CN101787491A - 一种高强度紧固件用线材钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及紧固件用线材钢及生产方法。其成分及重量百分比：C：0.39～0.48，Si：0.15～0.35，Mn：0.30～0.90，Cr：0.60～1.20，Als：0.010～0.07，P≤0.035，S≤0.035，其余为Fe及不可避免的杂质；生产方法：用洁净钢工艺冶炼并连铸成坯，在精炼中加入Si-Ca线；将连铸坯加热至980～1080℃；粗轧，控制其变形量在70～80％；中轧：控制其变形量在80～90％；预精轧：控制其变形量在65～75％；水冷至1000～1020℃；精轧：控制其变形量在60～90％；二次水冷至800～900℃；进行吐丝；采用气雾混合方式冷却到相变初始温度即Ar3及以上的50℃范围内；继续冷却，当冷却到400～500℃时，自然冷却到环境温度。本发明可直接拉拔，冷变形好，不易开裂。
Description
技术领域
本发明涉及紧固件用线材钢及生产方法，具体属于制作8.8～10.9级紧固件用线材钢及其生产方法。
背景技术
近年来，随着我国机械制造业和汽车工业的快速发展，对高强度紧固件的需求快速增长。据报道，2008年仅汽车用紧固件中、高档合金冷镦钢的产量超过120万吨以上。市场需求旺盛。本项工作是用于生产8.8～10.9级紧固件产品，制作的紧固件能够承受1000MPa级的抗拉强度。
随着转炉冶炼技术的发展，采用转炉连铸工艺生产合金钢线材成为一种趋势，使钢的质量得到明显改善。为了满足高强度紧固件具有高的强度和抗延迟破坏的能力，在钢中通过添加合金元素来改善性能。但是，在轧制过程中添加的合金元素会抑制钢的组织转变，延长转变时间。因此，轧制过程中采用一种合适的工艺控制线材组织、性能，满足用户特殊的使用要求成为一个难点。
常规金属制品生产工艺通常在冷拔前要进行退火。近年来由于市场竞争激烈，用户为了降低生产成本，在生产时采用直接拉拔，减少一道退火工艺，要求钢厂生产的线材有良好的拉拔性能和纯净的钢质，满足用户经济、高效的生产要求。钢厂为了适应市场的需求，不断通过产品创新和工艺创新来满足用户需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种质优、低耗的合金钢生产方法，解决金属制品企业对常规生产工艺调整后出现的紧固件在制作中容易拉拔脆断和开裂的不足，提供一种能提高线材塑性变形能力，降低线材热检性能强度，吐丝圈型好，组分简单，有利于轧机使用寿命的一种高强度紧固件用线材钢及其生产方法。
实现上述目的的技术措施：
一种高强度紧固件用线材钢，其组分及重量百分比为：C：0.39～0.48，Si：0.15～0.35，Mn：0.30～0.90，Cr：0.60～1.20，Als：0.010～0.07，P≤0.035，S≤0.035，其余为Fe及不可避免的杂质。
生产一种高强度紧固件用线材钢的方法，其步骤：
1)采用洁净钢工艺进行冶炼并连铸成坯，在精炼中按照每炉钢加入300～500米的Si-Ca线，控制Si-Ca线的输入速度为28～32米/秒，控制钢包中钢渣的碱度≤2.5；
2)将连铸坯加热至980～1080℃；
3)进行粗轧：连铸坯在980～1080℃条件下进行粗轧，控制其变形量在70～80％；
4)进行中轧：控制其变形量在80～90％；
5)进行预精轧：控制其变形量在65～75％；
6)进行水冷：通过水冷将其冷却至1000～1020℃；
7)进行精轧：控制其变形量在60～90％，并控制其轧后温度在930～1020℃；
8)进行二次水冷：通过水冷将其冷却至800～900℃；
9)进行吐丝：在800～900℃条件下进行吐丝；
10)进行冷却：采用气雾混合方式冷却到相变初始温度即Ar3及以上的50℃范围内；
11)继续冷却，控制其冷却速度为：0.5～5℃/秒，当冷却到400～500℃时，采用自然冷却方式冷却到环境温度。
