CN104984995B - 一种含硼非调质双相冷镦钢的高线轧制方法 - Google Patents

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Abstract

一种含硼非调质双相冷镦钢的高线轧制方法，属于轧钢技术领域。工艺步骤包括合金元素含量控制，轧制道次形变量，风冷线冷却过程控制，控制的技术参数为：合金元素含量控制要求，B含量控制在6～8ppm，控制Al/N≥12.8，Al·N≥1.35×10‑4；斯太尔摩线上，采用F+γ两相区控冷技术，临界快冷温度760℃，第一区间临界冷速3.5～5℃/s，第二区间临界冷速14～16℃/s。在第二冷却区间控制硬相MA岛转变量，完全避免发生珠光体相变，获得80％铁素体+20％马氏体最佳双相组织比率。满足8.8级螺栓性能的热轧原材料。

Description

一种含硼非调质双相冷镦钢的高线轧制方法
技术领域
本发明属于轧钢技术领域，特别是提供了一种含硼非调质双相冷镦钢的高线轧制方法，适用于高速线材厂生产8.8级含硼非调质双相冷镦钢的热轧盘条。
背景技术
目前，中国成为了紧固件生产大国，但还不是紧固件生产强国，这主要因为我国紧固件生产工艺、产品结构、技术含量与当今世界先进水平存在较大差距，突出表现为8.8级及以上高强度紧固件在冷镦加工及热处理性能合格率等问题上存在较大的差距。国内规模最大的汽车紧固件公司东风、－汽对乘用车用非调质高强紧固件用钢只能以进口材料为主。因此国内紧固件行业迫切希望钢厂根据汽车、机械制造等行业高安全性、轻量化、节能化、低成本的进一步发展趋势，开发具有高的强度、稳定的质量、较低的成本、较小的能耗、较高的安全性的新一代节能型非调质高强紧固件用钢。
国内传统高强(8.8级及以上)螺栓，均采用中碳钢、低碳合金钢或中碳合金钢进行调质(淬火+回火)处理。而采用冷作强化非调质冷镦钢来制造高强度螺栓产品可省去钢材冷拔前的退火处理和螺栓成形后的调质处理，仅取消调质处理一项，吨钢节约成本800-1000元，在很大程度上简化了生产工序，缩短了生产周期，降低了能源消耗，同时还避免了因热处理而造成的表面氧化、脱碳及工件变形等问题，因而具有显著的经济效益和社会效益，冷作强化非调质冷镦钢是生产高强度紧固件的新工艺路线，但非调质冷镦钢包含多个方向，比如超细铁素体+球化珠光体非调质钢和铁素体+马氏体非调质双相钢等方向，热轧双相钢成为高强钢发展的方向之一。
目前，关于高强度紧固件用非调质钢的研究较多，专利200910144282.1中提出了10.9级含铬非调质冷镦钢及其热轧盘条的轧制方法，通过添加合金Cr元素的成分优化设计与750～830℃的低温轧制的方法，获得细化的粒状贝氏体组织。其技术思路是通过低温轧制获得超细晶粒贝氏体组织，从而获得良好的冷加工性和韧性。专利200910144284.0中提出了10.9级含铌非调质冷镦钢及其热轧盘条的轧制方法，提出通过添加合金Nb元素的成分优化设计与750～830℃的低温轧制的方法，获得细化的粒状贝氏体组织。其技术思路是通过低温轧制和Nb的析出细化晶粒获得超细晶贝氏体组织，从而获得良好的冷加工性和韧性。上述两专利提出的非调质冷镦钢的成本昂贵，强度波动大。专利中201010223245.2提出了紧固件用非调质贝氏体冷镦钢及其制造方法，采用C-Mn钢基础上，通过添加微量元素B，获得贝氏体型非调质冷镦钢。以上专利均为贝氏体型非调质冷镦钢，而本专利发明是铁素体+马氏体双相冷镦钢，与本专利合金成分体系和技术思路存在本质的差别。专利201010127852.9中提出了高强度紧固件用非调质冷镦钢及其制造方法，采用在C-Mn成分基础上添加Cr元素，通过斯太尔摩线控制获得铁素体+珠光体的常规组织，而非本专利获得铁素体+马氏体双相组织。专利201010127837.4中提出了高强度紧固件用含硼冷镦钢及其制备工艺，通过添加微量B来提高冷镦钢的淬透性，降低成本的技术思路，但该专利制备高强度紧固件采用调质处理，与非调质冷镦钢有本质区别。专利200710036254.9中提出了高强度紧固件用非调质双相冷镦钢及其制造方法，该专利在C-Mn元素的基础上，通过添加V、Nb或V-Nb复合的强化方式，通过斯太尔摩风冷线控制铁素体+马氏体双相组织。但该钢种添加V、Nb和Nb-V复合价格昂贵的元素，存在成本高的问题。而本专利采用在C-Mn元素基础上，添加微量价格便宜的合金元素B，通过斯太尔摩风冷线控制获得铁素体+马氏体双相组织。
