CN111893383A - 一种卡簧用钢盘条及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种卡簧用钢盘条及其制备方法，钢盘条的化学成分及其质量百分比为：C：0.65～0.75％、Si：0.17～0.37％、Mn：0.6～0.9％、P：≤0.025％、S：≤0.025％、Cr：0.2～0.4％、Al：0.01～0.05％、Mo≤0.1％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明的制备方法采用高纯净质化冶炼技术得到洁净的钢水，通过小方坯连铸得到高均质化钢坯，然后采用低温加热，控制原始奥氏体晶粒度，控制表面脱碳；然后通过低温终轧，利用形变诱导相变，利于铁素体析出，利于晶粒细化；最后通过斯太尔摩的控制冷却技术，得到热轧态组织为索氏体+珠光体+铁素体组织，索氏体化率大于80％的钢盘条。本发明制备方法简单，工艺可控，有利于批量生产。

Description

一种卡簧用钢盘条及其制备方法
技术领域
本发明属于钢盘条生产技术领域，具体涉及一种卡簧用钢盘条及其制备方法。
背景技术
卡簧又称挡圈,分为孔用挡圈和轴用挡圈,起轴向限位作用,可以防止其他零件轴向窜动。随着我国制造业的发展，对卡簧需求量巨大。特别是近年来，新能源发展迅速，特别风电市场得到迅速发展，风电轴用卡簧挡圈市场增量明显。目前卡簧制作通常采用板材(带钢)冲切加工制成，板(带)冲切后的余料通常不再具备使用价值，钢材浪费严重，成材率仅约25％，如果采用线材冷轧后缠绕成型，成材率约为80％，较原有制作工艺提高成材率约55％；采用线材冷轧后缠绕成型降低了钢铁料的消耗，有利于节能减排，经济效益显著。
采用线材冷轧后缠绕成型工艺需要对盘条经过拉拔、冷轧成型、绕簧等工序，特别是其中冷轧工序为圆钢轧制成扁带，宽展变形量大、角部应力集中，极易造成边角部开裂现象，在后道次绕簧时出现断裂。因此线材冷轧后缠绕成型工艺对盘条的冷成型性能要求高，要求材料塑韧性非常好，同时因卡簧成品对强度、硬度均有一定要求，盘条生产时需要兼顾两者要求。
本发明就是为了解决线材绕制卡簧的市场需要，开发出一种能制作卡簧的卡簧用钢盘条。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种卡簧用钢盘条及其制备方法，解决了现有的线材冷轧后缠绕成型工艺对盘条经过冷轧成型时，极易造成边角部开裂和在后道次绕簧时出现断裂的问题。
技术方案：本发明一种卡簧用钢盘条，钢盘条的化学成分及其质量百分比为：C：0.65～0.75％、Si：0.17～0.37％、Mn：0.6～0.9％、P：≤0.025％、S：≤0.025％、Cr：0.2～0.4％、Al：0.01～0.05％、Mo≤0.1％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步，所述钢盘条的热轧态组织为索氏体+珠光体+铁素体组成，索氏体化率≥80％。
本发明还提供一种卡簧用钢盘条的制备方法，包括以下步骤：
(1)转炉冶炼：进行转炉冶炼过程中添加80％以上铁水；
(2)转炉出钢控制：控制转炉出钢终点C质量百分含量0.15～0.25％，P：≤0.015％，出钢时间≥4min，并控制粗炼钢水氧化性，杜绝出钢下渣；
(3)LF炉精炼：精炼前期用Al脱氧，中期用硅铁脱氧，后期用SiC扩散脱氧，终渣碱度控制在4.0～6.0，确保夹杂物水平；
(4)RH真空：真空度控制在2.5毫巴以下，真空保持时间≥10min，控制N含量小于50ppm；
(5)小方坯连铸：方坯的断面为150×150mm，连铸拉速控制在≤2.4m/min，结晶器水量控制在2700～4400L/min，电磁搅拌电流为200～400A，搅拌频率为2Hz，配水采用强冷，得到高均质化钢坯；
(6)高线加热控制：采用低温加热工艺，均热段温度低于1050℃，控制原始奥氏体晶粒度≥5级，控制钢盘条表面脱碳小于1.0D％；
(7)高线轧制控制：采用低温终轧，终轧温度在750～850℃进行，诱导铁素体析出，细化轧材晶粒度，控制成品晶粒度≥6.0级；
