CN117265362A - 一种10.9级高塑性标准件用非调质盘条的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种10.9级高塑性标准件用非调质盘条的生产方法，依次包括高炉铁水→铁水预处理→转炉冶炼→精炼→连铸→坯料修磨→高线加热轧制→吐丝→分阶段控制冷却→下线检测入库的步骤，转炉内温度1100‑1220℃，在炉时间2‑3h，轧制过程温度不低于钢的Arcm温度，吐丝温度为钢的Arcm+20～30℃；分阶段控制冷却，第一阶段根据盘条规格进行调整，盘条温度降低至700‑720℃经辊道浸入恒温盐液进行第二阶段控制冷却，通过控制第一阶段密排辊道冷速和时间得到先析出的铁素体组织，沿原始奥氏体边界成网状分布，第二阶段盐浴温度设置为钢的Bs点+10～30℃，使剩余奥氏体组织分解为细索氏体/屈氏体组织。
Description
技术领域
本发明涉及10.9级高塑性盘条生产方法技术领域，尤其涉及一种10.9级高塑性标准件用非调质盘条的生产方法。
背景技术
传统高强度标准件通常采用调质(淬火+回火)工艺生产，自上世纪70年代开始研发非调质标准件用盘条产品，通过取消调质工序，在节能增效的同时，还能避免调质工序造成工件的脱碳和变形问题。
新日铁研发NHF-S系列产品采用0.2C-1.5Mn和热水冷却方式，满足700-900MPa级标准件使用；神户制钢开发KNCH8系列产品通过C-Mn+Nb、V微合金化成分设计，可以免调质生产800MPa级冷镦钢。国内GB/T 29087标准产品通过Nb、V微合金化和TMCP工艺生产超细铁素体组织实现8.8和9.8级非调钢产品研发。10.9级非调钢采用低碳0.20-0.35Si和1.9-2.3Mn成分设计，目前市场未实现广泛使用。
非调质盘条开发通常采用Nb、V微合金化或加Si高Mn成分体系，配合斯太尔摩风机强冷细化组织来提高母材强度。其中Nb、V通过形成碳氮化物起到强化作用，Si元素在钢种以固溶态存在，抑制渗碳体析出，发挥固溶强化作用，但Si含量同时会显著提高产品拉拔和成形过程的变形抗力，增加模具损耗，Mn元素含量超过1.5％会产生明显的带状组织，增加盘条和成品的各项异性。
在非调质盘条开发时，除了考虑基体强度，还需考虑变形抗力和加工过程的模具损耗。吴斌等人总结出非调钢发展的三个趋势：一是通过低温大变形量终轧和Nb微合金化生产超细铁素体+退化/球化珠光体组织；二是通过低温轧制和分段控制冷却生产铁素体+马氏体或贝氏体双相非调质钢；三是类似新日铁NHF-S和神户KNCH8S的珠光体低应变抗力非调质盘条。
上述工艺和组织设计均需采用低温大变形量终轧+轧后控冷工艺，对轧后冷却速度和精度提出严格要求，来保证组织性能的均匀可控。目前非调质盘条主要规格范围10-15mm，目前斯太尔摩工艺可达到最大冷速约15℃/s，难以实现超细铁素体或80％铁素体+20％马氏体或贝氏体相变需求。风冷或水冷工艺对于盘卷轧后散卷分布式冷却不均也制约了产品性能的稳定和工业化应用。
因此进行低变形抗力、性能均匀可控、高塑性盘条的组织设计和产品开发，对于10.9级非调质线材产品工业化推广具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术难以实现10.9级高塑性盘条超细铁素体和马氏体或贝氏体相变需求的问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种10.9级高塑性标准件用非调质盘条的生产方法，所述方法依次包括如下步骤：
