CN101220439B - 高强度紧固件用非调质双相冷镦钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强度紧固件用非调质双相冷镦钢及其制造方法。本发明的高强度紧固件用非调质双相冷镦钢，其组分及其重量百分比为：C：0.06～0.15％；Si：0.60～0.90％；Mn：1.40～2.0％；P：≤0.025％；S：≤0.025％；Al：≤0.04％；N：≤0.0060％；V：0.03～0.10％；Nb：0.04～0.08％；Fe：余量。本发明的高强度紧固件用非调质双相冷镦钢及其制造方法，原材料所需要的组织、性能通过调整材料的化学成分、控轧控冷得到，既节约了能源，而且不会污染环境。

Description

高强度紧固件用非调质双相冷镦钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种非调质双相钢盘条，特别涉及一种8.8级或9.8级高强度紧固件用非调质双相冷镦钢及其制造方法。

背景技术

按现执行的GB/T3098.1-2000《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》标准，8.8级高强度紧固件用调质冷镦钢采用的材料是低合金冷镦钢或中碳钢，其化学成分为：C：0.15～0.55％，Si：0.10～0.35％，Mn：0.30～90％，P：≤0.035％，S：≤0.035％，B：≤0.003％。

美国专利US4613385公开了一种强度级别为830MPa(120ksi)的高强度、低碳双相钢盘条，主要成分为：0.05～0.15％C，1.0～3.0％Si，0.05～0.15％V，但没有给出Mn元素，Mn元素可作为强烈提高材料淬透性、起到固溶强化和细化铁素体晶粒和提高材料的加工硬化性能的作用。

中国专利CN1017351B公开了一种制取细晶粒双相钢热处理方法，主要成分为：0.05～0.15％C，0.5～1.0％Si，0.5～2.5％Mn，但该专利主要强调的是热处理方法，且在材料中并没有加入能在铁素体中析出碳化物或碳氮化物的V元素。

随着国家“节能降耗”要求的提高和社会环境保护的加强，如何减少和取消生产8.8级高强度紧固件用材料的热处理工序，一直是专业人士所追求的目标。

在紧固件的生产过程中，对8.8级以上高强度螺栓用的材料，在冷镦前，原材料需采用球化退火处理(或软化退火处理)，螺栓需淬火并回火处理后，才能达到8.8级以上高强度紧固件的技术标准要求。退火、淬火并回火处理工序，不但增加成本，而且还污染环境。因此，紧固件生产厂希望线材生产厂家提供能直接冷镦的非调质材料。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种高强度、非调质的8.8级或9.8级高强度紧固件用双相冷镦钢盘条及其制造方法，利用加工强化，通过拉拔工序使紧固件获得8.8级所要求的强度而无需淬火工艺；原材料所需要的组织、性能通过调整材料的化学成分、控轧控冷得到，而不是像传统方法那样需要对原材料进行球化退火后才能进行冷镦。

为实现上述目的，本发明的高强度紧固件用非调质双相冷镦钢，其组分及其重量百分比为：

C：0.06～0.15％；

Si：0.60～0.90％；

Mn：1.40～2.0％；

P：≤0.025％；

S：≤0.025％；

Al：≤0.04％；

N：≤0.0060％；

V：0.03～0.10％；

Nb：0.04～0.08％；

其余为Fe和不可避免的微量杂质组成。

本发明合金设计的理由如下：

C：0.06～0.15％。C是重要的固溶强化元素，是获得高强度的保证，C含量太低时，马氏体量也相应减少，难于保证材料最终制成紧固件800MPa的强度；C含量太高时，降低了材料的韧性，故C的范围更好为0.08～0.12％。

Si：0.60～0.90％，更好为0.70～0.80％。Si是铁素体固溶强化元素，能促进先共析铁素体析出，对珠光体形成的影响不大，且Si提高A3(奥氏体和铁素体发生异晶转变的温度)、A1(Fe-C合金的共析转变温度(727℃))临界点并有强烈的固溶强化作用，使晶粒变细，在提高材料强度的同时，也有利于材料韧性的提高。