本发明提供了一种8.8级低成本含硼非调质双相冷镦钢的热轧工艺方法，在深入分析含B双相冷镦钢基础特性的基础上，对热轧盘条控轧控冷过程各工艺环节提出具体量化控制，提出适合于目前高线厂生产含B非调质双相冷镦钢盘条生产工艺方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含硼非调质双相冷镦钢的高线轧制方法，解决了传统高强冷镦钢采用调质处理成本高、能源消耗高以及工件变形等问题。
本发明的工艺步骤包括合金元素含量控制，轧制道次形变量，风冷线冷却过程控制，控制的技术参数如下：
1合金元素含量控制要求，B含量控制在6～8ppm，控制Al含量/N含量≥12.8，Al含量·N含量≥1.35×10-4；
通过添加微量B元素代替或降低合金元素含量，主要是推迟铁素体、珠光体组织转变，形成中低温度组织。严格控制B含量在5～10ppm，且B须是偏聚于奥氏体晶界的固溶态B，并存在一个理想的范围3-5ppm。但B具有很高的化学活性，和N具有很强的结合能力而形成BN，以及通过占据碳化物中的碳而形成硼相等，减少B在钢中的固溶，从而影响推迟组织转变的作用。钢中B元素与固N元素Ti、Al、V形成竞争关系。根据N含量控制水平，形成Ti、Al和V对N的竞争，而使B元素固溶。由于Ti元素与N在高温形成，性能TiN尺寸难以控制，晶粒粗细不均，且对深加工打制螺栓时模具损耗大；本专利采用Al元素固N，为了保持B处于固溶状态，Al/N≥15，Al·N≥1.35×10-4才能起到代替合金元素或降低合金元素的作用，为形成80％F+20％M提供保证条件。
2斯太尔摩线上，采用F+γ两相区控冷技术，临界快冷温度760℃，第一区间临界冷速3.5～5℃/s，第二区间临界冷速14～16℃/s。
热轧双相冷镦钢的技术思路及难点是在第一冷却区间控制软相铁素体转变量，；在第二冷却区间控制硬相MA岛转变量，完全避免发生珠光体相变，获得80％铁素体+20％马氏体最佳双相组织比率。
本发明通过合金元素含量控制，轧制道次形变量，风冷线冷却过程控制，获得8.8级组织性能优良的F+M双相冷镦钢。获得了铁素体+MA岛双相组织的控制，满足8.8级螺栓性能的热轧原材料。
附图说明
图1为双相冷镦钢斯太尔摩风冷线时间与温度、冷速关系图。
图2为双相冷镦钢热轧盘条拉伸应力与位移关系曲线图。
图3为热轧双相冷镦钢Φ6.5mm规格盘条微观组织，获得82％铁素体+18％MA岛组织。
图4为高线轧制双相冷镦钢Φ6.5mm规格热轧盘条MA岛组织照片，获得18％MA含量。
具体实施方式
实施例1
本发明在首钢迁钢线材160mm2生产Φ6.5mm盘条中得到应用，获得了性能优异的双相冷镦钢。
1合金元素含量控制要求，B含量控制在6ppm，提高Al元素含量，减少N元素含量，控制Al/N＝13.6，Al·N＝2.4×10-4；
2.斯太尔摩线上，采用F+γ两相区控冷技术，临界快冷温度760℃，第一临界冷速3.5℃/s，第二临界冷速16℃/s。
表1为φ6.5mm双相冷镦钢热轧盘条的力学性能和拉拔后钢丝性能。
实施例2
本发明在首钢长钢线材150mm2生产Φ6.5mm盘条中得到应用，获得了性能优异的双相冷镦钢。
1合金元素含量控制要求，B含量控制在7ppm，提高Al元素含量，减少N元素含量，控制Al/N＝14.2，Al·N＝2.8×10-4；
2.斯太尔摩线上，采用F+γ两相区控冷技术，临界快冷温度760℃，第一临界冷速3.8℃/s，第二临界冷速15.2℃/s。表2为φ6.5mm双相冷镦钢热轧盘条的力学性能。

Claims (1)

1.一种含硼非调质双相冷镦钢的轧制方法，包括合金元素含量控制，轧制道次形变量，风冷线冷却过程控制；其特征在于控制的技术参数如下：
(1)合金元素含量控制要求，B含量控制在6～8ppm，控制Al含量/N含量≥12.8，Al含量·N含量≥1.35×10-4；
(2)斯太尔摩冷却线上，采用F+γ两相区控冷技术，临界快冷温度760℃，第一区间临界冷速3.5～5℃/s，第二区间临界冷速14～16℃/s。
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