一種含硼高強度免退火緊固件用鋼盤條及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料技術領域，具體設及一種含棚高強度免退火緊固件用鋼盤條及其 制備方法。
【背景技術】
[0002] 緊固件用鋼是采用冷鐵擠壓成型工藝生產互換性較高的標準件用鋼。緊固件用鋼 在常溫下利用金屬塑性加工成型，材料內部組織嚴密、產品的力學性能好、加工材料損失 少、生產效益高、能量消耗低、產品尺寸精度高、表面光潔度好，廣泛用于冷鐵成形的螺栓、 螺母、螺釘、馴釘和銷軸等各類緊固件和零配件的生產。
[0003] 近年來，隨著緊固件行業(yè)的產品結構調整，緊固件從低強度向高強度免退火發(fā)展， 從高能耗向資源節(jié)約型發(fā)展已成為必然趨勢。含棚10B21冷鐵鋼具有良好的塑性和冷鐵性 能，盤條原始硬度低，可縮短或免球化退火工藝，冷鐵開裂率低，經調質熱處理后具有強度 高、澤透性好等優(yōu)點，已成為各緊固件用鋼企業(yè)制造高強度緊固件的主要需求產品。目前國 內含棚10B21冷鐵鋼盤條基本上通過轉爐+LF爐精煉+連鑄+高線社制工藝生產，鋼中氣體含 量和夾雜物相對較高，氧含量〉25ppm，氨含量〉2ppm，非金屬夾雜物大多為0.5-1.0級，此外， 鋼的顯微組織配比未達到最優(yōu)化，導致鋼的塑初性較低，其冷加工成型及變形能力有限，盤 條1/4冷頂鍛合格率低，制約了該產品在10.9級高級別標準件的應用。
[0004] 目前國內已有高強度緊固件用鋼的專利和論文研究報道，但鋼的塑初性及斷面收 縮率較低，產品大多只用于8.8級高強度螺栓的生產。如山西新泰鋼鐵有限公司申請的專利 "一種含鐵和棚熱社低硬度的高強度緊固件用鋼及其生產方法"，鋼的化學成分為:(：0.19- 0.38wt%,Si < 0.30wt%,Μη 0.50-1.48wt%,Ρ < 0.025wt%,S < 0.015wt%,Ti < 0.050wt%,B < 0.0045wt%，采用轉爐冶煉、LF爐精煉、連鑄、高線社制等工藝生產，盤條硬度80-90HRB，斷面 收縮率僅48%，顯微組織有少量貝氏體，產品用于制造8.8級緊固件;寶山鋼鐵股份有限公司 申請的專利"高強度緊固件用非調質雙相冷墳鋼及其制造方法"，鋼的化學成分為:(：0.06- 0.15wt%,Si 0.60-0.90wt%,Mn 1.4〇-2.00wt%,P < 0.025wt%,S < 0.025wt%,Al< 0.040wt%, 采用轉爐(或電爐）冶煉、LF爐精煉、連鑄(或模鑄）、高線社制等工藝生產，盤條金相組織為 15~30%馬氏體（或含少量貝氏體)+70~85%鐵素體組織，力學性能Rm> 550MPa，伸長率A 16-23%，斷面收縮率Z 27-66%，產品用于生產8.8級高強度緊固件;江蘇沙鋼集團淮鋼特鋼 有限公司申請的專利"一種高強度耐腐蝕緊固件用鋼"，鋼的化學成分為:C 0.14-0.17wt%， Si 0.17-0.24wt〇/〇，Mn 0.50-0.70wt〇/〇，Cr 0.85-0.95wt〇/〇，P< 0.020wt〇/〇，S< 0.020wt〇/〇,采用 轉爐冶煉、LF爐精煉、連鑄、高線社制工藝生產，鋼的抗拉強度Rm 490-520MPa，延伸率30%; 江蘇沙鋼甘望益等人發(fā)表的論文"含棚冷鐵鋼10B21熱社盤條的開發(fā)"，鋼的化學成分為:C 0.18-0.23wt%,Si <0.10wt%,Mn 0.6〇-〇.90wt%,P<0.035wt%,S<0.030wt%,B 0.0010- 0.0030wt%，A1 0.020-0.035wt%，采用電爐冶煉、LF爐精煉、連鑄、高線控社控冷工藝生產， 盤條抗拉強度Rm 505-550MPa，伸長率A 25-30%，斷面收縮率Z 64-70%，產品用于生產8.8級 高強度緊固件?，F有含棚高強度緊固件用鋼的塑初性和加工變形能力還不能滿足市場需 求，因此，開發(fā)一種能解決上述問題的產品是非常必要的。

