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一种冷镦 钢及其制备方法

阅读：214发布：2021-06-10

专利汇可以提供一种冷镦钢及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及冶金技术领域，具体公开一种冷镦钢及其制备方法。所述冷镦钢的化学成分以重量百分比计包括：C：0.18-0.30％；Mn：0.70-0.95％；Ti：0.01-0.05％；Al：0.15-0.40％；B：0.0010-0.0035％；Si：0.03-0.10％；P≤0.020％；S≤0.007％；余量为Fe和不可避免杂质。本发明提供的冷镦刚，晶粒度为8～10级，抗拉强度可达540-575MPa，收缩率Z≥50％，具有优异的冷镦性能。，下面是一种冷镦钢及其制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种冷镦钢，其特征在于：所述冷镦钢的化学成分以重量百分比计包括：C：0.18-
0.30％；Mn：0.70-0.95％；Ti：0.01-0.05％；Al：0.15-0.40％；B：0.0010-0.0035％；Si：
0.03-0.10％；P≤0.020％；S≤0.007％；余量为Fe和不可避免杂质。
2.权利要求1所述的冷镦钢，其特征在于：所述冷镦钢的化学成分以重量百分比计包括：C：0.25-0.30％；Mn：0.75-0.85％；Ti：0.01-0.02％；Al：0.15-0.40％；B：0.0010-
0.0035％；Si：0.03-0.10％；P≤0.020％；S≤0.007％；余量为Fe和不可避免杂质。
3.权利要求1或2所述的冷镦钢的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括依次进行的初炼工序、精炼工序和连铸工序，
所述初炼工序，全程化渣，出钢温度为1585-1600℃；
所述精炼工序，进行造白渣处理，加入钛铁合金，软吹；
所述连铸工序，中间包钢水过热度为30-50℃，拉坯速度为1.6-1.9m/min。
4.如权利要求3所述的冷镦钢的制备方法，其特征在于：所述初炼工序中，控制终点钢液中C：0.06-0.14％，P≤0.012％。
5.如权利要求3所述的冷镦钢的制备方法，其特征在于：所述初炼工序中，出钢前进行后搅，后搅时间为90-120s。
6.如权利要求3所述的冷镦钢的制备方法，其特征在于：所述初炼工序中，出钢过程加入石灰180-200kg/炉，精炼渣450-500kg/炉。
7.如权利要求3所述的冷镦钢的制备方法，其特征在于：所述初炼工序中，加入脱氧剂
1.0-3.0kg/t。
8.如权利要求3所述的冷镦钢的制备方法，其特征在于：所述精炼工序中，控制钢液中Als：0.04-0.06％。
9.如权利要求3所述的冷镦钢的制备方法，其特征在于：所述精炼工序中，保持白渣12-
15min，软吹时间为15-20min。
10.如权利要求3至9任一项所述的冷镦钢的制备方法，其特征在于：所述连铸工序中，中间包钢水浇入结晶器内，采用浸入式水口保护，所述浸入式水口插入结晶器钢液面以下
70-100mm。

说明书全文

一种冷镦钢及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种冷镦钢及其制备方法。

背景技术

[0002] 冷镦钢属于紧固件用钢，广泛用于制造螺栓、螺母、螺钉、铆钉等各类标准件，其主要是利用金属的塑性，采用冷镦加工成型。由于冷镦钢在加工过程中形变量大且变形速度快，且大多数都是以一次成型的状态存在，所以，对钢材的加工性能和机械性能均有严格要求。

[0003] 然而，随着技术的快速发展，紧固件行业对冷镦钢的强度、韧性和塑性提出了更高2
的要求，特别是对冷镦用钢的力学性能强度下限值提高接近20N/mm ，断面收缩率提高近
12％，进一步地增加了冷镦钢的生产难度。因此，需要改进冷镦钢的生产工艺，提高冷镦钢的冷镦性能，满足紧固件行业需求。

发明内容

[0004] 针对现有冷镦钢存在的上述技术问题，本发明提供一种冷镦钢及其制备方法。

[0005] 为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：

[0006] 一种冷镦钢，所述冷镦钢的化学成分以重量百分比计包括：C：0.18-0.30％；Mn：0.70-0.95％；Ti：0.01-0.05％；Al：0.15-0.40％；B：0.0010-0.0035％；Si：0.03-0.10％；P≤0.020％；S≤0.007％；余量为Fe和不可避免杂质。

