CN113083886B - 一种提高低碳冷镦钢盘条拉拔性能的控轧控冷方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于轧制技术领域，具体涉及一种提高低碳冷镦钢盘条拉拔性能的控轧控冷方法。钢坯采用三段式步进加热炉在900～1200℃条件下加热；粗中轧和预精轧机组采用不低于1000℃高温轧制，精轧机组采用不低于960℃高温控轧；轧后采用不低于940℃高温吐丝。轧后通过斯太尔摩控冷线以不低于0.2℃/s的冷却速度控制冷却。该工艺有效降低了低碳冷镦钢盘条的冷拉拔加工硬化指数，显著提升了热轧态盘条的拉拔性能。

Description

一种提高低碳冷镦钢盘条拉拔性能的控轧控冷方法
技术领域
本发明属于冷镦钢技术领域，涉及一种提高低碳冷镦钢盘条拉拔性能的控轧控冷方法。
背景技术
冷镦钢又称冷镦成型用钢，冷镦是在室温下采用一次或多次冲击加载使其成型，用于生产螺钉，销钉，螺母等紧固件，广泛用于汽车、造船、设备制造、电子、家电、自行车、工具、轻钢结构、建筑等行业。冷镦工艺可节省原料，降成本，而且通过冷作硬化提高工件的抗拉强度，改善性能，冷镦用钢必须其有良好的冷顶锻性能，对钢材的表面质量要求严格，经常采用优质碳钢，若钢的含碳钢大于0.25％，应进行球化退火热处理，以改善钢的冷镦性能。目前我国国内应用较为广泛的冷镦钢盘条的钢种根据强度级别可分类为低碳优质碳素结构钢、中碳优质碳素结构钢、低碳合金结构钢和中碳合金钢四类。冷镦钢行业通常将C含量<0.25％的冷镦钢成为低碳冷镦钢，将C含量0.25～0.48％的冷镦钢成为中碳冷镦钢。
其中家电、电子行业需求大量螺杆直径小于Φ2.0mm的小尺寸自攻钉，强度级别通常在6.8级。由于家电产品(冰箱、空调、洗衣机、电视等)和电子产品(电脑、手机、相机等)对外观设计和产品尺寸要求较高，其结构及零件的连接只能使用小尺寸自攻钉，但为了保证连接牢固和可靠，要求自攻钉具有一定的强度，且对尺寸精度要求很高。由于国内钢厂生产的小规格热轧盘条尺寸相对固定，主要有Φ6.5mm和Φ5.5mm，另有极少数钢厂生产Φ6.0mm和Φ5.0mm两个规格。受到热轧成本的限制，生产Φ5.5mm热轧盘条的成本相对Φ6.5mm就会明显上升，故其销售价格普遍比Φ6.5mm高出100元/吨；而Φ6.0mm和Φ5.0mm两个规格热轧成本相对Φ6.5mm要高出200元/吨以上。
为满足家电和电子行业对小尺寸自攻钉的需求，同时降低热轧盘条的原料采购成本，国内紧固件生产企业通常采用Φ6.5mm冷镦钢盘条生产各类小尺寸自攻钉。同时，为保证自攻钉的强度级别要求，下游用户通常采用碳含量0.13～0.24％的低碳碳素冷镦钢，包括SWRCH15A、SWRCH18A、SWRCH22A等。这类冷镦钢冷顶锻性能较好，拉拔后的钢丝经球化退火后可以满足冷镦成型的加工需求，因此拉拔性能更为关键。但是，由于自攻钉尺寸较小，冷镦成型需要的钢丝原料尺寸也小，存在热轧盘条因拉拔减面率过大(通常>90％)，强度升高过大(加工强化指数高)，导致钢丝拉拔频繁断丝的问题，造成生产效率大幅度下降，无法正常生产。另一方面，钢丝在拉拔过程中由于强度过高，变形阻力加大，容易与拉拔模具产生过度摩擦而产生横向裂纹，在后续冷镦成型工序产生开裂，造成自攻钉报废。因此，下游用户在生产小规格钢丝时需要在拉拔中间规格进行一次退火(钢丝拉拔是分多道次完成的，中间规格是指最后一道次以外的其他道次，比如：Φ6.5mm→Φ5.0mm→Φ4.0mm→Φ3.0mm，Φ5.0mm和Φ4.0mm就是中间规格)以消除冷加工硬化效应，降低钢丝的强度再进行拉拔，以避免拉拔断丝和拉拔产生的横向裂纹问题。
目前下游用户生产螺杆直径小于Φ2.0mm的小尺寸自攻钉的主流加工流程为：
盘条(Φ6.5mm)→机械剥壳/酸洗除鳞→冷拉拔至Φ2.5～3.2mm→退火→酸洗除鳞→拉拔至→Φ1.6～1.8mm→球化退火→酸洗、磷化→精拉→冷镦成型。