高炉铁水→铁水预处理→转炉冶炼→精炼→连铸→坯料修磨→高线加热轧制→吐丝→分阶段控制冷却→下线检测入库的步骤，所述连铸步骤完成制得连铸坯，所述高线加热轧制步骤，将所述连铸坯加入加热炉加热，炉内气氛温度控制在1100-1220℃，在炉时间为2-3h，炉气残氧含量≤3％，避免连铸坯表面脱碳，加热后坯料经过高压水除鳞、多道次轧制成线材，轧制过程温度不低于钢的Arcm温度；轧制变形完成后线材经吐丝机形成散卷状态平铺在密排辊道，吐丝温度为钢的Arcm温度+20～30℃，根据盘条规格调整密排辊道速度，以保证第一阶段盘条在密排辊道冷却速度≤2.5℃/s，冷却至700-720℃后整体经辊道浸入恒温盐液进行第二阶段控制冷却，通过控制第一阶段密排辊道冷速和时间得到先析出的铁素体组织，沿原始奥氏体边界成网状分布，第二阶段选择合适的盐液温度，使剩余奥氏体组织分解为细索氏体/屈氏体组织，所述盐浴温度设置为钢的Bs点温度+10～30℃，恒温保持时间2-5min。
优选的，所述盘条的化学成分以配比为：C:0.35-0.48wt.％；Si：0.10-0.35wt.％；Mn：1.00～1.50wt.％；Cr：0.10～0.20wt.％；P：≤0.020wt.％；S：
≤0.010wt.％；V：≤0.15wt.％；其余为Fe和不可避免的杂质。
优选的，所述盘条的规格为Φ8-15mm。
优选的，所述铁水预处理→转炉冶炼→精炼依次采用KR脱硫预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF精炼→RH精炼。
优选的，所述高线加热轧制过程通过调整高速线材水箱冷却水流量和压力，保证坯料整个轧制过程温度均匀稳定在860-900℃的奥氏体区域。
优选的，所述吐丝过程吐丝温度控制在780-810℃。
优选的，所述分阶段控制冷却期间盐浴温度波动不大于±2℃。
优选的，所述Bs点温度通过热膨胀仪等实验方法测试，或按公式估算Bs(℃)＝830-270C-90Mn-70Cr，其中元素符号代表对应元素的重点百分比数值。
优选的，所述盘条中细索氏体/屈氏体和铁素体体积分数分别为85～92％和8～15％；抗拉强度1020-1060MPa，断面收缩率≥50％，断后伸长率≥15％。
本发明的有益效果：
通过本发明的成分设计和分阶段控冷工艺，得到细索氏体/屈氏体+网状铁素体双相组织，其中细索氏体/屈氏体和铁素体体积分数分别为85～92％和8～15％；抗拉强度1020-1060MPa，断面收缩率≥50％，断后伸长率≥15％。
盘条经除鳞和表面磷皂化处理后，进行不超过1mm规格减径拉拔或归圆处理，在现有装备条件下生产标准件产品符合10.9级性能要求，且模具损耗无明显增加。
附图说明
图1为本发明实施例1所制得盘条的金相组织图像；
图2为本发明实施例2所制得盘条的金相组织图像；
图3为本发明实施例3所制得盘条的金相组织图像。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
实施例1，如图1，本发明提供了一种10.9级高塑性标准件用非调质盘条的生产方法，本实施例采用的盘条化学成分见表1。
表1实施例盘条的化学成分/wt.％
| C | Si | Mn | P | S | Cr | V |
| 0.41 | 0.15 | 1.20 | 0.015 | 0.005 | 0.15 | 0.08 |
生产方法如下：高炉铁水→KR脱硫→顶底复吹转炉炼钢→LF炉精炼→RH炉精炼→连铸→坯料修磨→高线加热轧制→吐丝→分阶段控制冷却→下线检测入库，经高炉铁水→KR脱硫→顶底复吹转炉炼钢→LF炉精炼→RH炉精炼→连铸工序得到180*240mm的矩形坯。高炉铁水经KR脱硫后，进入转炉的铁水S元素含量≤0.005％。转炉采用双渣法吹炼，可降低钢水中的杂质元素含量，转炉终点P元素含量≤0.015％，S元素含量≤0.010％；连铸全程保护浇铸，避免钢水二次氧化。连铸过程中钢水的过热度控制在15-30℃，并采用电磁搅拌和拉速调节控制连铸坯中心偏析。
