CN101880826A

CN101880826A - 紧固件用非调质贝氏体冷镦钢及其制造方法

Info

Publication number: CN101880826A
Application number: CN 201010223245
Authority: CN
Inventors: 章静; 阎军; 曹杰; 沈晓辉
Original assignee: Anhui University of Technology AHUT
Current assignee: Anhui University of Technology AHUT
Priority date: 2010-07-08
Filing date: 2010-07-08
Publication date: 2010-11-10

Abstract

本发明提供一种紧固件用非调质贝氏体冷镦钢及其制造方法。该冷镦钢组分及其重量百分比为：C：0.06～0.15％，Si：0.10～0.50％，Mn：1.90～2.60％，P≤0.015％，S≤0.015％，B：0.001～0.004％，Ti：0.01～0.03％，Als：≤0.040％，其余为铁和不可避免的微量杂质。其制造方法：(1)在转炉或电炉中冶炼，并进行炉外精炼，然后通过连铸铸成钢坯，经线材轧机控轧控冷轧制成线材；(2)线材吐丝后，在辊道运输线前段采取强制风冷进行快速冷却，冷却速度为250℃/min～500℃/min；(3)当盘条经快速冷却温度降到540℃～600℃范围，立即过渡到辊道运输线后段采取加保温罩进行缓慢冷却，冷却速度为30℃/min～120℃/min。本发明可使10.9级紧固件加工生产简化，提高生产率，降低能耗和生产成本，减少污染排放。

Description

紧固件用非调质贝氏体冷镦钢及其制造方法

技术领域：

本发明涉及一种紧固件用非调质贝氏体冷镦钢盘条，特别涉及一种10.9级高强度紧固件用非调质贝氏体冷镦钢及其制造方法。

背景技术：

紧固件为三大基础机械零部件之一。冷镦钢线材是制作螺栓、螺母、螺钉、铆钉等紧固件的主要原料。生产高强度紧固件可采用40Cr、35CrMo等合金结构钢作为材料，深加工后进行调质热处理。其生产工序：原材料检验→球化退火→酸洗→磷化处理→一次拔制→退火→酸洗→磷化处理→二次拔制→冷镦→搓丝→淬火、回火(调质处理)→电镀→产品性能检验。这种调质型紧固件生产方式，一方面制作材料需要添加合金元素增加了生产成本，另一方面由于需进行后续热处理，增加了能耗和降低了生产率。

随着“节能降耗”要求的提高和社会环境保护的加强，为了减少高强度紧固件生产中加工工序环节，开始采用非调质钢加工生产高强度紧固件，其生产工序：原材料检验→酸洗→磷化处理→线材拔制→冷镦→搓丝→时效处理→电镀→产品性能检验。这种非调质型紧固件生产方式，采取直接拔制和冷镦，取消了两次拔制的酸洗和磷化处理以及淬火、回火(调质处理)，大大简化了紧固件生产工序，提高了生产率，降低了能耗和成本，减少了污染排放。

中国专利CN1858284公开了一种超细晶非调钢盘条及其生产方法，其主要成分为：C：0.10～0.25％，Si：≤0.08％，Mn：0.80～1.70％，P：≤0.035％，S：≤0.035％，V、Nb、Ti、Al微量，但该专利涉及一种10.9级以下级别高强度紧固件用非调质冷镦钢线材生产方法。

中国专利CN101220439B公开了一种高强度紧固件用非调质双相冷镦钢及其制造方法，其主要成分为：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％，但该专利涉及一种8.8级和9.8级双相型高强度紧固件用非调质冷镦钢线材生产方法。

中国专利CN101619414公开了一种10.9级含铌非调质冷镦钢及其热轧盘条的轧制方法，其主要成分为：C：0.08～0.14％，Si：0.03～0.35％，Mn：1.80～2.30％，P≤0.025％，S≤0.015％，B：0.0005～0.003％，Ti：0.01～0.03％，Als：0.010～0.050％，Nb：0.02％～0.04％，但该专利添加铌Nb合金元素，增加了生产成本。

中国专利CN101619420公开了一种10.9级含铬非调质冷镦钢及其热轧盘条的轧制方法，其主要成分为：C：0.08～0.14％，Si：0.03～0.35％，Mn：1.80～2.30％，P≤0.025％，S≤0.015％，B：0.0005～0.003％，Ti：0.01～0.03％，Als：0.010～0.050％，Cr：0.02％～0.04％，但该专利添加铬Cr合金元素，增加了生产成本。

