CN114182157A - 一种弹性挡圈用钢热轧钢带的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种弹性挡圈用钢热轧钢带的制备方法，涉及钢铁生产技术领域，转炉‑小方坯一火材生产，降低生产成本；钢带成品夹杂物含量低0.5级以内，化学成分波动小，不同批次材料性能稳定，表面脱碳少；组织细小均匀晶粒度8.0级，韧性好，加工弹性挡圈寿命高，在紧固件等领域具有非常广阔的推广前景。

Description

一种弹性挡圈用钢热轧钢带的制备方法
技术领域
本发明涉及钢铁生产技术领域，特别是涉及一种弹性挡圈用钢热轧钢带的制备方法。
背景技术
弹性挡圈又称卡簧，分为轴用弹性挡圈和孔用弹性挡圈，安装于槽轴上，用作固定零部件的轴向运动。
C67S弹性挡圈用钢是高碳钢，一般采用超高功率电弧炉冶炼，生产节奏快，采用偏心炉底留钢留渣出钢，其缺点是冶炼终点钢水氧含量难控制，氧含量波动大，出钢脱氧合金化时合金元素的收得率不稳定，到达LF精炼炉成分波动大，出钢口使用后期时出钢易下渣回P，LF精炼炉造还原渣和目标成分控制困难，同时钢水初始氧含量高，初始钢水夹杂物含量也高。同时，采用电炉生产大方坯-开坯-带钢轧制二火材工艺生产成本高。
发明内容
本发明针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供一种弹性挡圈用钢热轧钢带的制备方法，为提高市场竞争力，对生产工艺进行优化，采用100t转炉-LF-RH-七机七流小方坯-带钢一火材工艺生产，其中转炉采用高拉碳工艺、防止钢水过氧化，采用滑板挡渣出钢，提高转炉出钢脱氧合金化时合金的收得率，实现LF炉初始钢水成分稳定控制；LF精炼造白渣时间10min以内，白渣保持时间30min以上，终点成分精确调整实现窄成分控制；RH真空处理后软Ar时间长，保证夹杂物充分上浮去除；连铸采用水模试验结构最优“稳流器+斜孔导流墙+开孔挡坝”的七机七流整体水口中间包，钢水在中间包停留时间长、死区少夹杂物上浮充分、成分和温度均匀性好的中间包结构。大包开浇前中包吹Ar处理，防止钢水二次氧化。包括转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、连铸、加热、除鳞、轧制、冷却和卷取工序，
(1)转炉冶炼
采用转炉冶炼钢水，向炉内加入石灰和白云石，控制供氧量，采用高拉碳工艺，防止钢水过氧化，采用滑板挡渣出钢，控制出钢时钢水中C含量≥0.08％，P含量≤0.010％，钢水的氧含量≤400ppm；出钢加入300kg改性精炼渣；
(2)LF精炼
向炉内加入合金进行钢水合金化，加入高纯碳化硅进行扩散脱氧，加入石灰和萤石进行造渣，精炼时间40～70min，白渣保持时间30～50min，渣系采用CaO-SiO2-Al2O3，二元碱度控制在2.0-3.0，精炼过程中根据炉渣碱度和流动性适当补加石灰和萤石；
(3)RH真空处理
真空度≤1mbar，处理时间10min以上，破真空后喂纯钙棒包心线100m，对夹杂物进行变形处理，喂纯钙棒包心线后软吹Ar时间20min以上，保证夹杂物充分上浮去除；
(4)连铸
连铸采用水模试验结构最优稳流器+斜孔导流墙+开孔挡坝的七机七流整体水口中间包，长水口Ar封全保护浇铸，同时大包开浇前中间包吹Ar处理，防止钢水二次氧化；使用高碳钢保护渣，中包过热度10-30℃,150*150mm连铸拉速2.0-2.2m/min、150*220mm连铸拉速1.3-1.5m/min，采用恒拉速浇铸工艺，使用结晶器和末端电磁搅拌，浸入式水口插入深度120-150mm；结晶器液面自动控制，液面波动≤±6mm；
(5)加热
