CN115305408B - 一种公称直径16～20mm的高韧性冷镦及冷挤压用钢10B28盘条及其制备方法 - Google Patents

一种公称直径16～20mm的高韧性冷镦及冷挤压用钢10B28盘条及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种公称直径16～20mm的大规格高韧性冷镦及冷挤压用钢10B28盘条及其制备方法。所述盘条具有下列重量百分比的化学成分：C 0.26～0.32%，Mn 0.75～0.90%，Si 0.15～0.28%，P≤0.015%，S≤0.010%，O≤0.0015%，H≤0.0002%，Cr 0.15～0.22%，B 0.0010%～0.0050%，Ti 0.010～0.030，N≤0.0050%，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明通过化学元素匹配、冶炼工艺优化、轧制工艺调整制备公称直径16～20mm的大规格高强度冷镦及冷挤压用钢10B28盘条，得到的盘条夹杂物较少，微观组织均匀，各项力学性能优良，具有良好的淬透性及加工性能，大规格盘条1/3顶锻合格率高，且不需要球化退火处理可直接冷镦成形处理生产8.8～9.6级别标准件，降低了下游行业加工高强度紧固件的生产成本。

Description

一种公称直径16～20mm的高韧性冷镦及冷挤压用钢10B28盘 条及其制备方法
技术领域
本发明属于钢铁冶炼技术领域，具体涉及一种公称直径16～20mm的高韧性冷镦及冷挤压用钢10B28盘条及其制备方法。
背景技术
目前，冷镦钢线材市场需求逐渐增加，其在汽车、航空、建筑等行业得到了广泛的应用，特别是用于加工螺栓、螺钉、螺帽等标准件和紧固件。冷镦钢系列主要包括ML35CrMo、SCM415、35CrMo等含Cr-Mo型冷镦钢，ML40Cr、40Cr等含Cr型冷镦钢，10B28、10B33、10B31等中低碳含B型冷镦钢，能够满足下游用户生产5.6~12.9级紧固件性能要求。冷镦及冷挤压用钢10B28盘条属于冷加工用钢，在云南市场主要用于生产8.8~10.9级的螺钉类产品，如螺栓、螺帽等紧固件，其加工性能要求较高，不仅要具备一定的强度、硬度，还要有较高韧性塑性，以适应其在加工成型过程中变形量大、变形速度快等特点，要求冷镦盘条必须具有优良的可加工性能和机械性能，且化学成分和显微组织均匀，并具有合适的晶粒度。晶粒细小会导致抗拉强度、屈服强度升高，抗变形能力增加，冷镦成型性也越差不利于冷镦成形；晶粒过粗，会加速钢材的加工硬化，使脆性增加，随着加工程度的深入会出现开裂甚至裂断。特别是大规格冷镦钢在加工中有变形量大、变形速度快等特点，晶粒度，组织及危害元素含量对性能较为敏感，1/3顶锻容易出现裂纹，合格率较低，性能不稳定，用户在使用加工成样品过程中容易出现裂纹。所以只有合理的成分搭配，组织均匀，晶粒度适合的钢材才能具有较好的塑形和韧性，能够实现较大的延伸率和断面收缩率，不利于裂纹的发展，故细晶粒钢的综合机械性能较好。
本发明旨在提供一种性能优异、成本较低的不需要球化退火处理可直接冷镦成形处理生产8.8～9.6级别标准件的公称直径16～20mm的高韧性冷镦及冷挤压用钢10B28盘条。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种公称直径16～20mm的高韧性冷镦及冷挤压用钢10B28盘条，本发明的第二目的是提供所述公称直径16～20mm的高韧性冷镦及冷挤压用钢10B28盘条的制备方法。
本发明的第一目的是这样实现的，一种公称直径16～20mm的高韧性冷镦及冷挤压用钢10B28盘条，具有下列重量百分比的化学成分：C 0.26～0.32%，Mn 0.75～0.90%，Si0.15～0.28%，P≤0.015%，S≤0.010%，O≤0.0015%，H≤0.0002%，Cr 0.15～0.22%，B0.0010%～0.0050%，Ti 0.010～0.030，N≤0.0050%，其余为Fe及不可避免的杂质，非金属夹杂物≤0.5级，断面收缩率为42～50%，晶粒度为9.5～10.5，珠光体含量为35～42%， 1/2顶锻合格率和1/3顶锻合格率为100%。
本发明的第二目的是这样实现的，所述公称直径16～20mm的高韧性冷镦及冷挤压用钢10B28盘条的制备方法，按以下步骤实现：
A、铁水预处理脱硫：将铁水运送至KR法铁水预处理装置采用CaO基钙系脱硫剂进行脱硫处理得到预处理后铁水，预处理后铁水成分控制为：C：4.50～5.00%，Si：0.30～0.50%、Mn：0.25～0.50%，P：0.100～0.120%，S≤0.005%，其余为Fe及不可避免的不纯物；
B、钢水冶炼：将铁水、低硫精废钢分别按45.0～48.0t/炉、10.0～15.0t/炉加入到50t转炉中，进行常规顶底复合吹炼，冶炼全程底吹氩，底吹供气强度按冶炼过程碳氧反应前中后期分别采用“强～中～强”模式进行控制，按常规比例加入石灰、白云石、菱镁球造渣，控制吹炼终点C为0.10～0.15%，P≤0.015%、S≤0.020%，出钢温度≤1650℃；出钢前对钢包底吹氩气进行清扫，出钢时采用渣洗及全程底吹氩工艺，氩气流量控制为20～40NL/min，确保出钢全程钢包底吹氩；出钢前向钢包底部加入3.0～5.0kg/t钢石灰，1.5～2.0kg/t钢的精炼渣；当钢包中的钢水量大于1/4时，依次向钢包中加入下列物质：按10.5～11.5kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.8wt%，C 