一种中碳冷镦钢盘条及其制备方法与流程

本发明涉及冷镦钢，具体涉及一种中碳冷镦钢盘条及其制备方法。

背景技术：

1、2023年中国紧固件产量逾950万吨，助推国内冷镦钢产量超过1000万吨/年，紧固件、冷镦钢产量规模双双位居世界第一。冷镦钢盘条是紧固件制造最重要的钢材原料，常用的规格组距为φ6.5-24.0mm，随着产品种类的丰富，制造能力的提升，目前冷镦钢盘条的实际使用规格已经拓展到φ5.0-42.5mm。从盘条原料到紧固件成品，一般需要历经球化退火、酸洗磷化、拉拔、冷镦成型、热处理、电镀等六大工序，制造流程长，加工成本高，能源消耗和污染排放也较大，给紧固件制造行业造成了很大的生产压力。

2、近年来，随着钢厂产品设计、冶炼工艺、控轧控冷技术的进步，免退火使用的冷镦钢产品种类和数量逐渐增多，由于无需球化退火，下游精线制造工艺通常可由“一球两抽”简化为“一次直抽”，省去了一次球化退火、一次拉拔及酸洗磷化工序，不仅显著降低了制造成本，也大幅度的减少了能源消耗和污染排放。根据对国内钢厂、精线厂、紧固件厂的调研，目前可实现免退火使用的冷镦钢包括swrch10a-22a、swrch10k-35k、10b21-38、20mnb4、23mnb4等，其化学成分主要特征为c含量中等，si含量较低，可添加少量的b，但不含有cr、mo、v、nb等合金元素，从钢种划分上属于中碳冷镦钢。

3、中碳冷镦钢通常属于亚共析钢，其平衡态显微组织为铁素体+珠光体，二者的比例、晶粒度、均匀性共同影响钢材的塑性。但实践过程中发现，中碳冷镦钢盘条易出现表面显微组织异常的现象，表现为盘条近表层存在珠光体比例大幅升高并伴随混晶的现象。异常组织大幅度降低了钢材的塑性，且免退火使用冷镦钢盘条在冷镦成型前仅经历一次冷拉拔，无法消除或减轻异常组织的影响，因此导致冷镦开裂。由于该现象规律性不强，具有一定的随机性和偶发性，受炼钢、轧钢现场操作的影响较大，国内钢铁行业一直没有具体可行性较高的解决方案。中碳冷镦钢盘条表面存在异常组织造成冷镦开裂，已经成为制约免退火使用冷镦钢进一步量产和发展的瓶颈之一。

技术实现思路

1、现有技术中存在的问题是：常规冷镦钢采用免退火冷镦成型工艺获得的盘条表面容易开裂。针对上述问题，本发明提供一种中碳冷镦钢盘条，以重量百分含量计，包括以下成分：

2、c 0.32-0.37％；

3、si 0.18-0.3％；

4、mn 0.80-0.65％；

5、p≤0.019％；

6、s≤0.08％；

7、al 0.03-0.04％；

8、cr 0.07-0.11％；

9、b 0.0025-0.003％；

10、ti 0.02-0.03％；

11、ni与cu的总量≤0.20％；

12、n≤40ppm；

13、fe余量，以及不可避免的杂质。

14、优选地，所述的一种中碳冷镦钢盘条，其以重量百分含量计，包括以下成分：

15、c 0.34％；

16、si 0.18％；

17、mn 0.8％；

18、p 0.019％；

19、s 0.008％；

20、al 0.03％；

21、cr 0.11％；

22、b 0.0025％；

23、ti 0.02％；

24、ni 0.05％；

25、cu 0.05％；

26、n 35ppm

27、fe余量，以及不可避免的杂质。

28、优选地，配方量的金属元素组成依次经转炉初炼、氩站处理、lf精炼、钢坯连铸、盘条轧制、盘条控冷处理工艺处理，即得。

29、优选地，转炉初炼包括以下步骤：

30、(1)将铁水加入到转炉内，转炉初炼过程中全程底吹氧气进行脱碳、脱硅，之后在钢水中加入碳化硅，脱除钢水中的氧气至≤50ppm，反应结束后出钢，出钢温度为1600-1650℃，出钢终点钢水中碳元素的重量百分含量为0.08-0.10％，出钢后，得到转炉初炼钢水，按照配方量在钢水中加入硅铁、高碳锰铁、高碳铬铁、铝铁合金、铁镍合金、铜铁合金进行合金化，合金化温度为1600-1650℃，合金化时间是为20-25min，合金化完成后，获得转炉初炼合金钢水，

