大规格低强度2Cr13退火线材及其生产方法
【专利摘要】本发明公开了一种大规格低强度2Cr13退火线材及其生产方法，包括转炉冶炼、AOD炉精炼、热轧和退火工序；所述退火工序：退火温度860℃、保温7小时，保温完毕控制炉冷冷却速度≤25℃/h。本线材通过降低固溶强化元素含量等实现了低强度大规格退火线材，可替代Φ24mm～Φ28mm棒材产品，具有强度低、加工硬化率低的特点，可以直接用于轴类产品冷镦生产。本方法适用于线材规格Φ24mm～Φ28mm的生产，通过降低固溶强化元素含量，设计氮含量控制范围及退火炉冷控冷技术，实现了低强度大规格马氏体2Cr13退火线材的批量生产。
【专利说明】
大规格低强度2Cr 13退火线材及其生产方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种不锈钢线材，尤其是一种大规格低强度2Crl3退火线材及其生产方法。【背景技术】
[0002]2Crl3属于马氏体不锈钢，其强度、硬度高，具有一定耐腐蚀及高耐磨特性，机加工行业多采用棒材原料生产轴、套筒等类产品，如电机轴、洗衣机轴等。由于含有较高碳、铬、 Mn，其抗拉强度高，均在570MPa以上，大规格(多? 24mm)线材产品加工行业因很难矫直，只能使用棒材原料加工;而棒材因单重低(50kg左右)，需频繁更换原料导致影响生产效率，每根棒材均需要去除头尾导致成材率低、生产成本高。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是提供一种加工硬化率低的大规格低强度2Crl3退火线材;本发明还提供了一种大规格低强度2Crl3退火线材的生产方法。
[0004]为解决上述技术问题，本发明成分的质量百分含量为:C 0.16%?0.18%、Si 0.25% ?0?35%、Mn彡0?30%、P彡0?030%、S彡0?010%、Cr 12?50%?12?70%、Ni彡0?20%、N彡0?020%， 余量为Fe和不可避免的杂质。
[0005] 本发明所述线材彡? 24mm。
[0006]本发明方法包括铁水预处理、A0D炉精炼、热乳和退火工序;所述退火工序:退火温度860 ± 10 °C、保温7 ± 0.5小时，保温完毕控制炉冷冷却速度< 25 °C /h。
[0007]本发明方法所述铁水预处理工序采用镍含量S0.lwt%的铁水为原料，包括铁水脱硅和铁水脱磷过程。
[0008]所述铁水脱硅过程:氧枪距液面高度700?1100mm，喷吹时间大于30s，氧气流量在 20?30Nm3/min;脱娃过程的石灰加入量=(Si铁，顺給t-Si臟嫌目标糧)*2.14*碱度*铁水量/钝化石灰有效含量;S i臁翻_賴^ 0.15wt%。
[0009]所述铁水脱磷过程:喷吹的氧气流量为20?28Nm3/min，供氧强度为0.5?1.0m3/t铁;脱磷过程的石灰加入量=(Si|?_astl:-Sig标S1:)*2.14*碱度*铁水量/钝化石灰有效含量 +(p糊源給1:-Passi:)*20* 铁水量；所述? 02wt%，p_^i^0 ? 025wt%。
[0010]本发明方法所述A0D炉精炼工序包括脱氮过程;所述脱氮过程在脱碳阶段1以后全程吹氩，终点氮含量<0.〇12wt%。
[0011]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明通过降低固溶强化元素含量等实现了低强度大规格退火线材，可替代? 24mm?? 28mm棒材产品，具有强度低、加工硬化率低的特点，可以直接用于轴类产品冷镦生产。[〇〇12]本发明方法适用于线材规格? 24mm?? 28mm的生产，通过降低固溶强化元素含量，设计氮含量控制范围及退火炉冷却控冷技术，实现了低强度大规格马氏体2Crl3退火线材的批量生产。
