CN107254635A - 一种具有优良拉拔性能的免退火合金钢线材及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有优良拉拔性能的免退火合金钢线材及其生产方法，所述线材化学成分组成及质量百分含量为：C：0.20～0.35%，Mn：0.85～1.55%，Si：0.25～0.50%，P≤0.01%，S≤0.01%，Cr：1.00～1.50%，Ti：0.05～0.15%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；生产方法包括加热、轧制和冷却工序。本发明通过优化化学成分及加热、轧制、冷却工艺，具备了省略退火直接拉拔且拉拔减面率可达50%不断丝的效果，满足了客户需求；线材显微组织由铁素体+珠光体组成，铁素体比例≥50%，晶粒度10～12级；线材抗拉强度600～660MPa，伸长率≥30%，面缩率≥70%。

Description

一种具有优良拉拔性能的免退火合金钢线材及其生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种具有优良拉拔性能的免退火合金钢线材及其生产方法。
背景技术
合金钢线材往往通过在钢中添加铬、锰、钛、钼、钒等合金元素而增加钢的淬透性能，使加工的零部件在调质处理后具有良好的综合力学性能。合金元素的添加在增加淬透性的同时也增加了线材的强度和硬度，恶化了拉拔性能，在进行成型加工前需要进行球化或软化退火，增加了工序能耗。
本发明所述合金钢线材主要用于制备各类轴类零件，要求较高的强度和韧性。由于合金钢线材强度、硬度高，首先需要对线材进行球化退火处理，随着节能环保的要求及下游客户降低成本的需求，可以省略退火直接拉拔且具有优良拉拔性能的线材是客户所希望获得的产品。
专利号CN1313913A公布了一种“具有优良拉拔性能和拉拔后疲劳抗力的高碳钢线材”，其针对的主要是用于生产桥梁缆索的高碳钢线材，与本发明不符，本发明主要针对中碳合金钢线材。
专利号为CN102416411B公开了“一种疲劳性能优良的直接拉拔弹簧钢线材的制造方法”，但其主要针对弹簧钢而言，与本发明内容不符。
针对客户实际问题，本发明开发了一种具有优良拉拔性能的免退火合金钢线材，可以实现省略退火直接拉拔的目的，且拉拔性能优良，盘条拉拔变形减面率可达到50%而不断丝。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有优良拉拔性能的免退火合金钢线材；本发明还提供了一种具有优良拉拔性能的免退火合金钢线材的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种具有优良拉拔性能的免退火合金钢线材,所述线材化学成分组成及质量百分含量为：C：0.20～0.35%，Mn：0.85～1.55%，Si：0.25～0.50%，P≤0.01%，S≤0.01%，Cr：1.00～1.50%，Ti：0.05～0.15%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
本发明免退火合金钢线材的化学成分组成说明：
C：0.20～0.35%，碳对钢的机械性能有巨大的影响，为了保证成品零件调质后的强度水平，碳含量需控制在0.20%以上，另一方面，若碳含量过高，则影响加工成型性能，因此将碳含量的上限设定为0.35%。
Mn：0.85～1.55%，锰可提高钢的淬透性，为了发挥锰的作用，将锰含量下限设定为0.85%，另一方面，若锰含量过高，则易发生偏析，具备产生马氏体等淬火态组织，对拉拔性能不利，因此锰含量上限设定为1.55%。
Si：0.25～0.50%，硅是脱氧元素，同时适量的硅含量可使线材表面生成Fe2SiO4，有利于机械除磷性能改善，因此将硅的下限设定为0.25%，另一方面若硅含量过剩，则Fe2SiO4生成量较大，反而使机械除磷性能变差，同时会造成表面脱碳倾向加大，因此硅含量的上限设定为0.50%。
P≤0.01%，磷会使钢的韧性、拉拔性能恶化，因此为了防止拉拔过程断丝的发生，将磷的上限设定为0.01%。
S≤0.01%，硫也会使钢的韧性、拉拔性能恶化，因此将硫的上限也限定为0.01%。
Cr：1.00～1.50%，铬可显著提高钢的淬透性，为了发挥其作用，将下限设定为1.00%，另一方面，铬含量过高，易生产马氏体组织以及致密的氧化铁皮结构，不利于拉拔性能，因此将上限设定为1.50%。