开发一种高拉拔性能低碳冷镦钢热轧盘条，降低其冷拉拔加工硬化指数，实现下游用户无需退火，采用聚晶模具(加工精度高、表面质量好)连续拉拔生产Φ2.0mm以下细钢丝，是目前急需解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种提高低碳冷镦钢盘条拉拔性能的控轧控冷方法，通过改变加热工艺和轧制工艺，使热轧盘条晶粒及晶界适当粗化，降低冷拉拔加工硬化指数，实现了低碳冷镦钢盘条无需退火，采用聚晶模具连续拉拔生产Φ2.0mm以下细钢丝，显著降低了下游行业生产螺杆直径小于Φ2.0mm的小尺寸自攻钉的加工成本，减少了能源消耗和污染排放。
为了实现本发明目的，所采用的技术方案如下：一种提高低碳冷镦钢盘条拉拔性能的控轧控冷方法，包括依次进行的加热炉加热、粗中轧及预精轧机组轧制、精轧机组轧制、吐丝和斯太尔摩控冷线控制冷却步骤，具体操作方法如下：
(1)加热炉加热：采用断面150mm*150mm连铸钢坯，通过三段式步进加热炉加热，其中预热段加热温度900～1000℃，加热段加热温度1100～1200℃，均热段加热温度1130～1160℃，总加热时间为1.5～2小时，每个加热段的时间30～45分钟；
(2)粗中轧和预精轧机组轧制：加热后的钢坯依次进入粗中轧机组和预精轧机组连轧成扎件，粗中轧和预精轧机组轧制过程温度保持在1000～1100℃；
(3)精轧机组轧制：粗中轧和预精轧机组轧制后的轧件经过水箱穿水冷却，轧件随后进入精轧机组轧制，控制进入精轧机组的入口温度在960～980℃，终轧温度990～1010℃；
(4)吐丝：终轧后通过吐丝机吐丝成圈，吐丝温度为940～960℃；
(5)斯太尔摩控冷线控制冷却：吐丝成圈后在斯太尔摩控冷线上控制冷却，并控制冷却速度为0.2～0.4℃/s，并获得热轧盘条(也即所述低碳冷镦钢盘条)；
所述钢坯的化学成分为：按重量百分数计为C：0.13～0.24％，Si：≤0.10％，Mn：0.30～0.60％，Al：≥0.030％，P、S≤0.030％，Cr、Ni、Cu≤0.20％，其余为铁和不可避免的杂质。
下面对本发明的主要工艺控制过程，对提高低碳冷镦钢盘条拉拔性能的影响做详细叙述。
钢坯加热：采用断面150mm*150mm连铸方坯，通过三段式步进加热炉加热，其中预热段加热温度900～1000℃，加热段加热温度1100～1200℃，均热段加热温度1130～1160℃，总加热时间为1.5～2小时，每个加热段的时间30～45分钟。该加热方案条件下，钢坯的铸态组织完全奥氏体化，具备高速线材轧钢生产线的轧制要求，且可促进奥氏体晶粒适当长大和晶界适当粗化(奥氏体晶界受加热温度和时间的影响会粗化，这是本申请为了降低加工硬化指数而采用的特殊工艺)为轧制过程和最终热轧盘条晶粒及晶界适当粗化打下基础。如加热温度降低或加热时间缩短，钢坯奥氏体化后的晶粒长大和晶界粗化效果将会降低；如加热温度升高或加热时间增加，钢坯奥氏体化后会产生晶粒过度长大和晶界过度粗化的问题，造成材料性能下降。
粗中轧和预精轧机组轧制：加热后的钢坯进入粗中轧机组连轧，粗中轧和预精轧机组轧制过程温度保持在1000～1100℃，该轧制温度条件下轧件保持奥氏体良好轧制状态，可以使连续轧制变形的奥氏体晶粒在破碎过程中保持较粗的晶粒度和晶界，为随后精轧机组轧制和最终热轧盘条的晶粒及晶界适当粗化进一步提供保障(奥氏体晶粒度在5～6级)。如粗中轧和预精轧机组轧制温度低于1000℃，则达不到保持晶粒和晶界适当粗化的效果；如粗中轧和预精轧机组轧制温度高于1100℃，则晶粒和晶界会过度粗化，造成材料性能下降。