发明内容：

为解决上述问题，本发明提供一种10.9级紧固件用非调质贝氏体冷镦钢及其制造方法，采取添加廉价的合金元素和微量的微合金化元素，通过控制轧制和控制冷却工艺，使非调质冷镦钢线材的组织结构呈粒状贝氏体，获得良好的综合力学性能，可降低因添加贵重合金元素的原材料生产成本；采用本发明的紧固件用贝氏体非调质冷镦钢线材，可使10.9级紧固件加工生产实现非调质型生产方式，从而简化紧固件生产工序和缩短生产时间，提高生产率，降低能耗和生产成本，减少污染排放。

为达到上述目的，本发明的紧固件用贝氏体非调质冷镦钢，其组分及其重量百分比为：

C：0.06～0.15％，Si：0.10～0.50％，Mn：1.90～2.60％，P≤0.015％，S≤0.015％，B：0.001～0.004％，Ti：0.01～0.03％，Als：≤0.040％，其余铁和不可避免的微量杂质。

本发明合金设计的理由如下：

C：0.06～0.15％。C是钢中固溶强化作用最明显的元素，随含碳量的增加，钢的短时强度上升，塑性、韧性下降，对于贝氏体型冷镦钢采取低含碳量，但含碳太低，钢的强度将降低，故C的范围更好为0.07～0.13％。

Si：0.10～0.50％。Si是铁素体固溶强化元素，能显著提高钢的变形抗力，但Si含量过高，不利于冷加工塑性变形，故Si的范围更好为0.15～0.40％。

Mn：1.90～2.60％。Mn是形成贝氏体组织最为有效的低成本合金元素，可强烈提高淬透性，推迟珠光体转变和铁素体转变，并起固溶强化和细化晶粒的作用，提高钢的强度和加工硬化性能。Mn与B相结合，可显著延长高温转变孕育期。本发明关键之一就是采取较高的Mn含量与微量的B相结合，使钢的最终组织为粒状贝氏体，具有良好的综合力学性能。但Mn含量过高时，会使钢的晶粒粗化趋势增大，也影响钢的冷加工塑性，故Mn范围更好为2.00～2.50％。

B：0.001～0.005％。B是微合金化元素之一，微量的B元素就可以显著推迟铁素体开始析出线，促进空冷时贝氏体的形成，同时B元素降低晶界原子扩散系数，可强化晶界。但B含量过高时(0.007％)，易生成硼化合物脆性相产生热脆，影响热加工性能，故B的范围更好为0.002～0.0035％。

Ti：0.01～0.03％。Ti在本发明的钢中不是主导元素，由于钢中含B元素，需添加微量Ti以固N，故Ti元素控制在0.01～0.03％范围。

Als：≤0.040％。Als的主要功能是脱氧剂，不宜过低，但过高影响连铸生产，故Als的范围更好为0.015～0.040％。

P≤0.015％，S≤0.015％。P虽是一种固溶强化元素，但易引起钢的冷脆和成分的偏析。S在钢中易生成MnS热脆相，引起热脆。故P和S含量越少越好。

本发明的紧固件用非调质贝氏体冷镦钢制造方法，包括如下步骤：

(1)在转炉或电炉中冶炼，并进行炉外精炼，然后通过连铸铸成钢坯，经线材轧机控轧控冷轧制成线材；

(2)线材吐丝后，在辊道运输线前段采取强制风冷进行快速冷却，冷却速度为250℃/min～500℃/min；

(3)当盘条经快速冷却温度降到540℃～600℃范围，立即过渡到辊道运输线后段采取加保温罩进行缓慢冷却，冷却速度为30℃/min～120℃/min。

本发明的紧固件用非调质贝氏体冷镦钢制造方法，线材吐丝后采取快速冷却+缓慢冷却的冷却方式。快速冷却由于有较大的冷却速度，可获得较大的过冷度，将抑制铁素体和珠光体相变，奥氏体转变避开了铁素体和珠光体组织形成区域。当冷却速度过大时，将生成部分马氏体；冷却速度过小时，将奥氏体转变经过铁素体和珠光体组织形成区域，故快速冷却的速度范围更好为300℃/min～450℃/min。

