一种转炉生产汽车门铰链用钢的生产工艺
技术领域
本发明属于钢铁冶炼领域，具体涉及一种转炉生产汽车门铰链用钢的生产工艺。
背景技术
目前低合金高强结构钢（Q355B）常见使用稀土元素或者多种元素复合添加来改善和提高钢的力学性能,但随着经济与社会的发展,汽车行业对于汽车门铰链用钢的强韧性的要求大幅度提高的同时,对节能环保也提出了更高的要求。本发明主要是通过加入微量合金元素钒、铝元素，通过控制加热工艺保证产品强度要求的同时，大大降低了热轧圆钢成品的带状组织。通过调节微量的合金钒元素，和铝元素最佳配比，以降低生产成本提高产品稳定性。
发明内容
本发明公开一种转炉生产汽车门铰链用钢的生产工艺，主要是通过加入微量的合金钒元素，和铝元素最佳配比，起到析出强化和细化晶粒作用，保持钢中的硫元素含量在0.010-0.025%，控制材料的切削加工性能。控制奥氏体化的加热温度与保温时间，降低轧制温度，为低温奥氏体区轧制提供条件。通过控制加热工艺保证铸坯合金元素的均匀扩散，有效改善轧材偏析。最终获得一种具有较高疲劳性、高冲击性能、组织均匀性、良好焊接性、更好加工性，具有利用广泛易得的合金元素来制备热轧圆钢，具有成本优势和效益。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：一种转炉生产汽车门铰链用钢的生产工艺，所述生产工艺包括转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、加热、轧制工序；
转炉炼钢生产得到一般钢的组分，对钢进行铝脱氧，脱氧剂加入到钢包底部，转炉粗炼钢水成分百分含量控制如下：C：0.10-0.15%、Si：0.20-0.40%、Mn：1.25-1.55%、P≤0.015%，S≤0.025%，V：0.015-0.045%、Al≥0.020%，Cr≤0.30%、Ni≤0.30%、Cu≤0.20%；
所述RH真空脱气工序：采用120吨RH精炼炉脱气处理，RH真空精炼采用本处理模式，真空度小于67Pa，循环气体流量：0.8Nm3/min≤G环流气流量≤1.8Nm3/min，纯脱气时间10-15min，软吹时间10~15min，钢水静置时间≥15分钟，钢水连铸浇注前，确保成分在目标值范围内。
所述轧制工艺加热工序，在该温度下轧制，在满足压缩比的同时，促进铸坯外表层和芯部的均匀变形。所述加热工序，使用步进式加热炉，加热1段温度950-1050℃，加热2段温度950~1160℃，均热段温度1100~1160℃，加热时间120~240min。该步骤目的是控制奥氏体化的加热温度与保温时间，降低轧制温度，为低温奥氏体区轧制提供条件。本工序通过控制加热工艺保证铸坯合金元素的均匀扩散，有效改善轧材偏析。
本发明所述转炉冶炼工序：控制铁水入炉温度≥1270℃，磷含量≤0.140%、硫含量≤0.040%，控制加入铁水质量比例≥80%；采用120吨顶底复吹转炉冶炼，控制终点碳成分0.06%～0.14%和终点磷成分≤0.015%，副枪自动化炼钢、滑板挡渣出钢、自动下渣检测，出钢进行脱氧合金化，出钢1/4时顺序加入铝锭、硅铁、硅锰铁、中碳锰铁、钒铁及合成渣和石灰。
本发明所述LF精炼工序：采用120吨双工位LF精炼炉，钢水进站加石灰、萤石埋弧化渣及喂入铝线进行脱氧造白渣处理，升温过程微调白灰、萤石，造高碱度还原白渣，控制造白渣时间15～30分钟，控制精炼渣碱度4.0-5.5，保熔炼成分C、Si、Mn、Al按下列范围的上限控制：C：0.16-0.18%，Si：0.30-0.35%，Mn：1.40-1.50%，Al：0.030-0.045%。LF精炼目的是既要保证在RH精炼工序不进行成分微调，又要保证经RH真空脱气处理后满足目标成分要求。
