CN110468340A - 一种14.9级高强度紧固件用钢盘条及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种14.9级高强度紧固件用钢盘条及其制备方法，其化学成分以质量百分比计含有：C：0.44‑0.48％，Si：≤0.20％，Mn：0.40‑0.80％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Cr：1.0‑1.5％，Mo：0.6‑0.8％，Nb：0.03‑0.06％，V：0.2‑0.5％，Ti：0.03‑0.06％，Ni：≤0.20％，Cu：≤0.20％，Alt：0.010‑0.050％，N：0.0080‑0.0160％，H：≤0.00015％，O：≤0.0015％，余量为Fe和杂质；该钢盘条能够提高成品螺栓的抗拉强度，并且具备优良的耐延迟断裂性能。

Description

一种14.9级高强度紧固件用钢盘条及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种紧固件用钢及其制备方法，具体涉及一种14.9级高强度紧固件用钢盘条及其制备方法。
背景技术
汽车行业的迅猛发展加大了对钢铁材料的需求，虽然我国持续多年为世界第一大产钢国，但是汽车发动机及关键部件紧固件用钢由于强度的限制还是以进口产品为主，同时汽车的高性能化和轻量化的发展趋势，对汽车紧固件的设计应力和轻量化提出了更高的要求，紧固件用钢高强度化则是解决这一要求最有效的途径。
目前，应用在汽车发动机、底盘和车身的高强度螺栓主要以8.8级、10.9级和12.9级为主，14.9级乘用车用高强度紧固件用钢盘条主要还依赖进口。由于螺栓等紧固件长期受到环境中的氢离子、氧离子、氯离子等离子侵蚀，普通的回火马氏体螺栓钢容易发生延迟断裂，且延迟断裂的敏感性随强度的提高而增大，特别是当抗拉强度超过1400MPa时，延迟断裂强度急剧降低。因此，回火马氏体钢的实际使用强度往往受到限制，所以耐延迟断裂是乘用车用紧固件在高强度化同时必须要解决的问题。
截止目前，国内外对回火马氏体紧固件用钢的延迟断裂尚未有明确的标准或规定，虽有部分针对高强度紧固件或高强度螺栓延迟断裂性能的发明专利，不过由于强度水平均较低且不超过1300MPa级别，并未涉及到更高强度级别螺栓的延迟断裂性能。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种14.9级高强度紧固件用钢盘条，该钢盘条能够提高成品螺栓的抗拉强度，并且具备优良的耐延迟断裂性能。
本发明的另一目的是提供一种上述钢盘条的制备方法。
技术方案：本发明所述的一种14.9级高强度紧固件用钢盘条，化学成分以质量百分比计含有：C：0.44-0.48％，Si：≤0.20％，Mn：0.40-0.80％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Cr：1.0-1.5％，Mo：0.6-0.8％，Nb：0.03-0.06％，V：0.2-0.5％，Ti：0.03-0.06％，Ni：≤0.20％，Cu：≤0.20％，Alt：0.010-0.050％，N：0.0080-0.0160％，H：≤0.00015％，O：≤0.0015％，余量为Fe和杂质；
该钢的热轧态组织为100％的贝氏体组织。
该钢盘条在常用高强度螺栓钢42CrMo的基础上提高Mo含量，添加V、Nb、Ti微合金元素，进一步优化成分，研究开发出一种强度级别更高的高强度紧固件用钢盘条。化学成分范围的限定原理为：降低了P、S含量，降低了促进P、S偏析的Mn含量，防止晶界脆化；加入Al、Nb、V、Ti等元素，生成弥散析出的碳氮化物以细化奥氏体晶粒；加入抗回火软化能力强的元素如Mo、V等，提高回火温度使碳化物球化；添加抑制腐蚀坑生成的合金元素，如Mo元素减少钢表面侵入的氢量；加入适量的微合金元素V、Nb、Ti等，形成细小的碳氮化物,作为氢的陷阱，抑制氢的扩散和使氢均匀分布。
而本发明所述的一种上述钢盘条的制备方法所采用的技术方案为：工艺路线为高纯净质化电炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气→大方坯连铸→开坯→坯料表面精整→高速线材轧制；步骤包括：
(1)电炉冶炼过程中添加50％以上铁水；