6.7wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按2.5～3.2kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：C≤6.0wt%，Cr ≥52.0wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按1.7～2.8kg/t钢的量，加入Si含量为73.5wt%的硅铁；按0.74～0.12kg/t钢的量，加入下列质量比的低氮增碳剂：C 92.53wt%，S 0.085wt%，灰份4.15wt%，挥发份 1.64wt%，水份 0.75wt%，其余为不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到2/5时加完上述合金及增碳剂；出钢时间≥2min，出钢完毕后，对钢水吹氩2～4分钟，氩气流量为20～30NL/min；吹氩结束后，将钢水吊送至LF炉精炼工序，确保[O]≤20ppm。
C、LF炉精炼：将钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用小氩量20～30NL/min吹氩1～3分钟，然后下电极采用档位8～10档化渣，通电化渣2～4分钟，随后加大氩气流量，氩气流量范围为30～40NL/min，加入钛铁60～70kg，软吹氩2～4min，之后加入硼铁10～15kg；再将钢水温度加热至1585～1595℃后喂入具有下列质量比的硅钙线：Si56.5wt%、Ca 29.5 wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物，开浇炉喂线200～250米/炉，后续炉为150～200米/炉，喂线速度2.5～3.5米/秒，喂线后钢中[Ca]/[Al]≥0.14；喂线结束采用流量为20～30NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为4～6分钟，之后加入无碳覆盖剂30～50kg，喂线后保证软吹氩时间大于10分钟，然后将钢水吊至浇铸工位，精炼周期确保≥20min；
D、钢水浇铸：钢水连铸采用全程保护浇铸，在中间包温度为1520～1530℃，拉速为1.8～2.2m/min，结晶器水口插入深度按100～120mm控制，结晶器水量按105～115m3/h控制，二冷比水量为1.0～1.2L/kg的条件下，将钢水连铸成断面150mm×150mm的钢坯，定尺长度为11.7～11.9m；
E、钢坯轧制：将钢坯送入均热段温度为1080～1100℃的蓄热式加热炉中，加热40～50min后送入粗轧机架进行轧制，钢坯出钢温度为1050-1100℃；轧制过程中，开轧温度为970℃～1000℃，通条钢温差≤40℃，进精轧温度控制为930～960℃，吐丝温度940～970℃，轧制速度15.0～16.0m/s；控冷过程中水冷采用高压喷水冷却，水冷锻的水箱布置为1号水箱开2～4个水嘴，2号水箱开3～5个水嘴，3 、4 号水箱全关，5 号水箱开3～5个水嘴，6 号、7号水箱关闭，水箱内工作水压为0.3～0.6Mpa；控冷方式采用斯太尔摩辊道控冷工艺，风机开启1号风机，风量50%～80%，风机风量150000m3/h～200000m3/h，1～4#保温罩盖全开，其它全部关闭，采用递增式辊道速度，风冷结束后集卷温度为660～700℃，之后在P-F轨道进行自然空冷至室温即获得目标盘条。
本发明的原理如下：
1、本发明采用低硫精废钢和低氮增碳剂，减少原料中S、N有害元素的引入，有利于冶炼过程中进一步降低MnS夹杂物及游离N含量，在氩站形成精炼初渣，并在出钢结束后进行吹氩处理，促进钢水中夹杂物的上浮并排除，改善钢水洁净度，为 LF 造渣工艺去除钢中夹杂物创造条件。LF采用升温、造渣、喂线、软吹氩、钙处理工艺，提高钢水洁净度，有效降低有害元素含量，通过对不同时期氩气流量控制进行软吹氩工艺，可以进一步减少冶炼后期增N，且促进夹杂物的上浮，同时对[Ca]/[Al]比例进行调控，抑制钢中Als含量，降低冶炼过程产生Al2O3脆性夹杂。考虑到冷镦钢对冷顶锻性能的高要求，本发明通过添加Al与Ti元素，Al与N形成细小的 AlN 颗粒，在奥氏体晶界处析出，钉扎了晶界，使得材料晶粒细化、组织更加均匀，从而提高冷镦性能。合理调控Al与加Ti添加时机，在加强钢水脱氧的同时，保证了脱氧产物三氧化二铝夹杂有足够的条件上浮，添加B元素，提高钢的淬透性和冷加工性能，通过Ti和B元素匹配，产生的第二相粒子的析出行为能够抑制奥氏体再结晶和晶粒长大，且以弥散析出的粒子的阻碍位错滑移来强化金属；利用Ti/N结合机理，同时控制好TiN的析出时机和形态，防止TiN夹杂的产生，有效降低游离N含量，以充分发挥BF的作用，并减轻N时效的影响。调整Mn含量按下限控制，适当提高Cr含量，保证强度的同时，避免Mn元素含量偏大导致珠光体含量过大。
2、本发明合理的均热温度、开轧温度，避免晶粒粗大或珠光体团产生，弱化水冷，提高NTM及吐丝温度，采用中高温吐丝温度，降低吐丝前盘条表面淬硬性，结合元素含量及相变机制适当开启1#风机，避免吐丝后奥氏体再结晶及晶粒长大，同时增加铁素体的形核趋势，防止盘条晶粒度过大或过小，若晶粒过小，晶粒细小会导致抗拉强度、屈服强度升高、抗变形能力增加，大规格冷镦钢在加工中有变形量大、变形速度快等特点，其变形阻力较大易导致的开裂倾向，不利于冷镦成形。若晶粒过粗，会加速钢材的加工硬化，使脆性增加，随着加工程度的深入会出现开裂甚至裂断。开启1～4号罩盖，关闭其它罩盖，使盘条在辊道上均匀冷却，盘条进入4#罩盖时刚好达铁素体相变温度，使铁素体在保温罩盖区域进行回复再结晶并充分转变，避免盘条刚进入罩盖或者在罩盖内前期提前发生珠光体转变，导致珠光体含量过大，保证珠光体含量在35～40%范围，形成均匀的块状铁素体和珠光体组织；采用递增式辊道速度，有效增加线圈密度，减少搭接点和非搭接点的温度差。
