CN115838900A - 一种免热处理高强冷镦精线用钢的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种免热处理高强冷镦精线用钢的制备方法，包括熔化铁水、转炉冶炼、检测合金成分并调整、LF精炼、连铸、热轧、热处理以及冷却，其化学元素的重量百分比为：C 0.25‑0.40％、Si＜0.20％、Ti 0.005‑0.100％、Mn 0.30‑1.50％、Be0.2‑0.25％、Cr0.28‑0.60％、P＜0.030％、S＜0.015％、Cu 0.25‑0.3％、Al0.005‑0.080％、B0.002‑0.0035％，以及余量的铁和黏土。其生产工艺路线合理，钢水流动性良好，成分控制稳定，炼制的冷镦钢综合性能较好。并且添加了提高淬透性的多种合金元素，并且其在冷镦前不需要退火处理即可直接冷镦成形，避免了钢材料在退火时内部产生气孔，提高了钢材料的结构强度与塑性，具有极大的经济推广价值。并且此制备方法可省略球化退火处理而直接冷镦，既节约了能源降低污染，又提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及冷镦钢技术领域，尤其是涉及一种免热处理高强冷镦精线用钢的制备方法。
背景技术
冷镦钢成型用钢，冷镦是在室温下采用一次或多次冲击加载，广泛用于生产螺钉，销钉，螺母等标准件。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，钢中S和P等杂质含量减少，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。
现有的技术中，紧固件常采用冷镦钢，然而由于紧固件用于各种结构材料的连接，需要承受很大的压力、剪切力。采用冷镦钢制成的紧固件，在冷镦时由于结构强度不足，容易发生劈裂、崩裂或折断的现象，影响使用安全。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种免热处理高强冷镦精线用钢的制备方法，其在冷镦前不需要退火处理即可直接冷镦成形，避免了钢材料在退火时内部产生气孔，提高了钢材料的结构强度，具有极大的经济推广价值。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种免热处理高强冷镦精线用钢的制备方法，包括熔化铁水、转炉冶炼、检测合金成分并调整、LF精炼、连铸、热轧、热处理以及冷却，其化学元素的重量百分比为：C 0.25-0.40％、Si＜0.20％、Ti 0.005-0.100％、Mn0.30-1.50％、Be0.2-0.25％、Cr 0.28-0.60％、P＜0.030％、S＜0.015％、Cu 0.25-0.3％、Al 0.005-0.080％、B0.002-0.0035％，以及余量的铁和黏土。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：在所述转炉冶炼的工序中，控制终点钢液中C：0.08-0.14％，P≤0.12％，出钢过程加入石灰150-220kg/炉，精炼渣400-500kg/炉，并加入脱氧剂2.0-3.0kg/t。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：在LF精炼的工序中，精炼就位温度为1635℃，精炼离位温度为1496-1695℃，在炼钢精炼工位，铝合金、钛合金、硼合金在精炼的末期加入，且加入的顺序为：先加入硼合金、再加入铝合金，钢水吹氩弱搅拌5min后，最后加入钛合金。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：在所述连铸的工序中，中间包钢水浇入结晶器内，采用浸入式水口保护，所述浸入式水口插入结晶器钢液面以下60-90mm。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：在所述热轧的工序中，将连铸坯加热到950～1300℃，依次经粗轧、中轧后，在850～950℃精轧，吐丝温度控制在800～900℃。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：在所述热处理的工序中，轧件以85-95℃/小时速率升温至1100-1250℃，保温2.5-3小时；再以145-155℃/小时速率降温至510-535℃，保温4-5.5小时；再以78-95℃/小时速率降温至170-180℃，保温2-3小时；
再以35-50℃/小时速率升温至450-480℃，保温2-4小时；再以100-120℃/小时速率升温至840-860℃，保温2-3小时，再以80-90℃/小时速率降温至150-180℃，再放入0℃冰水中处理3-5小时。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述冷却的工序采用斯太尔摩线控冷工艺，在吐丝后进行控制冷却，冷却速度为1.5℃/S，轧制成11.8级含硼免球化退火冷镦钢，其线材规格为：5.5mm≤直径≤20mm，线材热轧后的抗拉强度为530-620MPa的范围内，屈服强度明显，在410-530MPa的范围内，断面收缩率为65-74％的范围内；