本发明所述连铸工序：铸坯断面200mm*200mm，方坯连铸采用全程保护浇注，钢包长水口采用氩封保护，氩气流量3.0-4.5m3/h。结晶器保护渣保持黑渣操作，水口插入深度75-120mm，变渣线操作，使用包晶钢专用保护渣，耗量0.45-0.55Kg/t，中包首炉开浇人工手动测温，中包连续自动测温，低过热度浇注△T=15-35℃，拉速1.1±0.1m/min控制；二冷配水选用中冷冷却方式，比水量L/Kg.min：0.65-0.75；结晶器振动波形采用非正弦方式，振频160-200次/min振幅±3mm；结晶器内液面高度控制标准：距结晶器铜板上口距离为100±5mm；自动控流时：结晶器内钢液位允许波动范围≤±3mm；手动控流时：结晶器内钢液位允许波动范围≤±5mm；结晶器液面波动要求≤±5mm，超过±5mm持续波动超过30min的铸坯标识，结晶器电磁搅拌I=350±20A、f=2.5±0.5Hz；铸坯下线堆垛缓冷不少于48小时。
本发明所述轧制工序，轧制圆钢适用的规格直径30-90mm，使用连轧机组轧制，开轧温度950~1050℃。在该温度区间轧制的目的在于满足钢材热塑性变形要求的基础上，通过使钢材在低温奥氏体区轧制，得到晶粒度细小、均匀的轧态组织。
本发明硅和锰的合适含量可增加合金钢所需疲劳极限。最佳5.2≤Mn/Si≤6.5，获得汽车门铰链用钢的抗拉强度≥510MPa。钒元素和氮元素，保证碳氮硬化，获得圆钢的抗拉强度≥510MPa，屈服强度≥355MPa。碳、锰的窄成分控制及低磷低氮控制，获得低温冲击性能≥34J（-20℃）。碳、锰的窄成分控制及低磷、低过热度浇注和轧制延长加热时间，获得带状组织≤2.5级。材料良好的焊接性是保证CEV＜0.47%，CEV=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，碳、锰不能同时取内控上限或下限，进行成分控制，保证生产圆钢直径30-90mm时，0.42%＜CEV＜0.47%。同时，硫含量增加下限，按目标值控制提高材料的加工性能。
本发明所述汽车门铰链用钢成品中S≤0.008%，5.2≤Mn/Si≤6.5， 0.65≤V/Al≤1.2。
本发明所述汽车门铰链用钢，屈服强度370-400MPa，抗拉强度560-590MPa，-20℃低温冲击性能124-227J。
本发明所述汽车门铰链用钢，带状组织≤2.5级，CEV：0.42%＜CEV＜0.47%，具有均匀的细晶粒铁素体+珠光体结构，晶粒度范围在7.5-10.0。
本发明关键处理步骤的特点：通过RH脱气处理，循环气体流量按小-中-小的模式（0.8Nm3/min-1.2Nm3/min-1.5Nm3/min-1.2Nm3/min-0.8Nm3/min）顺序进行处理。连铸采用非正弦振动以及高振频小振幅的振动方式以改善保护渣的润滑作用，振频180次/min，振幅±3mm。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过RH脱气处理，碳、锰窄成分控制，连铸采用高振频小振幅的振动模式、结晶器电搅应用、低过热度浇注和轧制工艺优化加热温度、时间优化工艺，获得组织均匀的细晶粒度的铁素体和珠光体结构。
附图说明
图1为本发明汽车门铰链用钢金相组织图。
具体实施方式
本发明转炉生产汽车门铰链用钢的生产工艺包括转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、加热、轧制工序。
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细说明。
实施例1
（1）转炉冶炼：铁水入炉温度1275℃，磷含量0.140%、硫含量0.040%，加入铁水质量比例85%；采用120吨顶底复吹转炉冶炼，副枪自动化炼钢、滑板挡渣出钢、自动下渣检测，出钢进行脱氧合金化，出钢1/4时顺序加入铝锭、硅铁、硅锰铁、中碳锰铁、钒铁及合成渣和石灰；
转炉粗炼钢水成分百分含量控制如下：C：0.13%、Si：0.20%、Mn：1.25%、P：0.012%，S：0.030%，V：0.028%、Al：0.022%，Cr：0.03%、Ni：0.010%、Cu：0.013%，其中Mn/Si：6.2。
（2）LF精炼：采用120吨双工位LF精炼炉，钢水进站加石灰、萤石埋弧化渣及喂入铝线进行脱氧造白渣处理，升温过程微调白灰、萤石，造高碱度还原白渣，控制造白渣时间15分钟，控制精炼渣碱度4.2，熔炼成分C：0.15%，Si：0.30%，Mn：1.40%，Al：0.045%。