3、本发明通过化学元素匹配，及冶炼工艺优化改善坯料质量，通过轧制工艺调整母材晶粒大小及珠光体含量等改善母材的加工性能，减少盘条内部缺陷及将有害元素控制在合理范围，充分发挥Cr、Mn、B等元素的有机匹配作用，利用轧制温度及冷却工艺的调控，在中高温区吐丝温度条件下，通过风机及罩盖调控，保证晶粒度及珠光体含量介于一定范围，有利于大规格盘条在较大形变情况下降低变形阻力，满足一定强度和硬度，提高其韧性及塑性，降低规格盘条1/3顶锻开裂。其中钢中气体含量及夹杂物显著降低，P≤0.015%、S≤0.010%，氧含量≤0.0015%，氢含量≤0.0002%，氮含量≤0.0050%，非金属夹杂物≤0.5级，使盘条表面及内部缺陷大幅度减少。
本发明的有益效果为：
本发明通过化学元素匹配、冶炼工艺优化、轧制工艺调整制备公称直径16～20mm的大规格高强度冷镦及冷挤压用钢10B28盘条，通过氩站、精炼冶炼工艺控制钢水洁净度在合理范围，添加Ti、B等元素，提高钢的淬透性和冷加工性能，并发挥Ti元素固N作用，有效降低游离N含量；同时对C、Mn、Si含量进行窄范围控制，且轧钢工序通过弱化轧后水冷工艺，控制吐丝温度在中高温区，并通过风机及罩盖动态调控母材晶粒大小及珠光体含量，使钢中气体含量及夹杂物显著降低，P≤0.015%、S≤0.010%，氧含量≤0.0015%，氢含量≤0.0002%，氮含量≤0.0050%，非金属夹杂物≤0.5级，减少盘条表面及内部缺陷，改善母材晶粒大小及珠光体含量。本发明生产的高韧性冷镦及冷挤压用钢10B28盘条洁净度高，夹杂物较少，微观组织均匀，各项力学性能优良，具有良好的淬透性及加工性能，大规格盘条1/3顶锻合格率高，且不需要球化退火处理可直接冷镦成形处理生产8.8～9.6级别标准件，降低了下游行业加工高强度紧固件的生产成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作做一步的详细说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所做的任何变换或改进，均落入本发明的保护范围。
本发明一种公称直径16～20mm的高韧性冷镦及冷挤压用钢10B28盘条，具有下列重量百分比的化学成分：C：0.26～0.32%，Mn：0.75～0.90%，Si：0.15～0.28%，P≤0.015%，S≤0.010%，O≤0.0015%，H≤0.0002%，Cr：0.15～0.22%，B：0.0010%～0.0050%，Ti：0.010～0.030，N≤0.0050%，其余为Fe及不可避免的杂质，非金属夹杂物≤0.5级，断面收缩率为42～50%，晶粒度为9.5～10.5，珠光体含量为35～42%， 1/2顶锻合格率和1/3顶锻合格率为100%。本发明提供的10B28盘条工艺力学性能及显微组织及夹杂物见表1-2。
表1 本发明生产的10B28盘条工艺力学性能
表2 本发明生产的10B28盘条显微组织及夹杂物
本发明还提供了所述公称直径16～20mm的高韧性冷镦及冷挤压用钢10B28盘条的制备方法，按以下步骤实现：
A、铁水预处理脱硫：将铁水运送至KR法铁水预处理装置采用CaO基钙系脱硫剂进行脱硫处理得到预处理后铁水，预处理后铁水成分控制为：C：4.50～5.00%，Si： 0.30～0.50%、Mn：0.25～0.50%，P：0.100～0.120%，S≤0.005%，其余为Fe及不可避免的不纯物；
B、钢水冶炼：将铁水、低硫精废钢分别按45.0～48.0t/炉、10.0～15.0t/炉加入到50t转炉中，进行常规顶底复合吹炼，冶炼全程底吹氩，底吹供气强度按冶炼过程碳氧反应前中后期分别采用“强～中～强”模式进行控制，按常规比例加入石灰、白云石、菱镁球造渣，控制吹炼终点C为0.10～0.15%，P≤0.015%、S≤0.020%，出钢温度≤1650℃；出钢前对钢包底吹氩气进行清扫，出钢时采用渣洗及全程底吹氩工艺，氩气流量控制为20～40NL/min，确保出钢全程钢包底吹氩；出钢前向钢包底部加入3.0～5.0kg/t钢石灰，1.5～2.0kg/t钢的精炼渣；当钢包中的钢水量大于1/4时，依次向钢包中加入下列物质：按10.5～11.5kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.8wt%，C 6.7wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按2.5～3.2kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：C≤6.0wt%，Cr ≥52.0wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按1.7～2.8kg/t钢的量，加入Si含量为73.5wt%的硅铁；按0.74～0.12kg/t钢的量，加入下列质量比的低氮增碳剂：C 92.53wt%，S 0.085wt%，灰份4.15wt%，挥发份 1.64wt%，水份 0.75wt%，其余为不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到2/5时加完上述合金及增碳剂；出钢时间≥2min，出钢完毕后，对钢水吹氩2～4分钟，氩气流量为20～30NL/min；吹氩结束后，将钢水吊送至LF炉精炼工序，确保[O]≤20ppm。