精轧机组轧制：粗中轧和预精轧机组轧制后的轧件经过水箱穿水冷却，轧件随后进入精轧机组轧制，控制进入精轧机组的入口温度在960～980℃，终轧温度990～1010℃。因精轧机组轧制过程中的变形速率明显提高，晶粒和晶界破碎的程度增大，在960～980℃温度条件下，可以使轧制破碎后的晶粒适当长大，使新形成的晶界适当粗化，进而保证热轧盘条最终的晶粒和晶界适当粗化，达到降低冷拉拔加工硬化指数，提升拉拔性能的目的。如精轧机组的入口温度及终轧温度低于本方案，则被精轧机组轧制破碎的晶粒没有足够的能量长大，则新形成的晶界也难以发生明显的粗化；如精轧机组的入口温度及终轧温度高于本方案，则晶粒和晶界会过度粗化，造成材料性能下降，且精轧机组也易发生憋钢造成轧制无法正常进行。
吐丝：终轧后盘条通过吐丝机成圈，吐丝温度控制在940～960℃，该温度是为了给铁素体转变提供较高的温度，以便于铁素体在析出后能有足够的温度长大，实现晶粒粗化，也为之后的控制冷却提供了有利条件。
控冷：轧后盘条的控冷在斯太尔摩控冷线上实现，控冷线上第一个和最后一个保温罩开启，其余保温罩设置为半关闭状态(即留出一定的缝隙)，使盘条在控冷线上的冷却速度控制在0.2～0.4℃/s，该冷却速度条件下铁素体可充分析出并长大，并保持晶粒的均匀。
本发明的优点：不需要改变成分设计，也不需要改变生产工艺路线，通过优化控轧控冷工艺，低碳冷镦钢盘条晶粒及晶界适当粗化，进而使盘条冷拉拔加工硬化指数低，冷拉拔加工性能提升。实现了低碳冷镦钢热轧盘条经过聚晶模具连续拉拔至小于Φ2.0mm规格，中间无需进行退火，生产得到尺寸精度高、表面质量好小规格钢丝，显著降低了下游行业生产螺杆直径小于Φ2.0mm的小尺寸自攻钉的加工成本，减少了能源消耗和污染排放。
具体实施方式
本发明不局限于下列具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的，或者凡是采用本发明的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本发明的保护范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明下面结合实施例作进一步详述：本发明的提高低碳冷镦钢盘条拉拔性能的控轧控冷方法对Φ6.5mm、Φ6.0mm、Φ5.5mm和Φ5.0mm几种规格的低碳冷镦钢盘条均适用，以下实施例和对比实施例以低碳冷镦钢盘条SWRCH18A(Φ6.5mm)的生产为例说明：
SWRCH18A具体成分如下：
Wt，％
C Si Mn P S Cr、Ni、Cu Al
0.15-0.20 ≤0.10 0.30-0.60 ≤0.030 ≤0.030 ≤0.20 ≥0.030
轧钢工艺流程：三段式加热炉—粗中轧和预精轧机组—精轧机组—吐丝机—斯太尔摩控冷线—打捆。其中未作限定的条件为常规条件。
实施例1
一种提高低碳冷镦钢盘条拉拔性能的控轧控冷方法，包括如下步骤：
1、钢坯加热
钢坯成分化学成分设计按重量百分数计为C：0.16％，Si：0.07％，Mn：0.35％，Al：0.038％，P：0.015％，S：0.011％，Cr：0.04％，Ni：0.05％，Cu：0.03％。
将断面150mm*150mm连铸方坯在910～1195℃温度下加热1.7小时。预热段加热温度910～990℃，加热段加热温度1130～1195℃，均热段加热温度1135～1155℃。
2、控制轧制
粗中轧和预精轧机组轧制温度1010～1088℃，轧件进入精轧机组轧制成盘条成品规格Φ6.5mm，精轧机组入口温度965～978℃，终轧温度996～1009℃。
3、吐丝
终轧后盘条通过吐丝机成圈，吐丝温度943～958℃。
4、控制冷却
吐丝成圈后在斯太尔摩控冷线上控制冷却，控冷线上第一个和最后一个保温罩开启，其余保温罩设置为半关闭状态(即留出一定的缝隙)，盘条在控冷线上的实际冷却速度为0.29℃/s，并获得所述低碳冷镦钢盘条。
实施例2
将实施例1步骤1中钢坯化学成分替换为按重量百分数计为化学成分设计按重量百分数计为C：0.19％，Si：0.06％，Mn：0.51％，Al：0.046％，P：0.010％，S：0.012％，Cr：0.09％，Ni：0.02％，Cu：0.02％，其他条件同实施例1。