采用三段连续推钢式加热炉加热小矩坯，加热段温度为1060～1160℃，均热段温度为1060～1120℃，小矩坯断面温差小于30℃；
(6)轧制
将加热后的小矩坯经高压水除鳞后进行轧制，包括粗轧、中精轧和终轧，粗轧采用往复式多道次轧制，开轧温度1020～1130℃；中精轧开轧温度950～1020℃，并通过AGC系统控制厚度公差；终轧温度890～960℃；
(7)冷却和卷取
将轧制后的钢带空冷、卷取，卷取温度630～710℃。
本发明进一步限定的技术方案是：
前所述的一种弹性挡圈用钢热轧钢带的制备方法，步骤(1)中冶炼工序结束时，钢水的初始成分达到目标成分下限的70％～90％。
前所述的一种弹性挡圈用钢热轧钢带的制备方法，步骤(2)中LF精炼按钢水的目标成分进行微调，钢水的目标成分以重量百分比含量计为：C：0.65％～0.73％、Si：0.15％～0.35％、Mn：0.60％～0.90％、P≤0.015％、S≤0.010％、Cr≤0.40％、Ni≤0.40％、Cu≤0.20％、Mo≤0.10％、Alt：0.010％～0.070％，其余为铁和微量元素。
前所述的一种弹性挡圈用钢热轧钢带的制备方法，步骤(2)中加入的合金为高碳锰铁合金和硅铁合金。
前所述的一种弹性挡圈用钢热轧钢带的制备方法，步骤(2)中加入的增碳剂为高纯石墨碳材。
前所述的一种弹性挡圈用钢热轧钢带的制备方法，步骤(5)中加热气氛为还原性气氛，控制烟气残氧量≤3％。
前所述的一种弹性挡圈用钢热轧钢带的制备方法，步骤(6)中精轧的厚度公差小于0.05mm。
本发明的有益效果是：
(1)本发明能够使弹性挡圈用钢的纯净度和组织均匀性得到极大改善，表面脱碳层少，提高弹性挡圈用钢的弹性；
(2)本发明中转炉冶炼工序通过控制供氧量，采用高拉碳工艺，防止钢水过氧化；采用滑板挡渣出钢，极大地减少下渣量，使钢水氧化性大大降低，既可以提高合金元素收得率，减少增碳剂用量，降低生产成本，又可减少钢中夹杂物含量，提高钢水纯净度；
(3)本发明中LF精炼采用高碳锰铁合金和硅铁合金进行钢水合金化，以高纯碳化硅或高纯石墨碳材进行脱氧，采用石灰和萤石渣系达到钢水快速脱S的效果，同时造泡沫渣实现渣埋弧操作，减少钢液的吸N量；
(4)本发明中连铸工序采用小方坯、小矩坯连铸，采用水模试验中包流场最优“稳流器+斜孔导流墙+开孔挡坝”七机七流小方坯连铸机浇铸，钢水混匀时间缩短，停留时间增加，而且钢水在每个流的停留时间接近，夹杂物有效上浮时间增加，进而提高了浇铸钢坯的纯净度；
(5)本发明中加热工序采用还原性气氛下低温慢烧、高温快烧，控制烟气残氧量≤3％，减少铸坯表面脱碳；
(6)本发明所制得的钢带成品夹杂物含量低0.5级以内，化学成分波动小，不同批次材料性能稳定，成品表面脱碳少，组织细小均匀晶粒度8.0级，韧性好，加工弹性挡圈寿命高，在紧固件等领域具有非常广阔的推广前景。
附图说明
图1为七流中间包尺寸示意图。
具体实施方式
实施例1
一种C67S弹性挡圈用钢的制备方法，依次包括转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、连铸、加热、除鳞、轧制、冷却和卷取工序，具体步骤如下：
(1)转炉冶炼：转炉中加入25吨废钢和100吨铁水，冶炼钢水的过程中加入活性石灰4720kg、石灰石360kg和白云石1800kg，控制供氧量为5800m3，采用高拉碳工艺，使用滑板挡渣出钢，控制出钢时钢水中C含量0.15％，P含量0.010％，钢水的氧含量260ppm；转炉出钢过程中加入高碳锰铁700kg、硅铁170kg、高纯石墨碳材500kg、铝块110kg、石灰500kg、改性精炼渣300kg，钢水的初始成分达到目标成分下限的80％。
