CN102418033B

CN102418033B - 一种免热处理高强冷镦钢及其热轧棒材的生产方法

Info

Publication number: CN102418033B
Application number: CN 201110411607
Authority: CN
Inventors: 冯运莉; 田薇; 尹金枝; 李�杰; 黄晓红; 李爽
Original assignee: Hebei United University
Current assignee: Hebei United University
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2031-12-12
Also published as: CN102418033A

Abstract

本发明型涉及一种免热处理高强冷镦钢及其热轧棒材的生产方法，属于机器零件用结构钢及制造工艺技术领域。技术方案是：在棒材热轧生产过程中，通过采用形变诱导铁素体相变轧制和温轧相结合的加工方法，诱发铁素体在变形过程中超量析出，碳化物在变形过程中改性，最终得到超细铁素体加颗粒状珠光体组织。采用本发明方法生产的热轧棒材，冷镦前不需要退火处理可直接冷镦成形，冷镦性能优良，冷镦成的螺栓也不需要最后的调质（淬火加回火）处理，其产品的各项性能指标均满足国家标准GB/T3098.1-2000《紧固件机械性能》对8.8级高强度螺栓的要求，节约了能源，减少了环境污染，大大降低了生产制作成本。

Description

一种免热处理高强冷镦钢及其热轧棒材的生产方法

技术领域

本发明型涉及一种免热处理高强冷镦钢及其热轧棒材的生产方法，属于机器零件用结构钢及制造工艺技术领域。

背景技术

冷镦钢主要用来制作螺栓等紧固件，其碳含量通常为0.33%～0.45%。按照常规轧制工艺技术生产的热轧冷镦用钢，其微观组织中的珠光体呈片层状，因而在冷成型前需要进行耗时、耗能的球化退火处理，才能使钢中的碳化物形态由片状改变为球状。一般情况下，生产厂制造高强度螺栓需要用中碳钢轧制出的棒材或线材作为原料，热轧态原料首先通过球化退火，使材料软化，再经过酸洗、拉拔改制成冷镦工艺料，然后喂入多工位冷镦机冷镦成型并搓丝制成螺栓，最后再经过淬火加回火处理，力学性能才能满足要求。传统的球化退火处理不仅工艺复杂，生产周期长，消耗大量的能源，而且热处理容易造成废品，增加金属消耗，并污染环境，生产效率低、生产成本高。同时制成的螺栓在随后的热处理中也经常会出现各种热处理缺陷，使产品的合格率降低，生产成本进一步提高。中国发明专利99115353.7，名称为：高速大变形热轧冷镦钢碳化物的球化退火工艺，虽然对传统球化退火工艺进行了改进，缩短了球化退火时间，但仍需离线球化退火；中国发明专利200410103089.0，名称为：8.8级高强度冷镦钢用热轧免退火盘条的生产方法，基于高速线材生产线，采用的是热机械轧制（TMCP）工艺，轧后需冷却到800～620℃区间在线保温相变，保温时间600～2400s，该方法虽然实现了冷镦钢在线软化，但冷镦成的螺栓需经调质（淬火加回火）处理，其力学性能才能满足要求。并且该发明方法需要在线保温相变，通常的高速线材生产线很难实现，更不适用于棒材生产线。

发明内容

本发明目的是提供一种免热处理高强冷镦钢及其热轧棒材的生产方法，在棒材热轧生产过程中，通过采用形变诱导铁素体相变和温轧相结合的加工方法，直接生产热轧棒材，冷镦前不需要退火处理直接冷镦成形，节约能源，减少环境污染，降低生产制作成本，解决背景技术存在的上述问题。

本发明技术方案是：

一种免热处理高强冷镦用钢，化学成分按照重量百分比配比如下：C：0.30～0.40％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.70～1.20％，P：≤0.025％， S：≤0.025％，其余为Fe。

上述免热处理高强冷镦用钢，所述化学成分配比优选如下：C：0.33～0.38％，Si：0.18～0.25％，Mn：0.80～1.1％，P：≤0.020％， S：≤0.020％, 其余为Fe。

