CN109023103A - 一种贝氏体冷镦钢盘条的生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种贝氏体冷镦钢盘条的生产方法，生产工艺流程包括铁水预处理—转炉冶炼—CAS精炼—LF精炼—连铸—铸坯修磨—控轧控冷—成品检验—入库。钢的化学组成重量百分比为C=0.33~0.38，Si=0.15~0.35，Mn=0.60~0.90，P≤0.030，S≤0.030，Cr=0.90‑1.20，Ni≤0.25，Mo=0.15~0.30，其余为Fe和少量的杂质。本发明为一种可缩短退火时间的Cr‑Mo系列合金冷镦钢线材，主要包括SCM435。通过热模拟和实验室研究，掌握Cr‑Mo系列合金冷镦钢相变规律，通过控制轧制和控制冷却使热轧盘条形成大量的贝氏体+少量铁素体+少量马氏体组织，为缩短盘条退火时间提供组织上的准备。

Description

一种贝氏体冷镦钢盘条的生产方法
技术领域
本发明属于轧钢技术领域，是一种易退火的贝氏体冷镦钢盘条钢的生产方法。
背景技术
马氏体或贝氏体组织在中温回火得到回火托氏体组织，而高温回火获得回火索氏体组织，进一步提高回火温度至A1稍下保温，铁素体晶粒将可能变为较大的等轴晶粒，细小弥散的碳化物不断聚集粗化，得到较大的颗粒状碳化物，最后也成为球状珠光体组织。
为保证冷镦性能，一般低、中碳合金冷镦钢要求冷镦前的组织为球化组织。
目前10.9以及12.9级高强度紧固件大量采用Cr-Mo系列合金冷镦钢线材为原材料，经过一球一抽（球化退火+拉拔）、一球两抽（粗拉+球化退火+精拉）或两球两抽（软化退火+粗拉+球化退火+精拉）工艺制成精线后冷镦成紧固件。常规轧制的Cr-Mo冷镦钢由于冷却速度较快，冷却不均匀，多边形铁素体、珠光体、贝氏体及马氏体同时出现在钢的显微组织中，硬度较高，不适合直接拉拔，适用于一球一抽或两球两抽工艺生产精线，但由于晶粒较粗大，渗碳体分布不均匀，球化时间一般较长。采用低温轧制+缓慢冷却工艺轧制的盘条可避免贝氏体、马氏体的形成，硬度较低，但由于原始组织为铁素体+珠光体，渗碳体溶解慢，球化时间也较长。但采用低温轧制和适当的快冷，使盘条获得大量的贝氏体+少量铁素体+少量马氏体组织，通过适当的保温和缓冷，使熔断的渗碳体聚集呈球状均匀的分布于基体上，可明显缩短球化退火周期，达到快速球化退火的目的，因而具有明显的节能降耗、提高生产效率的作用。
《特殊钢》2006年第六期刊登了马钢汪开忠等撰写的《简化退火高强度冷镦钢SCM435盘条的研制》，文中所述SCM435通过控轧控冷获得细铁素体+珠光体组织，实现盘条的在线软化，可以缩短球化时间，但是细贝氏体组织还可以进一步缩短球化时间。
《河北冶金》2015年第12期刊登了邢钢田新中等撰写的《原始组织及退火工艺对SCM435盘条退火行为的影响》，文中指出，热轧盘条应避免多边形铁素体、珠光体、贝氏体及马氏体同时出现在钢的显微组织中，而应得到全部贝氏体或贝氏体、马氏体复合组织，以保证在较短退火周期内获得均匀分布的球状珠光体组织。因此贝氏体冷镦钢在缩短退火时间方面有更大的优势。
发明内容
本发明旨在提供一种贝氏体冷镦钢盘条的生产方法。Cr-Mo系列合金冷镦钢线材，通过控制轧制和控制冷却使热轧盘条形成大量的贝氏体+少量铁素体+少量马氏体组织，为缩短盘条的退火时间提供组织上的准备。
为实现本发明的目的所采用的技术方案：
一种贝氏体冷镦钢盘条的生产方法，生产工艺流程包括铁水预处理—转炉冶炼—CAS精炼—LF精炼—连铸—铸坯修磨—控轧控冷—成品检验—入库。