[0013]本发明通过设计优化成品成分元素含量、低Ni铁水、铁水脱硅脱磷、A0D脱氮及热乳材退火炉冷却控冷等技术，实现了低强度大规格马氏体不锈钢2Crl3线材的批量生产，退火材抗拉强度<550Mpa，降低了生产成本且满足了用户需求，可以拉拔后不经退火直接用于冷镦用途，避免了冷镦用户频繁更换原料影响生产效率，提高了其成材率、降低了生产成本。【具体实施方式】[〇〇14] 本大规格低强度2Crl3退火线材的成分质量百分含量为:C 0.16%?0.18%、Si 0.25%?0.35%、Mn<0.30%、P<0.030%、S<0.010%、Crl2.50%?12.70%、Ni<0.20%、N< 0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质；线材规格? 24mm?? 28mm;其生产方法包括转炉冶炼、A0D炉精炼、热乳和退火工序，各工序的工艺过程如下所述:(1)铁水预处理工序:A、铁水冶炼采用低Ni原料，铁水镍含量< 0.1 wt%。[〇〇15] B、铁水脱硅:氧枪距液面高度700?1100mm进行预设定，喷吹时间大于30s，氧气流量依据铁水成分设定在20?30Nm3/min，控制喷粉罐压力在0.3?0.45Mpa，保持钝化喷吹速度小于50kg/min;目标碱度(R)2.0、终点温度目标1300?1350°C;脱硅结束，喷枪、氧枪提升至待吹点，解除钢包直立连锁扒渣，剩余渣层不大于l〇〇mm;脱娃过程的石灰加入量= (Si纷爛給t_Si腦韻議賴:)*2.14*碱度*铁水量/钝化石灰有效含量，Si腦韻_給1^〇.15wt%。
[0016]C、铁水脱磷:依据脱硅样成分、温度情况测算喷吹时间分配钝化石灰和氧化铁皮球(铁皮)用量;喷吹选择【喷灰模式】，若脱硅温度高可提前加入200?500kg氧化铁皮球，炉渣目标碱度3.5;氧枪枪位:遵循低-高-低的原则结合炉渣火焰状态进行阶段性调整，氧气流量20?28Nm3/min，脱磷供氧强度0.5?1.0m3/t铁水;氧化铁皮每100kg考虑外来氧约10m3 氧气，不锈钢铁皮球l〇〇kg考虑8m3氧气;脱磷结束，喷枪、氧枪提升至待吹点，解除钢包直立连锁扒渣，金属亮面要求大于95%;脱磷过程的石灰加入量=(Si腦嫌酬^*-Siassi:)*2.14*碱度*铁水量/钝化石灰有效含量+(P糊源給》-P目舱1:)*20*铁水量;Siasti^0.02wt%，可以促进 A0D炉脱碳保络反应;P目标糧<0.025wt%，可以满足A0D炉不会因合金加入增磷致使磷超标从而影响产品强度。
[0017](2)A0D炉精炼工序:包括脱氮过程;所述脱氮过程根据吹炼过程取氧氮气体样的氮含量检验结果及终点氮含量确定脱氮量;所述脱氮过程分为下述脱碳阶段:A0D炉中碳含量2.0 ±0.lwt%为脱碳阶段1，A0D炉中碳含量0.5 ±0.0lwt%为脱碳阶段2，脱碳阶段2以后直至终点碳含量〇.12?0.175wt%为脱碳阶段3;在A0D脱碳阶段1结束后，即炉中碳含量为2.0 ± 0.lwt%之后，开始全程吹氩进行脱氮，按1立方氩气脱除2 X KT6氮含量的经验公式确定氩气吹入量和流量，考虑到A0D出钢增氮0.050?0.060wt%，控制A0D终点氮含量彡0.012wt%。
[0018](3)热乳工序:采用常规工艺进行热乳。[〇〇19](4)退火工序:退火最好采用电台车炉，退火温度860 ±10 °C、保温7 ±0.5小时;保温完毕为了降低退火材冷却应力影响强度，采用调炉门缝开口冷却工艺控制炉冷冷却速度 <25°C/h;调炉门缝开口冷却工艺最好采用下述步骤:保温完毕随炉冷却降至800°C，打开炉门20cm及炉顶风口继续冷却至750°C，打开炉门一半高度冷却至700°C，炉门全部打开继续冷却至500°C，将台车开出炉外。