一种上述免热处理高强冷镦钢热轧棒材的生产方法，包括炼铁、炼钢、轧制工序，轧制工序采用棒材轧制设备，分为粗轧、中轧和精轧工序，粗轧工序采用奥氏体再结晶轧制，中轧和精轧工序采用形变诱导铁素体相变轧制（DIFT）和温轧相结合的工艺；形变诱导铁素体相变（DIFT）是动态相变，是由形变产生储存能提高相变驱动力诱导的相变；相变主要发生在变形中，这与以往钢的轧制采用的TMCP相变不同，后者主要发生在轧后冷却中；首先通过形变诱导铁素体轧制获取超细铁素体加短棒状或颗粒状碳化物，然后在精轧机组直接进行温轧，使碳化物在温轧变形过程中发生弯折、溶解直至球化并重新分布，从而实现碳化物在线直接球化，使最终冷镦钢用热轧棒材的组织为超细铁素体加碳化物颗粒；其特别之处是，保证粗轧工序中奥氏体发生完全再结晶，将铸态奥氏体晶粒细化；为保证粗轧工序中奥氏体发生完全再结晶，粗轧终止温度在1000℃以上，低于该温度奥氏体将不能发生完全再结晶，使最终成品板产生混晶组织，造成钢的韧性降低；粗轧区温度控制在1000～1150℃；粗轧出来的中间坯经水冷进入中轧机组，在中轧机组进行形变诱导铁素体轧制，中轧区的温度控制在760～900℃，累计压下率大于60%，其主要是为了诱导铁素体在变形过程中析出，然后再通过水冷，使轧件的温度降低到650～770℃进行温轧，温轧主要是保证动态珠光体相变和片层状的碳化物进一步球化；轧后冷却速度控制在0.5～70℃/s。

按照本发明的加工方法生产的冷镦钢用热轧棒材，其最终棒材的热轧态组织为超细铁素体加颗粒状碳化物的复相组织，铁素体平均晶粒尺寸为3μm；由于铁素体晶粒细小、均匀，碳化物呈颗粒状分布，因而具有很高的塑性和韧性。

所述轧制工序的工艺参数控制如下：铸坯在加热炉中加热到1080～1180℃后，进行粗轧。

本发明的积极效果是：针对热轧变形过程，采用形变诱导铁素体轧制和温轧变形相结合的方法，通过形变与相变的耦合，合理控制轧制工艺参数，诱发铁素体在变形过程中超量析出，碳化物在变形过程中改性，最终得到超细铁素体加颗粒状珠光体组织；按本发明方法轧制出的棒材，不需要退火可直接冷镦成形，冷镦性能优良，不会因未进行球化退火而开裂；且冷镦成的螺栓不需要淬火加回火处理，强度就能达到800MPa以上，延伸率大于26%，各项性能指标均优于国家标准要求，提高钢的强度和塑性，节约能源，减少环境污染，降低生产成本。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明作进一步说明

一种免热处理高强冷镦用钢，本发明提供了一种制造免热处理高强冷镦用钢的配方，配方中主要合金元素在钢中的作用分析如下：

Mn：Mn主要起固溶强化的作用，Mn还具有降低相变温度的作用，有助于晶粒细化，所以Mn是不可缺少的元素。但其含量过多时，会使相变温度下降过多，组织中将出现贝氏体，降低韧性。本发明方案中Mn 含量控制在0.70～1.20％，通过合理控制碳、锰含量，再加上采用超细晶技术进行轧制，使强度和塑性保持良好的匹配；

Si：在炼钢时一般作为脱氧剂，但也可作为合金元素。Si进入铁素体起固溶强化作用，可显著提高钢的抗拉强度和较小程度提高屈服强度，但同时在一定程度上降低钢的韧性、塑性，Si同时增加钢的实效敏感性。

