CN115433879A - 一种组织性能均匀的低碳低硅易切削钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种组织性能均匀的低碳低硅易切削钢，其化学成分按重量百分比计为：C≤0.10％、Si≤007％、Mn：0.50‑1.20％、P≤0.020％、S≤0.020％、Cr≤0.20％、Ni≤0.30％、Cu≤0.20％、As≤0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质。还公布了其制备方法。本发明制备的切削用钢抗拉强度400～450MPa，延伸率A可以达到45.0‑52.0％，断面收缩率可以达到70.0‑75.0％，满足直接拉拔直径2.0‑5.0mm切削用钢的使用要求；且本发明切削用钢具有组织均匀的优点，盘条头中尾力学性能均匀。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁生产领域，尤其涉及一种组织性能均匀的低碳低硅易切削钢及其制备方法。
背景技术
钢棉纤维是一种新型的金属纤维材料，其纤维细达4um,自然状态类似蓬松的棉花状。其用途非常广泛：粉碎型钢棉：主要用于汽车刹车片等摩阻材料；切断型钢棉纤维：可用于建筑用混凝土等领域；钢棉长纤维：主要用于民间日常洗涤和工业除锈、去污、抛光等；钢棉还可用于粉末冶金、耐火材料、导电塑料制品等领域；采用同样工艺设备，还可以生产出各种不锈钢棉、铜棉、铝棉等金属棉产品，广泛用于金属过滤器，高温下减震和消声，制取金属纤维等高科技众多领域。
与普通的混凝土相比，钢纤维混凝土具有优越的物理和力学性能,而这些性能主要体现在以下六方面：①耐久性能显著提高；②收缩性能明显改善；③掺量为l％、强度等级为CF35的混凝土耐磨损失比普通混凝土降低30％；④具有卓越的抗冲击性能；⑤具有较高的抗拉、抗弯、抗剪和抗扭强度；⑥强度和重量比值增大，这是混凝土具有优越经济性的重要标志。
钢中夹杂物易造成低碳易切削钢拉拔过程断裂，同时也是造成切削断的主要原因之一，所以应控制非金属夹杂物形态、大小、个数等；另外，盘条表面不得有裂纹、折叠、结疤、耳子分层及夹杂，允许有压痕及局部的凸块、凹坑、划痕、麻面，但其深度或高度：B、C级精度盘条不得大于0.10mm；其它精度等级不得大于0.20mm。
然而，即使在非金属夹杂及盘圆规格控制得当的情况下，易切削用钢盘条也常常因为组织、性能不均匀，结果在拉拔过程中出现断丝，影响生产效率。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种组织性能均匀的低碳低硅易切削钢及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种组织性能均匀的低碳低硅易切削钢，其化学成分按重量百分比计为：C≤0.10％、Si≤007％、Mn：0.50-1.20％、P≤0.020％、S≤0.020％、Cr≤0.20％、Ni≤0.30％、Cu≤0.20％、As≤0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步的，其化学成分按重量百分比计为：C 0.04％、Si 0.028％、Mn 0.60％、P0.008％、S 0.008％、Cr 0.06％、Ni 0.04％、Cu 0.04％、As 0.010％。
进一步的，其化学成分按重量百分比计为：C 0.05％、Si 0.022％、Mn 0.52％、P0.011％、S 0.010％、Cr 0.05％、Ni 0.04％、Cu 0.04％、As 0.011％。
一种组织性能均匀的低碳低硅易切削钢的制备方法，包括：
钢坯加热的工艺条件为：将钢坯加热到1100-1200℃，于1050-1150℃保温1.0-3.0小时，总加热时间不超过5.0小时；