Mn：1.40～2.0％。Mn推迟珠光体转变，可强烈提高淬透性，起到固溶强化和细化铁素体晶粒的作用，提高材料的加工硬化性能。Mn降低A3、A1临界点，在推迟珠光体转变的同时，也推迟铁素体转变。Mn含量过低时，组织中难于形成足够量的马氏体，强化效果差，Mn含量过高时，会引起材料的晶粒粗化趋势增大，同样会影响紧固件的可塑性，故Mn的范围更好为1.70～1.85％。

V：0.03～0.10％，更好为0.05～0.08％。V可以使γ相向α相的相变温度降低，形成较弥散的珠光体。V溶于奥氏体中能显著增加钢的淬透性，在铁素体中析出V的碳化物或碳氮化物，具有显著的弥散强化作用。

Nb：0.04～0.08％。Nb要求高的奥氏体化温度，在加热温度高达1200℃时能有效抑止奥氏体晶粒尺寸的长大，推迟奥氏体再结晶，有强烈细化晶粒的作用。溶解于奥氏体中的Nb阻止γ相向α相转变，从而促使珠光体体积分数提高。Nb的作用与V相似，但比V更强烈，Nb、Ti元素在双相钢中不是主导元素，含量不宜过高，故Nb的范围更好为0.04～0.06％。

Al：≤0.04％。Al在双相钢中的主要功能是脱氧剂，不宜过低，但过高时影响连铸生产，故Al的范围更好为0.015～0.035％。

P：≤0.025％。P是一种价廉的固溶强化元素，对双相钢而言，一定适量的P对强度是有益的，但过高时影响材料的冷脆和成分的偏析，故P含量更好为≤0.01％。

S：≤0.025％。S在钢中易形成MnS，引起热脆，所以越少越好，故S含量更好为≤0.006％。

N：≤0.0060％。在双相钢中N越少越好，故N含量更好为≤0.003％。

V和Nb复合添加：以V和Nb复合添加的钢的强韧性配合最佳。

本发明的高强度紧固件用非调质双相冷镦钢制造方法，包括如下步骤：

(1)在氧气顶吹转炉或电炉中冶炼，并在加热钢包中精炼，然后通过模铸或连铸铸成钢坯，经线材轧机控轧控冷轧制成线材；

(2)线材吐丝后，在辊道运输机前部采用加保温罩缓慢冷却；

(3)当盘条温度降到700℃左右时，立即过渡到后半区进行快速风冷。

本发明的高强度紧固件用非调质双相冷镦钢的另一种制造方法，包括如下步骤：

(1)在氧气顶吹转炉或电炉中冶炼，并在加热钢包中精炼，然后通过模铸或连铸铸成钢坯，经线材轧机控轧控冷轧制成线材；

(2)线材吐丝后，在辊道运输机前部采用快速风冷；

(3)当盘条温度降到300℃左右时，立即过渡到后半区进行不吹风自然冷却。

本发明的高强度紧固件用非调质双相冷镦钢及其制造方法，盘条金相组织为15～30％马氏体(或含少量贝氏体)+70～85％铁素体组织，盘条的力学性能为：Rp0.2≥300MPa，Rm≥550MPa，Al 1.3≥15％，Z≥25％，屈强比0.50～0.65。力学性能整体优于现有的钢。

本发明的高强度紧固件用非调质双相冷镦钢及其制造方法，原材料所需要的组织、性能通过调整材料的化学成分、控轧控冷得到，而不是像传统方法那样需要对原材料进行球化退火后才能进行冷镦。即节约了能源，而且不会污染环境。