31、所述铁水，以重量百分含量计，包括以下元素成分：

32、c 4.56-4.62％，

33、si 0.17-0.28％，

34、mn 0.22-0.42％，

35、p≤0.19％，

36、s≤0.021％；

37、fe余量，以及不可避免的杂质；

38、所述转炉初炼钢水中，以重量百分含量计，包括以下元素：

39、c 0.08-0.10％，

40、si 0.005-0.009％，

41、mn 0.03-0.1％，

42、p≤0.013％，

43、s≤0.012％，

44、al 0.003-0.006％，

45、cr 0.09-0.13％，

46、ni 0.03-0.07％，

47、cu 0.07-0.08％；

48、fe余量，以及不可避免的杂质；

49、(2)氩站进站后，在转炉初炼合金钢水中喂入铝线、高碳锰铁、硅铁、增碳剂，5min后喂入钙线进行钙处理，之后出钢，所获钢水，以重量百分含量计，包括以下元素成分：

50、c 0.35-0.38％，

51、si 0.19-0.31％，

52、mn 0.63-0.9％，

53、p 0.015-0.02％，

54、s 0.009-0.014％，

55、al 0.02-0.03％，

56、cr 0.09-0.12％，

57、ni 0.03-0.06％，

58、cu 0.06-0.07％，

59、ca 0.0029-0.0036％；

60、fe余量，以及不可避免的杂质；

61、所述铝线与转炉初炼合金钢水的重量比是0.00056-0.00074:1；

62、所述钙线与转炉初炼合金钢水的重量比是0.00043-0.00069:1；

63、(3)lf精炼

64、步骤(2)所获钢水进入lf精炼段，对步骤(2)所获钢水进行加热升温至1550-1620℃温度，之后，开始在钢水中补喂铝线，将钢水中al元素的含量调整至配方量，之后，在所获钢水中加入钛铁线，将钢水中的ti元素含量调整至配方量，之后，在所获钢水中再加入硼铁合金，将钢水中的b元素含量调整至配方量，最后，在所获钢水中喂入钙线进行钙处理，钙线的添加量与钢水总重量的比值是0.00043-0.00069:1，之后对所获钢水进行软吹10-15min后出钢，出钢温度为1555-1620℃；

65、所述软吹就是钢水冶炼完之后，从钢包底部出入惰性气体搅拌钢水的过程，主要目的是保持整个钢包钢水温度的均匀，另外有一些促进夹杂物上浮的功能。

66、(4)钢坯连铸：

67、连铸过程中，中间包内钢水温度是1540-1570℃，浇注温度为1535-1565℃，连铸坯断面为160mm*160mm，连铸恒拉速为1.90±0.10m/min，结晶器液面波动控制±3mm，将中碳钢保护渣连续的加入结晶器，中碳钢保护渣的加入量是0.25-0.40kg/t，保护渣的主要用途包括润滑作用(使钢坯更容易从结晶器中拉出)、改善传热(使钢水的凝固更均匀稳定)、防氧化(隔绝钢水和空气的接触)，连铸二冷段采用气雾冷却，比水量0.6-0.8l/kg，连铸结束后，得到连铸坯；

68、(5)盘条轧制：

69、连铸坯经加热炉加热至950-1000℃后，进入高速线材连轧机组轧制，高速轧制机组轧机入口温度控制在820-860℃，终轧温度控制在≤890℃，轧制22-28道次，每道次相对压下量是5-20％，轧线的冷却方式为气雾冷却，终轧后的盘条立即水冷，其中喷水冷却段长度与无水恢复段长度比值≥2.0；

70、喷水冷却段是指对盘条进行喷水冷却，无水恢复段是指停止对盘条喷水，使其自然冷却；

71、(6)盘条控冷：

72、盘条采用吐丝机收集，吐丝温度控制在805-835℃，吐丝后的盘条采用斯太尔摩控冷线冷却，开启前3-6个保温罩，其余关闭，控制盘条入保温罩温度700-725℃，出保温罩温度≤600℃，之后进入盘条进入流转线自然冷却至常温，即得中碳冷镦钢盘条。

73、5.根据权利要求4所述的一种中碳冷镦钢盘条，其特征在于，中碳冷镦钢盘条的规格为φ5.0-16.0mm。

74、本发明具有如下的有益效果：

75、本发明通过提升中碳冷镦钢冶炼过程合理的脱氧方案及钙处理措施，保证了后续结晶器液面波动窄范围得到了更好的控制，连铸采用恒拉低速控制技术，结合轧制过程中穿水冷却和斯太尔摩冷却工艺，所获中碳冷镦钢盘条的成分、组织更加均匀，有效消除了中碳冷镦钢盘条表层的异常组织，免退火一次拉拔后直接冷镦成型所获得的紧固件表面不容易开裂。