[0007] C：碳是钢的主要强化元素之一，碳含量过低，冷镦钢在热处理后的强度和硬度低，同时，冷镦钢中碳含量的高低对其韧性也有很大影响，碳含量过高会导致冷镦钢在加工过程中出现镦头开裂，因此，将C含量控制为0.18-0.30％。

[0008] Ti：钛是化学上极为活泼的金属元素之一，与氧、氮、碳都有极强的亲和力。钢中的钛和碳形成十分稳定的碳化钛，在一般热处理的奥氏体化温度范围内，碳化钛极难溶解，使奥氏体晶粒细化，奥氏体分解转变时，新相晶核形成的机会增多，加速奥氏体的转变，有利于提高钢的力学性能。因此，控制Ti含量为0.01-0.05％。

[0009] Mn：锰是固溶强化元素，含量过低，给钢的连铸生产带来质量隐患，但含量过多，又会会降低钢材的塑性和韧性，故控制Mn含量为0.70-0.95％。

[0010] Si：硅在炼钢过程中不仅是主要的还原剂和脱氧剂，此外，钢中含有一定量的硅，能显著提升钢的弹性极限、屈服点和抗拉强度，但含量过高，会造成钢的韧性下降，降低钢的焊接性能，控制Si：0.03-0.10％。

[0011] Al：铝是钢中常用的脱氧剂，钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，过高则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。因此，结合其他化学成分含量，综合考虑，将Al含量控制在0.15-0.40％。

[0012] B：钢中硼含量过低，达不到提高钢材淬透性的作用；硼含量过高，又会使钢发脆，钢材在生产过程中容易产生裂纹。

[0013] P、S：硫、磷元素为钢中有害元素，其会对钢造成热脆和冷脆现象，影响钢材的内部质量。

[0014] 相对于现有技术，本发明提供的冷镦钢，通过化学成分成分设计，得到了具有良好冷镦性能的冷镦钢。其中，Si、Al共同作用起到良好的脱氧效果，降低钢中非铁氧化物的含量，改善钢材的塑性和韧性，并通过添加少量的Ti进一步地提高钢材的韧性及稳定性。同时，通过Si、Mn复合固溶形成复合强化，提高钢的强度和韧性；而Al与Ti协同作用达到细化晶粒的效果，控制钢材的晶粒度为8～10级，提高钢材的塑形和韧性，能够获得较大的延伸率和断面收缩率，使钢材具有较高的变形抗力，有效避免裂纹的产生。此外，添加微量B元素，与Mn共同作用提高钢的淬透性。本发明提供的冷镦钢致密度高，力学性能稳定，具有优异的冷镦性能，抗拉强度(Rm)可达540-575MPa，收缩率Z≥50％，完全满足冷镦用钢的使用要求。

[0015] 进一步地，所述冷镦钢的化学成分以重量百分比计包括：C：0.25-0.30％；Mn：0.75-0.85％；Ti：0.01-0.02％；Al：0.15-0.40％；B：0.0010-0.0035％；Si：0.03-0.10％；P≤0.020％；S≤0.007％；余量为Fe和不可避免杂质。通过进一步地调控冷镦钢的化学成分，保证冷镦钢的表面质量和心部质量，改善其冷镦性能。

[0016] 本发明还提供了上述冷镦钢的制备方法，包括依次进行的初炼工序、精炼工序和连铸工序，

[0017] 所述初炼工序，全程化渣，出钢温度为1585-1600℃；

[0018] 所述精炼工序，进行造白渣处理，加入钛铁合金，软吹；

[0019] 所述连铸工序，中间包钢水过热度为30-50℃，拉坯速度为1.6-1.9m/min。

[0020] 本发明提供的冷镦钢的制备方法，在化学成分设计的基础上，通过初炼化渣及出钢温度的控制，降低了P含量；精炼中通过造白渣处理，并加入钛铁与Al协同作用，脱氧的同时，进行一步地降低P、S含量，并控制钢的晶粒度；再通过连铸拉速及过热度的控制，保证了钢坯良好的表面及内部质量，使钢材具有优异的冷镦性能，满足标准的要求。

[0021] 进一步地，所述初炼工序中，控制终点钢液中C：0.06-0.14％，P≤0.012％。

[0022] 进一步地，所述初炼工序中，出钢前进行后搅，后搅时间为90-120s，实现低温脱磷。

[0023] 进一步地，所述初炼工序中，出钢过程加入石灰180-200kg/炉，精炼渣450-500kg/炉，为了改变炉渣的碱度，有利于脱P、脱S的顺利进行。

[0024] 进一步地，所述初炼工序中，加入脱氧剂1.0-3.0kg/t，保证钢水脱氧效果，提高合金收得率，去除夹杂，提高钢水质量，避免造成连铸坯出现皮下气泡和表面气孔等质量缺陷，改善冷镦钢的表面质量。