(2)LF精炼：向LF精炼炉内加入硅锰160kg、高碳铬铁合金200kg、高纯石墨碳材150kg进行钢水合金化，少量多批次加入高纯碳化硅120kg进行扩散脱氧，加入石灰250kg进行造渣，控制精炼时间50min，白渣保持时间在40min，控制炉渣二元碱度2.88；钢水的目标成分以重量百分比含量计为：C：0.68％、Si：0.24％、Mn：0.65％、P：0.015％、S：0.002％、Cr：020％、Ni：0.05％、Cu：0.03％，Alt：0.022％其余为铁和微量元素。
(3)RH真空处理：LF精炼的钢水成分合格后，进行RH真空脱气，真空度0.46mbar，处理时间10min，破真空后加大包覆盖剂，软吹氩气搅拌45min，静搅时渣面微动不见光。
(4)连铸：钢水RH真空处理后，吊包到小方坯6#连铸机浇铸，连铸采用水模试验结构最优“稳流器+斜孔导流墙+开孔挡坝”的七机七流整体水口中间包，采用整体水口连铸机、长水口Ar封全保护浇铸，同时大包开浇前中间包吹Ar处理，防止钢水二次氧化。如图1所示，过热度21℃，拉速1.40m/min恒拉速进行浇铸制得尺寸150mm×220mm的小矩坯。其中比水量为0.60L/kg，结晶器电磁搅拌频率3.50Hz、电流350A；末端电磁搅拌频率8Hz、电流300A；铸坯中心偏析、中心缩孔和中心疏松均低于1.0级。该中间包钢水停留时间长，每个流钢水停留时间接近，成分和温度均匀，死区体积小，非金属夹杂物能够充分碰撞长大上浮去除。
(5)加热：将150mm×220mm的小矩坯装入三段连续推钢式加热炉中，在还原性气氛中加热，烟气残氧量2.1％。加热炉加热段温度控制在1120℃，均热段温度控制在1070℃，钢坯断面温差小于30℃。
(6)轧制：将加热后的150mm×220mm小矩坯经高压水除鳞后送入轧制工序，包括粗轧、中精轧和终轧。其中粗轧采用往复式Φ650和Φ500粗轧机组多道次轧制，开轧温度1085℃，经过6道次粗轧后中精轧；中精轧全线共计10架轧机，前3架中轧，后7架精轧，其形式为立-平-平-立-平-平-平-平-平-平，配备AGC全自动测厚仪，控制厚度公差，中精轧开轧温度990℃；通过控制终轧速度来控制终轧温度，终轧温度870℃，终轧速度6m/s，然后经扭转，蛇形震荡抵平板链运输和冷却。
(7)冷却和卷取：将轧制后的钢带空冷，检查表面质量和尺寸公差，进行卷取、打包和入库，卷取温度680℃。
实施例2
一种C67S弹性挡圈用钢的制备方法，依次包括转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、连铸、加热、除鳞、轧制、冷却和卷取工序，具体步骤如下：
(1)转炉冶炼：转炉中加入26吨废钢和109吨铁水，冶炼钢水的过程中加入活性石灰4350kg、石灰石500kg和白云石2400kg，控制供氧量为6200m3，采用高拉碳工艺，使用滑板挡渣出钢，控制出钢时钢水中C含量0.23％，P含量0.008％，钢水的氧含量280ppm；转炉出钢过程中加入高碳锰铁710kg、硅铁175kg、高纯石墨碳材450kg、铝块110kg、石灰505kg、改性精炼渣300kg，钢水的初始成分达到目标成分下限的75％。
(2)LF精炼：向LF精炼炉内加入硅锰180kg、高碳铬铁合金195kg、高纯石墨碳材200kg进行钢水合金化，少量多批次加入高纯碳化硅120kg进行扩散脱氧，加入石灰300kg进行造渣，控制精炼时间50min，白渣保持时间在40min，控制炉渣二元碱度2.41；钢水的目标成分以重量百分比含量计为：C：0.69％、Si：0.24％、Mn：0.66％、P：0.012％、S：0.004％、Cr：018％、Ni：0.06％、Cu：0.03％，Alt：0.026％其余为铁和微量元素。