缓慢冷却就是在快速冷却基础上使奥氏体转变经过贝氏体组织形成区域。当缓慢冷却开始温度过高时，冷却过程中奥氏体转变将经过铁素体和珠光体组织形成区域，会生成部分珠光体组织；当缓慢冷却开始温度过低时，冷却过程中奥氏体将部分转变马氏体，故缓慢冷却开始温度(即快速冷却结束温度)范围更好为550℃～590℃。缓慢冷却较小的冷却速度有利于贝氏体形貌粒状化和均匀化，但过小时，会使钢的晶粒粗化趋势增大；缓慢冷却的速度过大时，将会生成马氏体，故缓慢冷却的速度范围更好为50℃/min～100℃/min。

本发明的紧固件用非调质贝氏体冷镦钢及其制造方法，盘条金相组织为粒状贝氏体，盘条的力学性能为R_m≥800MPa，R_p0.2≥520MPa，A≥15％，Z≥50％。

本发明的紧固件用非调质贝氏体冷镦钢及其制造方法，采取较高的Mn含量与微量的B相结合，显著提高钢的淬透性，推迟珠光体转变和铁素体转变，并与快速冷却+缓慢冷却的冷却方式相配合，使钢的最终组织为粒状贝氏体，具有良好的综合力学性能，可节约添加合金元素的费用，降低生产成本。本发明的紧固件用非调质贝氏体冷镦钢线材，解决了现有非调质冷镦钢的冷镦性能和韧性较低的难题，可适用于生产冷加工变形量较大的10.9级高强度紧固件。采用本发明的紧固件用非调质贝氏体冷镦钢线材生产紧固件，可减少拔制工序，取消退火和调质热处理工序，缩短生产时间提高生产率，降低能耗和成本，减少污染排放。

具体实施方式：

本发明的紧固件用非调质贝氏体冷镦钢的实施例1～4的组成及其重量百分比如表1所示。

表1本发明的紧固件用非调质贝氏体冷镦钢的实施例1～4化学成分

本发明的实施例1～4可采用如下制造方法：

在转炉或电炉中冶炼，并进行炉外精炼，然后通过连铸铸成钢坯，经线材轧机控轧控冷轧制成φ5.5mm～φ20mm线材。

线材轧机轧制生产φ5.5mm～φ20mm线材的吐丝温度控制在780℃～850℃。线材吐丝后，采取快速冷却+缓慢冷却工艺，即：先在辊道运输线前段采取强制风冷进行快速冷却，冷却速度为300℃/min～450℃/min；当盘条经快速冷却温度降到550℃～590℃范围，立即过渡到辊道运输线后段采取加保温罩进行缓慢冷却，冷却速度为50℃/min～100℃/min。

实施例1～4线材吐丝后的冷却工艺参数如表2所示。

表2本发明的紧固件用非调质贝氏体冷镦钢的实施例1～4冷却工艺参数

实施例1～4盘条的力学性能如表3所示，抗拉强度R_m≥800MPa，屈服强度R_p0.2≥520MPa，伸长率A≥15％，断面收缩率Z≥50％。本发明钢的力学性能有差异，可适应不同规格和不同冷镦变形量紧固件的需求。

表3本发明的紧固件用非调质贝氏体冷镦钢的实施例1～4力学性能

Claims

1.一种紧固件用非调质贝氏体冷镦钢，其特征在于：所述冷镦钢的组分及其重量百分比为：C：0.06～0.15％，Si：0.10～0.50％，Mn：1.90～2.60％，P≤0.015％，S≤0.015％，B：0.001～0.004％，Ti：0.01～0.03％，Als：≤0.040％，其余为铁和不可避免的微量杂质。

2.根据权利要求1所述的紧固件用非调质贝氏体冷镦钢，其特征是：所述冷镦钢的组分及其重量百分比为：C：0.07～0.13％，Si：0.15～0.40％，Mn：2.00～2.50％，P≤0.015％，S≤0.015％，B：0.002～0.035％，Ti：0.01～0.03％，Als：≤0.040％，其余为铁和不可避免的微量杂质。

3.根据权利要求1所述的紧固件用非调质贝氏体冷镦钢的制造方法，其特征在于该制造方法具体步骤如下：

4.根据权利要求1所述的紧固件用非调质贝氏体冷镦钢的制造方法，其特征在于该制造方法具体步骤如下：

(2)线材吐丝后，在辊道运输线前段采取强制风冷进行快速冷却，冷却速度为300℃/min～450℃/min；

(3)当盘条经快速冷却温度降到550℃～590℃范围，立即过渡到辊道运输线后段采取加保温罩进行缓慢冷却，冷却速度为50℃/min～100℃/min。