(8)高线轧后冷却控制：采用斯太尔摩在线控制冷却，控制吐丝温度在750～850℃，斯太尔摩风冷线的辊道速度为0.1～0.5m/s，保温罩盖开启前10～15米，控制风机开度25～60％，风量50000～150000m3/h，控制入罩盖温度在650～700℃，以保证组织为索氏体+珠光体+铁素体,索氏体化率≥80％。
进一步，所述步骤(3)中LF炉精炼时间≥50min。
进一步，所述步骤(5)中过热度控制在15～35℃。
本发明的钢盘条适当控制C、Mn等强化元素，添加Cr、Al微等合金元素，进一步优化成分，研究开发出一种能满足用户采用线材绕制卡簧，大幅度提高用户成材率的卡簧用钢盘条。化学成分范围的限定原理为：降低了P、S含量，降低了促进P、S偏析的Mn含量，防止晶界脆化；适当降低C含量，提高材料塑性；加入Al元素，生成弥散析出的碳氮化物以细化奥氏体晶粒；加入一定的Cr含量，提高材料淬透性，提高卡簧的成品强硬度。
有益效果在于：本发明的钢盘条通过适当降低钢中的C、Mn等强化元素，降低钢材强度，提高材料塑性；适当添加Al合金元素，形成碳氮化物析出物，达到细化晶粒的作用；加入一定的Cr含量，提高材料淬透性，提高卡簧的成品强硬度；
本发明的制备方法采用高纯净质化冶炼技术得到洁净的钢水，通过小方坯连铸得到高均质化钢坯，然后采用低温加热，控制原始奥氏体晶粒度，控制表面脱碳；然后通过低温终轧，利用形变诱导相变，利于铁素体析出，利于晶粒细化；最后通过斯太尔摩的控制冷却技术，得到热轧态组织为索氏体+珠光体+铁素体组织，索氏体化率大于80％的钢盘条。该制备方法简单，工艺可控，有利于批量生产。
附图说明
图1为实施例3的控冷工艺1得到的珠光体片层间距图；
图2为实施例3的控冷工艺2得到的珠光体片层间距图；
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述：
实施例1
一种卡簧用钢盘条，钢盘条的化学成分及其质量百分比为：C：0.69％、Si：0.2％、Mn：0.65％、P：≤0.013％、S：≤0.010％、Cr：0.25％、Al：0.02％、Mo≤0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述卡簧用钢盘条的制备方法，包括以下步骤：
(1)转炉冶炼：进行转炉冶炼过程中添加80％以上铁水95吨，得到高纯净质化钢水；
(2)转炉出钢控制：控制转炉出钢终点C质量百分含量0.2％，P：0.007％，出钢温度1620℃，出钢时间4.2min，并控制粗炼钢水氧化性，杜绝出钢下渣；
(3)LF炉精炼：精炼时间65min，精炼前期用Al脱氧，中期用硅铁脱氧，后期用SiC扩散脱氧，终渣碱度控制在5.0，确保夹杂物水平；
(4)RH真空：真空度控制在2毫巴，真空保持时间15min，控制N含量小于50ppm；
(5)小方坯连铸：方坯的断面为150×150mm，连铸拉速控制在≤2.4m/min，过热度控制在15～35℃，结晶器水量控制在3300L/min，电磁搅拌电流为300A，搅拌频率为2Hz，配水采用强冷，得到高均质化钢坯；
(6)高线加热控制：采用低温加热工艺，均热段温度1040℃，控制原始奥氏体晶粒度≥5级，控制钢盘条表面脱碳小于1.0D％；
(7)高线轧制控制：采用低温终轧，终轧温度在830℃进行，诱导铁素体析出，细化轧材晶粒度，控制成品晶粒度≥6.0级；
(8)高线轧后冷却控制：采用斯太尔摩在线控制冷却，控制吐丝温度在830℃，斯太尔摩风冷线的辊道速度为0.26m/s，保温罩盖开启前10～15米，控制风机开度25～60％，风量50000～100000m3/h，控制入罩盖温度在700℃，以保证组织为索氏体+珠光体+铁素体,索氏体化率≥80％。制备方案如表1所示：
表1实施例1的制备工艺方案
Figure BDA0002605384270000031
Figure BDA0002605384270000041
采用以上制备方案制备的钢盘条成品技术指标检测结果如表2所示：
表2实施例1的钢盘条技术指标检测结果
Figure BDA0002605384270000042