[0020]下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0021]实施例1:本大规格低强度2Cr 13退火线材采用下述具体工艺生产而成。[〇〇22] (1)铁水脱硅过程:氧枪距液面高度1000mm，喷吹时间45s，氧气流量在20?25Nm3/ min;脱娃过程石灰加入量=(Si|fe)源給黯朗^|量)*2.14*碱度*铁水量/钝化石灰有效含量=(0.4-0.15)*2.14*2*45/97=0.496t，实际加石灰0.500吨，脱硅结束硅含量:0.lwt%。 [〇〇23] (2)铁水脱磷过程:喷吹的氧气流量为24?28Nm3/min，供氧强度为0.8m3/t铁;脱磷过程石灰加入量= (Sijj?摇束.14*碱度*铁水量/钝化石灰有效含量+ (P糊源給铁水量=(0? 1-0 ? 02)*2 ? 14*3 ? 5*45/0 ? 97+(0 ? 11-0 ? 025)*20*45=1 ? 04 吨，实际加石灰1.0吨。脱磷终点铁水成分(wt):C 3.76%、Si 0.017%、Mn 0.083%、P 0.022%、 S 0.03%、Ni 0.017%，余量为?6和不可避免的杂质。[〇〇24] (3)A0D炉精炼工序:脱碳阶段1以后全程吹氩，终点氮含量0.009wt%。[〇〇25] (4)退火工序:退火温度860°C、保温7小时，炉冷冷却速度15°C/h。
[0026] (5)本线材产品成分(wt):C 0.176%、Si 0.31%、Mn 0.17%、P 0.028%、S 0.001%、Cr 12.61%、Ni 0.06%、N 0.015%，余量为?6和不可避免的杂质。[〇〇27] (6 )本线材产品的抗拉强度:按? 25mm规格生产两个批次，所得产品的抗拉强度分别为517MPa 和519MPa。
[0028]实施例2:本大规格低强度2Crl3退火线材采用下述具体工艺生产而成。[〇〇29] (1)铁水脱硅过程:氧枪距液面高度1100mm，喷吹时间50s，氧气流量在25?30Nm3/ min;脱娃过程石灰加入量=(Si|fe)源給黯朗^|量)*2.14*碱度*铁水量/钝化石灰有效含量=(0? 385-0 ? 15)*2 ? 14*2*44 ? 5/98=0 ? 457t，实际加石灰0 ? 460吨，脱硅结束硅含量: 0 ? 09wt%。一原文 “0 ? 462t”，经计算应为 “0 ? 457t”(2)铁水脱磷过程:喷吹的氧气流量为24?28Nm3/min，供氧强度为0.7m3/t铁;脱磷过程石灰加入量=(Si|?摇.14*碱度*铁水量/钝化石灰有效含量+(P|feKlll給t-P 目标S)*20* 铁水量=(0? 09-0 ? 02)*2 ? 14*3 ? 5*44 ? 5/0 ? 98+(0 ? 116-0 ? 025)*20*44 ? 5=1 ? 05 吨， 实际加石灰1.10吨。脱磷终点铁水成分(wt):C 3.48%、Si 0.01%、Mn 0.1%、P 0.014%、S 0.023%、Ni 0.015%，余量为Fe和不可避免的杂质。一原文“1.06吨”，经计算应为“1.05吨”(3)A0D炉精炼工序:脱碳阶段1以后全程吹氩，终点氮含量0.0lOwt%。
[0030] (4)退火工序:退火温度860°C、保温7小时，炉冷冷却速度19°C/h。
