CN111500943A - 一种10.9级中碳非调质紧固件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种10.9级中碳非调质紧固件及其制造方法，该10.9级中碳非调质紧固件的化学成分按重量百分比计为：C 0.45‑0.65％，Si 0.10‑0.30％，Mn 1.10‑1.60％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr 0.10‑0.30％，V 0.05‑0.15％，N 0.0160‑0.0240％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。本发明通过控轧控冷获得极细原奥氏体晶粒、极细的珠光体团(索氏体团)组织，降低合金成本，抗拉强度≥900Mpa，同时降低冷拔强化减面率，减小工艺成本。
Description
技术领域
本发明属于冶金及紧固件制造的技术领域，具体涉及一种10.9级中碳非调质紧固件及其制造方法。
背景技术
高强度紧固件一般分为8.8级、9.8级、10.9级、12.9级等几个级别，通常采用10B21、SWRCH35K、SCM435、ML40Cr、ML42CrMo等低碳、中碳调质钢制造，其制造工艺大致为：原材料—球化退火—酸洗—磷化—冷拔—冷镦—调质—搓丝—表面处理。采用非调质钢生产紧固件，其制造工艺则简化为：原材料—酸洗—磷化—冷拔—冷镦—搓丝—时效处理—表面处理，增加了低温时效处理，省去了球化退火和调质工序，实现了节能降耗，并避免了热处理变形及脱碳的缺陷。
目前用于制造高强度紧固件的非调质钢种类有：铁素体+珠光体钢、双相钢(铁素体+马氏体钢)、贝氏体钢等，双相钢和铁素体+珠光体钢一般用来制造8.8级、9.8级的紧固件，而10.9级紧固件则都采用贝氏体钢。
中国发明专利CN 101597716A《一种低碳贝氏体型冷作强化非调质钢》，公开了一种10.9级螺栓用低碳贝氏体钢，其化学成分为C 0.06～0.15％、Si≤0.20％、Mn 1.80～2.40％、P≤0.015％、S≤0.010％、Cr 0.10-0.50％、B 0.0005～0.003％、Ti 0.01～0.10％、RE 0.005～0.04％、Nb 0.01～0.10％、Al 0.005～0.05％、N 0.004～0.01％、Zr0.01-0.10％。
中国发明专利CN 101619420A《10.9级含铬非调质冷镦钢及其热轧盘条的轧制方法》，公开了一种10.9级紧固件用贝氏体非调质钢，其化学成分为：C 0.08-0.14％，Si0.03-0.35％，Mn 1.80-2.30％，P≤0.025，S≤0.015％，B 0.0005-0.003％，Ti 0.01-0.03％，Als 0.010-0.050％，Cr 0.20-0.40％。
中国发明专利CN 101619414A《10.9级含铌非调质冷镦钢及其热轧盘条的轧制方法》，公开了一种10.9级紧固件用贝氏体非调质钢，其化学成分为：C 0.08-0.14％，Si0.03-0.35％，Mn 1.80-2.30％，P≤0.025％，S≤0.015％，B 0.0005-0.003％，Ti 0.01-0.03％，Als 0.010-0.050％，Nb 0.02-0.04％。
中国发明专利CN 101935806A《耐延迟断裂性能优良的低碳贝氏体型冷作强化非调质钢》，公开了10.9级紧固件用低碳贝氏体型非调质钢，其化学成分C 0.06-0.15％，Si≤0.10％，Mn 1.80-2.40％，P≤0.010％，S≤0.008％，Cr 0.10-0.40％，B 0.0005-0.003％，V0.05-0.15％，Ti 0.01-0.08％，RE 0.005-0.03％，Al 0.01-0.05％，N 0.004-0.01％，V+Ti0.10-0.20％。
中国发明专利CN 106480376A《一种10.9级紧固件用非调质冷镦钢盘条及其生产方案》，公开了一种10.9级紧固件用低碳贝氏体钢，其化学成分为C 0.10-0.15％，Si 0.50-0.80％，Mn 1.60-2.10％，P≤0.015％，S≤0.010％，Cr 0.30-0.50％，B 0.002-0.005％，Ti0.03-0.05％。