（3）RH真空脱气工序：采用120吨RH精炼炉脱气处理，RH真空精炼采用本处理模式，真空度60Pa，循环气体流量：1.0Nm3/min，纯脱气时间12min，软吹时间12min，钢水静置时间18分钟，钢水连铸浇注前，确保成分在目标值范围内。
（4）连铸工序：方坯连铸（铸坯断面200mm*200mm）采用全程保护浇注，钢包长水口采用氩封保护，氩气流量3.0m3/h。结晶器保护渣保持黑渣操作，水口插入深度80mm，变渣线操作，使用包晶钢专用保护渣，耗量0.45Kg/t，中包首炉开浇人工手动测温，中包连续自动测温，低过热度浇注△T=20℃，拉速1.2m/min；二冷配水选用中冷冷却方式，比水量0.65L/Kg.min；结晶器振动波形采用非正弦方式，结晶器内液面高度控制标准：距结晶器铜板上口距离为100±5mm；自动控流时：结晶器内钢液位允许波动范围≤±3mm；手动控流时：结晶器内钢液位允许波动范围≤±5mm；结晶器液面波动要求≤±5mm，超过±5mm持续波动超过30min的铸坯标识，结晶器电磁搅拌I=350±20A、f=2.5±0.5Hz；铸坯下线堆垛缓冷48小时。
（5）轧制工艺加热工序：使用步进式加热炉，加热1段温度1050℃，加热2段温度1050℃，均热段温度1100℃，加热时间240min。轧制圆钢适用的规格直径30mm，使用连轧机组轧制，开轧温度1050℃。
汽车门铰链用钢中S：0.004 %，Mn/Si：6.2，V/Al：0.88，屈服强度399MPa，抗拉强度576MPa，-20℃低温冲击性能124.6J，断后伸长率29.5%，带状组织2.0级，CEV：0.44%，具有均匀的细晶粒铁素体+珠光体结构，晶粒度范围在8.0。
实施例2
（1）转炉冶炼：铁水入炉温度1295℃，磷含量0.110%、硫含量0.030%，加入铁水质量比例85%；采用120吨顶底复吹转炉冶炼，副枪自动化炼钢、滑板挡渣出钢、自动下渣检测，出钢进行脱氧合金化，出钢1/4时顺序加入铝锭、硅铁、硅锰铁、中碳锰铁、钒铁及合成渣和石灰；
转炉粗炼钢水成分百分含量控制如下：C：0.11%、Si：0.20%、Mn：1.35%、P：0.009%，S：0.020%，V：0.027%、Al：0.026%，Cr：0.026%、Ni：0.009%、Cu：0.014%，其中Mn/Si：6.5。
（2）LF精炼：采用120吨双工位LF精炼炉，钢水进站加石灰、萤石埋弧化渣及喂入铝线进行脱氧造白渣处理，升温过程微调白灰、萤石，造高碱度还原白渣，控制造白渣时间20分钟，控制精炼渣碱度4.4，熔炼成分C：0.16%，Si：0.32%，Mn：1.42%，Al：0.040%。
（3）RH真空脱气工序：采用120吨RH精炼炉脱气处理，RH真空精炼采用本处理模式，真空度65Pa，循环气体流量：1.5Nm3/min，纯脱气时间10min，软吹时间12min，钢水静置时间15分钟，钢水连铸浇注前，确保成分在目标值范围内。
（4）连铸工序：方坯连铸（铸坯断面200mm*200mm）采用全程保护浇注，钢包长水口采用氩封保护，氩气流量4.5m3/h。结晶器保护渣保持黑渣操作，水口插入深度100mm，变渣线操作，使用包晶钢专用保护渣，耗量0.47Kg/t，中包首炉开浇人工手动测温，中包连续自动测温，低过热度浇注△T=20℃，拉速1.2m/min；二冷配水选用中冷冷却方式，比水量0.70L/Kg.min；结晶器振动波形采用非正弦方式，结晶器内液面高度控制标准：距结晶器铜板上口距离为100±5mm；自动控流时：结晶器内钢液位允许波动范围≤±3mm；手动控流时：结晶器内钢液位允许波动范围≤±5mm；结晶器液面波动要求≤±5mm，超过±5mm持续波动超过30min的铸坯标识，结晶器电磁搅拌I=350±20A、f=2.5±0.5Hz；铸坯下线堆垛缓冷50小时。
（5）轧制工艺加热工序：使用步进式加热炉，加热1段温度1050℃，加热2段温度1050℃，均热段温度1140℃，加热时间180min。轧制圆钢适用的规格直径60mm，使用连轧机组轧制，开轧温度1000℃。
汽车门铰链用钢中S：0.003%，Mn/Si：6.5，V/Al：1.0，屈服强度374MPa，抗拉强度560MPa，-20℃低温冲击性能125.3J，断后伸长率26%，带状组织2.5级，CEV：0.44%，具有均匀的细晶粒铁素体+珠光体结构，晶粒度范围在8.5。