C、LF炉精炼：将钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用小氩量20～30NL/min吹氩1～3分钟，然后下电极采用档位8～10档化渣，通电化渣2～4分钟，随后适当加大氩气流量至30～40NL/min，加入钛铁60～70kg，软吹氩2～4 min，之后加入硼铁10～15kg；之后将钢水温度加热至1585～1595℃后喂入具有下列质量比的硅钙线：Si 56.5wt%、Ca 29.5 wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物，开浇炉喂线200～250米/炉，后续炉为150～200米/炉，喂线速度2.5～3.5米/秒，喂线后钢中[Ca]/[Al]≥0.14；喂线结束采用流量为20～30NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为4～6分钟，之后加入无碳覆盖剂30～50kg，喂线后保证软吹氩时间大于10分钟，然后将钢水吊至浇铸工位，精炼周期确保≥20min；
D、钢水浇铸：钢水连铸采用全程保护浇铸，在中间包温度为1520～1530℃，拉速为1.8～2.2m/min，结晶器水口插入深度按100～120mm控制，结晶器水量按105～115m3/h控制，二冷比水量为1.0～1.2L/kg的条件下，将钢水连铸成断面150mm×150mm的钢坯，定尺长度为11.7～11.9m；
E、钢坯轧制：将钢坯送入均热段温度为1080～1100℃的蓄热式加热炉中，加热40～50min后送入粗轧机架进行轧制，钢坯出钢温度为1050-1100℃；轧制过程中，开轧温度为970℃～1000℃，通条钢温差≤40℃，进精轧温度控制为930～960℃，吐丝温度940～970℃，轧制速度15.0～16.0m/s；控冷过程中水冷采用高压喷水冷却，水冷锻的水箱布置为1号水箱开2～4个水嘴，2号水箱开3～5个水嘴，3 、4 号水箱全关，5 号水箱开3～5个水嘴，6 号、7号水箱关闭，水箱内工作水压为0.3～0.6Mpa；控冷方式采用斯太尔摩辊道控冷工艺，风机开启1号风机，风量50%～80%，风机风量150000m3/h～200000m3/h，1～4#保温罩盖全开，其它全部关闭，采用递增式辊道速度，风冷结束后集卷温度为660～700℃，之后在P-F轨道进行自然空冷至室温即获得目标盘条。
步骤A中，所述铁水的化学成分化为：C：4.50～5.50%，Si：0.30～0.45%，Mn：0.25～0.55%，P：0.100～0.120%、S≤0.020%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
步骤A中，预处理后铁水成分控制为： C：4.50～5.00%，Si：0.30～0.50%、Mn：0.25～0.50%，P：0.100～0.120%，S≤0.005%，其余为Fe及不可避免的不纯物；
所述步骤E中，递增式辊道速度是指1～11锻的辊道速度分别为0.23m/s、0.26m/s、0.30m/s、0.34m/s、0.38m/s、0.42m/s、0.43m/s、0.44m/s、0.44m/s、0.45m/s、0.45m/s。
步骤E中，1号风机入口温度900～940℃；1号风机出口盘条搭接点的表面温度820～860℃，1号风机后盘条非搭接点的表面温度800～820℃；5号罩盖入口盘条搭接点的表面温度750～780℃，5号罩盖入口盘条非搭接点的表面温度740～760℃；1号风机入口至5号罩盖入口盘条表面搭接点冷却速度10～15℃/s，心部冷却速度≥5℃/s；非搭接点的冷却速度为15～20℃/s，心部冷却速度≥8℃/s；进入罩盖后相变区保持铁素体充分相变。
以下结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
A、铁水预处理脱硫：将铁水运送至KR法铁水预处理装置采用CaO基钙系脱硫剂进行脱硫处理得到预处理后铁水，预处理后铁水成分控制为：C：5.00%，Si：0.50%、Mn：0.50%，P：0.120%，S：0.005%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
B、钢水冶炼：将铁水、低硫精废钢分别按46.0t/炉、12.0t/炉加入到50t转炉中，进行常规顶底复合吹炼。冶炼全程底吹氩，底吹供气强度按冶炼过程碳氧反应前中后期分别采用“强～中～强”模式进行控制，减少冶炼过程钢水增氮，按常规比例加入石灰、白云石、菱镁球造渣，控制吹炼终点C为0.12%，P为0.010%、S为0.015%，出钢温度为1650℃。出钢前对钢包底吹氩气进行清扫，出钢时采用渣洗及全程底吹氩工艺，氩气流量控制为30NL/min，确保出钢全程钢包底吹氩；出钢前向钢包底部加入4.0kg/t钢石灰，1.8kg/t的精炼渣；当钢包中的钢水量大于1/4时，依次向钢包中加入下列物质：按11.0 kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.8wt%，C 6.7wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按3.0kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：C 6.0wt%，Cr 52.0wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按2.2kg/t钢的量，加入Si含量为73.5wt%的硅铁；按0.85kg/t钢的量，加入下列质量比的低氮增碳剂：C92.53wt%，S 0.085wt%，灰份4.15wt%，挥发份 1.64wt%，水份 0.75wt%，其余为不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到2/5时加完上述合金及增碳剂；钢水快出完时投入挡渣球，必须确保挡渣效果，出钢时间为2min，出钢完毕后，对钢水吹氩3分钟，氩气流量为25NL/min，以促进钢水中夹杂物的上浮并排除，改善钢水洁净度；吹氩结束后，将钢水吊送至LF炉精炼工序，钢水出钢脱氧合金化吊至LF炉后，确保[O]为15ppm。