(3)RH真空处理：LF精炼的钢水成分合格后，进行RH真空脱气，真空度0.39mbar，处理时间10min，破真空后加大包覆盖剂，软吹氩气搅拌35min，静搅时渣面微动不见光。
(4)连铸：钢水RH真空处理后，吊包到小方坯6#连铸机浇铸，连铸采用水模试验结构最优“稳流器+斜孔导流墙+开孔挡坝”的七机七流整体水口中间包，长水口Ar封全保护浇铸，同时大包开浇前中间包吹Ar处理，防止钢水二次氧化，如图1所示，过热度21℃，拉速1.40m/min恒拉速进行浇铸制得尺寸150mm×220mm的小矩坯。其中比水量为0.60L/kg，结晶器电磁搅拌频率3.00Hz、电流300A；末端电磁搅拌频率8Hz、电流450A；铸坯中心偏析、中心缩孔和中心疏松均低于1.0级。该中间包钢水停留时间长，每个流钢水停留时间接近，成分和温度均匀，死区体积小，非金属夹杂物能够充分碰撞长大上浮去除。
(5)加热：将150mm×220mm的小矩坯装入三段连续推钢式加热炉中，在还原性气氛中加热，烟气残氧量2.1％。加热炉加热段温度控制在1115℃，均热段温度控制在1085℃，钢坯断面温差小于30℃。
(6)轧制：将加热后的150mm×220mm小矩坯经高压水除鳞后送入轧制工序，包括粗轧、中精轧和终轧。其中粗轧采用往复式Φ650和Φ500粗轧机组多道次轧制，开轧温度1075℃，经过6道次粗轧后中精轧；中精轧全线共计10架轧机，前3架中轧，后7架精轧，其形式为立-平-平-立-平-平-平-平-平-平，配备AGC全自动测厚仪，控制厚度公差，中精轧开轧温度980℃；通过控制终轧速度来控制终轧温度，终轧温度910℃，终轧速度6m/s，然后经扭转，蛇形震荡抵平板链运输和冷却。
(7)冷却和卷取：将轧制后的钢带空冷，检查表面质量和尺寸公差，进行卷取、打包和入库，卷取温度670℃。
实施例3
一种C67S弹性挡圈用钢的制备方法，依次包括转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、连铸、加热、除鳞、轧制、冷却和卷取工序，具体步骤如下：
(1)转炉冶炼：转炉中加入25吨废钢和108吨铁水，冶炼钢水的过程中加入活性石灰4100kg、石灰石1300kg和白云石3000kg，控制供氧量为6500m3，采用高拉碳工艺，使用滑板挡渣出钢，控制出钢时钢水中C含量0.31％，P含量0.004％，钢水的氧含量293ppm；转炉出钢过程中加入高碳锰铁720kg、硅铁200kg、高纯石墨碳材450kg、铝块110kg、石灰500kg、改性精炼渣300kg，钢水的初始成分达到目标成分下限的75％。
(2)LF精炼：向LF精炼炉内加入高碳锰铁190kg、硅锰120kg、高碳铬铁合金215kg、高纯石墨碳材170kg进行钢水合金化，少量多批次加入高纯碳化硅120kg进行扩散脱氧，加入石灰200kg进行造渣，控制精炼时间50min，白渣保持时间在40min，控制炉渣二元碱度2.71；钢水的目标成分以重量百分比含量计为：C：0.69％、Si：0.24％、Mn：0.66％、P：0.012％、S：0.004％、Cr：018％、Ni：0.06％、Cu：0.03％，Alt：0.026％其余为铁和微量元素。
(3)RH真空处理：LF精炼的钢水成分合格后，进行RH真空脱气，真空度0.39mbar，处理时间10min，破真空后加大包覆盖剂，软吹氩气搅拌35min，静搅时渣面微动不见光。