[0031] (5)本线材产品成分(wt):C 0.167%、Si 0.31%、Mn 0.20%、P 0.027%、S 0.003%、Cr 12.5%、Ni 0.07%、N 0.017%，余量为?6和不可避免的杂质。[0〇32] (6 )本线材产品的抗拉强度:按? 26mm规格生产两个批次，所得产品的抗拉强度分别为 531MPa 和 540MPa。
[0033]实施例3:本大规格低强度2Crl3退火线材采用下述具体工艺生产而成。[〇〇34] (1)铁水脱硅过程:氧枪距液面高度800mm，喷吹时间32s，氧气流量在22?28Nm3/ min;脱娃过程石灰加入量=(Si|fe)源給黯朗^|量)*2.14*碱度*铁水量/钝化石灰有效含量=(0.35-0.15)*2.14*2*44.5/98=0.389t，实际加石灰0.390吨，脱硅结束硅含量:0.07wt %。一原文“0.393t”，经计算应为“0.389t”(2)铁水脱磷过程:喷吹的氧气流量为20?25Nm3/min，供氧强度为1.0m3/t铁;脱磷过程石灰加入量=(Si|?摇.14*碱度*铁水量/钝化石灰有效含量+(P|feKlll給t-P 目标糧)*20* 铁水量=(0? 07-0 ? 02)*2 ? 14*3 ? 5*44 ? 5/0 ? 98+(0 ? 102-0 ? 025)*20*44 ? 5=0 ? 855吨，实际加石灰0.860吨。脱磷终点铁水成分(wt):C 3.55%、Si 0.017%、Mn 0.095%、P 0.014%、3 0.026%、附0.013%，余量为?6和不可避免的杂质。一原文“0.865吨”，经计算应为 “0 ? 855 吨”(3)AOD炉精炼工序:脱碳阶段1以后全程吹氩，终点氮含量0.008wt%。[〇〇35] (4)退火工序:退火温度860°C、保温7.5小时，炉冷冷却速度17°C/h。
[0036] (5)本线材产品成分(wt):C 0.168%、Si 0.35%、Mn 0.21%、P 0.023%、S 0.001%、Cr 12.58%、Ni 0.07%、N 0.0165%，余量为？6和不可避免的杂质。[〇〇37] (6 )本线材产品的抗拉强度:按? 27mm规格生产两个批次，所得产品的抗拉强度分别为 528MPa 和 520MPa。
[0038]实施例4:本大规格低强度2Cr 13退火线材采用下述具体工艺生产而成。[〇〇39] (1)铁水脱硅过程:氧枪距液面高度900mm，喷吹时间40s，氧气流量在25?30Nm3/ min;脱娃过程石灰加入量=(Si|fe)源給黯朗^|量)*2.14*碱度*铁水量/钝化石灰有效含量=(0.29-0.13)*2.14*2*45/97=0.318t，实际加石灰0.320 吨，脱硅结束硅含量:0.06wt%。 [〇〇4〇] (2)铁水脱磷过程:喷吹的氧气流量为20?24Nm3/min，供氧强度为0.5m3/t铁;脱磷过程石灰加入量= (Sijj?摇束.14*碱度*铁水量/钝化石灰有效含量+ (P糊源!給*_P@IS_:)*20* 铁水量=(0? 06-0 ? 02)*2 ? 14*3 ? 5*45/0 ? 97+(0 ? 1-0 ? 021 )*20*45=0 ? 85 吨，实际加石灰0.85吨。脱磷终点铁水成分(wt):C 3.54%、Si 0.010%、Mn 0.09%、P 0.018%、 S 0.020%、Ni 0.019%，余量为?6和不可避免的杂质。[〇〇411 (3)A0D炉精炼工序:脱碳阶段1以后全程吹氩，终点氮含量0.01 lwt%。[〇〇42] (4)退火工序:退火温度870 °C、保温7小时，炉冷冷却速度18 °C /h。