目前所有的10.9级紧固件用非调质钢，C含量都在0.15％以下，组织都是粒状贝氏体，热轧材的抗拉强度在800Mpa左右，一般经过30％减面率以上的冷拔量，才能满足10.9级紧固件的要求，形成贝氏体所需的合金含量较高，冷拔强化的变形量也需要很高。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种10.9级中碳非调质紧固件及其制造方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种10.9级中碳非调质紧固件，其化学成分按重量百分比计为：C 0.45-0.65％，Si 0.10-0.30％，Mn1.10-1.60％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr0.10-0.30％，V 0.05-0.15％，N 0.0160-0.0240％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
作为优选实施方式地，所述的10.9级中碳非调质紧固件其化学成分按重量百分比计为：C 0.50-0.60％，Si 0.17-0.27％，Mn 1.20-1.60％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr0.10-0.18％，V 0.05-0.15％，N 0.0160-0.0240％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
作为优选实施方式地，所述的10.9级中碳非调质紧固件其化学成分按重量百分比计为：C 0.54-0.56％，Si 0.23-0.26％，Mn 1.40-1.41％，P≤0.013％，S≤0.0069％，Cr0.14-0.18％，V 0.083-0.087％，N 0.0190-0.0197％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
作为最佳实施方式地，所述的10.9级中碳非调质紧固件其化学成分按重量百分比计为：C 0.56％，Si 0.26％，Mn 1.41％，P 0.013％，S＜0.0069％，Cr 0.18％，V 0.087％，N0.0190％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
作为优选实施方式地，所述的10.9级中碳非调质紧固件其化学成分按重量百分比计还包括Nb 0.01-0.1％。
作为优选实施方式地，所述的10.9级中碳非调质紧固件其化学成分按重量百分比计还包括Nb 0.01-0.05％。
作为优选实施方式地，所述的10.9级中碳非调质紧固件其化学成分按重量百分比计还包括Ti 0.01-0.1％。
作为优选实施方式地，所述的10.9级中碳非调质紧固件其化学成分按重量百分比计还包括Ti 0.01-0.08％。
本发明还提供一种10.9级中碳非调质紧固件的制造方法，采用热轧钢材经过5-20％减面率的冷拔，然后在300-500℃时效0.5-2h。
作为优选实施方式地，热轧钢材经过7.5％减面率的冷拔，然后在450℃时效1h。
本发明的化学成分作用如下：
C是非调质钢强化的主要元素，较高的C含量，有助于提高基体强度；过低会导致强度不够，过高会导致钢中析出先共析渗碳体，恶化钢的塑形，实际采用0.45-0.65％为宜。
Si能够固溶于铁素体中，强化铁素体相，从而提高钢材的抗拉和屈服强度，但过高的Si含量会导致钢的变形抗力急剧升高，大幅提高模具的消耗，最好控制在0.10-0.30％的范围。
Mn同样能够固溶于铁素体中，强化铁素体相，提高钢材的抗拉和屈服强度；Mn还能降低钢共析点的碳含量，导致珠光体增多，同时还降低了钢的相变温度，降低了奥氏体向珠光体转变的温度，细化珠光体团、珠光体片间距和铁素体晶粒，提高钢的强度和塑形；但过高的Mn含量，可能导致钢形成贝氏体组织，应控制在1.10-1.60％的范围。
Cr也是铁素体固溶强化元素，与Si、Mn的作用类似，此外Cr还可以在后续的时效处理时析出碳化物的沉淀相，起着二次硬化的作用，过高的Cr含量也容易产生贝氏体组织，设计的Cr含量为0.10-0.30％范围
V、N元素可在钢材的轧制阶段形成弥散分布的碳氮化钒，是钢材产生析出强化，同时这些弥散析出相还可以抑制奥氏体晶界的迁移，细化奥氏体晶粒，从而细化珠光体团和铁素体晶粒，提高钢的强度和塑形。V含量低于0.05％很难起到作用，含量超过0.15％则作用饱和，因此控制在0.05-0.15％；N含量过高对钢坯铸造不利，易形成铸坯裂纹，应控制在0.016-0.024％范围内；
Nb元能够明细改善材料的塑形，提升性能，含量低于0.01％起不到作用，高于0.1％作用饱和，作为选择添加元素，范围控制在0.01-0.1％。