【發(fā)明內容】

[000引本發(fā)明的第一目的在于提供一種含棚高強度免退火緊固件用鋼盤條;第二目的在 于提供所述的含棚高強度免退火緊固件用鋼盤條的制備方法。
[0006] 本發(fā)明的第一目的是運樣實現的，所述的含棚高強度免退火緊固件用鋼盤條具有 下列重量百分比的化學成分：c 0.20~0.24 wt%、Si<0.04wt%、Mn 0.50~0.70wt%、Cr 0.25~0.35wt%、Ti 0.035~0.055wt% 、Als 0.035~0.055wt%、B 0.0045~0.0060wt%、 S < 0.004wt%、P含0.012wt%、0含0.0015wt%、H含0.00015wt%，其余為化及不可避免的不純物。
[0007] 本發(fā)明的第二目的是運樣實現的，包括W下步驟： A、 鐵水預處理脫硫:將化學成分C 4.5~5.0wt%、Si 0.30~0.50wt%、Mn 0.25~0.50wt%、 P 0.090~0.1 lOwt%、S含0.020wt%，其余為化及不可避免的不純物的高爐鐵水運至KR法鐵水 預處理裝置進行脫硫處理，攬拌頭插入深度控制為2200~2400mm，按15.0~17.0 kg/t鋼的 量，加入常規(guī)化0質脫硫劑進行脫硫處理，攬拌時間控制為8分鐘;攬拌結束后進行化后渣操 作，保證鋼包內鐵水面裸露含4/5，化凈脫硫渣;預處理后鐵水成分控制為:C 4.5~4.8wt%、 Si 0.30~0.50wt%、Mn 0.25~0.50wt%、P 0.090~0.110"1%、5< 0.004"1%，其余為。6及不可 避免的不純物； B、 鋼水冶煉：將化學成分C 4.5-4.8wt%、Si 0.30-0.50wt%、Mn 0.25-0.50wt%、P 0.090-0.1 lOwt%、S含0.004wt%，其余為化及不可避免的不純物的A步驟預處理深脫硫鐵水、 化學成分C 0.16-0.25wt%、Si 0.12-0.25 wt%、Mn 0.45-0.70wt%、P 0.015-0.030wt〇/〇、S 0.018-0.035wt%，其余為化及不可避免的不純物的優(yōu)質廢鋼及化學成分C 3.2-3.4 wt%、Si 0.30-0.50 wt%、Mn 0.30-0.50 wt%、P 0.070-0.090wt%、S 0.020-0.035wt%，其余為化及 不可避免的不純物的低憐硫生鐵加入LD轉爐中，進行常規(guī)頂底復合吹煉，分別按40.0~ 45. Okg/t鋼、18.0~22. Okg/t鋼、3.0~5. Okg/t鋼的加入量，加入石灰、輕燒白云石、菱儀球造 渣，控制終點碳含量含O.OSwt%，出鋼溫度含1640°C;出鋼前向鋼包底部加入活性石灰進行 渣洗，石灰加入量為2.化g/t鋼；出鋼時采用全程底吹氣工藝，氣氣流量控制為20~35化/ min; C、 脫氧合金化:將B步驟冶煉完畢的鋼水出鋼，當鋼包中的鋼水量大于1/4時，按下列脫 氧合金化順序:侶鐵^高碳銘鐵^高碳儘鐵，依次向鋼包中加入下列物質：按2.2~3.0kg/ t鋼的量，加入下列質量比的侶鐵：A1 70.5wt%，其余為Fe及不可避免的不純物；按4.1~ 5.8kg/t鋼的量，加入下列質量比的高碳銘鐵:Cr 56.7wt%，C 7.2wt%，其余為Fe及不可避免 的不純物；按5.4~8. ：Lkg/t鋼的量，加入下列質量比的高碳儘鐵:Μη 75.6wt%，C 6.7wt%，其 余為Fe及不可避免的不純物;在鋼包鋼水量達到V5時加完上述合金；出鋼完畢后，將鋼水 吊送至LF爐精煉工序； D、 鋼水LF爐精煉:將C步驟出鋼完畢鋼水吊至LF爐精煉工位接好氣氣帶，開啟氣氣采用 20~3(ML/min的小氣量吹氣2分鐘，然后下電極采用檔位7~9檔化渣;通電3分鐘后，抬電極 