CN103695774B

CN103695774B - 一种含钛和硼热轧低硬度的高强度紧固件用钢及其生产方法

Info

Publication number: CN103695774B
Application number: CN201310673784.XA
Authority: CN
Inventors: 梁三清; 刘琼; 梁强; 岳红馨; 李峰; 王广荣
Original assignee: SHANXI XINTAI STEEL CO Ltd
Current assignee: Shanxi Xintai Fuan New Material Co.,Ltd.
Priority date: 2013-12-12
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2033-12-12
Also published as: CN103695774A

Abstract

一种含钛和硼热轧低硬度的高强度紧固件用钢，其生产工艺方法包括以下步骤：(1)LF精炼：在保证钢水和炉渣脱氧良好条件下，先加入钛合金，弱搅拌3min后加入硼铁，N质量分数控制在55ppm以下；(2)轧制过程：在该钢种的再结晶区轧制，温度控制范围为：钢坯在加热炉中温度为1080℃～1180℃，开轧温度为980℃～1100℃，吐丝温度为860℃～970℃，辊道入口速度为0.2m/s～0.35m/s，集卷温度为600℃～630℃。本方法生产的高强度紧固件用钢，硬度较低，可为下道工序省去退火工艺或增加同等品质模具的使用寿命，成本低廉，具有市场竞争力。

Description

一种含钛和硼热轧低硬度的高强度紧固件用钢及其生产方法

技术领域

本发明属于高强度用钢生产工艺领域，涉及一种含钛和硼热轧低硬度的高强度紧固件用钢及其生产方法。该方法主要应用于钢产品生产过程中，化学成分、轧制过程温度和成材后冷却工艺的控制。

背景技术

高强度紧固件用钢发展方向为非调质钢、硼钢和超细晶粒钢。我国“十二五”期间冷镦钢的研究方向为：(1)非调质冷镦钢用线材的研发；(2)高强度硼钢的研究；(3)螺栓的高强度化攻关，包括阻碍螺栓高强度化的主要因素分析，延迟断裂试验法(防氢脆试验)，螺栓高强度化使用，含氢量的延迟断裂性能评价措施；(4)高碳钢高强度冷镦钢的研发。

随着国家节能降耗和环保政策的加强，高强度紧固件线材用户迫切需求一种热轧低硬度的线材，即可以满足高强度紧固件用钢的要求，又可以满足打制紧固件前低硬度或提高模具寿命的要求，从而降低成本，增加竞争力。

高强度紧固件用钢一般规格较粗，大多是φ14mm以上的线材，为了提高淬透性，大多增加钛、硼和铬等合金元素来提高，但随之出现了高硬度的问题。钢材生产领域一直研究一种高强度用钢低硬度的工艺方法，解决高强度用钢的高硬度的问题。

发明内容

为解决高强度用钢的高硬度问题，本申请提出了如下技术方案：

一种含钛和硼热轧低硬度的高强度紧固件用钢，其组成按重量百分比为C:0.19%～0.38%，Si≤0.30%，Mn：0.50%～1.48%，P：≤0.025%，S：≤0.015%，Al≤0.050%，Ti≤0.050%，B≤0.0045%，其余为Fe和痕量元素。上述钢的表层和/或中间无贝氏体组织。

一种含钛和硼热轧低硬度的高强度紧固件用钢的生产方法，包括以下步骤：(1)LF精炼：在保证钢水和炉渣脱氧良好条件下，先加入钛合金，弱搅拌3min后加入硼铁，N质量分数控制在55ppm以下；(2)轧制过程：在该钢种的再结晶区轧制，温度控制范围为：钢坯在加热炉中温度为1080℃～1180℃，开轧温度为980℃～1100℃，吐丝温度为860℃～970℃，辊道入口速度为0.2m/s～0.35m/s，集卷温度为600℃～630℃。

一种含钛和硼热轧低硬度的高强度紧固件用钢的生产方法，步骤如下：

(1)配料：按元素的质量百分比为重量百分比为C:0.19%～0.38%，Si≤0.30%，Mn：0.50%～1.48%，P：≤0.025%，S：≤0.015%，Al≤0.050%，Ti≤0.050%，B≤0.0045%，其余为Fe配置制备该钢材基体的原料；

(2)熔炼：在氧气顶吹转炉或电炉中冶炼；

（3）LF精炼：在保证钢水和炉渣脱氧良好条件下，先加入钛合金，弱搅拌3min后加入硼铁，N质量分数控制在55ppm以下；

（4）模铸或连铸成钢坯；

（5）轧制得到紧固件：在该钢种的再结晶区轧制，温度控制范围为：钢坯在加热炉中温度为1080℃～1180℃，开轧温度为980℃～1100℃，吐丝温度为860℃～970℃，辊道入口速度为0.2m/s。

炼钢生产严格控制精炼过程Ti、B微量合金的加入顺序及时间来达到保证钢中气体含量、淬透性以及合金利用最大化的目的。钢坯轧制时在该钢种的再结晶区轧制，从而获得比较均匀且较为粗的晶粒。轧制成线材后控制冷却工艺来达到钢中不出现或少出现硬度较高的贝氏体，从而实现热轧态低硬度的目的。