轧制控制精轧入口温度900-1000℃，双模块入口温度880-930℃，吐丝温度880-930℃；
斯太尔摩风冷采用风冷辊道延迟缓冷方式，控制风冷辊道速度≤0.40m/s。
轧制采用高线轧制。
所述浇铸满足以下至少一项：在氩气氛围中进行浇铸；注时钢水温度为1555-1575℃；钢水的平均浇铸温度为1556-1570℃；
铸坯的拉速为1.70-2.2m/min；
铸坯的平均拉速为1.80-2.0m/min。
浇铸时钢水过热度为20-40℃。
所述浇铸采用小方坯连铸的方式，在连铸步骤中，从钢包—中间包—结晶器的全过程采用浸入式长水口、保护渣及氩气进行保护浇铸，防止钢液裸露产生二次氧化；控制铸坯拉速在1.70-2.20m/min，稳定拉速，防止结晶器液面的波动。
钢坯加热满足以下至少一项：将钢坯加热到1160-1200℃；钢坯于1120-1150℃保温；保温时间为1.6-2.6小时；总加热时间为3.5-4.5小时；钢坯加热后进行高压水除鳞，之后进行轧制；高压水除鳞后进行φ6.5mm盘圆的轧制；
将风机及保温罩全部关闭；控制风冷辊道速度在0.24-0.40m/s的范围内。
进一步的，钢坯在1000-1050℃出炉进行高压水除鳞。
进一步的，控制风冷辊道速度在0.24-0.32m/s的范围内。
进一步的，各段辊道速度分别为0.24m/s、0.26m/s、0.28m/s、0.30m/s、0.32m/s。
进一步的，出钢后对钢包进行吹氩；采用0.4-1.0MPa的压力对钢包进行吹氩，吹氩时间为8-20min；加入精炼渣，精炼渣的用量为相对于每吨钢水2.0-4.0千克；加入精炼渣，控制钢包渣碱度在2.0-4.0之间；加入增碳剂、硅铁合金和/或锰铁合金调整钢水的化学成分；精炼后的温度为1585-1650℃；精炼时间为35-60分钟。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
1、本发明切削用钢抗拉强度400～450MPa，延伸率A可以达到45.0-52.0％，断面收缩率可以达到70.0-75.0％，满足直接拉拔直径2.0-5.0mm切削用钢的使用要求。
2、本发明切削用钢具有组织均匀的优点，盘条头中尾力学性能均匀。以实施例1提供的切削用钢为例，其头尾抗拉强度Rm相差2MPa，伸长率A相差1.0％，断面收缩率Z相差1.0％；而采用现有方法生产的切削用钢(对比例1)头中尾抗拉强度Rm相差达14MPa，伸长率A相差4.0％，断面收缩率Z相差2.0％。
具体实施方式
本发明提供了组织性能均匀的低碳低硅切削用钢：将钢水依次进行浇铸、钢坯加热、轧制和斯太尔摩风冷制备得到，其中：
钢水的化学成分按重量百分比计为：C≤0.10％、Si≤0.07％、Mn：0.08-1.20％、P≤0.020％、S≤0.020％、Cr≤0.20％、Ni≤0.30％、Cu≤0.20％、As≤0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质；
钢坯加热的工艺条件为：将钢坯加热到1100-1200℃，于1050-1150℃保温1.0-3.0小时，总加热时间不超过5.0小时；
轧制控制精轧入口温度900-1000℃，双模块入口温度880-930℃，吐丝温度880-930℃；
斯太尔摩风冷采用风冷辊道延迟缓冷方式，控制风冷辊道速度0.40m/s。
本发明主要通过控制C、Si、Mn、P、S含量在合适的范围内，降低As等残余元素含量，同时优化钢坯加热、轧制及斯太尔摩风冷的工艺条件，明显改善了盘条组织及力学性能的均匀性、稳定性(即盘条的通条性能)，以及盘条的塑性，使钢具有良好的拉拔性能，保证拉拔过程中不断丝，生产的切削用钢具有优良的成棉性能。
实施例1