Figure BDA0002605384270000051
表3实施例1的钢盘条用户使用结果
成品规格 冷轧开裂情况 成品硬度合格 成材率
1# 4.0*12.5 否 合格 82％
2# 4.0*11.8 否 合格 79％
实施例2
一种卡簧用钢盘条，钢盘条的化学成分及其质量百分比为：C：0.71％、Si：0.23％、Mn：0.68％、P：≤0.012％、S：≤0.008％、Cr：0.24％、Al：0.022％、Mo≤0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述卡簧用钢盘条的制备方法，包括以下步骤：
(1)转炉冶炼：进行转炉冶炼过程中添加80％以上铁水98吨，得到高纯净质化钢水；
(2)转炉出钢控制：控制转炉出钢终点C质量百分含量0.22％，P：0.008％，出钢温度1625℃，出钢时间4.3min，并控制粗炼钢水氧化性，杜绝出钢下渣；
(3)LF炉精炼：精炼时间60min，精炼前期用Al脱氧，中期用硅铁脱氧，后期用SiC扩散脱氧，终渣碱度控制在4.9，确保夹杂物水平；
(4)RH真空：真空度控制在2毫巴，真空保持时间14min，控制N含量小于50ppm；
(5)小方坯连铸：方坯的断面为150×150mm，连铸拉速控制在≤2.4m/min，过热度控制在15～35℃，结晶器水量控制在2700L/min，电磁搅拌电流为200A，搅拌频率为2Hz，配水采用强冷，得到高均质化钢坯；
(6)高线加热控制：采用低温加热工艺，均热段温度1040℃，控制原始奥氏体晶粒度≥5级，控制钢盘条表面脱碳小于1.0D％；
(7)高线轧制控制：采用低温终轧，终轧温度在830℃进行，诱导铁素体析出，细化轧材晶粒度，控制成品晶粒度≥6.0级；
(8)高线轧后冷却控制：采用斯太尔摩在线控制冷却，控制吐丝温度在830℃，斯太尔摩风冷线的辊道速度为0.26m/s，保温罩盖开启前10～15米，控制风机开度25～60％，风量50000～150000m3/h，控制入罩盖温度在680℃，以保证组织为索氏体+珠光体+铁素体,索氏体化率≥80％。制备方案如表4所示：
表4实施例2的制备工艺方案
Figure BDA0002605384270000061
采用以上制备方案制备的钢盘条成品技术指标检测结果如表5所示。
表5实施例2的钢盘条技术指标检测结果
Figure BDA0002605384270000062
Figure BDA0002605384270000071
表6实施例2的钢盘条用户使用结果
成品规格 冷轧开裂情况 成品硬度合格 成材率
1# 4.5*13.8 否 合格 80％
2# 4.5*12.8 否 合格 79％
实施例3
一种卡簧用钢盘条，钢盘条的化学成分及其质量百分比为：C：0.68％、Si：0.22％、Mn：0.69％、P：≤0.013％、S：≤0.007％、Cr：0.25％、Al：0.025％、Mo≤0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述卡簧用钢盘条的制备方法，包括以下步骤：
(1)转炉冶炼：进行转炉冶炼过程中添加80％以上铁水99吨，得到高纯净质化钢水；
(2)转炉出钢控制：控制转炉出钢终点C质量百分含量0.21％，P：0.008％，出钢温度1630℃，出钢时间4.3min，并控制粗炼钢水氧化性，杜绝出钢下渣；
(3)LF炉精炼：精炼时间60min，精炼前期用Al脱氧，中期用硅铁脱氧，后期用SiC扩散脱氧，终渣碱度控制在5.1，确保夹杂物水平；
(4)RH真空：真空度控制在2毫巴，真空保持时间14min，控制N含量小于50ppm；
(5)小方坯连铸：方坯的断面为150×150mm，连铸拉速控制在≤2.4m/min，过热度控制在15～35℃，结晶器水量控制在4400L/min，电磁搅拌电流为400A，搅拌频率为2Hz，配水采用强冷，得到高均质化钢坯；
(6)高线加热控制：采用低温加热工艺，均热段温度1040℃，控制原始奥氏体晶粒度≥5级，控制钢盘条表面脱碳小于1.0D％；
(7)高线轧制控制：采用低温终轧，终轧温度在830℃进行，诱导铁素体析出，细化轧材晶粒度，控制成品晶粒度≥6.0级；
