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

一种高强度紧固件用深冲纯铁及其生产方法
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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