觀察爐內化渣情況，之后測溫、取樣;若渣況較稀，補加石灰4.0~6. Okg/t鋼，然后加入電石 0.5 kg/t鋼調渣，控制渣堿度為5.5~7.0 ;根據鋼樣分析結果，加入合金、侶丸調整鋼液成 分，控制鋼水氧活度含5ppm;之后適當加大氣氣流量為40~5(ML/min，按1.9~2.9kg/t鋼的 量，加入下列質量比的鐵鐵:Ti 33.5wt%，其余為Fe及不可避免的不純物，軟吹氣3分鐘；之 后按0.3~0.4kg/t鋼的量，加入下列質量比的棚鐵:B 21.5wt%，其余為Fe及不可避免的不純 物，軟吹氣2分鐘；之后將鋼水溫度加熱至1665~1675°C后進行喂線處理，喂入具有下列質 量比的侶巧線：Ca 57.2 wt%、Al 36.5wt%、其余為Fe及不可避免的不純物，喂線速度為 2.5m/s，喂線量為150m;喂線結束采用流量為20~3(ML/min的小氣氣量對鋼水進行軟吹氣， 軟吹時間為2分鐘，之后加入常規(guī)大包鋼水覆蓋劑，加入量控制為1.0 kg/t鋼，然后將鋼水 吊至VD爐真空精煉工位； E、 鋼水VD爐真空精煉:將D步驟鋼水吊至VD真空精煉爐后，接通吹氣管，開啟氣氣采用 20~3(ML/min的小氣量吹氣2分鐘，之后對鋼水定氧定氨，同時測溫取樣;取樣完畢后，將真 空罐蓋車開至工作位，合上真空罐蓋，進行抽真空，真空抽至60化時，開始進行保真空脫氣 處理，同時進行底吹氣處理，氣氣流量控制為40~6(ML/min，在真空度60化條件下鋼水脫氣 處理時間15分鐘；真空脫氣處理完畢后關閉真空主閥，提升罐蓋，對鋼水取樣和定氧定氨； 之后對鋼水進行小氣氣量軟吹氣處理，氣氣流量為20~30NL/min，軟吹氣時間為2分鐘；鋼 水軟吹氣結束后，加入常規(guī)大包鋼水覆蓋劑，加入量控制為1.0 kg/t鋼，然后將鋼水吊至誘 鑄工位； F、 鋼水誘鑄:在中間包溫度為1525~1535°C，拉速為2.1~2.3m/min，二冷比水量為1.1 ~1.化/kg，結晶器電磁攬拌電流強度為300A、運行頻率為2.5監(jiān)的條件下，采用R9m直弧形 連續(xù)矯直5機5流小方巧鑄機將B步驟的鋼水全程保護連鑄成斷面150mm X 150mm的鋼巧； G、 鋼巧加熱:將F步驟鋼巧送入均熱段爐溫為1080~1120°C的加熱爐中，加熱50~70分 鐘，鋼巧出鋼溫度為940~980°C，后經高壓水出鱗，推送至社機入口前的5巧位待溫區(qū)進行3 ~5分鐘的自然冷卻，最終W900~920°C的開社溫度進入社機社制； H、 控社控冷:將G步驟的鋼巧送入28個機架的高速線材社機進行社制，在速度為0.15~ 0.25m/s的社制條件下，粗牽L6個道次;之后在速度為10.0~15.0 m/s的社制條件下，中社12 個道次;之后進行精社前預水冷控冷，在冷卻水量為120~150m3 A條件下控冷2~3秒;之后 在精社溫度為840~860°C，速度為20~65m/s的社制條件下，精社5~10個道次;之后在溫度 為820~835°C，速度為20~65m/s的條件下吐絲；吐絲后盤條進入斯太爾摩風冷線進行"延 遲"型控制冷卻，即緩慢冷卻;斯太爾摩風冷線控冷時風機全部關閉，開啟前3臺風機上方保 溫罩蓋，漉道速度控制為0.25~0.45m/s ;斯太爾摩風冷結束后集卷溫度控制為550~600 °C，之后將盤卷自然空冷至室溫即獲得含棚高強度免退火緊固件用鋼盤條，具有下列重量 百分比的化學成分：C 0.20 ~0.24 wt%、Si<0.04wt%、Mn 0.50 ~0.70wt%、Cr 0.25 ~ 0.35wt〇/〇、Ti 0.035~0.055wt〇/〇、Als 0.035~0.055wt〇/〇、B 0.0045~0.0060wt〇/〇、S< 0.004wt%、P含0.012wt%、0含0.0015wt%、H含0.00015wt%，其余為化及不可避免的不純物，具 有下列工藝力學性能，如表