其优选的：在继续冷却阶段，在冷却速度为0.5～5℃/秒下，冷却到440～480℃后，采用自然冷却方式冷却到环境温度。
本发明中各元素的作用及机理：
元素C：在冷加工状态下，抗拉强度随含碳量的增加而提高，塑性随碳含量的增加而降低。因此，碳含量是保证室温下的紧固件有足够的强度。
元素Si：硅和氧的亲和力很强，用作还原剂和脱氧剂。钢中硅含量增加，钢的抗拉强度、硬度有所提高，但延伸率、断面收缩率下降更显著，不利于冷变形。
元素Mn：锰能降低钢的临界转变温度。钢中锰含量适中，可改善钢中硫的存在形态和分布，有利于提高钢的冷成型性。
元素Cr：增强钢的抗腐蚀能力，Cr的添加不但提高了钢的强度和淬透性，而且提高了标准件等制品的耐高温性能，保证了在高温下能够保持常温时所具有的强度、韧性。
元素Als：在钢中加入0.010～0.07的Als，改善线材的塑性和变形能力，从而使紧固件在制作中易开裂问题显著减少。当Als取值小于0.010时，作为一种杂质元素存在钢中，对强度和塑性没有影响；当Als取值大于0.070时，虽然提高了钢的屈服强度和抗拉强度，但塑性下降，不利于冷变形，故将其重量百分比控制在0.010～0.07内较为合理。
在冶炼过程的精炼阶段加入300～500米的Si-Ca线，控制Si-Ca线的输入速度为28～32米/秒，其目的是为了改变夹杂物的大小、形态及分布，即对夹杂物进行变性处理，使控制钢包中钢渣的碱度≤2.5；
将连铸坯加热到980～1080℃，其目的使AlN化合物充分固溶；
自轧制至继续冷却阶段，线材在辊道上以0.5～5℃/秒的冷速冷至400～500℃，在此期间，为控制钢的组织转变过程，使奥氏体向铁素体组织有较充分时间转变，随后进行自然冷却到环境温度。根据实验可知，当冷却速度＜5℃/s时，可以得到铁素体+珠光体组织，这种组织有利于冷拔加工。在冷却过程中控制钢中AlN的析出，细化晶粒，提高线材塑性变形能力。采用该项技术生产的线材热检性能强度降低，塑性显著提高。
本发明与现有技术相比，其特点：
1、本发明生产的线材金属制品企业可直接拉拔，可省一道退火工艺，具有节能降耗，降低生产成本的优点，有明显的社会效益和经济效益。
2、采用转炉-连铸大断面尺寸200×200mm坯料和“一火轧制成材”工艺生产高强度线材具有省去一道热加工工艺，节能降耗，降低生产成本，具有显著的经济效益。钢质明显提高，线材中夹杂物级别A＜2.0、B、C、D＜1.5级。
3、本发明由于采用加入铝，使线材的塑性得到改善，从而提高了冷变形能力，使紧固件在制作中易开裂问题显著减少。
4、采用本发明生产线材不增加轧机的轧制负荷，避免了现有技术采用低温轧制带来的轧机负荷增大，吐丝圈型不好，吐丝圈磨损加快等一系列影响设备安全性的问题。同时对现有冷却段的设备无特殊要求，轧件在冷却段运行时间＜300秒钟，对生产节奏不会造成影响，满足大批量高速度生产。生产的线材抗拉强度Rm＜840MPa、面缩率＞55％、硬度值HRC＜30，具有优良的拉拔性。
具体实施方式
实施例1
一种高强度紧固件用线材钢，其组分及重量百分比为：C：0.39，Si：0.15，Mn：0.60，Cr：0.60，Als：0.010，P≤0.035，S≤0.035，其余为Fe及不可避免的杂质。
其生产步骤：
1)将组分及重量百分比为：C：0.39，Si：0.15，Mn：0.60，Cr：0.60，Als：0.010，P≤0.035，S≤0.035，其余为Fe及不可避免杂质的钢种成分采用转炉洁净钢工艺进行冶炼并连铸成坯，在精炼中按照每炉钢加入320米的Si-Ca线，控制Si-Ca线的输入速度为28米/秒，钢包中钢渣的碱度为2.45；
2)将200×200mm的连铸坯加热至980℃；
3)进行粗轧：连铸坯在980℃条件下经6机架进行粗轧，其变形量在70％；
4)用10机架进行中轧：控制其变形量在80％；
5)进行预精轧：控制其变形量在65％；
6)进行水冷：通过水冷将其冷却至1000℃；
7)进行精轧：控制其变形量在60％，并控制其轧后温度在930℃，轧制成直径Φ8mm线材；
