CN105331769A - 一种高强度紧固件用深冲纯铁及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度紧固件用深冲纯铁及其生产方法,所述深冲纯铁化学成分质量百分比如下:C:0.015~0.025%,Si≤0.03%,Mn≤0.15%,Ti:0.06~0.08%,Al:0.03-0.05%,P≤0.015%,S≤0.015%,余量为Fe和不可避免的杂质。生产方法为高炉铁水经过转炉冶炼、LF炉精炼、RH炉精炼、连铸、控轧控冷、集卷工序,得到所述深冲纯铁。本发明利用现有精炼工艺、控轧控冷工艺,生产低成本、高强度的深冲用纯铁盘条,该发明生产的热轧态盘条抗拉强度可达340±20Mpa,冷顶锻1/3合格,同时可满足下游企业生产家具用高强度紧固件的需求。
Description
技术领域
本发明属于钢铁生产技术领域,涉及一种高强度紧固件用深冲纯铁及其生产方法。
背景技术
深冲纯铁的主要特点为材质软、塑性好,在大变形加工时不易开裂。一般用于生产变形量较大的铆钉加工,其母材强度要求较低,起到美观装饰、低强度锚固的效果,广泛应用在箱包、童车、桌椅等方面。
深冲纯铁一般要求盘条母材的冷镦性能,对母材强度没有要求,按照正常控制,纯铁的强度只有280Mpa左右。但近期下游企业提出了一种家具用途的紧固件纯铁需求,其中提出采用Φ6.5mm规格盘条生产,盘条母材强度需满足340±20Mpa、冷顶锻1/3合格的需求。用户使用国内盘条发现无法达到既满足抗拉强度,又具备大变形量的要求,而若采用进口材料,用户成本会增加,同时无法保证货源的稳定性,因此亟需国内钢厂开发新型材料满足其需要。
为此分析了用户的使用要求,其对盘条母材性能提出要求主要有:抗拉强度为340±20Mpa,冷顶锻1/3合格;该强度在纯铁钢种范畴属于高强度控制范围,正常纯铁不能达到如此的高强度。因此我们针对性对该纯铁材料进行了分析,并从成分、夹杂物控制、控轧控冷、金相组织等方面对钢种进行了设计优化。纯铁钢种工艺一般采用转炉-RH炉-连铸的工艺,邢钢依据现有设备合理的组织工艺路线,采用了转炉-LF炉-RH炉-连铸-开坯-控轧控冷的精品钢二火成材的工艺路线,开发了高强度纯铁盘条,满足了下游企业抗拉强度为340±20Mpa的深冲纯铁钢种需求。
发明内容
本发明目的是利用转炉、LF炉、RH炉、连铸、开坯、控轧控冷的工艺路线生产抗拉强度为340±20Mpa,冷顶锻1/3合格深冲纯铁类盘条,使其具备易于拉拔且强度较高、塑性良好的盘条产品,满足用户对于纯铁紧固件方面的需求。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:一种高强度紧固件用深冲纯铁,所述深冲纯铁化学成分质量百分比如下:C:0.015~0.025%,Si≤0.03%,Mn≤0.15%,Ti:0.06~0.08%,Al:0.03-0.05%,P≤0.015%,S≤0.015%,余量为Fe和不可避免的杂质。
一种高强度紧固件用深冲纯铁的生产方法,高炉铁水经过转炉冶炼、LF炉精炼、RH炉精炼、连铸、控轧控冷、集卷工序,得到所述深冲纯铁,具体工艺过程如下:
(1)转炉冶炼:高炉铁水进行脱硫处理后,兑入复吹转炉冶炼,出钢后加入铝块脱氧,顶渣加入石灰2.0-3.5kg/T;
(2)LF炉精炼:LF进站后,渣料加入量如下:石灰2.0-4.0kg/T,并使用碳化钙、铝粒造渣;并升温至1650~1680℃,顶渣颜色以白色或淡绿色为主,渣中FeO与MnO质量之和≤1.0%,钢水离站氧≤50ppm;