(4)连铸：钢水RH真空处理后，吊包到小方坯6#连铸机浇铸，连铸采用水模试验结构最优“稳流器+斜孔导流墙+开孔挡坝”的七机七流整体水口中间包，长水口Ar封全保护浇铸，同时大包开浇前中间包吹Ar处理，防止钢水二次氧化，如图1所示，过热度21℃，拉速1.40m/min恒拉速进行浇铸制得尺寸150mm×220mm的小矩坯。其中比水量为0.60L/kg，结晶器电磁搅拌频率3.00Hz、电流300A；末端电磁搅拌频率8Hz、电流450A；铸坯中心偏析、中心缩孔和中心疏松均低于1.0级。该中间包钢水停留时间长，每个流钢水停留时间接近，成分和温度均匀，死区体积小，非金属夹杂物能够充分碰撞长大上浮去除。
(5)加热：将150mm×220mm的小矩坯装入三段连续推钢式加热炉中，在还原性气氛中加热，烟气残氧量2.1％。加热炉加热段温度控制在1115℃，均热段温度控制在1085℃，钢坯断面温差小于30℃。
(6)轧制：将加热后的150mm×220mm小矩坯经高压水除鳞后送入轧制工序，包括粗轧、中精轧和终轧。其中粗轧采用往复式Φ650和Φ500粗轧机组多道次轧制，开轧温度1075℃，经过6道次粗轧后中精轧；中精轧全线共计10架轧机，前3架中轧，后7架精轧，其形式为立-平-平-立-平-平-平-平-平-平，配备AGC全自动测厚仪，控制厚度公差，中精轧开轧温度980℃；通过控制终轧速度来控制终轧温度，终轧温度910℃，终轧速度6m/s，然后经扭转，蛇形震荡抵平板链运输和冷却。
(7)冷却和卷取：将轧制后的钢带空冷，检查表面质量和尺寸公差，进行卷取、打包和入库，卷取温度670℃。
本发明实施例1～3制得的弹性挡圈用钢C67S热轧钢带的组分特征见表1。检测实施例1～3所制得弹性挡圈用热轧钢带的厚度、其单面总脱碳层厚度、夹杂物类型等级以及钢带冷轧成品淬火回火处理后的力学性能，所得结果见表2。
表1实施例1～3制得的弹性挡圈用热轧钢带各组分的重量百分比
样号 C Si Mn P S Cr Ni Cu Alt
实施例1 0.68 0.24 0.65 0.015 0.002 0.20 0.05 0.03 0.024
实施例2 0.69 0.24 0.66 0.012 0.004 0.18 0.06 0.03 0.026
实施例3 0.69 0.24 0.65 0.009 0.003 0.19 0.06 0.03 0.024
表2实施例1～3所制得弹性挡圈用热轧钢带的综合性能
Figure BDA0003316192170000101
表3夹杂物类型及等级的协议控制标准
夹杂物类型 A类硫化物 B类氧化物 C类硅酸盐 D类球状氧化物
细系 ≤2.0 ≤2.0 ≤2.0 ≤2.0
粗系 ≤2.0 ≤2.0 ≤2.0 ≤2.0
由表1可以看出，本发明所制备的弹性挡圈用钢热轧钢带成品的化学成分波动小。
脱碳层厚度的行业控制标准为钢带厚度≤3.00mm时，单面总脱碳层≤0.08mm；钢带厚度＞3.00mm时，单面总脱碳层≤实际厚度的2.5％。由表2可以看出，本发明制得的钢带厚度≤3.00mm时，单面总脱碳层为0.05mm和0.06mm；钢带厚度＞3.00mm时，单面总脱碳层为0.05mm和0.07mm，可见本发明制备的弹簧钢热轧钢带成品的表面脱碳层少，优于现有的协议控制标准。
夹杂物类型分为A类硫化物、B类氧化物、C类硅酸盐、D类球状氧化物及DS类大颗粒夹杂物，其中A类、B类、C类和D类夹杂物又分为细系和粗系，夹杂物级别越低，钢的纯净度越高，具体的协议控制标准见表3。从表2的检验结果可以看出，本发明制备的钢带夹杂物只有B类细系、D类细系和粗系为0.5级，其余都是0级，说明本发明所制备的弹性挡圈用热轧钢带成品的夹杂物含量低，不同批次间材料的组织、晶粒度细小性能稳定、弹性好。可广泛应用于汽车配件等领域。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种弹性挡圈用钢热轧钢带的制备方法，包括转炉冶炼、LF精炼、RH 真空处理、连铸、加热、除鳞、轧制、冷却和卷取工序，其特征在于：