钢的化学组成重量百分比为C=0.33~0.38，Si=0.15~0.35，Mn=0.60~0.90，P≤0.030，S≤0.030，Cr=0.90~1.20，Ni≤0.25，Mo =0.15~0.30，其余为Fe和少量的杂质。关键生产工艺步骤包括：
（1）连铸：按照洁净钢的生产方式生产连铸坯，中包钢水过热度开浇炉不大于45℃，连浇炉不大于35℃，铸机拉速2.4~2.8m/min；采用结晶器电搅和末端电搅，铸坯经缓冷后检查、修磨；
（2）加热：铸坯采用冷装入炉，预热温度≤850℃，预热时间≥30min，加热温度1100~1150℃，加热时间30~40 min，均热温度1060-1100℃，均热时间30~40 min，炉膛压力1~10Pa，残氧量1%～5%；
（3）轧制：加热后的铸坯经高压水除P后进入连轧机组进行轧制，开轧温度1020~1060℃，控制进线材减定径机组的温度785~845℃，经多道次无扭控温轧制，获得成品尺寸，经水箱快速冷却至740~790℃后吐丝，在辊道上形成散卷；散卷采用风机进行控制冷却，冷却速度4~6℃/s，冷至500~530℃后进入保温罩缓慢冷却，至420~440℃集卷、上钩，然后空冷至室温打包、称重。
Cr-Mo系列合金冷镦钢线材通过适当的控轧控冷工艺，获得以贝氏体为主，含有少量铁素体和马氏体的组织，碳化物弥散分布，通过较短的保温和缓慢冷却，既能获得较好的球化组织，为后续冷镦变形提供组织保证。本发明方法生产的钢适用于各种Cr-Mo系列紧固件生产。
本发明的有益效果：本发明为一种简化退火的Cr-Mo系列合金冷镦钢线材，包括SCM435。通过热模拟和实验室研究，掌握Cr-Mo系列合金冷镦钢相变规律，通过控制轧制和控制冷却使热轧盘条形成大量的贝氏体+少量铁素体+少量马氏体组织，为缩短盘条的退火时间提供组织上的准备。
附图说明
图1为球化前的组织结构图（贝氏体+铁素体+极少量马氏体 3000×）。
图2为球化退火工艺图。
图3为球化后的组织结构图（均匀分布的球化体+铁素体，3000×）。
图4 为SCM435的连续冷却转变曲线。
图5为试验盘条退火前的组织结构图（贝氏体+铁素体+极少量马氏体， 3000×）。
图6为试验盘条退火后球化组织图（均匀分布的球化体+铁素体，3000×）。
具体实施方式
以SCM435为例，根据实验采集的膨胀量-温度变化曲线，测定出不同冷速下的相变开始温度和结束温度。再根据这些测定结果与金相组织分析利用Origin 作出实验钢SCM435的连续冷却转变曲线（静态CCT 曲线）如图4。从连续冷却转变曲线可以看出：
1）冷速较慢时（≤0.5℃/s），主要以F+P+B 相变为主，相变温度范围在700～390℃；冷速1~2℃/s 时，组织为铁素体+粒状贝氏体，且以贝氏体为主，相变温度范围在540～370℃；冷速>2℃/s 时，开始出现马氏体相变，得到的组织为贝氏体+马氏体，相变温度范围为500~150℃（其中贝氏体相变温度范围为335℃以上）；当冷速≥15℃/s 时，获得马氏体组织，马氏体开始转变温度为335℃。
2）实验中，随冷速的增加，相变开始温度/结束温度降低很快，分别由0.25℃/s的700℃/590℃下降到20℃/s 的335℃/150℃。
3）在实验冷速范围内，既有高温相变区又有中低温相变区，但是没有得到铁素体+珠光体的独立相变区，而贝氏体相变区则较宽，现场生产中要注意控制。
为获得以贝氏体为主要组织的盘条，采用控制轧制和控制冷却的生产工艺，下面结合实施例进一步说明本发明的内容。
实施例1：Φ6.5mm SCM435钢的生产方法
钢的化学组成成分如表1所示。工艺步骤包括 ：