上述免热处理高强冷镦钢热轧棒材的生产方法，特点体现在轧钢工艺，其碳化物在线直接球化是通过中轧机组的形变诱导铁素体轧制和精轧机组的温轧相结合的加工方法实现的。其机理是通过中轧机组的临界奥氏体区大形变量轧制，形变诱导出超量的铁素体晶粒。由于在应力的作用下，奥氏体向铁素体转变的温度升高，所以铁素体的转变量增加。而未转变奥氏体的平均碳含量随铁素体的不断析出而增加，但铁素体析出时扩散排除的碳的分布并不均匀，而是高度富集在细小的铁素体界面和未转变奥氏体的界面，在变形过程中，这些富碳区析出短棒状或颗粒状渗碳体，然后通过后续精轧机组的温轧，使碳化物在温轧变形过程中发生弯折、溶解直至球化并重新分布，从而实现碳化物在变形过程中直接球化，使最终冷镦钢用热轧棒材的组织为超细铁素体加碳化物颗粒，从而达到提高钢的强度和塑性，节约能源，减少环境污染，降低生产成本的目的。

各实施例如下：

化学成分按重量百分比配比如表1所示：

本发明所述冷镦用钢，按照上述化学成分配比冶炼，经铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、连铸保护浇铸等工艺，进入轧制工序。所述轧制工序的工艺参数控制如下：铸坯在加热炉中加热到1080～1180℃后，进行粗轧、中轧和精轧。粗轧区温度控制在1000～1150℃，累计压下率大于50%，以确保粗轧在奥氏体再结晶区轧制；粗轧出来的中间坯经水冷进入中轧机组，中轧采用形变诱导铁素体轧制，中轧区温度控制在760～900℃，累计压下率大于60%；中轧后的轧件经水冷使温度降低到650～770℃进入精轧机组，在精轧机组进行温轧，以确保碳化物在温轧变形过程中发生弯折、溶解直至球化；轧后冷却速度控制在0.5～70℃/s。按上述工艺参数进行轧制，最终产品组织为超细铁素体加颗粒状珠光体，铁素体晶粒尺寸平均为3μm。

热轧棒材在某紧固件厂，不退火直接酸洗、拉拔改制成冷镦工艺料，然后在多功位冷镦机上，生产出M14×60成品螺栓。

实施例1～6的力学性能如表2所示：

由表2可以看出，利用形变诱导铁素体相变加温轧相结合的轧制方法生产的免热处理高强冷镦钢，将其冷镦成8.8级高强度螺栓，性能指标均满足国家标准GB/T3098.1-2000《紧固件机械性能》对8.8级高强度螺栓的要求。

Claims

1.一种免热处理高强冷镦钢热轧棒材的生产方法，包括炼铁、炼钢、轧制工序，其化学成分按照重量百分比配比如下：C：0.30～0.40％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.70～1.20％，P：≤0.025％， S：≤0.025％，其余为Fe；所述轧制工序采用棒材轧制设备，分为粗轧、中轧和精轧工序，粗轧工序采用奥氏体再结晶轧制，中轧和精轧工序采用形变诱导铁素体相变轧制和温轧相结合的工艺；其特征在于：保证粗轧工序中奥氏体发生完全再结晶，将铸态奥氏体晶粒细化，粗轧终止温度在1000℃以上，粗轧区温度控制在1000～1150℃；粗轧出来的中间坯经水冷进入中轧机组，在中轧机组进行形变诱导铁素体轧制，中轧区的温度控制在760～900℃，累计压下率大于60%，然后再通过水冷，使轧件的温度降低到650～770℃进行温轧，温轧主要是保证动态珠光体相变和片层状的碳化物进一步球化；轧后冷却速度控制在0.5～70℃/s。

2.根据权利要求1所述之免热处理高强冷镦钢热轧棒材的生产方法，其特征在于：最终棒材的热轧态组织为超细铁素体加颗粒状碳化物的复相组织，铁素体平均晶粒尺寸为3μm。

3.根据权利要求1或2所述之免热处理高强冷镦钢热轧棒材的生产方法，其特征在于：铸坯在加热炉中加热到1080～1180℃后，进行粗轧。