实施例3
（1）转炉冶炼：铁水入炉温度1300℃，磷含量0.100%、硫含量0.026%，加入铁水质量比例80%；采用120吨顶底复吹转炉冶炼，副枪自动化炼钢、滑板挡渣出钢、自动下渣检测，出钢进行脱氧合金化，出钢1/4时顺序加入铝锭、硅铁、硅锰铁、中碳锰铁、钒铁及合成渣和石灰；
转炉粗炼钢水成分百分含量控制如下：C：0.12%、Si：0.23%、Mn：1.25%、P：0.011%，S：0.018%，V：0.035%、Al：0.035%，Cr：0.009%、Ni：0.012%、Cu：0.017%，其中Mn/Si：5.4。
（2）LF精炼：采用120吨双工位LF精炼炉，钢水进站加石灰、萤石埋弧化渣及喂入铝线进行脱氧造白渣处理，升温过程微调白灰、萤石，造高碱度还原白渣，控制造白渣时间22分钟，控制精炼渣碱度5.0，熔炼成分C：0.16%，Si：0.32%，Mn：1.47%，Al：0.042%。
（3）RH真空脱气工序：采用120吨RH精炼炉脱气处理，RH真空精炼采用本处理模式，真空度65Pa，循环气体流量：0.8Nm3/min，纯脱气时间15min，软吹时间12min，钢水静置时间18分钟，钢水连铸浇注前，确保成分在目标值范围内。
（4）连铸工序：方坯连铸（铸坯断面200mm*200mm）采用全程保护浇注，钢包长水口采用氩封保护，氩气流量3.8m3/h。结晶器保护渣保持黑渣操作，水口插入深度120mm，变渣线操作，使用包晶钢专用保护渣，耗量0.45Kg/t，中包首炉开浇人工手动测温，中包连续自动测温，低过热度浇注△T=25℃，拉速1.2m/min；二冷配水选用中冷冷却方式，比水量0.70L/Kg.min；结晶器振动波形采用非正弦方式，结晶器内液面高度控制标准：距结晶器铜板上口距离为100±5mm；自动控流时：结晶器内钢液位允许波动范围≤±3mm；手动控流时：结晶器内钢液位允许波动范围≤±5mm；结晶器液面波动要求≤±5mm，超过±5mm持续波动超过30min的铸坯标识，结晶器电磁搅拌I=350±20A、f=2.5±0.5Hz；铸坯下线堆垛缓冷52小时。
（5）轧制工艺加热工序：使用步进式加热炉，加热1段温度1050℃，加热2段温度1150℃，均热段温度1150℃，加热时间120min。轧制圆钢适用的规格直径70mm，使用连轧机组轧制，开轧温度1050℃。
汽车门铰链用钢中S：0.005 %，Mn/Si：6.2，V/Al：1.2，屈服强度396MPa，抗拉强度590MPa，-20℃低温冲击性能226.7J，断后伸长率28%，带状组织2.5级，CEV：0.45%，具有均匀的细晶粒铁素体+珠光体结构，晶粒度范围在9.0。
实施例4
（1）转炉冶炼：铁水入炉温度1310℃，磷含量0.130%、硫含量0.035%，加入铁水质量比例85%；采用120吨顶底复吹转炉冶炼，副枪自动化炼钢、滑板挡渣出钢、自动下渣检测，出钢进行脱氧合金化，出钢1/4时顺序加入铝锭、硅铁、硅锰铁、中碳锰铁、钒铁及合成渣和石灰；
转炉粗炼钢水成分百分含量控制如下：C：0.12%、Si：0.25%、Mn：1.28%、P：0.013%，S：0.024%，V：0.032%、Al：0.030%，Cr：0.02%、Ni：0.015%、Cu：0.003%，其中Mn/Si：5.2。
（2）LF精炼：采用120吨双工位LF精炼炉，钢水进站加石灰、萤石埋弧化渣及喂入铝线进行脱氧造白渣处理，升温过程微调白灰、萤石，造高碱度还原白渣，控制造白渣时间25分钟，控制精炼渣碱度4.4，熔炼成分C：0.15%，Si：0.30%，Mn：1.42%，Al：0.044%。
（3）RH真空脱气工序：采用120吨RH精炼炉脱气处理，RH真空精炼采用本处理模式，真空度65Pa，循环气体流量：1.2Nm3/min，纯脱气时间13min，软吹时间12min，钢水静置时间15分钟，钢水连铸浇注前，确保成分在目标值范围内。