(8)高线轧后冷却控制：采用斯太尔摩在线控制冷却，控制吐丝温度在830℃，斯太尔摩风冷线的辊道速度为0.26m/s，保温罩盖开启前10～15米，控制风机开度25～60％，风量50000～150000m3/h，控制入罩盖温度在650℃，以保证组织为索氏体+珠光体+铁素体,索氏体化率≥80％。制备方案如表7所示：
表7实施例3的制备工艺方案
Figure BDA0002605384270000081
采用以上制备方案制备的钢盘条成品技术指标检测结果如表8所示。
表8实施例3的钢盘条技术指标检测结果
Figure BDA0002605384270000082
Figure BDA0002605384270000091
表9实施例3的钢盘条用户使用结果
成品规格 冷轧开裂情况 成品硬度合格 成材率
1# 4.0*12.5 否 合格 81％
2# 4.0*11.8 否 合格 82％
在实施例3制备工艺时，进行步骤(8)不同控冷速度的对比工艺研究，控冷工艺参数见表10：
表10控冷对比试验参数
Figure BDA0002605384270000092
在不同控冷工艺下的金相组织及索氏体化率见表11，及珠光体片层间距见图1、图2；从表11及图1、图2可以看出，在工艺范围内适当增加轧后冷却速度，在不产生过冷组织的前提下，索氏体化率明显增加，珠光体片成间距显著较少；
表11控冷对比试验检验结果
组织 索氏体化率 珠光体体片层间距
控冷工艺1 S+P+F 85％ 245nm(见图1)
控冷工艺2 S+P+F 92％ 161nm(见图2)
实施例4
一种卡簧用钢盘条，钢盘条的化学成分及其质量百分比为：C：0.65％、Si：0.17％、Mn：0.6％、P：≤0.012％、S：≤0.018％、Cr：0.2％、Al：0.01％、Mo≤0.08％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述卡簧用钢盘条的制备方法，包括以下步骤：
(1)转炉冶炼：进行转炉冶炼过程中添加80％以上铁水99吨，得到高纯净质化钢水；
(2)转炉出钢控制：控制转炉出钢终点C质量百分含量0.15％，P：0.010％，出钢温度1640℃，出钢时间4.2min，并控制粗炼钢水氧化性，杜绝出钢下渣；
(3)LF炉精炼：精炼时间60min，精炼前期用Al脱氧，中期用硅铁脱氧，后期用SiC扩散脱氧，终渣碱度控制在4.0，确保夹杂物水平；
(4)RH真空：真空度控制在2毫巴，真空保持时间13min，控制N含量小于50ppm；
(5)小方坯连铸：方坯的断面为150×150mm，连铸拉速控制在≤2.4m/min，过热度控制在15～35℃，结晶器水量控制在3200L/min，电磁搅拌电流为310A，搅拌频率为2Hz，配水采用强冷，得到高均质化钢坯；
(6)高线加热控制：采用低温加热工艺，均热段温度1040℃，控制原始奥氏体晶粒度≥5级，控制钢盘条表面脱碳小于1.0D％；
(7)高线轧制控制：采用低温终轧，终轧温度在750℃进行，诱导铁素体析出，细化轧材晶粒度，控制成品晶粒度≥6.0级；
(8)高线轧后冷却控制：采用斯太尔摩在线控制冷却，控制吐丝温度在750℃，斯太尔摩风冷线的辊道速度为0.1m/s，保温罩盖开启前10～15米，控制风机开度25～60％，风量50000～150000m3/h，控制入罩盖温度在680℃，以保证组织为索氏体+珠光体+铁素体,索氏体化率≥80％。
实施例5
一种卡簧用钢盘条，钢盘条的化学成分及其质量百分比为：C：0.75％、Si：0.37％、Mn：0.9％、P：≤0.013％、S：≤0.015％、Cr：0.4％、Al：0.05％、Mo≤0.08％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述卡簧用钢盘条的制备方法，包括以下步骤：
(1)转炉冶炼：进行转炉冶炼过程中添加80％以上铁水98吨，得到高纯净质化钢水；
(2)转炉出钢控制：控制转炉出钢终点C质量百分含量0.25％，P：0.012％，出钢温度1640℃，出钢时间4.2min，并控制粗炼钢水氧化性，杜绝出钢下渣；