（1）转炉冶炼
采用转炉冶炼钢水，向炉内加入石灰和白云石，控制供氧量，采用高拉碳工艺，防止钢水过氧化，采用滑板挡渣出钢，控制出钢时钢水中C含量≥0.08%，P含量≤0.010%，钢水的氧含量≤400ppm；出钢加入300kg改性精炼渣；
（2）LF精炼
向炉内加入合金进行钢水合金化，加入高纯碳化硅进行扩散脱氧，加入石灰和萤石进行造渣，精炼时间40～70min，白渣保持时间30～50min，渣系采用CaO-SiO2-Al2O3，二元碱度控制在2.0-3.0，精炼过程中根据炉渣碱度和流动性适当补加石灰和萤石；
（3）RH真空处理
真空度≤1mbar，处理时间10min以上，破真空后喂纯钙棒包心线100m，对夹杂物进行变形处理，喂纯钙棒包心线后软吹Ar时间20min以上，保证夹杂物充分上浮去除；
（4）连铸
连铸采用水模试验结构最优稳流器+斜孔导流墙+开孔挡坝的七机七流整体水口中间包，长水口Ar封全保护浇铸，同时大包开浇前中间包吹Ar处理，防止钢水二次氧化；使用高碳钢保护渣，中包过热度10-30℃,150*150mm连铸拉速2.0-2.2m/min、150*220mm连铸拉速1.3-1.5m/min，采用恒拉速浇铸工艺，使用结晶器和末端电磁搅拌，浸入式水口插入深度120-150mm；结晶器液面自动控制，液面波动≤±6mm；
（5）加热
采用三段连续推钢式加热炉加热小矩坯，加热段温度为1060～1160℃，均热段温度为1060～1120℃，小矩坯断面温差小于30℃；
（6）轧制
将加热后的小矩坯经高压水除鳞后进行轧制，包括粗轧、中精轧和终轧，粗轧采用往复式多道次轧制，开轧温度1020～1130℃；中精轧开轧温度950～1020℃，并通过AGC系统控制厚度公差；终轧温度890～960℃；
（7）冷却和卷取
将轧制后的钢带空冷、卷取，卷取温度630～710℃。
2.根据权利要求1所述的一种弹性挡圈用钢热轧钢带的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中冶炼工序结束时，钢水的初始成分达到目标成分下限的70%～90%。
3.根据权利要求1所述的一种弹性挡圈用钢热轧钢带的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中LF精炼按钢水的目标成分进行微调，钢水的目标成分以重量百分比含量计为：C：0.65%～0.73%、Si：0.15%～0.35%、Mn：0.60%～0.90%、P≤0.015%、S≤0.010%、Cr≤ 0.40%、Ni≤0.40%、Cu≤0.20%、Mo ≤0.10%、Alt：0.010%～0.070%，其余为铁和微量元素。
4.根据权利要求1所述的一种弹性挡圈用钢热轧钢带的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中加入的合金为高碳锰铁合金和硅铁合金。
5.根据权利要求1所述的一种弹性挡圈用钢热轧钢带的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中加入的增碳剂为高纯石墨碳材。
6.根据权利要求1所述的一种弹性挡圈用钢热轧钢带的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中加热气氛为还原性气氛，控制烟气残氧量≤3%。
7.根据权利要求1所述的一种弹性挡圈用钢热轧钢带的制备方法，其特征在于：所述步骤（6）中精轧的厚度公差小于0.05mm。
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