坯料修磨步骤：为保证产品质量，连铸坯料冷却至室温后，进行抛丸检测或扒皮处理，以保证坯料表面无影响成品表面质量的缺陷。
连铸坯经过抛丸、探伤、修磨后进行高线加热轧制，炉内气氛控制在1200℃左右，炉气残氧含量≤3％，避免铸坯表面脱碳，保温135min后开轧。加热后坯料经过高压水除鳞、多道次轧制成Φ11mm规格线材，轧制过程温度控制在900-920℃，保证轧件整个轧制过程温度均匀稳定在860-900℃的奥氏体区域，吐丝温度控制在780-810℃。
分阶段控制冷却：坯料轧制变形完成后经吐丝机形成散卷状态平铺在密排辊道，根据盘条规格调整密排辊道速度，以保证第一阶段盘条在密排辊道冷却速度≤2.5℃/s。盘条在密排辊道控冷至710℃后，整体经辊道浸入恒温盐液进行第二阶段控制冷却。通过控制第一阶段密排辊道冷速和时间得到先析出的铁素体组织，沿原始奥氏体边界成网状分布。第二阶段选择合适的盐液温度，使剩余奥氏体组织分解为细索氏体/屈氏体组织，盐浴温度设置为钢的Bs点温度+15℃＝556℃，恒温保持时间3min，热处理期间盐浴温度波动不大于±2℃。
本实施例的Bs点温度是通过热膨胀仪实验方法测试得到，由于该测试方法属于现有技术，就不再赘述。
经过本实施例的生产方法得到的盘条的显微组织见图1，为89％细索氏体/屈氏体+11％网状铁素体。
力学性能见表2。
表2实施例盘条力学性能
| 规格 | 显微组织 | 抗拉强度 | 断面收缩率 | 断后伸长率 |
| Φ11mm | 细索氏体/屈氏体+网状铁素体 | 1042MPa | 54％ | 17％ |
盘条经酸洗除鳞、磷皂化，拉拔减径0.35mm生产10.65mm规格精丝，矫直下料后端部攻丝，冷弯生产U型螺栓，成形后螺栓经380℃*50min达克罗处理，成品力学性能如表3。
表3实施例1成品规格和力学性能
实施例2，如图2，本实施例提供了一种10.9级高塑性标准件用非调质盘条的生产方法，本实施例采用的盘条化学成分见表4。
表4实施例2盘条的化学成分/wt.％
| C | Si | Mn | P | S | Cr | V |
| 0.48 | 0.10 | 1.00 | 0.015 | 0.005 | 0.20 | 0.08 |
生产方法如下：高炉铁水→KR脱硫→顶底复吹转炉炼钢→LF炉精炼→RH炉精炼→连铸→坯料修磨→高线加热轧制→吐丝→分阶段控制冷却→下线检测入库，经高炉铁水→KR脱硫→顶底复吹转炉炼钢→LF炉精炼→RH炉精炼→连铸工序得到180*240mm的矩形坯。高炉铁水经KR脱硫后，进入转炉的铁水S元素含量≤0.005％。转炉采用双渣法吹炼，可降低钢水中的杂质元素含量，转炉终点P元素含量≤0.015％，S元素含量≤0.010％；连铸全程保护浇铸，避免钢水二次氧化。连铸过程中钢水的过热度控制在18-25℃，并采用电磁搅拌和拉速调节控制连铸坯中心偏析。
坯料修磨步骤：为保证产品质量，连铸坯料冷却至室温后，进行抛丸检测或扒皮处理，以保证坯料表面无影响成品表面质量的缺陷。
连铸坯经过抛丸、探伤、修磨后进行高线加热轧制，炉内气氛控制在1100-1220℃，炉气残氧含量≤3％，避免铸坯表面脱碳，保温180min后开轧。加热后坯料经过高压水除鳞、多道次轧制成Φ15mm规格线材，轧制过程温度控制在890-910℃，保证轧件整个轧制过程温度均匀稳定在860-900℃的奥氏体区域，吐丝温度控制在780-810℃。