对比例1
将实施例1步骤1中加热温度替换成800～1100℃温度下加热1.7小时。预热段加热温度800～900℃，加热段加热温度1000～1100℃，均热段加热温度1050～1100℃，其他条件同实施例1。
对比例2
将实施例1步骤1中加热温度替换成1000～1250℃温度下加热1.7小时。预热段加热温度1000～1050℃，加热段加热温度1200～1250℃，均热段加热温度1150～1200℃，其他条件同实施例1。
对比例3
将实施例1步骤2中粗中轧和预精轧温度替换为950～1000℃，其他条件同实施例1。
对比例4
将实施例1步骤2中精轧机组入口温度替换为900～930℃，其他条件同实施例1。
对比例5
将实施例1步骤2中精轧机组入口温度替换为850～880℃，其他条件同实施例1。
对比例6
将实施例1步骤3中吐丝温度替换为880～900℃，其他条件同实施例1。
对比例7
将实施例1步骤4中控制冷却方案替换为开启风机冷却，冷却速度为2.0℃/s，其他条件同实施例1。
对比例8
将实施例1步骤1中钢坯化学成分替换为按重量百分数计为化学成分设计按重量百分数计为C：0.26％，Si：0.27％，Mn：0.80％，Al：0.016％，P：0.035％，S：0.032％，Cr：0.10％，Ni：0.05％，Cu：0.03％，其他条件同实施例1。
对比例9
将实施例1步骤1中钢坯化学成分替换为按重量百分数计为化学成分设计按重量百分数计为C：0.10％，Si：0.07％，Mn：0.35％，Al：0.036％，P：0.015％，S：0.011％，Cr：0.10％，Ni：0.04％，Cu：0.08％，其他条件同实施例1。
本发明实施例与对比例盘条热轧态冷拉拔断丝率、钢丝性能、硬化指数及成品自攻钉强度级别符合情况如下表1：
表1
Figure BDA0002955612790000091
备注：1.下游用户拉拔断丝率≥1.5吨/次可满足正常生产加工要求，拉拔断丝率＝拉拔加工的盘条重量(吨)/断丝次数(次)。
2.硬化指数＝(拉拔后钢丝抗拉强度-热轧盘条抗拉强度)/拉拔减面率*100。
结合表1，碳含量对拉拔性能和自攻钉强度级别的影响相对最大，碳含量高了强度级别可以达到，但是拉拔性能满足不了，碳含量低了拉拔性能可以满足，但是强度级别达不到。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种提高低碳冷镦钢盘条拉拔性能的控轧控冷方法，其特征在于：包括依次进行的加热炉加热、粗中轧及预精轧机组轧制、精轧机组轧制、吐丝和斯太尔摩控冷线控制冷却步骤，具体操作方法如下：
(1)加热炉加热：采用断面150mm*150mm连铸钢坯，通过三段式步进加热炉加热，其中预热段加热温度900～1000℃，加热段加热温度1100～1200℃，均热段加热温度1130～1160℃，总加热时间为1.5～2小时，每个加热段的时间30～45分钟；
(2)粗中轧和预精轧机组轧制：加热后的钢坯依次进入粗中轧机组和预精轧机组连轧成轧件，粗中轧和预精轧机组轧制过程温度保持在1000～1100℃；
(3)精轧机组轧制：粗中轧和预精轧机组轧制后的轧件经过水箱穿水冷却，轧件随后进入精轧机组轧制，控制进入精轧机组的入口温度在960～980℃，终轧温度990～1010℃；
(4)吐丝：终轧后通过吐丝机吐丝成圈，吐丝温度为940～960℃；
(5)斯太尔摩控冷线控制冷却：吐丝成圈后在斯太尔摩控冷线上控制冷却，并控制冷却速度为0.2～0.4℃/s，并获得所述低碳冷镦钢盘条；
所述钢坯的化学成分为：按重量百分数计为C：0.13～0.24％，Si：≤0.10％，Mn：0.30～0.60％，Al：≥0.030％，P、S≤0.030％，Cr、Ni、Cu≤0.20％，其余为铁和不可避免的杂质。
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