[0043] (5)本线材产品成分(wt):C 0.18%、Si 0.33%、Mn 0.23%、P 0.024%、S 0.002%、Cr 12.7%、Ni 0.07%、N 0.0184%，余量为？6和不可避免的杂质。[〇〇44] (6 )本线材产品的抗拉强度:按? 28mm规格生产两个批次，所得产品的抗拉强度分别为 528MPa 和 534MPa。
[0045]实施例5:本大规格低强度2Crl3退火线材采用下述具体工艺生产而成。[〇〇46] (1)铁水脱硅过程:氧枪距液面高度700mm，喷吹时间42s，氧气流量在20?25Nm3/ min;脱娃过程石灰加入量=(Si|fe)源給黯朗^|量)*2.14*碱度*铁水量/钝化石灰有效含量=(0.363-0.14)*2.14*2*45.5/99=0.439t，实际加石灰0.440吨，脱硅结束硅含量: 0.lwt%〇[〇〇47] (2)铁水脱磷过程:喷吹的氧气流量为24?28Nm3/min，供氧强度为0.6m3/t铁;脱磷过程石灰加入量= (Sijj?摇束.14*碱度*铁水量/钝化石灰有效含量+ (P衡)源給l:_PasSl:)*20*铁水量=(0? 1-0 ? 018)*2 ? 14*3 ? 5*45 ? 5/0 ? 99+(0 ? 102-0 ? 023)*20* 45.5=1.0吨，实际加石灰1.0吨。脱磷终点铁水成分以〇<3.54%、510.010%、]?110.09%、？ 0.018%、S 0.020%、Ni 0.019%，余量为?6和不可避免的杂质。[〇〇48] (3)A0D炉精炼工序:脱碳阶段1以后全程吹氩，终点氮含量0.012wt%。[〇〇49] (4)退火工序:退火温度860°C、保温6.5小时，炉冷冷却速度25°C/h。
[0050] (5)本线材产品成分(wt):C 0.16%、Si 0.27%、Mn 0.30%、P 0.025%、S 0.010%、Cr 12.58%、Ni 0.17%、N 0.020%，余量为?6和不可避免的杂质。[0051 ] (6 )本线材产品的抗拉强度:按? 24mm规格生产两个批次，所得产品的抗拉强度分别为 538MPa 和 530MPa。
[0052]实施例6:本大规格低强度2Crl3退火线材采用下述具体工艺生产而成。[〇〇53] (1)铁水脱硅过程:氧枪距液面高度950mm，喷吹时间35s，氧气流量在22?27Nm3/ min;脱娃过程石灰加入量=(Si|fe)源給黯朗^|量)*2.14*碱度*铁水量/钝化石灰有效含量=(0.304-0.15)*2.14*2*45.5/99=0.303t，实际加石灰0.300吨，脱硅结束硅含量: 0 ? 08wt%。一原文 “0 ? 300t”，经计算应为 “0 ? 303t”(2)铁水脱磷过程:喷吹的氧气流量为22?26Nm3/min，供氧强度为0.9m3/t铁;脱磷过程石灰加入量=(Si|?摇.14*碱度*铁水量/钝化石灰有效含量+(P|feKlll給t-P_^?)*20* 铁水量=(0? 08-0 ? 019)*2 ? 14*3 ? 5*45 ? 5/0 ? 99+(0 ? 097-0 ? 025)*20*45 ? 5=0 ? 865 吨，实际加石灰0.870吨。脱磷终点铁水成分:C3.61%、Si 0.016%、Mn 0.16%、P 0.019%、S 0.016%、Ni 0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质。[〇〇54] (3)A0D炉精炼工序:脱碳阶段1以后全程吹氩，终点氮含量0.0lOwt%。[〇〇55] (4)退火工序:退火温度850°C、保温6.8小时，炉冷冷却速度201:/11。