C、LF炉精炼：将A步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用小氩量30NL/min吹氩2分钟，然后下电极采用档位8档化渣，通电化渣3分钟。随后适当加大氩气流量35NL/min，加入钛铁65kg，软吹氩3min，之后加入硼铁13kg；之后将钢水温度加热至1590℃后进行喂线处理，喂入具有下列质量比的硅钙线：Si 56.5wt%、Ca 29.5 wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物，开浇炉喂线230米/炉，后续炉为180米/炉，喂线速度3.0米/秒，喂线后钢中[Ca]/[Al]为0.18。喂线结束采用流量为25NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为5分钟，之后加入无碳覆盖剂40kg，喂线后保证软吹氩时间大于10分钟，然后将钢水吊至浇铸工位，精炼周期确保为30min。
D、钢水浇铸：钢水连铸采用全程保护浇铸，在中间包温度为1525℃，拉速为2.0m/min，结晶器水口插入深度按110mm控制；结晶器水量按110m3/h控制，二冷比水量为1.1L/kg的条件下，将B步骤的钢水连铸成断面150mm×150mm的钢坯，定尺长度为11.8m。
E、将C步骤得到的钢坯进行加热处理，钢坯在加热炉内均热锻温度为1090℃，均热锻时间45min；满足轧制要求的温度后，钢坯经过除磷后，在1～28#机架内过钢轧制，开轧温度为980℃，通条钢温差为35℃，进精轧温度控制为940℃，吐丝温度950℃，轧制速度15.5m/s。
F、钢坯在轧制过程中，水冷采用高压喷水冷却，水冷锻的水箱布置为1号水箱开4个水嘴，2号水箱开5个水嘴，3 、4 号水箱全关，5 号水箱开5个水嘴，6 号、7号水箱关闭，水箱内工作水压为0.6MPa。控冷方式采用斯太尔摩辊道控冷工艺，风机开启1号风机，风量50%，风机风量180000m3/h，1～4#保温罩盖全开，其它全部关闭，1号风机入口温度920℃，1号风机出口盘条搭接点的表面温度830℃，1号风机后盘条非搭接点的表面温度810℃；5号罩盖入口盘条搭接点的表面温度760℃，5号罩盖入口盘条非搭接点的表面温度750℃。1号风机入口至5号罩盖入口盘条表面搭接点冷却速度13℃/s，心部冷却速度8℃/s；非搭接点的冷却速度为18℃/s，心部冷却速度9℃/s；进入罩盖后相变区保持铁素体充分相变。采用递增式辊道速度，1～11锻的辊道速度分别为0.23m/s、0.26m/s、0.30m/s、0.34m/s、0.38m/s、0.42m/s、0.43m/s、0.44m/s、0.44m/s、0.45m/s、0.45m/s，集卷温度为660℃，之后在P-F轨道进行自然空冷至室温即获得公称直径16mm 的10B28盘条，其主要化学成分按重量百分比为：C：0.26%，Mn：0.75%，Si：0.15%，P：0.010%，S：0.008%，O：0.0010%，H：0.0002%，Cr：0.22%，B：0.0050%，Ti：0.030%，N：0.0040%，本实施例得到的公称直径16mm 的10B28盘条各项力学性能、显微组织及夹杂物检验如表3、4所示：
表3 实施例1生产的公称直径16mm 的10B28盘条的各项力学性能及显微组织
表4 实施例1生产的公称直径16mm 的10B28盘条夹杂物
实施例2
A、铁水预处理脱硫：将铁水运送至KR法铁水预处理装置采用CaO基钙系脱硫剂进行脱硫处理得到预处理后铁水，预处理后铁水成分控制为：C：4.50%，Si：0.30%、Mn：0.25%，P：0.100%，S：0.004%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
B、钢水冶炼：将铁水、低硫精废钢分别按45.0t/炉、10.0t/炉加入到50t转炉中，进行常规顶底复合吹炼。冶炼全程底吹氩，底吹供气强度按冶炼过程碳氧反应前中后期分别采用“强～中～强”模式进行控制，减少冶炼过程钢水增氮，按常规比例加入石灰、白云石、菱镁球造渣，控制吹炼终点C为0.10%，P为0.015%、S为0.020%，出钢温度为1640℃。