[0025] 进一步地，所述精炼工序中，控制钢液中Als：0.04-0.06％，保证脱氧效果。

[0026] 进一步地，所述精炼工序中，保持白渣12-15min，软吹时间为15-20min，保证钢液的脱氧脱磷效果。

[0027] 进一步地，所述连铸工序中，中间包钢水浇入结晶器内，采用浸入式水口保护，所述浸入式水口插入结晶器钢液面以下70-100mm，避免钢水飞溅而被氧化或引入杂质，具体实施方式

[0028] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0029] 实施例1

[0030] 一种冷镦钢，所述冷镦钢的化学成分以重量百分比计包括：C：0.27％；Mn：0.80％；Ti：0.01％；Al：0.20％；B：0.0020％；Si：0.08％；P：0.020％；S：0.007％；余量为Fe和不可避免杂质。

[0031] 上述冷镦刚的制备方法包括依次进行的初炼工序、精炼工序和连铸工序，具体步骤如下：

[0032] S1：初炼工序中，全程化渣，初渣形成时间2min，利用低温脱磷，脱氧剂加入量1.0kg/t，出钢前进行后搅，后搅时间90s，控制终点成分：P：0.012％，C：0.06％，出钢温度
1585℃，出钢过程加入精炼石灰180kg/炉、低硅精炼渣450kg/炉进行渣洗；

[0033] S2：精炼工序中，造白渣，控制Als：0.04％，加入钛铁合金，钛铁吸收率参考值40％，保持白渣12min，软吹氩过程调整气量保持液面微微蠕动严禁裸露钢液面，软吹时间
15min；

[0034] S3：连铸工序中，中间包钢水过热度30℃，浸入式水口在结晶器内对中，插入结晶器钢液面以下70mm，稳定拉坯速度，拉坯速度为1.6m/min，即得到冷镦钢165×165mm方坯。

[0035] 实施例2

[0036] 所述冷镦钢的化学成分以重量百分比计包括：C：0.25％；Mn：0.75％；Ti：0.02％；Al：0.15％；B：0.0035％；Si：0.10％；P：0.015％；S：0.005％；余量为Fe和不可避免杂质。

[0037] 上述冷镦刚的制备方法包括依次进行的初炼工序、精炼工序和连铸工序，具体步骤如下：

[0038] S1：初炼工序中，全程化渣，初渣形成时间4min，利用低温脱磷，脱氧剂加入量3.0kg/t，出钢前进行后搅，后搅时间120s，控制终点成分：P：0.010％，C：0.14％，出钢温度
1600℃，出钢过程加入精炼石灰200kg/炉、低硅精炼渣500kg/炉进行渣洗；

[0039] S2：精炼工序中，造白渣，控制Als：0.06％，加入钛铁合金，钛铁吸收率参考值60％，保持白渣15min，软吹氩过程调整气量保持液面微微蠕动严禁裸露钢液面，软吹时间
20min；

[0040] S3：连铸工序中，中间包钢水过热度50℃，浸入式水口在结晶器内对中，插入结晶器钢液面以下100mm，稳定拉坯速度，拉坯速度为1.9m/min，即得到冷镦钢165×165mm方坯。

[0041] 实施例3

[0042] 所述冷镦钢的化学成分以重量百分比计包括：C：0.28％；Mn：0.85％；Ti：0.015％；Al：0.20％；B：0.0010％；Si：0.07％；P：0.0010％；S：0.003％；余量为Fe和不可避免杂质。

[0043] 上述冷镦刚的制备方法包括依次进行的初炼工序、精炼工序和连铸工序，具体步骤如下：

[0044] S1：初炼工序中，全程化渣，初渣形成时间3min，利用低温脱磷，脱氧剂加入量2.0kg/t，出钢前进行后搅，后搅时间100s，控制终点成分：P：0.011％，C：0.10％，出钢温度
1590℃，出钢过程加入精炼石灰190kg/炉、低硅精炼渣470kg/炉进行渣洗；

[0045] S2：精炼工序中，造白渣，控制Als：0.05％，加入钛铁合金，钛铁吸收率参考值50％，保持白渣13min，软吹氩过程调整气量保持液面微微蠕动严禁裸露钢液面，软吹时间
17min；