Ti：0.05～0.15%，钛在钢中会形成碳氮化物，有利于钢的强度提高，为了发挥其作用将下限设定为0.05%，另一方面，钛含量过高，会使拉拔性能变差，因此其上限设定为0.15%。
本发明所述线材显微组织由铁素体+珠光体组成，铁素体比例≥50%，晶粒度10～12级。
本发明所述线材抗拉强度600～660MPa，伸长率≥30%，面缩率≥70%。
本发明还提供了一种具有优良拉拔性能的免退火合金钢线材的生产方法，所述方法包括加热、轧制和冷却工序；所述冷却工序采用先快冷后慢冷的冷却工艺。
本发明所述加热工序，钢坯加热至1150～1250℃，保温时间100～150min，残氧量≤5%。
加热温度的设定充分考虑微合金元素的固溶和奥氏体组织的均匀化，减轻偏析；同时为了避免奥氏体晶粒过于粗大和脱碳层的增加，严格控制加热时间在100～150min，控制残氧量≤5%。
本发明所述轧制工序，精轧温度780～850℃；吐丝温度750～800℃。
采取较低的精轧变形温度，使钢在奥氏体未再结晶区进行轧制变形，变形奥氏体晶界或亚晶界等位置储存大量能量，在后续的相变过程会优先形核，相变后得到均匀细小的晶粒；吐丝温度和精轧温度形成有效配合，同时，低的吐丝温度有利于控制盘条表面氧化铁厚度，利于后续拉拔性能。
本发明所述冷却工序，采用先快冷后慢冷的冷却工艺；盘卷温度≥600℃时冷却速度为3～8℃/s，盘卷温度＜600℃时，冷却速度为0.5～2℃/s。
冷却工艺中采取先适当快冷后慢冷的工艺设计，主要也是控制晶粒的长大，减轻铁素体-珠光体带状偏析，同时避免出现异常淬火组织（如贝氏体、马氏体）而造成强度过高恶化冷加工性能。
本发明所述线材免退火条件下可直接拉拔，拉拔减面率达50%不断丝。
本发明所述线材规格为Φ6.5mm。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明通过优化化学成分及加热、轧制、冷却工艺，获得了理想的组织性能指标，具备了省略退火直接拉拔且拉拔减面率可达50%不断丝的效果，满足了客户需求。2、本发明线材显微组织由铁素体+珠光体组成，铁素体比例≥50%，晶粒度10～12级。3、本发明
线材抗拉强度600～660MPa，伸长率≥30%，面缩率≥70%。
附图说明
图1为实施例1合金钢线材显微组织图；
图2为对比例1合金钢线材显微组织图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例免退火合金钢线材化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.20%，Mn：1.55%，Si：0.25%，P：0.008%，S：0.004%，Cr：1.10%，Ti：0.08%，其余为铁和不可避免的杂质元素。
本实施例免退火合金钢线材的生产方法包括加热、轧制和冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）加热工序：钢坯在加热炉中加热，加热温度1210℃，残氧量1.5%，在炉时间135min；
（2）轧制工序：钢坯经高速轧制成盘条，精轧温度850℃，吐丝温度780℃；
（3）冷却工序：盘条进入冷却辊道，盘卷温度≥600℃时冷却速度为7℃/s，盘卷温度＜600℃时，冷却速度为1.2℃/s。
本实施例Φ6.5mm规格的合金钢线材，组织为铁素体+珠光体，铁素体比例52%，晶粒度10.5级，抗拉强度640MPa，伸长率31%，面缩率70%；该线材在不退火条件下连续拉拔至Φ4.58mm不断丝，拉拔减面率50%；合金钢线材显微组织见图1。（实施例2-7合金钢线材显微组织图与图1相似，故省略。）
实施例2
本实施例免退火合金钢线材化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.22%，Mn：1.35%，Si：0.41%，P：0.007%，S：0.003%，Cr：1.08%，Ti：0.05%，其余为铁和不可避免的杂质元素。
本实施例免退火合金钢线材的生产方法包括加热、轧制和冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）加热工序：钢坯在加热炉中加热，加热温度1160℃，残氧量3.5%，在炉时间140min；
（2）轧制工序：钢坯经高速轧制成盘条，精轧温度800℃，吐丝温度760℃；
（3）冷却工序：盘条进入冷却辊道，盘卷温度≥600℃时冷却速度为5℃/s，盘卷温度＜600℃时，冷却速度为1.0℃/s。