具体实施方式

本发明的高强度紧固件用非调质双相冷镦钢的实施例1～4的组成成分及其重量百分比如表1中所示。

表1本发明钢、常规钢和比较钢的化学成分，wt％

B1为GB/T 6478-2001《冷镦和冷剂压用钢》中的ML35

C1为日本大同特殊钢公司非调质冷镦钢，牌号HMC7

C2为日本新日铁公司非调质冷镦钢，牌号NHF55

C3为日本神户制钢公司非调质冷镦钢，牌号KNCH8P

C4为日本神户制钢公司非调质冷镦钢，牌号KNCH7

表1中实施例1～实施例4为本发明钢，B1为常规、需要调质的ML35，C1～C4为比较钢。从表中可以看出，比较钢中多数没有Nb元素，C、Si、Mn元素含量不同。

本发明的实施例1～4可以采用如下的制造方法：

在氧气顶吹转炉中冶炼，也可在电炉中冶炼，并在加热钢包中精炼，然后通过模铸或连铸铸成钢坯，经线材轧机控轧控冷轧制成ф5.0～ф18.0mm线材。

线材轧机轧制ф5.0～ф18.0mm线材的吐丝温度控制在750～880℃，冷却工艺采用冷却工艺(1)：慢冷+快冷工艺，即：

线材吐丝后，采用延迟+标准混合型冷却工艺，具体步骤：

1)冷却初期(辊道运输机前部)采用延迟型(加保温罩)缓慢冷却，以使铁素体充分析出；

2)经过一段时间的保温缓冷；

3)当盘条温度降到700℃左右时，立即过渡到后半区进行标准型(风冷)快速风冷，使未转变完的过冷奥氏体迅速转变成马氏体。冷却工艺也可以采用冷却工艺(2)：快冷+慢冷工艺，即：

线材吐丝后，采用标准型(风冷)冷却工艺，具体步骤：

1)冷却初期以使铁素体充分析出；

2)经过一段时间的快冷；

3)当盘条温度降到300℃左右时，立即过渡到后半区进行自然冷却(不吹风)冷却，使未转变完的过冷奥氏体迅速转变成马氏体。

实施例1～4的力学性能如表2所示：

表2

钢号	Rp0.2，MPa	Rm，MPa	A11.3，％	Z，％	屈强比
						实施例1	320	610	18	27	0.52
实施例2	330	630	23	45	0.52
						实施例3	470	730	20	66	0.64
实施例4	380	710	16	56	0.53
						C4	390	640	30(δ5)	45	0.61

表2中试验钢的屈服强度Rp0.2≥300MPa，抗拉强度Rm≥550MPa，屈强比≥0.50。本试验钢的力学性能整体优于比较钢C4，并且本发明钢之间力学性能有差异，能适应不同强度级别和不同规格紧固件的需要。

实施例1～4的马氏体体积分数如表3所示：

表3

钢号	马氏体体积分数，％
		实施例1	24.6
实施例2	17.03
		实施例3	27.09
实施例4	30.66
		C4	17.5

表3中试验钢的金相组织除了马氏体外，还有铁素体+少量珠光体组成。本试验钢的金相组织整体优于比较钢C4，并且本发明钢之间金相组织(马氏体含量)有差异，能适应不同强度级别和不同规格紧固件的需要。

Claims (4)

1.一种高强度紧固件用非调质双相冷镦钢，其特征在于，其组分及其重量百分比为：

C：0.06～0.15％；

Si：0.70～0.80％；

Mn：1.40～2.0％；

P：≤0.025％；

S：≤0.025％；

Al：≤0.04％；

N：≤0.0060％；

V：0.03～0.10％；

Nb：0.04～0.08％；

Fe：余量。

2.如权利要求1所述的高强度紧固件用非调质双相冷镦钢，其特征在于，所述V的重量百分比为0.05～0.08％；所述Nb的重量百分比为0.04～0.06％。

3.如权利要求1所述的高强度紧固件用非调质双相冷镦钢的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在氧气顶吹转炉或电炉中冶炼，并在加热钢包中精炼，然后通过模铸或连铸铸成钢坯，经线材轧机控轧控冷轧制成线材；

(2)线材吐丝后，在辊道运输机前部采用加保温罩缓慢冷却；

(3)当盘条温度降到700℃左右时，立即过渡到后半区进行快速风冷。

4.如权利要求1所述的高强度紧固件用非调质双相冷镦钢的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在氧气顶吹转炉或电炉中冶炼，并在加热钢包中精炼，然后通过模铸或连铸铸成钢坯，经线材轧机控轧控冷轧制成线材；

(2)线材吐丝后，在辊道运输机前部采用快速风冷；

(3)当盘条温度降到300℃左右时，立即过渡到后半区进行不吹风自然冷却。