所述线材制成成品后，经工业热处理，在875℃下加热1.5小时,随后进行水淬,淬火后经过420-450℃回火,材料的抗拉强度为1100-1200MPa,σ0.1屈服强度台阶明显，且为960-1025MPa,硬度在33-38HRC的范围内,断面收缩率为65-73％,伸长率≥12％，冲击功为155-175J。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：经所述冷却的工序后，整卷打捆后自然冷却，形成成品高强冷镦精线用钢盘条。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
本发明公开了一种免热处理高强冷镦精线用钢的制备方法，其生产工艺路线合理，钢水流动性良好，成分控制稳定，炼制的冷镦钢综合性能较好。并且添加了提高淬透性的多种合金元素，并且其在冷镦前不需要退火处理即可直接冷镦成形，避免了钢材料在退火时内部产生气孔，提高了钢材料的结构强度与塑性，具有极大的经济推广价值。并且此制备方法可省略球化退火处理而直接冷镦，既节约了能源降低污染，又简化了生产工艺，提高了生产效率。
具体实施方式
下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例一：
本发明公开了一种免热处理高强冷镦精线用钢的制备方法，包括熔化铁水、转炉冶炼、检测合金成分并调整、LF精炼、连铸、热轧、热处理以及冷却，经冷却的工序后，整卷打捆后自然冷却，形成成品高强冷镦精线用钢盘条。
其中，其化学元素的重量百分比为：C 0.25-0.40％、Si＜0.20％、Ti0.005-0.100％、Mn 0.30-1.50％、Be0.2-0.25％、Cr 0.28-0.60％、P＜0.030％、S＜0.015％、Cu0.25-0.3％、Al 0.005-0.080％、B 0.002-0.0035％，以及余量的铁和黏土。
C：碳是主要强化元素之一。碳含量过低，则紧固件调质处理后硬度、强度不达标；但是如果碳含量过高，则热轧盘条强度高，塑性低，冷镦易开裂，同时冷镦时变形抗力大，冷镦模具寿命低。因此，必须考虑强度和冷镦性能的平衡，故碳含量最好控制在0.25-0.40％之间。
Si：硅虽然可提高钢的强度，但同时也导致冷镦变形抗力的急剧升高，大幅度提高模具消耗。因此，为降低冷镦变形抗力，并结合工业生产的实际状态，Si的含量控制在0.20％以下。
Mn：锰是固溶强化元素，能弥补由于碳过低而导致强度下降；同时也可提高淬透性。因此，锰含量可控制在0.30-1.50％之间。
Cr：铬是固溶强化元素，同时可有效提高钢锭淬透性，保证大规格盘条的淬火后的强度和硬度。此外，由于铬可在回火处理时析出碳化物沉淀相，可起着二次硬化的作用。因此，铬的含量控制在0.28-0.60％。
Al：铝是强脱氧剂，主要用来对精炼末期进行充分脱氧。为此，钢中全铝的含量需可控制在0.005-0.080％，但必须保证成品成分中[Al]全/[O]质量比大于1.5。
Ti：钛是强固氮元素。精炼末期Al脱氧之后，必须采用Ti固氮，以形成TiN来消除钢中自由氮，使后加入的硼可以以自由硼存在。因此，Ti的含量可控制在0.005-0.100％；具体含量应根据钢中氮的含量来添加，即需保证Ti/N质量比应高于3.2。
B：硼可大幅度提高淬透性。钢中硼只有以自由硼的形式存在时才可在淬火时偏聚与奥氏体晶界，抑制铁素体形核，从而提高钢的淬透性。如果硼与钢中氧、氮形成硼相或氮化硼，这不能起到提高淬透性的作用。因此，在保证钢中充分脱氧、固氮后，将钢中硼的含量控制在0.002-0.0035％之间是合适的。
在转炉冶炼的工序中，控制终点钢液中C：0.08-0.14％，P≤0.12％，出钢过程加入石灰150-220kg/炉，精炼渣400-500kg/炉，并加入脱氧剂2.0-3.0kg/t。
在LF精炼的工序中，精炼就位温度为1635℃，精炼离位温度为1496-1695℃，在炼钢精炼工位，铝合金、钛合金、硼合金在精炼的末期加入，且加入的顺序为：先加入硼合金、再加入铝合金，钢水吹氩弱搅拌5min后，最后加入钛合金。
在连铸的工序中，中间包钢水浇入结晶器内，采用浸入式水口保护，浸入式水口插入结晶器钢液面以下60-90mm。
在热轧的工序中，将连铸坯加热到950～1300℃，依次经粗轧、中轧后，在850～950℃精轧，吐丝温度控制在800～900℃。
在热处理的工序中，轧件以85-95℃/小时速率升温至1100-1250℃，保温2.5-3小时；再以145-155℃/小时速率降温至510-535℃，保温4-5.5小时；再以78-95℃/小时速率降温至170-180℃，保温2-3小时；
再以35-50℃/小时速率升温至450-480℃，保温2-4小时；再以100-120℃/小时速率升温至840-860℃，保温2-3小时，再以80-90℃/小时速率降温至150-180℃，再放入0℃冰水中处理3-5小时。
