅冷镦钢的方法”、中国专利申请号CN201310672996.6“一种优质高强度冷镦钢及其生产方法”、中国专利申请号CN201710197647.1“一种生产中碳低硅冷镦钢的LF精炼脱氧造渣方法”等，采用该工艺存在以下几个不足：首先，LF精炼过程不可避免的发生回Si，成品平均Si含量约0.035％，部分炉次Si含量可以达到0.05～0.06％；第二，LF埋弧加热过程中不可避免的发生钢水增N，成品N大部分炉次在30ppm以上；第三，LF过程不可避免的发生渣钢反应，使得去除效率很高的Al₂O₃夹杂物很容易转变为去除效率较差的钙铝酸盐；第四，LF过程氩气搅拌很容易发生精炼渣卷渣，如文献“Application of slag tracers to investigate source of non-metallic inclusions”通过在LF精炼过程向精炼渣中加入碳酸钡作为示踪剂，发现钢材中1/3大尺寸夹杂物中含有Ba，说明精炼渣卷渣是钢材中大尺寸夹杂物超标的一个重要来源。

发明内容

为了克服上述现有技术中冷镦钢工艺存在的不足，本发明提出了一种高性能低硅冷镦钢生产工艺，即采用“BOF-RH-CC”工艺进行冷镦钢冶炼，通过采用RH真空来取代LF精炼，解决了LF精炼带来的一系列问题；通过提高转炉出钢温度(1660～1690℃)、合金烘烤、采用纳米钢包和钢包加盖来减少出钢和运输过程钢水温降，弥补了RH不能加热功能，使得钢水在不采用LF电极加热的同时钢水温度仍然满足连铸浇铸要求，以此打通“BOF-RH-CC”工艺路线，并且在夹杂物去除方面RH真空要比LF精炼去除效果更显著，最终在获得极低Si、N含量冷镦钢的同时，钢水纯净度得到提升，材料的拉拔性能和1/4冷镦性能得到显著提高。

为了实现本发明目的，本发明所采用的技术方案为：一种高性能低硅冷镦钢的生产方法，包括依次进行的BOF工序、RH精炼工序和CC连铸工序，

BOF工序中，控制转炉终点温度为1660～1690℃，且转炉终点Si控制在0.01％以内，终点N控制在25ppm以内，终点S控制在0.015％以下；采用纳米钢包，且转炉出钢过程中先加1.150±0.1kg/吨钢的铝饼进行脱氧，随后加入锰铁合金和增碳剂进行合金化，其中锰铁合金加入纳米钢包前先于合金烘烤器中预热至450～550℃，锰铁合金和增碳剂加完后加入1.53±0.1kg/吨钢的石灰和0.38～0.77kg/吨钢的萤石进行造渣；纳米钢包从转炉炉后吊至RH精炼工位前进行钢包加盖；

RH精炼工序中，钢水RH进站进行测温和成分分析(即先对钢水进行测温，并取样进行成分分析)，其中控制进站Al含量比所述冷镦钢中Al含量高0.005～0.01％，然后开始抽真空，RH精炼过程不加渣料，从开始抽真空到破空控制在10±2min，真空处理后向钢水中喂入纯钙线进行钙处理以提高钢水可浇性，钙处理后软吹时间控制在8min以上；

CC工序(也即连铸工序)中，采用整体水口进行保护浇铸，避免浇铸过程钢水吸氧和吸氮。

基于上述工序，本发明所制得的冷镦钢的质量百分比成分可控制为:C:0.05～0.22％、Si:0～0.02％、Mn:0.3～1.0％、P:0～0.035％、S:0.005～0.020％、Al:0.02～0.05％，其余为铁和残余元素。