(3)LF炉精炼：精炼时间65min，精炼前期用Al脱氧，中期用硅铁脱氧，后期用SiC扩散脱氧，终渣碱度控制在6.0，确保夹杂物水平；
(4)RH真空：真空度控制在2毫巴，真空保持时间13min，控制N含量小于50ppm；
(5)小方坯连铸：方坯的断面为150×150mm，连铸拉速控制在≤2.4m/min，过热度控制在15～35℃，结晶器水量控制在4100L/min，电磁搅拌电流为400A，搅拌频率为2Hz，配水采用强冷，得到高均质化钢坯；
(6)高线加热控制：采用低温加热工艺，均热段温度1040℃，控制原始奥氏体晶粒度≥5级，控制钢盘条表面脱碳小于1.0D％；
(7)高线轧制控制：采用低温终轧，终轧温度在850℃进行，诱导铁素体析出，细化轧材晶粒度，控制成品晶粒度≥6.0级；
(8)高线轧后冷却控制：采用斯太尔摩在线控制冷却，控制吐丝温度在850℃，斯太尔摩风冷线的辊道速度为0.5m/s，保温罩盖开启前10～15米，控制风机开度25～60％，风量50000～150000m3/h，控制入罩盖温度在700℃，以保证组织为索氏体+珠光体+铁素体,索氏体化率≥80％。

Claims (5)

1.一种卡簧用钢盘条，其特征在于：所述钢盘条的化学成分及其质量百分比为：C：0.65～0.75％、Si：0.17～0.37％、Mn：0.6～0.9％、P：≤0.025％、S：≤0.025％、Cr：0.2～0.4％、Al：0.01～0.05％、Mo≤0.1％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种卡簧用钢盘条，其特征在于：所述钢盘条的热轧态组织为索氏体+珠光体+铁素体组成，索氏体化率≥80％。
3.一种卡簧用钢盘条的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)转炉冶炼：进行转炉冶炼过程中添加80％以上铁水；
(2)转炉出钢控制：控制转炉出钢终点C质量百分含量0.15～0.25％，P：≤0.015％，出钢时间≥4min，并控制粗炼钢水氧化性，杜绝出钢下渣；
(3)LF炉精炼：精炼前期用Al脱氧，中期用硅铁脱氧，后期用SiC扩散脱氧，终渣碱度控制在4.0～6.0，确保夹杂物水平；
(4)RH真空：真空度控制在2.5毫巴以下，真空保持时间≥10min，控制N含量小于50ppm；
(5)小方坯连铸：方坯的断面为150×150mm，连铸拉速控制在≤2.4m/min，结晶器水量控制在2700～4400L/min，电磁搅拌电流为200～400A，搅拌频率为2Hz，配水采用强冷，得到高均质化钢坯；
(6)高线加热控制：采用低温加热工艺，均热段温度低于1050℃，控制原始奥氏体晶粒度≥5级，控制钢盘条表面脱碳小于1.0D％；
(7)高线轧制控制：采用低温终轧，终轧温度在750～850℃进行，诱导铁素体析出，细化轧材晶粒度，控制成品晶粒度≥6.0级；
(8)高线轧后冷却控制：采用斯太尔摩在线控制冷却，控制吐丝温度在750～850℃，斯太尔摩风冷线的辊道速度为0.1～0.5m/s，保温罩盖开启前10～15米，控制风机开度25～60％，风量50000～150000m3/h，控制入罩盖温度在650～700℃，以保证组织为索氏体+珠光体+铁素体,索氏体化率≥80％。
4.根据权利要求3所述的一种卡簧用钢盘条的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中LF炉精炼时间≥50min。
5.根据权利要求3所述的一种卡簧用钢盘条的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中过热度控制在15～35℃。
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WO2023056658A1 (zh) * 2021-10-08 2023-04-13 江阴兴澄合金材料有限公司 一种适于深度拉拔的帘线钢盘条及其制造方法

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