出钢前对钢包底吹氩气进行清扫，出钢时采用渣洗及全程底吹氩工艺，氩气流量控制为20NL/min，确保出钢全程钢包底吹氩；出钢前向钢包底部加入3.0kg/t钢石灰，1.5kg/t钢的精炼渣；当钢包中的钢水量大于1/4时，依次向钢包中加入下列物质：按10.50kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.8wt%，C 6.7wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按2.5kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：C 6.0wt%，Cr 52.0wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按1.7kg/t钢的量，加入Si含量为73.5wt%的硅铁；按0.12kg/t钢的量，加入下列质量比的低氮增碳剂：C92.53wt%，S 0.085wt%，灰份4.15wt%，挥发份 1.64wt%，水份 0.75wt%，其余为不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到2/5时加完上述合金及增碳剂；钢水快出完时投入挡渣球，必须确保挡渣效果，出钢时间为3min，出钢完毕后，对钢水吹氩2分钟，氩气流量为20NL/min，以促进钢水中夹杂物的上浮并排除，改善钢水洁净度；吹氩结束后，将钢水吊送至LF炉精炼工序，钢水出钢脱氧合金化吊至LF炉后，确保[O]为20ppm。
C、LF炉精炼：将钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用小氩量20NL/min吹氩1分钟，然后下电极采用档位9档化渣，通电化渣2分钟。随后采用氩气流量20NL/min，加入钛铁60kg，软吹氩2min，之后加入硼铁10kg；将钢水温度加热至1585℃后进行喂线处理，喂入具有下列质量比的硅钙线：Si 56.5wt%、Ca 29.5 wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物，开浇炉喂线200米/炉，后续炉为150米/炉，喂线速度2.5米/秒，喂线后钢中[Ca]/[Al]为0.14。喂线结束采用流量为20NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为4分钟，之后加入无碳覆盖剂30kg，喂线后保证软吹氩时间大于10分钟，然后将钢水吊至浇铸工位，精炼周期确保20min。
D、钢水浇铸：钢水连铸采用全程保护浇铸，在中间包温度为1520℃，拉速为1.8m/min，结晶器水口插入深度按100mm控制；结晶器水量按105 m3/h控制，二冷比水量为1.0 L/kg的条件下，将B步骤的钢水连铸成断面150mm×150mm的钢坯，定尺长度为11.7m。
E、将C步骤得到的钢坯进行加热处理，钢坯在加热炉内均热锻温度为1100℃，均热锻时间50min；满足轧制要求的温度后，钢坯经过除磷后，在1～28#机架内轧制，开轧温度为1000℃，通条钢温差为40℃，进精轧温度控制为960℃，吐丝温度970℃，轧制速度16.0m/s。
F、钢坯在轧制过程中，水冷采用高压喷水冷却，水冷锻的水箱布置为1号水箱开3个水嘴，2号水箱开3个水嘴，3 、4 号水箱全关，5 号水箱开4个水嘴，6 号、7号水箱关闭，水箱内工作水压为0.50MPa。控冷方式采用斯太尔摩辊道控冷工艺，风机开启1号风机，风量80%，风机风量150000m3/h，1～4#保温罩盖全开，其它全部关闭，1号风机入口温度940℃，1号风机出口盘条搭接点的表面温度860℃，1号风机后盘条非搭接点的表面温度820℃；5号罩盖入口盘条搭接点的表面温度780℃，5号罩盖入口盘条非搭接点的表面温度760℃。1号风机入口至5号罩盖入口盘条表面搭接点冷却速度10℃/s，心部冷却速度5℃/s；非搭接点的冷却速度为15℃/s，心部冷却速度8℃/s；进入罩盖后相变区保持铁素体充分相变。采用递增式辊道速度，1～11锻的辊道速度分别为0.23m/s、0.26m/s、0.30m/s、0.34m/s、0.38m/s、0.42m/s、0.43m/s、0.44m/s、0.44m/s、0.45m/s、0.45m/s，集卷温度为700℃，之后在P-F轨道进行自然空冷至室温即获得公称直径18mm 的10B28盘条。该盘条的主要化学成分按重量百分比为：C：0.32%，Mn：0.90%，Si：0.28%，P：0.015%，S：0.010%，O：0.0015%，H：0.0002%，Cr：0.15%，B：0.0010%，Ti：0.010，N：0.0050%，其余为Fe及不可避免的杂质。本实施例得到的10B28盘条的各项力学性能、显微组织及夹杂物检验如表5、6所示：
表5 实施例2生产的公称直径18mm 的10B28盘条的各项力学性能和显微组织
表6 实施例2生产的公称直径18mm 的10B28盘条夹杂物
实施例3
A、铁水预处理脱硫：将铁水运送至KR法铁水预处理装置采用CaO基钙系脱硫剂进行脱硫处理得到预处理后铁水，预处理后铁水成分控制为：C：4.80%，Si：0.40%、Mn：0.35%，P：0.110%，S：0.005%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
B、钢水冶炼：将铁水、低硫精废钢分别按48.0t/炉、15.0t/炉加入到50t转炉中，进行常规顶底复合吹炼。冶炼全程底吹氩，底吹供气强度按冶炼过程碳氧反应前中后期分别采用“强～中～强”模式进行控制，减少冶炼过程钢水增氮，按常规比例加入石灰、白云石、菱镁球造渣，控制吹炼终点C为0.15%，P为0.013%、S为0.018%，出钢温度为1645℃。