分阶段控制冷却：坯料轧制变形完成后经吐丝机形成散卷状态平铺在密排辊道，根据盘条规格调整密排辊道速度，以保证第一阶段盘条在密排辊道冷却速度≤2.5℃/s。盘条在密排辊道控冷至700℃后，整体经辊道浸入恒温盐液进行第二阶段控制冷却。通过控制第一阶段密排辊道冷速和时间得到先析出的铁素体组织，沿原始奥氏体边界成网状分布。第二阶段选择合适的盐液温度，使剩余奥氏体组织分解为细索氏体/屈氏体组织，盐浴温度设置为钢的Bs点温度+10＝606℃，恒温保持时间5min，热处理期间盐浴温度波动不大于±2℃。
本实施例的Bs点温度是下述公式进行计算得到。
Bs(℃)＝830-270C-90Mn-70Cr，其中元素符号代表对应元素的重点百分比数值。
经过本实施例的生产方法得到的盘条的显微组织见图2，为85％细索氏体/屈氏体+15％网状铁素体。
力学性能见表5。
表5实施例2盘条力学性能
| 规格 | 显微组织 | 抗拉强度 | 断面收缩率 | 断后伸长率 |
| Φ15mm | 细索氏体/屈氏体+网状铁素体 | 1080MPa | 54.8％ | 17.5％ |
盘条经酸洗除鳞、磷皂化，微拉拔归圆处理后，生产14.85mm规格精丝，矫直下料后端部攻丝，冷弯生产U型螺栓，成形后螺栓经380℃*50min达克罗处理，成品力学性能如表6。
表6实施例2成品规格和力学性能
实施例3，如图3，本实施例提供了一种10.9级高塑性标准件用非调质盘条的生产方法，本实施例采用的盘条化学成分见表7。
表7实施例3盘条的化学成分/wt.％
| C | Si | Mn | P | S | Cr | V |
| 0.35 | 0.35 | 1.50 | 0.02 | 0.001 | 0.10 | 0.15 |
生产方法如下：高炉铁水→KR脱硫→顶底复吹转炉炼钢→LF炉精炼→RH炉精炼→连铸→坯料修磨→高线加热轧制→吐丝→分阶段控制冷却→下线检测入库，经高炉铁水→KR脱硫→顶底复吹转炉炼钢→LF炉精炼→RH炉精炼→连铸工序得到180*240mm的矩形坯。高炉铁水经KR脱硫后，进入转炉的铁水S元素含量≤0.005％。转炉采用双渣法吹炼，可降低钢水中的杂质元素含量，转炉终点P元素含量≤0.015％，S元素含量≤0.010％；连铸全程保护浇铸，避免钢水二次氧化。连铸过程中钢水的过热度控制在18-25℃，并采用电磁搅拌和拉速调节控制连铸坯中心偏析。
坯料修磨步骤：为保证产品质量，连铸坯料冷却至室温后，进行抛丸检测或扒皮处理，以保证坯料表面无影响成品表面质量的缺陷。
连铸坯经过抛丸、探伤、修磨后进行高线加热轧制，炉内气氛控制在1100-1220℃，炉气残氧含量≤3％，避免铸坯表面脱碳，保温120min后开轧。加热后坯料经过高压水除鳞、多道次轧制成Φ8mm规格线材，轧制过程温度控制在880-900℃，保证轧件整个轧制过程温度均匀稳定在860-900℃的奥氏体区域，吐丝温度控制在780-810℃。
分阶段控制冷却：坯料轧制变形完成后经吐丝机形成散卷状态平铺在密排辊道，根据盘条规格调整密排辊道速度，以保证第一阶段盘条在密排辊道冷却速度≤2.5℃/s。盘条在密排辊道控冷至720℃后，整体经辊道浸入恒温盐液进行第二阶段控制冷却。通过控制第一阶段密排辊道冷速和时间得到先析出的铁素体组织，沿原始奥氏体边界成网状分布。第二阶段选择合适的盐液温度，使剩余奥氏体组织分解为细索氏体/屈氏体组织，盐浴温度设置为钢的Bs点温度+15℃＝545℃，恒温保持时间2min，热处理期间盐浴温度波动不大于±2℃。
本实施例的Bs点温度是通过热膨胀仪实验方法测试得到，由于该测试方法属于现有技术，就不再赘述。
经过本实施例的生产方法得到的盘条的显微组织见图3，为92％细索氏体/屈氏体+8％网状铁素体。
力学性能见表8。
表8实施例3盘条力学性能
| 规格 | 显微组织 | 抗拉强度 | 断面收缩率 | 断后伸长率 |