将脱硫、提钒后的铁水倒入氧气顶吹转炉进行吹炼，以钢水总重量为基准，当钢水中C含量为0.02重量％、P含量为0.008重量％、S含量为0.008重量％时立即出钢到钢包中。出钢时，相对于每吨钢水，先加无烟煤0.15千克(C含量为≥93重量％)进行增碳，出钢1/3后，相对于每吨钢水，先在钢包中加入预脱氧剂铝铁合金(Al含量为40重量％)4.0千克，然后相对于每吨钢水，加入精炼渣2.5千克、Mn-Si(Mn含量为68重量％，Si含量为18重量％)1.1千克、Fe-Mn(Mn含量为≥75％)4.7千克，进行Si、Mn等元素的合金化，使所得钢水中，以钢水的总重量为基准，C含量为0.03重量％、Si含量为0.015重量％、Mn含量为0.40重量％。
然后，对钢包内的钢水进行吹氩精炼，吹氩精炼的时间为8分钟，氩气吹入压力为0.8MPa；当钢水送到LF炉(带电加热的130吨钢包精炼炉)后，先加热化渣，然后相对于每吨钢水，加入精炼渣2.0千克，加热钢水到1620℃，LF精炼共进行35分钟，然后加入碳粉、Fe-Si、Fe-Mn等合金对钢水成分进行微调，使所得钢水中，以钢水的总重量为基准，C含量为0.04重量％、Si含量为0.028重量％、Mn含量为0.60重量％、P含量为0.008重量％、S含量为0.008％、Cr含量为0.06重量％、Ni含量为0.04重量％、Cu含量为0.04重量％、As含量为0.010重量％。
将钢包精炼后的钢水进行浇铸得到钢坯，浇铸在氩气氛围中进行，钢水平均浇铸温度为1556℃。铸坯的平均拉速为2.0m/min。
采用推钢式加热炉加热钢坯到1160℃，然后在1120℃温度下保温2.6小时，总加热时间为4.5小时。然后出钢进行高压水除鳞及盘条轧制，控制精轧入口温度930℃，双模块入口温度880℃，吐丝温度880℃。
将斯太尔摩风冷线的风机及保温罩全部关闭，各段辊道速度0.24m/s、0.26m/s、0.28m/s、0.30m/s、0.32m/s。然后将冷却后的盘条进行集卷、打捆及空冷。
各成分的检测方法分别为碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法，国家标准为GB/T4336。所得钢材的组织、晶粒度及均匀性检测结果见表2。
实施例2
将脱硫、提钒后的铁水倒入氧气顶吹转炉进行吹炼，以钢水总重量为基准，当钢水中C含量为0.03重量％、P含量为0.010重量％、S含量为0.011重量％时立即出钢到钢包中。出钢1/3后，相对于每吨钢水，先在钢包中加入预脱氧剂铝铁合金(Al含量为40重量％)3.5千克，然后相对于每吨钢水，加入精炼渣3.2千克、Mn-Si(Mn含量为68重量％，Si含量为18重量％)1.2千克、Fe-Mn(Mn含量为≥75％)4.5千克，进行Si、Mn等元素的合金化，使所得钢水中，以钢水的总重量为基准，C含量为0.035重量％、Si含量为0.018重量％、Mn含量为0.38重量％。
然后，对钢包内的钢水进行吹氩精炼，吹氩精炼的时间为10分钟，氩气吹入压力为0.8MPa；当钢水送到LF炉(带电加热的130吨钢包精炼炉)后，先加热化渣，然后相对于每吨钢水，加入精炼渣3.2千克，加热钢水到1635℃，LF精炼共进行50分钟，然后加入碳粉、Fe-Si、Fe-Mn等合金对钢水成分进行微调，使所得钢水中，以钢水的总重量为基准，C含量为0.05重量％、Si含量为0.022重量％、Mn含量为0.52重量％、P含量为0.011重量％、S含量为0.010％、Cr含量为0.05重量％、Ni含量为0.04重量％、Cu含量为0.04重量％、As含量为0.011重量％。
将钢包精炼后的钢水进行浇铸得到钢坯，浇铸在氩气氛围中进行，钢水平均浇铸温度为1560℃。铸坯的平均拉速为1.9m/min。