(3)RH炉精炼:将钢水吊至RH炉,预抽真空并进行吹氧强制脱碳操作,在吹氧强制脱碳处理完毕,使用铝粒脱氧,加入碳粉0.15-0.20kg/t、钛铁1.3-1.6kg/t进行合金成分调整;
(4)连铸:RH炉,离站前进行钙处理及软吹8min后,吊至连铸机浇铸成大方坯;
中包钢水中成分的质量百分比:C:0.015~0.025%,Si≤0.03%,Mn≤0.15%,Ti:0.06~0.08%,Al:0.03-0.05%,P≤0.015%,S≤0.015%,余量为Fe和不可避免的杂质;
(5)控轧控冷:大方坯开坯后,进入加热炉升温至1070~1090℃,出炉钢坯进行高压水除磷,进入高速轧机轧制;轧制过程进精轧温度为880±15℃,吐丝温度为910±10℃,再经集卷工序,得到所述深冲纯铁。
本发明所述步骤(5)控轧控冷工序中,轧制后的钢坯进入斯太尔摩冷却线,调节风冷线保温罩开启数量和风机开度,吐丝后盘条相变前段冷却速率为1.5~2.0℃/s。
本发明所述步骤(3)RH炉精炼工序中,所述预抽真空并进行吹氧强制脱碳中,控制参数为:残氧量控制在300-450ppm;铝粒脱氧后,控制离站钢水氧含量≤15ppm。
本发明所述步骤(3)RH炉精炼工序中,吹氧强制脱碳操作结束后,采用全泵抽真空处理,真空度≤150pa,控制脱碳环流时间10-15min。
本发明所述步骤(3)RH炉精炼工序中,所述加入碳粉、钛铁进行合金成分调整,使得钢水中C:0.015~0.025%,Ti:0.06~0.08%;同时离站钙处理,控制Ca:25-45ppm。
本发明所述步骤(3)RH炉精炼工序中,所述RH环流时间10-15min。
本发明所述步骤(1)转炉冶炼工序中,高炉铁水中S≤0.013%。
本发明所述步骤(4)连铸工序中,所述大方坯规格为325×280mm2。
本发明所述步骤(5)控轧控冷工序中,所述大方坯开坯成160×160mm2规格
本发明技术原理如下:1、纯铁钢种由于全部成分较低,盘条组织全部是铁素体,难以单独通过控轧控冷手段调整力学性能。因此需要增加固溶强化元素C,同时用户要求一定强度范围,在钢种中对C元素进行了微调控制在0.015~0.025%区间。
2、为满足用户深冲性能需要,采用改善组织,细化晶粒方法,改善盘条性能,晶粒细化使晶界数量增加,而晶界是位错运动的障碍,晶界还可以把塑性变形限定在一定的范围内,使变形均匀化,晶界也是裂纹扩展的阻力,晶粒愈细,裂纹扩展临界应力愈大,材料的韧性愈好。
首先在钢种添加Ti元素,钢水中产生细小的高熔点的Ti类夹杂物,从而凝固过程促进铁素体IGF形核率,起到诱导形核的作用,达到有效分割晶粒、细化组织的目的。
其次利用TiN钉扎晶界,有效的抑制再结晶及再结晶后的晶粒长大,实现原材料的晶粒细化及相变强化,提高盘条强度同时也改善塑性。
同时在轧制环节采用调整轧线控轧控冷工艺,实现低温轧制,控制材料晶粒度长大,细化了晶粒。
3、为保证钢种Ti元素的加入,LF炉采用完全脱氧的顶渣处理方式,有效的降低了Ti合金损耗,同时在RH炉离站前进行钙处理及软吹,与钢中脱氧产物Al2O3形成低熔点夹杂物,避免浇铸过程中水口絮流影响。
本发明设计思路如下:1、首先采用自身特有工艺流程:高炉铁水-转炉-LF炉-RH炉-大方坯连铸机-加热炉-开坯-加热炉-高压水除磷-高速轧制-集卷。
2、针对钢种强度,提高了纯铁钢种C成分控制范围,通过LF炉升温及良好的顶渣改制处理,在RH炉进行钢水合金成分调整,同时保证钢水脱氧良好,通过RH环流减少钢中有害夹杂物。
3、为了改善材料的冷镦性能,RH炉后期加入Ti元素,产生细小的高熔点的Ti类夹杂物,从而促进铁素体IGF形核率,起到诱导形核的作用,达到有效分割晶粒、细化组织的目的。