本实施例Φ6.5mm规格的合金钢线材，组织为铁素体+珠光体，铁素体比例50%，晶粒度11级，抗拉强度635MPa，伸长率30%，面缩率71%；该线材在不退火条件下连续拉拔至Φ4.58mm不断丝，拉拔减面率50%。
实施例3
本实施例免退火合金钢线材化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.25%，Mn：1.15%，Si：0.30%，P：0.010%，S：0.004%，Cr：1.34%，Ti：0.11%，其余为铁和不可避免的杂质元素。
本实施例免退火合金钢线材的生产方法包括加热、轧制和冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）加热工序：钢坯在加热炉中加热，加热温度1190℃，残氧量2.8%，在炉时间120min；
（2）轧制工序：钢坯经高速轧制成盘条，精轧温度780℃，吐丝温度800℃；
（3）冷却工序：盘条进入冷却辊道，盘卷温度≥600℃时冷却速度为8℃/s，盘卷温度＜600℃时，冷却速度为0.5℃/s。
本实施例Φ6.5mm规格的合金钢线材，组织为铁素体+珠光体，铁素体比例53%，晶粒度12级，抗拉强度660MPa，伸长率33%，面缩率72%；该线材在不退火条件下连续拉拔至Φ4.58mm不断丝，拉拔减面率50%。
实施例4
本实施例免退火合金钢线材化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.28%，Mn：1.05%，Si：0.35%，P：0.008%，S：0.010%，Cr：1.20%，Ti：0.06%，其余为铁和不可避免的杂质元素。
本实施例免退火合金钢线材的生产方法包括加热、轧制和冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）加热工序：钢坯在加热炉中加热，加热温度1180℃，残氧量5%，在炉时间130min；
（2）轧制工序：钢坯经高速轧制成盘条，精轧温度820℃，吐丝温度770℃；
（3）冷却工序：盘条进入冷却辊道，盘卷温度≥600℃时冷却速度为5℃/s，盘卷温度＜600℃时，冷却速度为1.0℃/s。
本实施例Φ6.5mm规格的合金钢线材，组织为铁素体+珠光体，铁素体比例52%，晶粒度10级，抗拉强度600MPa，伸长率34%，面缩率72%；该线材在不退火条件下连续拉拔至Φ4.58mm不断丝，拉拔减面率50%。
实施例5
本实施例免退火合金钢线材化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.30%，Mn：0.85%，Si：0.45%，P：0.006%，S：0.002%，Cr：1.00%，Ti：0.15%，其余为铁和不可避免的杂质元素。
本实施例免退火合金钢线材的生产方法包括加热、轧制和冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）加热工序：钢坯在加热炉中加热，加热温度1250℃，残氧量2.5%，在炉时间100min；
（2）轧制工序：钢坯经高速轧制成盘条，精轧温度830℃，吐丝温度780℃；
（3）冷却工序：盘条进入冷却辊道，盘卷温度≥600℃时冷却速度为3℃/s，盘卷温度＜600℃时，冷却速度为2℃/s。
本实施例Φ6.5mm规格的合金钢线材，组织为铁素体+珠光体，铁素体比例54%，晶粒度10.5级，抗拉强度640MPa，伸长率33%，面缩率73%；该线材在不退火条件下连续拉拔至Φ4.58mm不断丝，拉拔减面率50%。
实施例6
本实施例免退火合金钢线材化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.35%，Mn：1.00%，Si：0.50%，P：0.007%，S：0.005%，Cr：1.50%，Ti：0.09%，其余为铁和不可避免的杂质元素。
本实施例免退火合金钢线材的生产方法包括加热、轧制和冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）加热工序：钢坯在加热炉中加热，加热温度1150℃，残氧量0.5%，在炉时间120min；
（2）轧制工序：钢坯经高速轧制成盘条，精轧温度810℃，吐丝温度750℃；
（3）冷却工序：盘条进入冷却辊道，盘卷温度≥600℃时冷却速度为4℃/s，盘卷温度＜600℃时，冷却速度为1.5℃/s。
本实施例Φ6.5mm规格的合金钢线材，组织为铁素体+珠光体，铁素体比例53%，晶粒度11级，抗拉强度650MPa，伸长率30%，面缩率74%；该线材在不退火条件下连续拉拔至Φ4.58mm不断丝，拉拔减面率50%。