| Φ8mm | 细索氏体/屈氏体+网状铁素体 | 1023MPa | 51％ | 16％ |
盘条经酸洗除鳞、磷皂化，拉拔减径0.45mm生产7.55mm规格精丝，矫直下料后端部攻丝，冷弯生产U型螺栓，成形后螺栓经380℃*50min达克罗处理，成品力学性能如表9。
表9实施例3成品规格和力学性能
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种10.9级高塑性标准件用非调质盘条的生产方法，依次包括高炉铁水→铁水预处理→转炉冶炼→精炼→连铸→坯料修磨→高线加热轧制→吐丝→分阶段控制冷却→下线检测入库的步骤，其特征在于，所述连铸步骤完成制得连铸坯，所述高线加热轧制步骤，将所述连铸坯加入加热炉加热，炉内气氛温度控制在1100-1220℃，在炉时间为2-3h，炉气残氧含量≤3％，避免连铸坯表面脱碳，加热后坯料经过高压水除鳞、多道次轧制成线材，轧制过程温度不低于钢的Arcm温度；轧制变形完成后线材经吐丝机形成散卷状态平铺在密排辊道，吐丝温度为钢的Arcm温度+20～30℃，根据盘条规格调整密排辊道速度，以保证第一阶段盘条在密排辊道冷却速度≤2.5℃/s，冷却至700-720℃后整体经辊道浸入恒温盐液进行第二阶段控制冷却，通过控制第一阶段密排辊道冷速和时间得到先析出的铁素体组织，沿原始奥氏体边界成网状分布，第二阶段选择合适的盐液温度，使剩余奥氏体组织分解为细索氏体/屈氏体组织，所述盐浴温度设置为钢的Bs点温度+10～30℃，恒温保持时间2-5min。
2.根据权利要求1所述的一种10.9级高塑性标准件用非调质盘条的生产方法，其特征在于，所述盘条的化学成分以及配比为：C:0.35-0.48wt.％；Si：0.10-0.35wt.％；Mn：1.00～1.50wt.％；Cr：0.10～0.20wt.％；P：≤0.020wt.％；
S：≤0.010wt.％；V：≤0.15wt.％；其余为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的一种10.9级高塑性标准件用非调质盘条的生产方法，其特征在于：所述盘条的规格为Φ8-15mm。
4.根据权利要求1所述的一种10.9级高塑性标准件用非调质盘条的生产方法，其特征在于：所述铁水预处理→转炉冶炼→精炼依次采用KR脱硫预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF精炼→RH精炼。
5.根据权利要求1所述的一种10.9级高塑性标准件用非调质盘条的生产方法，其特征在于：所述高线加热轧制过程通过调整高速线材水箱冷却水流量和压力，保证坯料整个轧制过程温度均匀稳定在860-900℃的奥氏体区域。
6.根据权利要求1所述的一种10.9级高塑性标准件用非调质盘条的生产方法，其特征在于：所述吐丝过程吐丝温度控制在780-810℃。
7.根据权利要求1所述的一种10.9级高塑性标准件用非调质盘条的生产方法，其特征在于：所述分阶段控制冷却期间盐浴温度波动不大于±2℃。
8.根据权利要求1所述的一种10.9级高塑性标准件用非调质盘条的生产方法，其特征在于：所述Bs点温度通过热膨胀仪实验方法测试，或按公式估算Bs(℃)＝830-270C-90Mn-70Cr，其中元素符号代表对应元素的重点百分比数值。
9.根据权利要求1所述的一种10.9级高塑性标准件用非调质盘条的生产方法，其特征在于：所述盘条中细索氏体/屈氏体和铁素体体积分数分别为85～92％和8～15％；抗拉强度1020-1060MPa，断面收缩率≥50％，断后伸长率≥15％。
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