同时在轧制环节采用调整轧线控轧控冷工艺,利用TiN钉扎晶界,有效的抑制再结晶及再结晶后的晶粒长大,实现原材料的晶粒细化及相变强化,提高盘条强度同时也改善塑性。
4、在轧制环节采用调整轧线控轧控冷工艺,实现低温轧制,从温度控制方面来达到控制材料晶粒度长大的目的。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于:利用现有精炼工艺、控轧控冷工艺,生产低成本、高强度的深冲用纯铁盘条,该发明生产的热轧态盘条抗拉强度可达340±20Mpa,冷顶锻1/3合格,同时可满足下游企业生产家具用高强度紧固件的需求。
附图说明
图1为正常纯铁钢种晶粒度显微结构图;
图2为深冲纯铁细化晶粒的显微结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式及附图对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
深冲纯铁化学成分质量百分比如下:C:0.025%,Si:0.03%,Mn:0.15%,Ti:0.08%,Al:0.04%,P:0.015%,S:0.015%,余量为Fe和不可避免的杂质。
生产工艺为如下:
(1)高炉铁水兑入转炉冶炼,出钢加入铝块脱氧,后期加入石灰2.0kg/T。
(2)LF进站后,顶渣加入石灰2.0kg/T,并使用碳化钙、铝粒造渣;并升温至1650℃,顶渣为白色,渣中(FeO+MnO)为1.0%,钢水离站氧50ppm。
(3)将钢水吊至RH炉,预抽真空并进行OB操作(吹氧强制脱碳),OB后采用全泵抽真空处理,控制真空度150pa;OB结束后,控制脱碳环流时间8min,脱碳结束定氧,残氧量控制在300ppm,并根据定氧值使用铝粒脱氧,脱氧后加入碳粉、钛铁进行合金成分调整,RH环流时间10min。
(4)RH炉离站钢水氧含量为15ppm,离站前进行钙处理,钢水Ca控制在25ppm,软吹8min后,吊至连铸机浇铸。中包钢水中成分的质量百分比:C:0.025%,Si:0.03%,Mn:0.15%,Ti:0.08%,Al:0.04%,P:0.015%,S:0.015%,余量为Fe和不可避免的杂质。
(5)大方坯开坯后,进入加热炉升温至1090℃,出炉钢坯进行高压水除磷,进入高速轧机轧制。轧制过程进精轧温度控制在895℃,吐丝温度控制在920℃。
进入斯太尔摩冷却线,调节风冷线保温罩开启数量和风机开度,吐丝后盘条相变前段冷却速率控制在2.0℃/s。
得到的深冲纯铁拉强度为360Mpa,冷顶锻1/3合格。
实施例2
深冲纯铁化学成分质量百分比如下:C:0.015%,Si:0.02%,Mn:0.12%,Ti:0.06%,Al:0.03%,P:0.012%,S:0.010%,余量为Fe和不可避免的杂质。
生产工艺为如下:
(1)高炉铁水兑入转炉冶炼,出钢加入铝块脱氧,后期加入石灰3.5kg/T。
(2)LF进站后,顶渣加入石灰4.0kg/T,并使用碳化钙、铝粒造渣;并升温至1680℃,顶渣颜色为淡绿色,渣中(FeO+MnO)为0.95%,钢水离站氧为35ppm。
(3)将钢水吊至RH炉,预抽真空并进行OB操作(吹氧强制脱碳),OB后采用全泵抽真空处理,控制真空度150pa;OB结束后,控制脱碳环流时间8min,脱碳结束定氧,残氧量控制在450ppm,并根据定氧值使用铝粒脱氧,脱氧后加入碳粉、钛铁进行合金成分调整,RH环流时间12min。