(2)采用大方坯连铸，断面为320×480mm，连铸拉速控制在0.48-0.54m/min，过热度控制在15-35℃，结晶器水量控制在2500-4500L/min，电磁搅拌电流为200-400A，搅拌频率为2Hz，配水采用弱冷，轻压下采用静态中等轻压下；得高均质化钢坯；
(3)采用超高温扩散开坯：在1200-1250℃保温4.5-6h进行高温扩散；
(4)在850-950℃进行高温终轧；
(5)采用斯太尔摩在线控制冷却，控制吐丝温度在850-950℃，斯太尔摩风冷线的辊道速度为0.1-0.5m/s，保温罩盖开启前10-20米，控制风机开度5-15％，风量50000-150000m3/h，控制入罩盖温度在700-800℃。
有益效果：该钢盘条通过添加Nb、V、Ti微合金元素，形成碳氮化物析出物，产生沉淀强化和细晶强化作用，同时也增强其氢陷阱作用，阻止内部氢致裂纹扩展，在保证14.9级高强度紧固件用钢盘条的强度达到1400MPa以上、断面收缩率≥40％的同时，得到良好的耐延迟断裂性能。该制备方法采用高纯净质化冶炼技术得到洁净的钢水，通过大方坯连铸得到高均质化钢坯，然后采用高温扩散的开坯技术降低大方坯中间偏析的同时，在超高温条件下使Nb、V、Ti微合金元素能充分回溶至奥氏体中，然后通过高温终轧使Nb、V、Ti微合金元素能在钢中细小弥散的充分析出，从而使Nb、V、Ti微合金元素充分发挥细晶强化作用，最后通过斯太尔摩的控制冷却技术，得到热轧态组织为100％贝氏体的显微组织的钢盘条。该制备方法简单，不需添加稀土元素且合金体系易于调控，有效降低生产成本，有利于批量生产。
附图说明
图1为实施例中实验用料的回火温度-强度曲线的关系；
图2为实施例中实验用料的延迟断裂强度比与强度的关系。
具体实施方式
下面，结合实施例对本发明做进一步详细说明。
以下各实施例中，制备该14.9级高强度紧固件用钢盘条所采用的工艺路线为高纯净质化电炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气→大方坯连铸→开坯→坯料表面精整→高速线材轧制；具体步骤包括：
(1)电炉冶炼过程中添加50％以上铁水；得到高纯净质化钢水。
(2)采用大方坯连铸，断面为320×480mm，连铸拉速控制在0.48-0.54m/min，过热度控制在15-35℃，结晶器水量控制在2500-4500L/min，电磁搅拌电流为200-400A，搅拌频率为2Hz，配水采用弱冷，轻压下采用静态中等轻压下；得高均质化钢坯。
(3)采用超高温扩散开坯：在1200-1250℃保温4.5-6h进行高温扩散；在降低大方坯中间偏析的同时，在超高温条件下使Nb、V、Ti微合金元素能充分回溶至奥氏体中，便于Nb、V、Ti微合金元素能在之后的轧制过程中充分析出。
(4)在850-950℃进行高温终轧；在高温终轧条件下使Nb、V、Ti微合金元素能在钢中细小弥散的充分析出，从而使Nb、V、Ti微合金元素充分发挥细晶强化作用。
(5)采用斯太尔摩在线控制冷却，控制吐丝温度在850-950℃，斯太尔摩风冷线的辊道速度为0.1-0.5m/s，保温罩盖开启前10-20米，控制风机开度5-15％，风量50000-150000m3/h，控制入罩盖温度在700-800℃。
实施例1：钢盘条的化学成分以质量百分比计含有C：0.47％，Si：0.12％，Mn：0.65％，P：0.008％，S：0.002％，Cr：1.32％，Mo：0.72％，Nb：0.035％，V：0.3％，Ti：0.04％，Ni：0.08％，Cu：0.15％，Alt：0.035％，N：0.0085％，H：0.00010％，O：0.0012％，余量为Fe和杂质。具体制备工艺方案见表1。
表1实施例1的制备工艺方案
采用以上制备方案制备的钢盘条成品技术指标检测结果如表2所示。
表2实施例1的钢盘条技术指标检测结果
本实施例还提供一组实验用料，来验证Mo含量及V、Nb、Ti含量变化，钢盘条的性能差异。具体的实验用料的化学成分如下表所示，除上述性能差异决定性元素之外，其他元素含量均在本发明控制范围内。
表3试验用料的化学成分
如图1所示，随着钢中Mo含量增加，回火温度-强度曲线明显升高；但当Mo含量从1.15％增至1.54％时，曲线升高的幅度很小。
如图2所示，延迟断裂强度比σc/σN随强度提高而显著降低。在同一强度水平下，随着Mo、V、Nb、Ti含量的增加，σc/σN逐渐增加。
进一步的，为了证明在本发明的各成分以及制备工艺参数限定范围内的钢盘条，均具有较为突出的技术效果，本实施方式还提供实施例2-4。