[0046] S3：连铸工序中，中间包钢水过热度40℃，浸入式水口在结晶器内对中，插入结晶器钢液面以下80mm，稳定拉坯速度，拉坯速度为1.8m/min，即得到冷镦钢165×165mm方坯。

[0047] 实施例4

[0048] 一种冷镦钢，所述冷镦钢的化学成分以重量百分比计包括：C：0.18％；Mn：0.70％；Ti：0.02％；Al：0.15％；B：0.0010％；Si：0.10％；P：0.012％；S：0.004％；余量为Fe和不可避免杂质。

[0049] 上述冷镦刚的制备方法包括依次进行的初炼工序、精炼工序和连铸工序，具体步骤如下：

[0050] S1：初炼工序中，全程化渣，初渣形成时间4min，利用低温脱磷，脱氧剂加入量3.0kg/t，出钢前进行后搅，后搅时间120s，控制终点成分：P：0.010％，C：0.14％，出钢温度
1600℃，出钢过程加入精炼石灰200kg/炉、低硅精炼渣500kg/炉进行渣洗；

[0051] S2：精炼工序中，造白渣，控制Als：0.06％，加入钛铁合金，钛铁吸收率参考值60％，保持白渣15min，软吹氩过程调整气量保持液面微微蠕动严禁裸露钢液面，软吹时间
20min；

[0052] S3：连铸工序中，中间包钢水过热度50℃，浸入式水口在结晶器内对中，插入结晶器钢液面以下100mm，稳定拉坯速度，拉坯速度为1.9m/min，即得到冷镦钢165×165mm方坯。

[0053] 实施例5

[0054] 一种冷镦钢，所述冷镦钢的化学成分以重量百分比计包括：C：0.30％；Mn：0.95％；Ti：0.05％；Al：0.40％；B：0.0035％；Si：0.03％；P：0.009％；S：0.004％；余量为Fe和不可避免杂质。

[0055] 上述冷镦刚的制备方法包括依次进行的初炼工序、精炼工序和连铸工序，具体步骤如下：

[0056] S1：初炼工序中，全程化渣，初渣形成时间3min，利用低温脱磷，脱氧剂加入量2.0kg/t，出钢前进行后搅，后搅时间100s，控制终点成分：P：0.011％，C：0.10％，出钢温度
1590℃，出钢过程加入精炼石灰190kg/炉、低硅精炼渣470kg/炉进行渣洗；

[0057] S2：精炼工序中，造白渣，控制Als：0.05％，加入钛铁合金，钛铁吸收率参考值50％，保持白渣13min，软吹氩过程调整气量保持液面微微蠕动严禁裸露钢液面，软吹时间
17min；

[0058] S3：连铸工序中，中间包钢水过热度40℃，浸入式水口在结晶器内对中，插入结晶器钢液面以下80mm，稳定拉坯速度，拉坯速度为1.8m/min，即得到冷镦钢165×165mm方坯。

[0059] 为了更好的说明本发明的技术方案，下面还通过对比例和本发明的实施例做进一步的对比。

[0060] 对比例1

[0061] 一种冷镦钢，所述冷镦钢的化学成分以重量百分比计包括：C：0.27％；Mn：0.80％；Ti：0.01％；Al：0.08％；B：0.0020％；Si：0.08％；P：0.020％；S：0.007％；余量为Fe和不可避免杂质。其中，Al元素与实施例1不同，其他组分及制备方法与实施例1相同。

[0062] 对比例2

[0063] 一种冷镦钢，所述冷镦钢的化学成分以重量百分比计包括：C：0.27％；Mn：0.80％；Ti：0.01％；Al：0.20％；B：0.0020％；Si：0.2％；P：0.020％；S：0.007％；余量为Fe和不可避免杂质。其中，Si元素与实施例1不同，其他组分及制备方法与实施例1相同。

[0064] 为了更好的说明本发明实施例提供的冷镦钢的特性，下面将实施例1-5级对比例1、2中的冷镦刚进行相应性能的测试，结果如表1所示。

[0065] 表1

[0066]

[0067] 由以上数据可知，本发明实施例提供的冷镦刚，晶粒度为8～10级，具有优异的冷镦性能，抗拉强度(Rm)可达540-575MPa，收缩率Z≥50％，满足冷镦用钢的使用要求。

[0068] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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一种冷镦钢及其制备方法

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