采用推钢式加热炉加热钢坯到1180℃，然后在1140℃温度下保温2.0小时，总加热时间为4.1小时。然后出钢进行高压水除鳞及盘条轧制，控制精轧入口温度960℃，双模块入口温度900℃，吐丝温度900℃。
将斯太尔摩风冷线的风机及保温罩全部关闭，各段辊道速度0.24m/s、0.26m/s、0.28m/s、0.30m/s、0.32m/s。然后将冷却后的盘条进行集卷、打捆及空冷。
各成分的检测方法分别为碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法，国家标准为GB/T4336。所得钢材的组织、晶粒度及均匀性检测结果见表2
对比例1
采用现有方法制备切削用钢：
将脱硫、提钒后的铁水倒入氧气顶吹转炉进行吹炼，以钢水总重量为基准，当钢水中C含量为0.05重量％、P含量为0.013重量％、S含量为0.014重量％时立即出钢到钢包中。出钢1/3后，相对于每吨钢水，先在钢包中加入预脱氧剂铝铁合金(Al含量为40重量％)3.5千克，然后相对于每吨钢水，加入精炼渣4.0千克、Mn-Si(Mn含量为68重量％，Si含量为18重量％)1.2千克、Fe-Mn(Mn含量为≥75％)4.8千克，进行Si、Mn等元素的合金化，使所得钢水中，以钢水的总重量为基准，C含量为0.05重量％、Si含量为0.020重量％、Mn含量为0.40重量％。
然后，对钢包内的钢水进行吹氩精炼，吹氩精炼的时间为8分钟，氩气吹入压力为0.8MPa；当钢水送到LF炉(带电加热的130吨钢包精炼炉)后，先加热化渣，然后相对于每吨钢水，加入精炼渣4.2千克，加热钢水到1645℃，LF精炼共进行45分钟，然后加入碳粉、Fe-Si、Fe-Mn等合金对钢水成分进行微调，使所得钢水中，以钢水的总重量为基准，C含量为0.06重量％、Si含量为0.018重量％、Mn含量为0.45重量％、P含量为0.014重量％、S含量为0.014％、Cr含量为0.05重量％、Ni含量为0.04重量％、Cu含量为0.04重量％、As含量为0.015重量％。
将钢包精炼后的钢水进行浇铸得到钢坯，浇铸在氩气氛围中进行，钢水平均浇铸温度为1575℃。铸坯的平均拉速为2.2m/min。
采用推钢式加热炉加热钢坯到1220℃，然后在1180℃温度下保温2.0小时，总加热时间为3.5小时。然后出钢进行高压水除鳞及盘条轧制，控制精轧入口温度1000℃，双模块入口温度960℃，吐丝温度960℃。
将斯太尔摩风冷线的风机及保温罩全部关闭，各段辊道速度0.24m/s、0.26m/s、0.28m/s、0.30m/s、0.32m/s。然后将冷却后的盘条进行集卷、打捆及空冷。
各成分的检测方法分别为碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法，国家标准为GB/T4336。所得钢材的组织、晶粒度及均匀性检测结果见表2。
机械性能测试：将实施例1-2和对比例1制备的切削用钢按标准取样，进行机械性能测试，其中，拉伸性能按照GB/T228金属材料室温拉伸试验方法进行，分别检测抗拉强度Rm，伸长率A，断面收缩率Z。结果见下表：
表1机械性能测试结果
注：表中数据均为盘条头中尾取双样检验结果。
表2钢材的组织、晶粒度及均匀性检测结果
| 序号 | 组织 | 晶粒度及均匀性 |
| 实施例1 | 铁素体+少量珠光体 | 8.5级，组织均匀 |
| 对比例1 | 铁素体+少量珠光体 | 8.0级，组织不均匀，有混晶 |
| 实施例2 | 铁素体+少量珠光体 | 8.0级，组织均匀 |
注：表中晶粒度为平均晶粒度。