进一步的，RH工序中真空处理后采用碳线调整C含量，并使C含量达到所述冷镦钢中的C含量范围。

进一步的，RH精炼工序中，钢水RH进站时温度在1595～1625℃。

经申请人对LF精炼过程钢水成分和夹杂物进行研究，发现精炼过程不可避免会发生钢中Al与渣中SiO₂反应，导致钢水增Si，精炼结束钢水Si含量平均约0.035％，部分炉次Si含量达到0.05～0.06％；精炼过程埋弧加热导致钢水增氮，精炼结束大部分炉次钢水N含量在30ppm以上。同时，通过在精炼过程向精炼渣中加入碳酸钡作为示踪剂，发现钢材中约1/3大尺寸夹杂物中含有Ba，说明LF过程精炼渣卷渣是钢材中大尺寸夹杂物一个重要来源，相关研究结果见文献“Application of slag tracers to investigate source of non-metallic inclusions”。此外，精炼过程难以避免的渣钢反应会导致去除效率更高的固态氧化铝很容易向去除效率较低的钙铝酸盐夹杂物转变，即采用常规LF精炼工艺生产低硅冷镦钢，钢水Si、N含量很难控制在极低范围内，同时钢材纯净度很难提升。若采用RH替代LF精炼，不仅不会增加N含量，真空条件下还会对钢水进行脱N，同时，RH过程没有渣钢反应，钢水不会增Si，钢中夹杂物始终以固态氧化铝为主，其在RH真空条件下可以快速的被去除。

与现有技术相比，本发明取得了如下有益效果：本发明提供的高性能低硅冷镦钢生产方法，基于BOF工序中采用的纳米钢包、合金烘烤及纳米钢包从转炉炉后吊至RH精炼工位前的钢包加盖，减少了出钢过程和钢水运输过程温降，以确保RH处理后钢水温度能够满足连铸浇铸要求，再结合BOF工序中出钢温度的控制和各工序渣料加入，可以将钢水Si含量控制在0.012％以内，钢水N含量控制到25ppm以内，钢水总氧控制到10～12ppm，同时，由应力开裂导致材料1/4冷镦不合格率由2.5％降低至0.5％以内。

附图说明

图1为实施例1RH破空钢中夹杂物分析图；

图2为实施例2RH破空钢中夹杂物分析图；

图3为对比例1LF结束钢中夹杂物分析图。

具体实施方式

实施例1:采用130吨转炉、130吨RH炉生产SWRCH22A，包括依次进行的BOF工序、RH精炼工序和CC连铸工序。

本实施例制得的SWRCH22A成品钢成分C:0.21％、Si:0.011％、Mn:0.82％、P:0.016％、S:0.012％、Al:0.032％，N:20.6ppm。

BOF工序：转炉采用常规吹炼方法，转炉终点温度(也即转炉出钢温度)控制在1685℃，终点Si控制在0.005％，终点S控制在0.015％以下，终点N控制在21.5ppm；采用纳米钢包，转炉出钢过程中先加入160kg铝饼进行脱氧，随后加入1220kg锰铁和160kg增碳剂进行合金化，其中锰铁加入纳米钢包前先于合金烘烤器中预热至450～550℃，然后加入200kg石灰和50kg萤石进行造渣。

纳米钢包从转炉炉后吊至RH精炼工位前进行钢包加盖。

RH进站钢水温度为1603℃，Al含量为0.047％，然后开始抽真空，RH过程不加渣料，从抽真空到破空时间为11min，然后喂入150m碳线和100m纯钙线，并软吹12min结束。

RH结束钢中夹杂物为Al₂O₃，如图1：

连铸采用整体水口进行保护浇铸,避免浇铸过程钢水吸氮和吸氧。

成品Si含量为0.011％，成品N含量为20.6ppm，成品总氧含量为11.8ppm。

1/4冷镦性能检测结果见表1：

表1

实施例2:采用130吨转炉、130吨RH炉生产SWRCH22A，包括依次进行的BOF工序、RH精炼工序和CC连铸工序。

本实施例制得的SWRCH22A成品钢成分C:0.22％、Si:0.008％、Mn:0.85％、P:0.013％、S:0.009％、Al:0.038％，N:21.1ppm。

BOF工序：转炉采用常规吹炼方法，转炉终点温度控制在1678℃，终点Si控制在0.004％，终点S控制在0.015％以下，终点N控制在22.2ppm；采用纳米钢包，转炉出钢过程中先加入160kg铝饼进行脱氧，随后加入1250kg锰铁、180kg增碳剂进行合金化，其中锰铁加入纳米钢包前先于合金烘烤器中预热至450～550℃，然后加入200kg石灰和50kg萤石进行造渣。