冷却的工序采用斯太尔摩线控冷工艺，在吐丝后进行控制冷却，冷却速度为1.5℃/S，轧制成11.8级含硼免球化退火冷镦钢，其线材规格为：5.5mm≤直径≤20mm，线材热轧后的抗拉强度为530-620MPa的范围内，屈服强度明显，在410-530MPa的范围内，断面收缩率为65-74％的范围内；
线材制成成品后，经工业热处理，在875℃下加热1.5小时,随后进行水淬,淬火后经过420-450℃回火,材料的抗拉强度为1100-1200MPa,σ0.1屈服强度台阶明显，且为960-1025MPa,硬度在33-38HRC的范围内,断面收缩率为65-73％,伸长率≥12％，冲击功为155-175J。
本发明脱氧、脱硫、脱磷率在65-80％之间，去除钢液中的夹杂物及使夹杂物变性效果好、净化钢液提高了钢的内部质量，铸件中的气孔度降低1-2度，得到有效的控制。
本发明所制得的紧固件用冷镦钢材料力学性能为：抗拉强度1230Mpa，屈服强度950Mpa，冲击功AKu168J，延伸率：26％，断面收缩率：54％。洛氏硬度55-62HRC。
本实施例的实施原理为：本发明公开了一种免热处理高强冷镦精线用钢的制备方法，其生产工艺路线合理，钢水流动性良好，成分控制稳定，炼制的冷镦钢综合性能较好。并且添加了提高淬透性的多种合金元素，并且其在冷镦前不需要退火处理即可直接冷镦成形，避免了钢材料在退火时内部产生气孔，提高了钢材料的结构强度与塑性，具有极大的经济推广价值。并且此制备方法可省略球化退火处理而直接冷镦，既节约了能源降低污染，又简化了生产工艺，提高了生产效率。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种免热处理高强冷镦精线用钢的制备方法，包括熔化铁水、转炉冶炼、检测合金成分并调整、LF精炼、连铸、热轧、热处理以及冷却，其特征在于：其化学元素的重量百分比为：C 0.25-0.40％、Si＜0.20％、Ti 0.005-0.100％、Mn 0.30-1.50％、Be0.2-0.25％、Cr0.28-0.60％、P＜0.030％、S＜0.015％、Cu 0.25-0.3％、Al0.005-0.080％、B0.002-0.0035％，以及余量的铁和黏土。
2.根据权利要求1所述的一种免热处理高强冷镦精线用钢的制备方法，其特征在于，在所述转炉冶炼的工序中，控制终点钢液中C：0.08-0.14％，P≤0.12％，出钢过程加入石灰150-220kg/炉，精炼渣400-500kg/炉，并加入脱氧剂2.0-3.0kg/t。
3.根据权利要求1所述的一种免热处理高强冷镦精线用钢的制备方法，其特征在于，在LF精炼的工序中，精炼就位温度为1635℃，精炼离位温度为1496-1695℃，在炼钢精炼工位，铝合金、钛合金、硼合金在精炼的末期加入，且加入的顺序为：先加入硼合金、再加入铝合金，钢水吹氩弱搅拌5min后，最后加入钛合金。
4.根据权利要求1所述的一种免热处理高强冷镦精线用钢的制备方法，其特征在于，在所述连铸的工序中，中间包钢水浇入结晶器内，采用浸入式水口保护，所述浸入式水口插入结晶器钢液面以下60-90mm。
5.根据权利要求1所述的一种免热处理高强冷镦精线用钢的制备方法，其特征在于，在所述热轧的工序中，将连铸坯加热到950～1300℃，依次经粗轧、中轧后，在850～950℃精轧，吐丝温度控制在800～900℃。
6.根据权利要求1所述的一种免热处理高强冷镦精线用钢的制备方法，其特征在于，在所述热处理的工序中，轧件以85-95℃/小时速率升温至1100-1250℃，保温2.5-3小时；再以145-155℃/小时速率降温至510-535℃，保温4-5.5小时；再以78-95℃/小时速率降温至170-180℃，保温2-3小时；
再以35-50℃/小时速率升温至450-480℃，保温2-4小时；再以100-120℃/小时速率升温至840-860℃，保温2-3小时，再以80-90℃/小时速率降温至150-180℃，再放入0℃冰水中处理3-5小时。
7.根据权利要求1所述的一种免热处理高强冷镦精线用钢的制备方法，其特征在于，所述冷却的工序采用斯太尔摩线控冷工艺，在吐丝后进行控制冷却，冷却速度为1.5℃/S，轧制成11.8级含硼免球化退火冷镦钢，其线材规格为：5.5mm≤直径≤20mm，线材热轧后的抗拉强度为530-620MPa的范围内，屈服强度明显，在410-530MPa的范围内，断面收缩率为65-74％的范围内；
所述线材制成成品后，经工业热处理，在875℃下加热1.5小时,随后进行水淬,淬火后经过420-450℃回火,材料的抗拉强度为1100-1200MPa,σ0.1屈服强度台阶明显，且为960-1025MPa,硬度在33-38HRC的范围内,断面收缩率为65-73％,伸长率≥12％，冲击功为155-175J。
8.根据权利要求1所述的一种免热处理高强冷镦精线用钢的制备方法，其特征在于，经所述冷却的工序后，整卷打捆后自然冷却，形成成品高强冷镦精线用钢盘条。
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