（4）连铸工序：方坯连铸（铸坯断面200mm*200mm）采用全程保护浇注，钢包长水口采用氩封保护，氩气流量3.8m3/h。结晶器保护渣保持黑渣操作，水口插入深度120mm，变渣线操作，使用包晶钢专用保护渣，耗量0.47Kg/t，中包首炉开浇人工手动测温，中包连续自动测温，低过热度浇注△T=28℃，拉速1.2m/min；二冷配水选用中冷冷却方式，比水量0.70L/Kg.min；结晶器振动波形采用非正弦方式，结晶器内液面高度控制标准：距结晶器铜板上口距离为100±5mm；自动控流时：结晶器内钢液位允许波动范围≤±3mm；手动控流时：结晶器内钢液位允许波动范围≤±5mm；结晶器液面波动要求≤±5mm，超过±5mm持续波动超过30min的铸坯标识，结晶器电磁搅拌I=350±20A、f=2.5±0.5Hz；铸坯下线堆垛缓冷48小时。
（5）轧制工艺加热工序：使用步进式加热炉，加热1段温度1050℃，加热2段温度1150℃，均热段温度1160℃，加热时间120min。轧制圆钢适用的规格直径80mm，使用连轧机组轧制，开轧温度1050℃。
汽车门铰链用钢中S：0.003%，Mn/Si：5.2，V/Al：0.92，屈服强度396MPa，抗拉强度590MPa，-20℃低温冲击性能163.3J，断后伸长率24%，带状组织2.5级，CEV：0.45%，具有均匀的细晶粒铁素体+珠光体结构，晶粒度范围在9.0。
实施例5
（1）转炉冶炼：铁水入炉温度1330℃，磷含量0.090%、硫含量0.029%，加入铁水质量比例80%；采用120吨顶底复吹转炉冶炼，副枪自动化炼钢、滑板挡渣出钢、自动下渣检测，出钢进行脱氧合金化，出钢1/4时顺序加入铝锭、硅铁、硅锰铁、中碳锰铁、钒铁及合成渣和石灰；
转炉粗炼钢水成分百分含量控制如下：C：0.12%、Si：0.25%、Mn：1.35%、P：0.010%，S：0.020%，V：0.033%、Al：0.038%，Cr：0.009%、Ni：0.018%、Cu：0.013%，其中Mn/Si：5.4。
（2）LF精炼：采用120吨双工位LF精炼炉，钢水进站加石灰、萤石埋弧化渣及喂入铝线进行脱氧造白渣处理，升温过程微调白灰、萤石，造高碱度还原白渣，控制造白渣时间22分钟，控制精炼渣碱度4.8，熔炼成分C：0.16%，Si：0.32%，Mn：1.45%，Al：0.041%。
（3）RH真空脱气工序：采用120吨RH精炼炉脱气处理，RH真空精炼采用本处理模式，真空度65Pa，循环气体流量：1.2Nm3/min，纯脱气时间12min，软吹时间13min，钢水静置时间20分钟，钢水连铸浇注前，确保成分在目标值范围内。
（4）连铸工序：方坯连铸（铸坯断面200mm*200mm）采用全程保护浇注，钢包长水口采用氩封保护，氩气流量3.8m3/h。结晶器保护渣保持黑渣操作，水口插入深度120mm，变渣线操作，使用包晶钢专用保护渣，耗量0.47Kg/t，中包首炉开浇人工手动测温，中包连续自动测温，低过热度浇注△T=32℃，拉速1.1m/min；二冷配水选用中冷冷却方式，比水量0.70L/Kg.min；结晶器振动波形采用非正弦方式，结晶器内液面高度控制标准：距结晶器铜板上口距离为100±5mm；自动控流时：结晶器内钢液位允许波动范围≤±3mm；手动控流时：结晶器内钢液位允许波动范围≤±5mm；结晶器液面波动要求≤±5mm，超过±5mm持续波动超过30min的铸坯标识，结晶器电磁搅拌I=350±20A、f=2.5±0.5Hz；铸坯下线堆垛缓冷50小时。
（5）轧制工艺加热工序：使用步进式加热炉，加热1段温度1050℃，加热2段温度1160℃，均热段温度1160℃，加热时间120min。轧制圆钢适用的规格直径90mm，使用连轧机组轧制，开轧温度1050℃。
汽车门铰链用钢中S：0.004%，Mn/Si：5.6，V/Al：0.65，屈服强度391MPa，抗拉强度577MPa，-20℃低温冲击性能160J，断后伸长率27%，带状组织2.5级，CEV：0.45%，具有均匀的细晶粒铁素体+珠光体结构，晶粒度范围在8.5。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
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