从表1、表2可以看出：与对比例1相比，实施例1-2的切削用钢组织均匀，盘条头中尾力学性能均匀性明显更优。例如，实施例1提供的切削用钢的头尾抗拉强度Rm相差2MPa,，伸长率A相差1.0％，断面收缩率Z相差1.0％；而对比例1提供的切削用钢的头中尾抗拉强度Rm相差达14MPa，伸长率A相差4.0％，断面收缩率Z相差2.0％。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种组织性能均匀的低碳低硅易切削钢，其特征在于，其化学成分按重量百分比计为：C≤0.10％、Si≤007％、Mn：0.50-1.20％、P≤0.020％、S≤0.020％、Cr≤0.20％、Ni≤0.30％、Cu≤0.20％、As≤0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的组织性能均匀的低碳低硅易切削钢，其特征在于，其化学成分按重量百分比计为：C 0.04％、Si 0.028％、Mn 0.60％、P 0.008％、S 0.008％、Cr 0.06％、Ni 0.04％、Cu 0.04％、As 0.010％。
3.根据权利要求1所述的组织性能均匀的低碳低硅易切削钢，其特征在于，其化学成分按重量百分比计为：C 0.05％、Si 0.022％、Mn 0.52％、P 0.011％、S 0.010％、Cr 0.05％、Ni 0.04％、Cu 0.04％、As 0.011％。
4.根据权利要求1所述的组织性能均匀的低碳低硅易切削钢的制备方法，其特征在于，包括：
钢坯加热的工艺条件为：将钢坯加热到1100-1200℃，于1050-1150℃保温1.0-3.0小时，总加热时间不超过5.0小时；
轧制控制精轧入口温度900-1000℃，双模块入口温度880-930℃，吐丝温度880-930℃；
斯太尔摩风冷采用风冷辊道延迟缓冷方式，控制风冷辊道速度≤0.40m/s；
轧制采用高线轧制；
所述浇铸满足以下至少一项：在氩气氛围中进行浇铸；注时钢水温度为1555-1575℃；钢水的平均浇铸温度为1556-1570℃；
铸坯的拉速为1.70-2.2m/min；
铸坯的平均拉速为1.80-2.0m/min；
浇铸时钢水过热度为20-40℃；
所述浇铸采用小方坯连铸的方式，在连铸步骤中，从钢包—中间包—结晶器的全过程采用浸入式长水口、保护渣及氩气进行保护浇铸，防止钢液裸露产生二次氧化；控制铸坯拉速在1.70-2.20m/min，稳定拉速，防止结晶器液面的波动；
钢坯加热满足以下至少一项：将钢坯加热到1160-1200℃；钢坯于1120-1150℃保温；保温时间为1.6-2.6小时；总加热时间为3.5-4.5小时；钢坯加热后进行高压水除鳞，之后进行轧制；
将风机及保温罩全部关闭；控制风冷辊道速度在0.24-0.40m/s的范围内。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，钢坯在1000-1050℃出炉进行高压水除鳞。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，控制风冷辊道速度在0.24-0.32m/s的范围内。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，各段辊道速度分别为0.24m/s、0.26m/s、0.28m/s、0.30m/s、0.32m/s。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，出钢后对钢包进行吹氩；采用0.4-1.0MPa的压力对钢包进行吹氩，吹氩时间为8-20min；加入精炼渣，精炼渣的用量为相对于每吨钢水2.0-4.0千克；加入精炼渣，控制钢包渣碱度在2.0-4.0之间；加入增碳剂、硅铁合金和/或锰铁合金调整钢水的化学成分；精炼后的温度为1585-1650℃；精炼时间为35-60分钟。
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