纳米钢包从转炉炉后吊至RH精炼工位前进行钢包加盖。

RH进站钢水温度为1608℃，Al含量为0.052％，然后开始抽真空，RH过程不加渣料，从抽真空到破空时间为12min，然后喂入120m碳线和100m纯钙线，并软吹12min结束。

RH结束钢中夹杂物为Al₂O₃，如图2：

连铸(CC工序)采用整体水口进行保护浇铸,避免浇铸过程钢水吸氮和吸氧。

成品Si含量为0.008％，成品N含量为21.1ppm，成品总氧含量为10.2ppm。

1/4冷镦性能检测结果见表2：

表2

对比例1:采用130吨转炉、130吨LF炉生产SWRCH22A，包括依次进行的BOF工序、LF精炼工序和CC连铸工序。

成品钢成分C:0.20％、Si:0.042％、Mn:0.83％、P:0.015％、S:0.006％、Al:0.035％，N:34.8ppm。

BOF工序，转炉采用常规吹炼方法，转炉终点温度控制在1632℃，终点Si控制在0.005％，终点N控制在20.8ppm，终点S控制在0.015％以下；转炉出钢过程中先加入160kg铝饼，再加入1260kg锰铁和150kg增碳剂，然后加入200kg石灰和50kg萤石。

LF精炼工序，采用本领域常用的LF精炼(成熟工艺)，LF进站钢水温度为1582℃，LF过程加入60kg增碳剂、50kg铝粒调整C和Al含量，LF精炼时间为32min，LF结束时向钢液中喂入100m纯钙线，并软吹14min结束。

LF结束(钙处理前)钢中夹杂物为Al₂O₃含量较高的钙铝酸盐，如图3：

成品Si含量为0.042％，成品N含量为34.8ppm，成品总氧含量为15.6ppm。

1/4冷镦性能检测结果见表3：

表3

Claims

1.一种高性能低硅冷镦钢的生产方法，其特征在于：包括依次进行的BOF工序、RH精炼工序、CC连铸工序；

BOF工序中，控制转炉终点温度控制在1660～1690℃，终点S控制在0.015％以下，转炉终点Si控制在0.01％以内，终点N控制在25ppm以内；采用纳米钢包，且转炉出钢过程中先加入1.150±0.1kg/吨钢的铝饼进行脱氧，随后加锰铁合金和增碳剂进行合金化，其中锰铁合金加入纳米钢包前先于合金烘烤器中预热至450～550℃，然后再加入1.53±0.1kg/吨钢的石灰和0.38～0.77kg/吨钢的萤石进行造渣；

RH精炼工序，纳米钢包从转炉炉后吊至RH精炼工位前进行钢包加盖，RH精炼工序中，钢水进站时进行测温和取样，其中控制进站Al含量比所述冷镦钢中Al含量高0.005～0.01％，然后开始抽真空，RH精炼过程不加渣料，从开始抽真空到破空控制在10±2min，真空处理后向钢水中喂入纯钙线进行钙处理以提高钢水可浇性，钙处理后软吹时间控制在8min以上；

CC工序中，连铸采用全程保护浇铸，避免浇铸过程钢水吸氧和吸氮，最终制得所述冷镦钢。

2.根据权利要求1所述的高性能低硅冷镦钢的生产方法，其特征在于：所述低硅冷镦钢成品成分为：C:0.05～0.22％、Si:0～0.02％、Mn:0.3～1.0％、P:0～0.035％、S:0.005～0.020％、Al:0.02～0.05％，其余为铁和残余元素。

3.根据权利要求1所述的高性能低硅冷镦钢的生产方法，其特征在于：RH工序中真空处理后采用碳线调整C含量，并使C含量达到所述冷镦钢中的C含量范围。

4.根据权利要求1所述的高性能低硅冷镦钢的生产方法，其特征在于：RH精炼工序中，钢水RH进站时温度在1595～1625℃。