8)进行二次水冷：通过水冷将其冷却至800℃；
9)进行吐丝：在800℃条件下进行吐丝；
10)进行冷却：采用气雾混合方式冷却到相变初始温度即Ar3；
11)继续冷却，控制其冷却速度为：0.85℃/秒，当冷却到400℃时，采用自然冷却方式冷却到环境温度。
实施例2
一种高强度紧固件用线材钢，其组分及重量百分比为：C：0.434、Si：0.256、Mn：0.704、P：0.015、S：0.008、Cr：1.008、Als：0.0187，P≤0.035，S≤0.035，其余为Fe及不可避免的杂质。
其生产步骤：
1)将组分及重量百分比为：C：0.434、Si：0.256、Mn：0.704、P：0.015、S：0.008、Cr：1.008、Als：0.0187，P≤0.035，S≤0.035，其余为Fe及不可避免杂质的钢种成分采用转炉洁净钢工艺进行冶炼并连铸成坯，在精炼中按照每炉钢加入355米的Si-Ca线，控制Si-Ca线的输入速度为29米/秒，钢包中钢渣的碱度为2.40；
2)将200×200mm的连铸坯加热至995℃；
3)进行粗轧：连铸坯在995℃条件下经6机架进行粗轧，其变形量在73％；
4)用10机架进行中轧：控制其变形量在85％；
5)进行预精轧：控制其变形量在68％；
6)进行水冷：通过水冷将其冷却至1005℃；
7)进行精轧：控制其变形量在65％，并控制其轧后温度在950℃，轧制成直径Φ8mm线材；
8)进行二次水冷：通过水冷将其冷却至820℃；
9)进行吐丝：在820℃条件下进行吐丝；
10)进行冷却：采用气雾混合方式冷却到高于相变初始温度即在Ar3之上10℃内；
11)继续冷却，控制其冷却速度为：0.75℃/秒，当冷却到440℃时，采用自然冷却方式冷却到环境温度。
实施例3
一种高强度紧固件用线材钢，其组分及重量百分比为：C：0.407、Si：0.219、Mn：0.718、P：0.015、S：0.009、Cr：0.971、Als：0.0242，P≤0.035，S≤0.035，其余为Fe及不可避免的杂质。
其生产步骤：
1)将组分及重量百分比为：C：0.407、Si：0.219、Mn：0.718、P：0.015、S：0.009、Cr：0.971、Als：0.0242，P≤0.035，S≤0.035，其余为Fe及不可避免杂质的钢种成分采用转炉洁净钢工艺进行冶炼并连铸成坯，在精炼中按照每炉钢加入400米的Si-Ca线，控制Si-Ca线的输入速度为30米/秒，钢包中钢渣的碱度为2.35；
2)将200×200mm的连铸坯加热至1010℃；
3)进行粗轧：连铸坯在1010℃条件下经6机架进行粗轧，其变形量在75％；
4)用10机架进行中轧：控制其变形量在88％；
5)进行预精轧：控制其变形量在72％；
6)进行水冷：通过水冷将其冷却至1015℃；
7)进行精轧：控制其变形量在78％，并控制其轧后温度在980℃，轧制成直径Φ10mm线材；
8)进行二次水冷：通过水冷将其冷却至860℃；
9)进行吐丝：在860℃条件下进行吐丝；
10)进行冷却：采用气雾混合方式冷却到高于相变初始温度即在Ar3之上25℃内；
11)继续冷却，控制其冷却速度为：2.55℃/秒，当冷却到460℃时，采用自然冷却方式冷却到环境温度。
实施例4
一种高强度紧固件用线材钢，其组分及重量百分比为：C：0.401、Si：0.212、Mn：0.722、P：0.011、S：0.010、Cr：0.983、Als：0.0198，P：0.025，S：0.015，其余为Fe及不可避免的杂质。
其生产步骤：
1)将组分及重量百分比为：C：0.401、Si：0.212、Mn：0.722、P：0.011、S：0.010、Cr：0.983、Als：0.0198，P：0.025，S：0.015，其余为Fe及不可避免杂质的钢种成分采用转炉洁净钢工艺进行冶炼并连铸成坯，在精炼中按照每炉钢加入485米的Si-Ca线，控制Si-Ca线的输入速度为30米/秒，钢包中钢渣的碱度为2.05；