出钢前对钢包底吹氩气进行清扫，出钢时采用渣洗及全程底吹氩工艺，氩气流量控制为40NL/min，确保出钢全程钢包底吹氩；出钢前向钢包底部加入5.0kg/t钢石灰，2.0kg/t钢的精炼渣；当钢包中的钢水量大于1/4时，依次向钢包中加入下列物质：按11.50kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.8wt%，C 6.7wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按3.2kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：C 6.0wt%，Cr 52.0wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按2.8kg/t钢的量，加入Si含量为73.5wt%的硅铁；按1.20kg/t钢的量，加入下列质量比的低氮增碳剂：C 92.53wt%，S 0.085wt%，灰份4.15wt%，挥发份 1.64wt%，水份 0.75wt%，其余为不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到2/5时加完上述合金及增碳剂；钢水快出完时投入挡渣球，必须确保挡渣效果，出钢时间为4min，出钢完毕后，对钢水吹氩4分钟，氩气流量为30NL/min，以促进钢水中夹杂物的上浮并排除，改善钢水洁净度；吹氩结束后，将钢水吊送至LF炉精炼工序，钢水出钢脱氧合金化吊至LF炉后，确保[O]为15ppm。
C、LF炉精炼：将A步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用小氩量30NL/min吹氩2分钟，然后下电极采用档位10档化渣，通电化渣4分钟。随后加大氩气流量至25NL/min，加入钛铁70kg，软吹氩4min，之后加入硼铁15kg；之后将钢水温度加热至1595℃后进行喂线处理，喂入具有下列质量比的硅钙线：Si 56.5wt%、Ca 29.5 wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物，开浇炉喂线250米/炉，后续炉为200米/炉，喂线速度3.5米/秒，喂线后钢中[Ca]/[Al]为0.14。喂线结束采用流量为30NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为6分钟，之后加入无碳覆盖剂50kg，喂线后保证软吹氩时间大于10分钟，然后将钢水吊至浇铸工位，精炼周期确保为25min。
D、钢水浇铸：钢水连铸采用全程保护浇铸，在中间包温度为1530℃，拉速为2.2m/min，结晶器水口插入深度按120mm控制；结晶器水量按115m3/h控制，二冷比水量为1.2L/kg的条件下，将B步骤的钢水连铸成断面150mm×150mm的钢坯，定尺长度为11.9m。
E、将C步骤得到的钢坯进行加热处理，钢坯在加热炉内均热锻温度为1080℃，均热锻时间40min；满足轧制要求的温度后，钢坯经过除磷后，在1～28#机架内轧制，开轧温度为970℃，通条钢温差为35℃，进精轧温度控制为930℃，吐丝温度940℃，轧制速度15.0m/s。
F、钢坯在轧制过程中，水冷采用高压喷水冷却，水冷锻的水箱布置为1号水箱开3个水嘴，2号水箱开3个水嘴，3 、4 号水箱全关，5 号水箱开4个水嘴，6 号、7号水箱关闭，水箱内工作水压为0.50MPa。控冷方式采用斯太尔摩辊道控冷工艺，风机开启1号风机，风量70%，风机风量200000m3/h，1～4#保温罩盖全开，其它全部关闭，1号风机入口温度900℃，1号风机出口盘条搭接点的表面温度820℃，1号风机后盘条非搭接点的表面温度800℃；5号罩盖入口盘条搭接点的表面温度750℃，5号罩盖入口盘条非搭接点的表面温度740℃。1号风机入口至5号罩盖入口盘条表面搭接点冷却速度15℃/s，心部冷却速度10℃/s；非搭接点的冷却速度为20℃/s，心部冷却速度9℃/s；进入罩盖后相变区保持铁素体充分相变。采用递增式辊道速度，1～11锻的辊道速度分别为0.23m/s、0.26m/s、0.30m/s、0.34m/s、0.38m/s、0.42m/s、0.43m/s、0.44m/s、0.44m/s、0.45m/s、0.45m/s，集卷温度为680℃，之后在P-F轨道进行自然空冷至室温即获得公称直径20mm的10B28盘条，其主要化学成分按重量百分比为：C：0.30%，Mn：0.85%，Si：0.22%，P：0.012wt%，S：0.009%，O：0.0012%，H：0.0002%，Cr：0.20%，B：0.0030%，Ti：0.020%，N：0.0040%，其余为Fe及不可避免的杂质。本实施例得到的10B28盘条的各项力学性能、显微组织及夹杂物检验如表7、8所示：
表7 实施例3生产的公称直径20mm的10B28盘条的各项力学性能和显微组织
表8 实施例3生产的公称直径20mm的10B28盘条夹杂物

Claims (4)

1.一种公称直径16~20mm的高韧性冷镦及冷挤压用钢10B28盘条的制备方法，其特征在于，所述10B28盘条具有下列重量百分比的化学成分：C 0.26~0.32%、Mn 0.75~0.90%、Si0.15~0.28%、P≤0.015%、S≤0.010%、O≤0.0015%、H≤0.0002%、Cr 0.15~0.22%、B 0.0010%~0.0050%、Ti 0.010~0.030、N≤0.0050%，其余为Fe及不可避免的杂质，非金属夹杂物≤0.5级，断面收缩率为42~50%，晶粒度为9.5~10.5，珠光体含量为35~42%，1/2顶锻合格率和1/3顶锻合格率为100%；按以下步骤实现：
A、铁水预处理脱硫：将铁水运送至KR法铁水预处理装置采用CaO基钙系脱硫剂进行脱硫处理得到预处理后铁水，预处理后铁水成分控制为：C 4.50~5.00%、Si 0.30~0.50%、Mn0.25~0.50%、P 0.100~0.120%、S≤0.005%，其余为Fe及不可避免的不纯物；