实施例7
本实施例免退火合金钢线材化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.28%，Mn：1.31%，Si：0.42%，P：0.003%，S：0.002%，Cr：1.09%，Ti：0.06%，其余为铁和不可避免的杂质元素。
本实施例免退火合金钢线材的生产方法包括加热、轧制和冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）加热工序：钢坯在加热炉中加热，加热温度1210℃，残氧量0.05%，在炉时间150min；
（2）轧制工序：钢坯经高速轧制成盘条，精轧温度815℃，吐丝温度785℃；
（3）冷却工序：盘条进入冷却辊道，盘卷温度≥600℃时冷却速度为6℃/s，盘卷温度＜600℃时，冷却速度为1.2℃/s。
本实施例Φ6.5mm规格的合金钢线材，组织为铁素体+珠光体，铁素体比例55%，晶粒度11.5级，抗拉强度628MPa，伸长率35%，面缩率73%；该线材在不退火条件下连续拉拔至Φ4.58mm不断丝，拉拔减面率50%。
对比例1
本实施例合金钢线材化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.33%，Mn：1.25%，Si：0.40%，P：0.007%，S：0.005%，Cr：1.30%，Ti：0.09%，其余为铁和不可避免的杂质元素。
本对比例合金钢线材的生产方法包括加热、轧制和冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）加热工序：钢坯在加热炉中加热，加热温度1120℃，残氧量2.5%，在炉时间95min；
（2）轧制工序：钢坯经高速轧制成盘条，精轧温度900℃，吐丝温度850℃；
（3）冷却工序：盘条进入冷却辊道，冷却速度为2.5℃/s，冷却至室温。
本实施例Φ6.5mm规格的合金钢线材，组织为铁素体+珠光体+贝氏体+马氏体，铁素体比例33%，晶粒度10级，抗拉强度745MPa，伸长率24%，面缩率61%；该线材在不退火条件下拉拔至Φ4.58mm断丝较频繁，无法正常生产；合金钢线材显微组织见图2。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种具有优良拉拔性能的免退火合金钢线材，其特征在于，所述线材化学成分组成及质量百分含量为：C：0.20～0.35%，Mn：0.85～1.55%，Si：0.25～0.50%，P≤0.01%，S≤0.01%，Cr：1.00～1.50%，Ti：0.05～0.15%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的一种具有优良拉拔性能的免退火合金钢线材，其特征在于，所述线材显微组织由铁素体+珠光体组成，铁素体比例≥50%，晶粒度10～12级。
3.根据权利要求1所述的一种具有优良拉拔性能的免退火合金钢线材，其特征在于，所述线材抗拉强度600～660MPa，伸长率≥30%，面缩率≥70%。
4.基于权利要求1-3任意一项所述的一种具有优良拉拔性能的免退火合金钢线材的生产方法，其特征在于，所述方法包括加热、轧制和冷却工序；所述冷却工序采用先快冷后慢冷的冷却工艺。
5.根据权利要求4所述的一种具有优良拉拔性能的免退火合金钢线材的生产方法，其特征在于，所述加热工序，钢坯加热至1150～1250℃，保温时间100～150min，残氧量≤5%。
6.根据权利要求4所述的一种具有优良拉拔性能的免退火合金钢线材的生产方法，其特征在于，所述轧制工序，精轧温度780～850℃；吐丝温度750～800℃。
7.根据权利要求4-6任意一项所述的一种具有优良拉拔性能的免退火合金钢线材的生产方法，其特征在于，所述冷却工序，采用先快冷后慢冷的冷却工艺；盘卷温度≥600℃时冷却速度为3～8℃/s，盘卷温度＜600℃时，冷却速度为0.5～2℃/s。
8.根据权利要求4-6任意一项所述的一种具有优良拉拔性能的免退火合金钢线材的生产方法，其特征在于，所述线材免退火条件下可直接拉拔，拉拔减面率达50%不断丝。
9.根据权利要求4-6任意一项所述的一种具有优良拉拔性能的免退火合金钢线材的生产方法，其特征在于，所述线材规格为Φ6.5mm。
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