V元素进一步细化晶粒，提升材料塑性，含量低于0.01％起不到作用，高于0.1％作用饱和，作为选择添加元素，范围控制在0.01-0.1％。
V、Nb、Ti元素可单独添加，也可复合添加，进一步提高效果。
与现有技术相比，具有如下有益效果：
其一，本发明通过控轧控冷获得的热轧材具有极细原奥氏体晶粒、极细的珠光体团(索氏体团)组织，抗拉强度≥900Mpa，同时具有较低的合金成本；
其二，本发明化学成分的非调质钢，强度较高，通过较低的冷拔率，就可以获得10.9级的高强度紧固件，其工艺成本也较低；
其三，本发明的化学成分的紧固件塑性较贝氏体钢略低，适用于U型螺栓、牙条等变形量较小的紧固件。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
实施例1：本实施例10.9级中碳非调质紧固件的制造方法：
选用热轧钢材化学成分为：C 0.56％，Si 0.26％，S＜0.0069％，P 0.013％，Mn1.41％，Cr 0.18％，V 0.087％，N 0.0190％，余量为Fe和其他不可避免的杂质，经过控轧控冷，得到组织为珠光体+铁素体的热轧线材，力学性能为Rm 1039Mpa，Rp0.2 726Mpa，A17.5％，Z 56％。
经过7.5％减面率的冷拔，并在450℃时效1h，其力学性能为Rm 1176Mpa，Rp0.21071Mpa，A 12.0％，Z 48％。
实施例2：本实施例10.9级中碳非调质紧固件的制造方法：
选用热轧钢材化学成分为：C 0.54％，Si 0.23％，S＜0.0069％，P 0.011％，Mn1.40％，Cr 0.14％，V 0.083％，Nb 0.032％，N 0.0197％，余量为Fe和其他不可避免的杂质，经过控轧控冷，得到组织为珠光体+铁素体的热轧线材，力学性能为Rm 1010Mpa，Rp0.2737Mpa，A 18.0％，Z 60％。
经过7.5％减面率的冷拔，并在350℃时效1h，其力学性能为Rm 1162Mpa，Rp0.21147Mpa，A 10.0％，Z 53％。
实施例3：本实施例10.9级中碳非调质紧固件的制造方法：
选用热轧钢材化学成分为：C 0.56％，Si 0.23％，S＜0.0069％，P 0.012％，Mn1.41％，Cr 0.14％，V 0.083％，Nb 0.032％，N 0.0197％，余量为Fe和其他不可避免的杂质，经过控轧控冷，得到组织为珠光体+铁素体的热轧线材，力学性能为Rm 1019Mpa，Rp0.2739Mpa，A 17.0％，Z 59％。
经过17.3％减面率的冷拔，并在500℃时效1h，其力学性能为Rm 1172Mpa，Rp0.21046Mpa，A 15.0％，Z 51％。
实施例4：本实施例10.9级中碳非调质紧固件的制造方法：
选用热轧钢材化学成分为：C0.65％，Si 0.30％，Mn1.60％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr0.30％，V 0.15％，N 0.0240％，余量为Fe和其他不可避免的杂质，经过控轧控冷，得到组织为珠光体+铁素体的热轧线材，经过20％减面率的冷拔，并在500℃时效2h，其力学性能Rm≥1040Mpa，Rp0.2≥940Mpa，A≥9％，Z≥48％。
实施例5：本实施例10.9级中碳非调质紧固件的制造方法：
选用热轧钢材化学成分为：C 0.45％，Si 0.10％，Mn1.10％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr0.10％，V 0.05％，N 0.0160％，余量为Fe和其他不可避免的杂质，经过控轧控冷，得到组织为珠光体+铁素体的热轧线材，经过5％减面率的冷拔，并在300℃时效0.5h，其力学性能Rm≥1040Mpa，Rp0.2≥940Mpa，A≥9％，Z≥48％。
实施例6：本实施例10.9级中碳非调质紧固件的制造方法：
选用热轧钢材化学成分为：C0.65％，Si 0.30％，Mn1.60％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr0.18％，V 0.10％，N 0.0240％，Nb 0.01，Ti 0.01％，余量为Fe和其他不可避免的杂质，经过控轧控冷，得到组织为珠光体+铁素体的热轧线材，经过20％减面率的冷拔，并在500℃时效2h，其力学性能Rm≥1040Mpa，Rp0.2≥940Mpa，A≥9％，Z≥48％。