2)将200×200mm的连铸坯加热至1080℃；
3)进行粗轧：连铸坯在1080℃条件下经6机架进行粗轧，其变形量在76％；
4)用10机架进行中轧：控制其变形量在90％；
5)进行预精轧：控制其变形量在70％；
6)进行水冷：通过水冷将其冷却至1020℃；
7)进行精轧：控制其变形量在90％，并控制其轧后温度在1020℃，轧制成直径Φ12mm线材；
8)进行二次水冷：通过水冷将其冷却至900℃；
9)进行吐丝：在900℃条件下进行吐丝；
10)进行冷却：采用气雾混合方式冷却到高于相变初始温度即在Ar3之上50℃内；
11)继续冷却，控制其冷却速度为：4.95℃/秒，当冷却到500℃时，采用自然冷却方式冷却到环境温度。
实施例5
一种高强度紧固件用线材钢，其组分及重量百分比为：C：0.478、Si：0.35、Mn：0.88、Cr：0.983、Als：0.0198，P：0.011、S：0.010、其余为Fe及不可避免的杂质。
其生产步骤：
1)将组分及重量百分比为：C：0.478、Si：0.35、Mn：0.88、Cr：0.983、Als：0.0198，P：0.011、S：0.010、其余为Fe及不可避免杂质采用转炉洁净钢工艺进行冶炼并连铸成坯，在精炼中按照每炉钢加入450米的Si-Ca线，控制Si-Ca线的输入速度为32米/秒，钢包中钢渣的碱度为2.32；
2)将200×200mm的连铸坯加热至1050℃；
3)进行粗轧：连铸坯在1050℃条件下经6机架进行粗轧，其变形量在80％；
4)用10机架进行中轧：控制其变形量在86％；
5)进行预精轧：控制其变形量在75％；
6)进行水冷：通过水冷将其冷却至1008℃；
7)进行精轧：控制其变形量在86％，并控制其轧后温度在1010℃，轧制成直径Φ10mm线材；
8)进行二次水冷：通过水冷将其冷却至880℃；
9)进行吐丝：在880℃条件下进行吐丝；
10)进行冷却：采用气雾混合方式冷却到高于相变初始温度即在Ar3之上35℃内；
11)继续冷却，控制其冷却速度为：3.85℃/秒，当冷却到480℃时，采用自然冷却方式冷却到环境温度。
经对上述生产的线材进行检测，其性能值见表1。
表1 实施例性能检测结果列表
Claims (3)
1.一种高强度紧固件用线材钢，其组分及重量百分比为：C：0.39～0.48，Si：0.15～0.35，Mn：0.30～0.90，Cr：0.60～1.20，Als：0.010～0.07，P≤0.035，S≤0.035，其余为Fe及不可避免的杂质。
2.生产权利要求1所述一种高强度紧固件用线材钢的方法，其步骤：
1)采用洁净钢工艺进行冶炼并连铸成坯，在精炼中按照每炉钢加入300～500米的Si-Ca线，控制Si-Ca线的输入速度为28～32米/秒，控制钢包中钢渣的碱度≤2.5；
2)将连铸坯加热至980～1080℃；
3)进行粗轧：连铸坯在980～1080℃条件下进行粗轧，控制其变形量在70～80％；
4)进行中轧：控制其变形量在80～90％；
5)进行预精轧：控制其变形量在65～75％；
6)进行水冷：通过水冷将其冷却至1000～1020℃；
7)进行精轧：控制其变形量在60～90％，并控制其轧后温度在930～1020℃；
8)进行二次水冷：通过水冷将其冷却至800～900℃；
9)进行吐丝：在800～900℃条件下进行吐丝；
10)进行冷却：采用气雾混合方式冷却到相变初始温度即Ar3及以上的50℃范围内；
11)继续冷却，控制其冷却速度为：0.5～5℃/秒，当冷却到400～500℃时，采用自然冷却方式冷却到环境温度。
3.如权利要求2所述生产一种高强度紧固件用线材钢的方法，其特征在于：在继续冷却阶段，在冷却速度为0.5～5℃/秒下，冷却到440～480℃后，采用自然冷却方式冷却到环境温度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20100728 |