(4)RH炉离站钢水氧含量为12ppm,离站前进行钙处理,钢水Ca控制在35ppm,软吹8min后,吊至连铸机浇铸。中包钢水中成分的质量百分比:C:0.015%,Si:0.02%,Mn:0.12%,Ti:0.06%,Al:0.03%,P:0.012%,S:0.010%,余量为Fe和不可避免的杂质。
(5)大方坯开坯后,进入加热炉升温至1070℃,出炉钢坯进行高压水除磷,进入高速轧机轧制。轧制过程进精轧温度控制在865℃,吐丝温度控制在900℃。
进入斯太尔摩冷却线,调节风冷线保温罩开启数量和风机开度,吐丝后盘条相变前段冷却速率控制在1.5℃/s。
得到的深冲纯铁拉强度为320Mpa,冷顶锻1/3合格。
实施例3
深冲纯铁化学成分质量百分比如下:C:0.019%,Si:0.02%,Mn:0.11%,Ti:0.07%,Al:0.05%,P:0.012%,S:0.009%,余量为Fe和不可避免的杂质。
生产工艺为如下:
(1)高炉铁水兑入转炉冶炼,出钢加入铝块脱氧,后期加入石灰3.0kg/T。
(2)LF进站后,顶渣加入石灰3.0kg/T,并使用碳化钙、铝粒造渣;并升温至1670℃,顶渣颜色为淡绿色,渣中(FeO+MnO)为0.88%,钢水离站氧为25ppm。
(3)将钢水吊至RH炉,预抽真空并进行OB操作(吹氧强制脱碳),OB后采用全泵抽真空处理,控制真空度150pa;OB结束后,控制脱碳环流时间8min,脱碳结束定氧,残氧量控制在400ppm,并根据定氧值使用铝粒脱氧,脱氧后加入碳粉、钛铁进行合金成分调整,RH环流时间15min。
(4)RH炉离站钢水氧含量为8ppm,离站前进行钙处理,钢水Ca控制在45ppm,软吹8min后,吊至连铸机浇铸。中包钢水中成分的质量百分比:C:0.019%,Si:0.02%,Mn:0.11%,Ti:0.07%,Al:0.05%,P:0.012%,S:0.009%,余量为Fe和不可避免的杂质。
(5)大方坯开坯后,进入加热炉升温至1080℃,出炉钢坯进行高压水除磷,进入高速轧机轧制。轧制过程进精轧温度控制在880℃,吐丝温度控制在910℃。
进入斯太尔摩冷却线,调节风冷线保温罩开启数量和风机开度,吐丝后盘条相变前段冷却速率控制在1.7℃/s。
得到的深冲纯铁拉强度为332Mpa,冷顶锻1/3合格。
实施例4
深冲纯铁化学成分质量百分比如下:C:0.021%,Si:0.02%,Mn:0.09%,Ti:0.07%,Al:0.04%,P:0.012%,S:0.008%,余量为Fe和不可避免的杂质。
生产工艺为如下:
(1)高炉铁水兑入转炉冶炼,出钢加入铝块脱氧,后期加入石灰2.5kg/T。
(2)LF进站后,顶渣加入石灰3.5kg/T,并使用碳化钙、铝粒造渣;并升温至1660℃,顶渣颜色为以淡绿色,渣中(FeO+MnO)为0.92%,钢水离站氧为32ppm。
(3)将钢水吊至RH炉,预抽真空并进行OB操作(吹氧强制脱碳),OB后采用全泵抽真空处理,控制真空度150pa;OB结束后,控制脱碳环流时间8min,脱碳结束定氧,残氧量控制在350ppm,并根据定氧值使用铝粒脱氧,脱氧后加入碳粉、钛铁进行合金成分调整,RH环流时间13min。
(4)RH炉离站钢水氧含量控制6ppm,离站前进行钙处理,钢水Ca控制在40ppm,软吹8min后,吊至连铸机浇铸。中包钢水中成分的质量百分比:C:0.021%,Si:0.02%,Mn:0.09%,Ti:0.07%,Al:0.04%,P:0.012%,S:0.008%,余量为Fe和不可避免的杂质。
(5)大方坯开坯后,进入加热炉升温至1085℃,出炉钢坯进行高压水除磷,进入高速轧机轧制。轧制过程进精轧温度控制在885℃,吐丝温度控制在915℃。