实施例7：本实施例10.9级中碳非调质紧固件的制造方法：
选用热轧钢材化学成分为：C 0.45％，Si 0.10％，Mn1.10％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr0.05％，V 0.06％，N 0.0160％，Nb0.1％，Ti0.1％，余量为Fe和其他不可避免的杂质，经过控轧控冷，得到组织为珠光体+铁素体的热轧线材，经过5％减面率的冷拔，并在300℃时效0.5h，其力学性能Rm≥1040Mpa，Rp0.2≥940Mpa，A≥9％，Z≥48％。
实施例8：本实施例10.9级中碳非调质紧固件的制造方法：
选用热轧钢材化学成分为：C 0.56％，Si 0.26％，S＜0.0069％，P 0.013％，Mn1.41％，Cr 0.18％，V 0.087％，N 0.0190％，Nb0.05％，余量为Fe和其他不可避免的杂质，经过控轧控冷，得到组织为珠光体+铁素体的热轧线材，经过5％减面率的冷拔，并在300℃时效0.5h，其力学性能Rm≥1040Mpa，Rp0.2≥940Mpa，A≥9％，Z≥48％。
实施例9：本实施例10.9级中碳非调质紧固件的制造方法：
选用热轧钢材化学成分为：C 0.54％，Si 0.23％，S＜0.0069％，P 0.011％，Mn1.40％，Cr 0.14％，V 0.083％，Nb 0.032％，N 0.0197％，Ti0.08％，余量为Fe和其他不可避免的杂质，经过控轧控冷，得到组织为珠光体+铁素体的热轧线材，经过5％减面率的冷拔，并在300℃时效0.5h，其力学性能Rm≥1040Mpa，Rp0.2≥940Mpa，A≥9％，Z≥48％。
以上，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，其余未详细说明的为现有技术，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种10.9级中碳非调质紧固件，其特征在于：其化学成分按重量百分比计为：C0.45-0.65％，Si 0.10-0.30％，Mn1.10-1.60％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr0.10-0.30％，V 0.05-0.15％，N 0.0160-0.0240％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的10.9级中碳非调质紧固件，其特征在于：其化学成分按重量百分比计为：C 0.50-0.60％，Si 0.17-0.27％，Mn 1.20-1.60％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr0.10-0.18％，V 0.05-0.15％，N 0.0160-0.0240％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的10.9级中碳非调质紧固件，其特征在于：其化学成分按重量百分比计为：C 0.54-0.56％，Si 0.23-0.26％，Mn 1.40-1.41％，P≤0.013％，S≤0.0069％，Cr 0.14-0.18％，V 0.083-0.087％，N 0.0190-0.0197％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
4.根据权利要求1或2或3所述的10.9级中碳非调质紧固件，其特征在于：其化学成分按重量百分比计还包括Nb 0.01-0.1％。
5.根据权利要求4所述的10.9级中碳非调质紧固件，其特征在于：其化学成分按重量百分比计还包括Nb 0.01-0.05％。
6.根据权利要求1或2或3所述的10.9级中碳非调质紧固件，其特征在于：其化学成分按重量百分比计还包括Ti 0.01-0.1％。
7.根据权利要求6所述的10.9级中碳非调质紧固件，其特征在于：其化学成分按重量百分比计还包括Ti 0.01-0.08％。
8.一种权利要求1～7任一项所述的10.9级中碳非调质紧固件的制造方法，其特征在于：采用热轧钢材经过5-20％减面率的冷拔，然后在300-500℃时效0.5-2h。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于：热轧钢材经过7.5％减面率的冷拔，然后在450℃时效1h。
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