本申请中所指的高强度是指钢在淬火热处理后达到8.8级及以上的强度，低硬度是指在保证8.8级及以上强度的同时，确保热轧态下硬度值为80～90HRB。

本申请在生产大规格高强度紧固件用钢时，加入了钛和硼合金提高了淬透性，同时为了降低线材热轧态的硬度，为下道工序免去退火工艺或增加同等品质模具的使用寿命，在保证该钢种强度的基础上控制化学成分范围，通过高温轧制，粗化晶粒，配以相应的缓冷工艺，达到降低热轧态线材硬度的目的。本方法生产的高强度紧固件用钢，硬度较低，可为下道工序省去退火工艺或增加同等品质模具的使用寿命，成本低廉，具有市场竞争力。

附图说明

图1为实例1表层金相组织；

图2为实例1心部金相组织；

从图1-2中的组织可以看出表层未出现贝氏体组织，中心局部出现少量的贝氏组织。

图3为实例2表层金相组织；

图4为实例2心部金相组织；

从图3-4中的组织可以看出表层和中心均未出现贝氏体组织。

具体实施方式

实施例1：一种高强度螺栓用钢，其生产方法如下：(1)配料；(2)熔炼：在氧气顶吹转炉中冶炼；（3）LF精炼：在保证钢水和炉渣脱氧良好条件下，先加入钛合金，弱搅拌3min后加入硼铁，N质量分数控制在55ppm以下；（4）连铸成钢坯；（5）轧制成Ф20mm的线材：其中钢坯开轧温度1050，吐丝温度870℃，集卷温度610℃，斯太尔摩运输线辊道速度0.25m/s。该钢产品化学成分（质量分数）为C:0.20%，Si：0.15%，Mn：1.43%，P：0.020%，S：0.005%，Al：0.039%，Ti：0.040%，B：0.0024%，其余为Fe和痕量元素。经测试，热轧态下钢的HRB硬度为83，钢强度为10.9级，断面收缩率为48%。

该方法通过对钢产品生产过程中，化学成分、轧制过程温度和成材后冷却工艺的控制，提高了钢强度，降低了钢硬度，实施例1所制得的同品种模具寿命比常规方法制备的模具寿命提高了1万次。

实施例2：一种高强度螺栓用钢，其生产方法如下：(1)配料；(2)熔炼：在电炉中冶炼；（3）LF精炼：在保证钢水和炉渣脱氧良好条件下，先加入钛合金，弱搅拌3min后加入硼铁，N质量分数控制在55ppm以下；（4）连铸成钢坯；（5）轧制成Ф20mm的线材：钢坯开轧温度1000℃，吐丝温度890℃，集卷温度610℃，斯太尔摩运输线辊道速度0.30m/s，断面收缩率45%，钢产品化学成分（质量分数）C:0.36%，Si：0.15%，Mn：0.75%，P：0.020%，S：0.009%，Al：0.028%，Ti：0.010%，B：0.0019%，其余为Fe和痕量元素。经测试，热轧态下钢的HRB硬度为85，钢强度为8.8级，断面收缩率为48%。

该方法通过对钢产品生产过程中，化学成分、轧制过程温度和成材后冷却工艺的控制，提高了钢强度，降低了钢硬度。实施例2所制得的钢经过顶端淬火试验，可以满足对紧固件淬透性的要求，并且模具寿命变化不大。

Claims

1.一种含钛和硼热轧低硬度的高强度紧固件用钢的生产方法，包括以下步骤：

(1)配料：按元素的质量百分比为重量百分比为C:0.19%～0.38%，Si≤0.30%，Mn：0.50%～0.75%，P：≤0.025%，S：≤0.015%，Al≤0.050%，Ti≤0.050%，B≤0.0045%，其余为Fe配置制备该钢的原料；

(2)熔炼：在氧气顶吹转炉或电炉中熔炼；

（3）LF精炼：在保证钢水和炉渣脱氧良好条件下，先加入钛合金，搅拌3min后加入硼铁，N质量分数控制在55ppm以下；

（4）模铸或连铸成钢坯；

(5)轧制得到紧固件：在该钢种的再结晶区轧制，温度控制范围为：钢坯在加热炉中温度为1080℃～1180℃，开轧温度为1000℃～1100℃，吐丝温度为860℃～970℃，辊道入口速度为0.2m/s，集卷温度为600℃～630℃；

这种钢的组成按重量百分比为C:0.19%～0.38%，Si≤0.30%，Mn：0.50%～0.75%，P：≤0.025%，S：≤0.015%，Al≤0.050%，Ti≤0.050%，B≤0.0045%，其余为Fe和痕量元素；该紧固件用钢在淬火热处理后达到8.8级及以上的强度且热轧态下硬度值为80～90HRB。

2.根据权利要求1的方法得到的一种含钛和硼热轧低硬度的高强度紧固件用钢，其组成按重量百分比为C:0.19%～0.38%，Si≤0.30%，Mn：0.50%～0.75%，P：≤0.025%，S：≤0.015%，Al≤0.050%，Ti≤0.050%，B≤0.0045%，其余为Fe和痕量元素，钢的表层及中间无贝氏体组织。