（1）150mm×150mm连铸坯经检查、修磨后加热到1020～1060℃，经过30个道次的连续轧制获得直径6.5mm的线材，进线材减定径机组的温度控制在800～830℃范围；
（2）轧后通过水箱快速冷却至750～780℃吐丝，在散卷冷却运输线上以0.36～0.73m/s的速度运行，以5℃/s的平均冷却速度通过铁素体相变区间（675～515℃）后进入保温罩缓慢冷却至约420℃，随后集卷。
（3）将盘条装入退火炉，加热到770℃保温2h，以20℃/h的冷却速度冷却至720℃，再以20℃/h的冷却速度冷却至550℃出炉空冷，球化退火全程约19h。
实施例2：Φ9.0mmSCM435钢的生产方法
钢的化学组成成分如表1所示。工艺步骤包括 ：
（1）150mm×150mm连铸坯经检查、修磨后加热到1020～1060℃，经过28个道次的连续轧制获得直径9.0mm的线材，进线材减定径机组的温度控制在785～815℃范围；
（2）轧后通过水箱快速冷却至750～770℃吐丝，在散卷冷却运输线上以0.41～0.85m/s的速度运行，以5℃/s的平均冷却速度通过铁素体相变区间（675～515℃）后进入保温罩缓慢冷却至约440℃，随后集卷。
（3）将盘条装入退火炉，加热到770℃保温2h，以20℃/h的冷却速度冷却至720℃，再以20℃/h的冷却速度冷却至550℃出炉空冷，球化退火全程约19h。
表1 实施例化学成分
。
试验盘条检测结果如下。
金相组织：盘条热轧态组织为贝氏体+铁素体+少量马氏体（图5），退火后组织为均匀分布的球化体+铁素体（图6），根据JB/T 5074-2007《中碳合金结构钢球化体评级方案》评定球化级别为5-6级。
力学性能如表2所示。断面硬度如表3所示。
表2 力学性能检测数据表
。
表3 断面硬度检测数据表
。
试用结论：通过批量试制和用户的试用，表明贝氏体冷镦钢较常规工艺生产的冷镦钢比较容易获得良好的球化组织，可以大幅缩短球化退火时间，节能效果显著。最终产品各项性能指标均能满足相关技术标准的要求。

Claims (1)

1.一种贝氏体冷镦钢盘条的生产方法，工艺流程包括铁水预处理—转炉冶炼—CAS精炼—LF精炼—连铸—铸坯修磨—控轧控冷—成品检验—入库，其特征在于：钢的化学组成重量百分比为C=0.33~0.38，Si=0.15~0.35，Mn=0.60~0.90，P≤0.030，S≤0.030，Cr=0.90~1.20，Ni≤0.25，Mo =0.15~0.30，其余为Fe和少量的杂质；关键工艺步骤包括：
（1）连铸：按照洁净钢的生产方式生产连铸坯，中包钢水过热度开浇炉不大于45℃，连浇炉不大于35℃，铸机拉速2.4~2.8m/min；采用结晶器电搅和末端电搅，铸坯经缓冷后检查、修磨；
（2）加热：铸坯采用冷装入炉，预热温度≤850℃，预热时间≥30min，加热温度1100~1150℃，加热时间30~40 min，均热温度1060-1100℃，均热时间30~40 min，炉膛压力1~10Pa，残氧量1%～5%；
（3）轧制：加热后的铸坯经高压水除P后进入连轧机组进行轧制，开轧温度1020~1060℃，控制进线材减定径机组的温度785-845℃，经多道次无扭控温轧制，获得成品尺寸，经水箱快速冷却至740~790℃后吐丝，在辊道上形成散卷；散卷采用风机进行控制冷却，冷却速度4~6℃/s，冷至500-530℃后进入保温罩缓慢冷却，至420~440℃集卷、上钩，然后空冷至室温打包、称重。
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