B、钢水冶炼：将铁水、低硫精废钢分别按45.0~48.0t/炉、10.0~15.0t/炉加入到50t转炉中，进行常规顶底复合吹炼，冶炼全程底吹氩，底吹供气强度按冶炼过程碳氧反应前中后期分别采用“强~中~强”模式进行控制，按常规比例加入石灰、白云石、菱镁球造渣，控制吹炼终点C为0.10~0.15%，P≤0.015%、S≤0.020%，出钢温度≤1650℃；出钢前对钢包底吹氩气进行清扫，出钢时采用渣洗及全程底吹氩工艺，氩气流量控制为20~40NL/min，确保出钢全程钢包底吹氩；出钢前向钢包底部加入3.0~5.0kg/t钢石灰，1.5~2.0kg/t钢的精炼渣；当钢包中的钢水量大于1/4时，依次向钢包中加入下列物质：按10.5~11.5kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.8wt%，C 6.7wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按2.5~3.2kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：C≤6.0wt%，Cr ≥52.0wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按1.7~2.8kg/t钢的量，加入Si含量为73.5wt%的硅铁；按0.74~0.12kg/t钢的量，加入下列质量比的低氮增碳剂：C 92.53wt%，S 0.085wt%，灰分4.15wt%，挥发分 1.64wt%，水分0.75wt%，其余为不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到2/5时加完上述合金及增碳剂；出钢时间≥2min，出钢完毕后，对钢水吹氩2~4分钟，氩气流量为20~30NL/min；吹氩结束后，将钢水吊送至LF炉精炼工序，确保[O]≤20ppm；
C、LF炉精炼：将钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用小氩量20~30NL/min吹氩1~3分钟，然后下电极采用档位8~10档化渣，通电化渣2~4分钟，随后适当加大氩气流量30~40NL/min，加入钛铁60~70kg，软吹氩2~4分钟，之后加入硼铁10~15kg；之后将钢水温度加热至1585~1595℃后喂入具有下列质量比的硅钙线：Si 56.5wt%、Ca 29.5wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物，开浇炉喂线200~250米/炉，后续炉为150~200米/炉，喂线速度2.5~3.5米/秒，喂线后钢中[Ca]/[Al]≥0.14；喂线结束采用流量为20~30NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为4~6分钟，之后加入无碳覆盖剂30~50kg，喂线后保证软吹氩时间大于10分钟，然后将钢水吊至浇铸工位，精炼周期确保≥20min；
D、钢水浇铸：钢水连铸采用全程保护浇铸，在中间包温度为1520~1530℃，拉速为1.8~2.2m/min，结晶器水口插入深度按100~120mm控制，结晶器水量按105~115m3/h控制，二冷比水量为1.0~1.2L/kg的条件下，将钢水连铸成断面150mm×150mm的钢坯，定尺长度为11.7~11.9m；
E、钢坯轧制：将钢坯送入均热段温度为1080~1100℃的蓄热式加热炉中，加热40~50min后送入粗轧机架进行轧制，钢坯出钢温度为1050~1100℃；轧制过程中，开轧温度为970℃~1000℃，通条钢温差≤40℃，进精轧温度控制为930~960℃，吐丝温度940~970℃，轧制速度15.0~16.0m/s；控冷过程中水冷采用高压喷水冷却，水冷锻的水箱布置为1号水箱开2~4个水嘴，2号水箱开3~5个水嘴，3、4 号水箱全关，5 号水箱开3~5个水嘴，6 号、7号水箱关闭，水箱内工作水压为0.3~0.6MPa；控冷方式采用斯太尔摩辊道控冷工艺，风机开启1号风机，风量50%~80%，风机风量150000m3/h~200000m3/h，1~4#保温罩盖全开，其它全部关闭，采用递增式辊道速度，风冷结束后集卷温度为660~700℃，之后在P-F轨道进行自然空冷至室温即获得目标盘条。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤E中递增式辊道速度是指1~11锻的辊道速度分别为0.23m/s、0.26m/s、0.30m/s、0.34m/s、0.38m/s、0.42m/s、0.43m/s、0.44m/s、0.44m/s、0.45m/s、0.45m/s。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤E中，1号风机入口温度900~940℃；1号风机出口盘条搭接点的表面温度820~860℃，1号风机后盘条非搭接点的表面温度800~820℃；5号罩盖入口盘条搭接点的表面温度750~780℃，5号罩盖入口盘条非搭接点的表面温度740~760℃；1号风机入口至5号罩盖入口盘条表面搭接点冷却速度10~15℃/s，心部冷却速度≥5℃/s；非搭接点的冷却速度为15~20℃/s，心部冷却速度≥8℃/s。
4.一种根据权利要求1~3中任一制备方法获得的公称直径16~20mm的高韧性冷镦及冷挤压用钢10B28盘条。
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