实施例2：钢盘条的化学成分以质量百分比计含有C：0.46％，Si：0.14％，Mn：0.68％，P：0.008％，S：0.003％，Cr：1.25％，Mo：0.65％，Nb：0.041％，V：0.32％，Ti：0.046％，Ni：0.06％，Cu：0.13％，Alt：0.032％，N：0.0087％，H：0.00011％，O：0.0014％，余量为Fe和杂质。具体制备工艺方案见表4。
表4实施例2的制备工艺方案
采用以上制备方案制备的钢盘条成品技术指标检测结果如表5所示。
表5实施例2的钢盘条技术指标检测结果
实施例3：钢盘条的化学成分以质量百分比计含有C：0.44％，Si：0.2％，Mn：0.80％，P：0.015％，S：0.010％，Cr：1.0％，Mo：0.60％，Nb：0.03％，V：0.50％，Ti：0.06％，Ni：0.2％，Alt：0.05％，N：0.016％，H：0.00015％，余量为Fe和杂质。具体制备工艺方案见表6。
表6实施例3的制备工艺方案
采用以上制备方案制备的钢盘条成品技术指标检测结果如表7所示。
表7实施例3的钢盘条技术指标检测结果
实施例4：钢盘条的化学成分以质量百分比计含有C：0.48％，Mn：0.40％，P：0.008％，S：0.005％，Cr：1.5％，Mo：0.80％，Nb：0.06％，V：0.20％，Ti：0.03％，Cu：0.2％，Alt：0.01％，N：0.0080％，O：0.0015％，余量为Fe和杂质。具体制备工艺方案见表8。
表8实施例4的制备工艺方案
采用以上制备方案制备的钢盘条成品技术指标检测结果如表9所示。
表9实施例4的钢盘条技术指标检测结果

Claims (8)

1.一种14.9级高强度紧固件用钢盘条，其特征在于，化学成分以质量百分比计含有：C：0.44-0.48％，Si：≤0.20％，Mn：0.40-0.80％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Cr：1.0-1.5％，Mo：0.6-0.8％，Nb：0.03-0.06％，V：0.2-0.5％，Ti：0.03-0.06％，Ni：≤0.20％，Cu：≤0.20％，Alt：0.010-0.050％，N：0.0080-0.0160％，H：≤0.00015％，O：≤0.0015％，余量为Fe和杂质。
2.根据权利要求1所述的14.9级高强度紧固件用钢盘条，其特征在于，该钢盘条的热轧态组织为100％的贝氏体组织。
3.一种根据权利要求1-2任一项所述的14.9级高强度紧固件用钢盘条的制备方法，其特征在于，工艺路线为高纯净质化电炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气→大方坯连铸→开坯→坯料表面精整→高速线材轧制。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在电炉冶炼过程中添加50％以上铁水。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，大方坯连铸中，方坯的断面为320×480mm，连铸拉速控制在0.48-0.54m/min，过热度控制在15-35℃，结晶器水量控制在2500-4500L/min，电磁搅拌电流为200-400A，搅拌频率为2Hz，配水采用弱冷，轻压下采用静态中等轻压下；得高均质化钢坯。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，采用超高温扩散开坯：在1200-1250℃保温4.5-6h进行高温扩散，在超高温条件下使Nb、V、Ti微合金元素能充分回溶至奥氏体中。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在850-950℃进行高温终轧；在高温终轧条件下使Nb、V、Ti微合金元素能在钢中细小弥散的充分析出。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，采用斯太尔摩在线控制冷却，控制吐丝温度在850-950℃，斯太尔摩风冷线的辊道速度为0.1-0.5m/s，保温罩盖开启前10-20米，控制风机开度5-15％，风量50000-150000m3/h，控制入罩盖温度在700-800℃。
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