[0056] (5)本线材产品成分(wt):C 0.175%、Si 0.25%、Mn 0.25%、P 0.030%、S 0.005%、Cr 12.56%、Ni 0.20%、N 0.0170%，余量为？6和不可避免的杂质。
[0057] (6 )本线材产品的抗拉强度:按? 26mm规格生产两个批次，所得产品的抗拉强度分别为518MPa 和520MPa。[〇〇58]对比试验:采用原生产方法和本生产方法生产2Cr 13退火线材，工艺与结果如下所述。
[0059]所生产2Crl3退火线材的成分要求(wt):C 0.16%?0.25%、Si<1.0%、Mn<1.0%、P 彡 0 ? 035%、S 彡 0 ? 030%、Cr 12 ? 50%?12 ? 70%、Ni 彡 0 ? 60%、N 无要求。
[0060] 原生产方法的退火工艺:退火温度840°C，保温7小时，保温完毕随炉冷却降至800 °C，打开炉门一半高度冷却至700°C，炉门全部打开继续冷却至600°C，将台车开出炉外，无冷却冷速要求。
[0061]合格率对比:原生产方法生产的2Crl3退火线材因抗拉强度高，用户无法对盘条开卷，且拉拔硬化率较高，用户难以接受，生产39批次合格12批次，合格率仅30.8%。本发明方法共生产204批次，有8批次不合格，合格率96%。
【主权项】
1.一种大规格低强度2Cr 13退火线材，其特征在于，其成分的质量百分含量为:C 0.16% ?0.18%、Si 0.25%?0.35%、Mn彡0.30%、P彡0.030%、S彡0.010%、Cr 12.50%?12.70%、Ni彡 0.20%、N彡0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的大规格低强度2Cr 13退火线材，其特征在于:所述线材多? 24mm 〇3.权利要求1所述大规格低强度2Cr 13退火线材的生产方法，其特征在于:其包括铁水 预处理、AOD炉精炼、热乳和退火工序;所述退火工序:退火温度860±10°C、保温7±0.5小 时，保温完毕控制炉冷冷却速度< 25 °C /h。4.根据权利要求3所述的大规格低强度2Crl3退火线材的生产方法，其特征在于:所述 铁水预处理工序采用镍含量S0.lwt%的铁水为原料，包括铁水脱硅和铁水脱磷过程。5.根据权利要求4所述的大规格低强度2Crl3退火线材的生产方法，其特征在于，所述 铁水脱硅过程:氧枪距液面高度700?1100mm，喷吹时间大于30s，氧气流量在20?30Nm3/ min;脱娃过程的石灰加入量=(Si|feKlll給摇朗^^量)*2.14*碱度*铁水量/钝化石灰有效 含量；s i臓錬a給1:彡〇 ? 15wt%。6.根据权利要求4所述的大规格低强度2Crl3退火线材的生产方法，其特征在于，所述 铁水脱磷过程:喷吹的氧气流量为20?28Nm3/min，供氧强度为0.5?1.0m3/t铁;脱磷过程的 石灰加入量=(Si|?摇朗.14*碱度*铁水量/钝化石灰有效含量 PilSSl:)*20* 铁水量；所述 Sig^ti^O ? 02wt%，Pg#ti^0 ? 025wt%。7.根据权利要求3 — 6任意一项所述的大规格低强度2Crl3退火线材的生产方法，其特 征在于:所述A0D炉精炼工序包括脱氮过程;所述脱氮过程在脱碳阶段1以后全程吹氩，终点 氮含量<〇.〇12wt%。
【文档编号】C22C38/02GK105970112SQ201610467791
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】邸永田, 李玲, 郭键, 白李国, 叶凡新, 张建周, 冯文甫, 曹洪波, 雷学东
【申请人】邢台钢铁有限责任公司