进入斯太尔摩冷却线,调节风冷线保温罩开启数量和风机开度,吐丝后盘条相变前段冷却速率控制在1.8℃/s。
得到的深冲纯铁拉强度为348Mpa,冷顶锻1/3合格。
Claims (10)
1.一种高强度紧固件用深冲纯铁,其特征在于,所述深冲纯铁化学成分质量百分比如下:C:0.015~0.025%,Si≤0.03%,Mn≤0.15%,Ti:0.06~0.08%,Al:0.03-0.05%,P≤0.015%,S≤0.015%,余量为Fe和不可避免的杂质。
2.基于权利要求1所述的一种高强度紧固件用深冲纯铁的生产方法,高炉铁水经过转炉冶炼、LF炉精炼、RH炉精炼、连铸、控轧控冷、集卷工序,得到所述深冲纯铁,其特征在于,具体工艺过程如下:
(1)转炉冶炼:高炉铁水进行脱硫处理后,兑入复吹转炉冶炼,出钢后加入铝块脱氧,顶渣加入石灰2.0-3.5kg/T;
(2)LF炉精炼:LF进站后,渣料加入量如下:石灰2.0-4.0kg/T,使用碳化钙、铝粒造渣,升温至1650~1680℃,顶渣颜色以白色或淡绿色为主,渣中FeO与MnO质量之和≤1.0%,钢水离站氧≤50ppm;
(3)RH炉精炼:将钢水吊至RH炉,预抽真空并进行吹氧强制脱碳操作,在吹氧强制脱碳处理完毕,使用铝粒脱氧,加入碳粉0.15-0.20kg/t、钛铁1.3-1.6kg/t进行合金成分调整;
(4)连铸:RH炉,离站前进行钙处理及软吹8min后,吊至连铸机浇铸成大方坯;
中包钢水中成分的质量百分比:C:0.015~0.025%,Si≤0.03%,Mn≤0.15%,Ti:0.06~0.08%,Al:0.03-0.05%,P≤0.015%,S≤0.015%,余量为Fe和不可避免的杂质;
(5)控轧控冷:大方坯开坯后,进入加热炉升温至1070~1090℃,出炉钢坯进行高压水除磷,进入高速轧机轧制;轧制过程进精轧温度为880±15℃,吐丝温度为910±10℃,再经集卷工序,得到所述深冲纯铁。
3.根据权利要求2所述的生产方法,其特征在于,所述步骤(5)控轧控冷工序中,轧制后的钢坯进入斯太尔摩冷却线,调节风冷线保温罩开启数量和风机开度,吐丝后盘条相变前段冷却速率为1.5~2.0℃/s。
4.根据权利要求2所述的生产方法,其特征在于,所述步骤(3)RH炉精炼工序中,所述预抽真空并进行吹氧强制脱碳中,控制参数为:残氧量控制在300-450ppm;铝粒脱氧后,控制离站钢水氧含量≤15ppm。
5.根据权利要求2所述的生产方法,其特征在于,所述步骤(3)RH炉精炼工序中,吹氧强制脱碳操作结束后,采用全泵抽真空处理,真空度≤150pa,控制脱碳环流时间10-15min。
6.根据权利要求2所述的生产方法,其特征在于,所述步骤(3)RH炉精炼工序中,所述加入碳粉、钛铁进行合金成分调整,使得钢水中C:0.015~0.025%,Ti:0.06~0.08%;同时离站钙处理,控制Ca:25-45ppm。
7.根据权利要求2所述的生产方法,其特征在于,所述步骤(3)RH炉精炼工序中,所述RH环流时间10-15min。
8.根据权利要求2所述的生产方法,其特征在于,所述步骤(1)转炉冶炼工序中,高炉铁水中S≤0.013%。
9.根据权利要求2所述的生产方法,其特征在于,所述步骤(4)连铸工序中,所述大方坯规格为325×280mm2。
10.根据权利要求2所述的生产方法,其特征在于,所述步骤(5)控轧控冷工序中,所述大方坯开坯成160×160mm2规格。
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