CN112981244A

CN112981244A - 非调质钢长杆螺栓及其制造方法

Info

Publication number: CN112981244A
Application number: CN202110146484.0A
Authority: CN
Inventors: 王杨; 周蕾; 陆恒昌; 赵秀明; 钱鹏; 袁峰; 董瀚; 张波
Original assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2021-02-02
Filing date: 2021-02-02
Publication date: 2021-06-18
Also published as: WO2022166038A1

Abstract

本发明公开了一种非调质钢长杆螺栓及其制造方法，属于紧固件用钢技术领域。该非调质钢长杆螺栓省去了球化退火和调质处理两道工序，节约能源，降低了成本。在制造过程中通过控轧控冷得到终成品强度的76～84％的线材，然后在拉拔工序中，控制拉拔减面率10～50％，使冷拔线材强度为最终成品强度的89％‑96％，再利用校直、滚压同时进行的方式，保证直线度的同时使线材强度达到最终成品强度，从而显著提高最终成品螺栓的尺寸精度、强度以及疲劳性能。

Description

非调质钢长杆螺栓及其制造方法

技术领域

本发明属于紧固件用钢技术领域，具体涉及一种非调质钢长杆螺栓及其制造方法。

背景技术

高强度螺栓的制造工艺中球化退火和调质处理均属周期长、能耗大的热处理工序。多次热处理不仅消耗大量能源资源，污染环境，而且成品调质容易产生变形、开裂、脱碳等产品缺陷，质量风险高。而采用非调质钢生产螺栓可以省去这两道工序，具有节约能源、降低成本等特点，同时可以避免热处理过程中产生变形或者淬火裂纹所导致的废品、提高材料的使用率。据统计，省去了球化退火工序，每吨紧固件可节约电能625kW·h；省去了淬火和回火工序，每吨紧固件可节约电能100kW·h；同时还减少了热处理废品的损失，约0.2％；并且减少了退火氧化的损耗，每吨约42.5kg。为此，越来越多的厂家采用非调质钢制造螺栓，通过冷拔变形强化来达到螺栓预期的强度。然而生产过程中发现：冷拔后线材直线度不够，特别是针对长杆螺栓的生产，需要对冷拔后线材进行校直，但线材经过校直后，强度会下降、直径膨胀，这些都会影响最终成品螺栓的尺寸、强度、疲劳性能等。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种非调质钢长杆螺栓，该长杆螺栓能够保证成品的尺寸精度、强度以及疲劳性能。

本发明的另一目的是提供一种上述非调质钢长杆螺栓的制造方法。

技术方案：本发明所述的非调质钢长杆螺栓，成分以质量百分比计，包括C：0.15～0.25％、Si：≤0.30％、Mn：1.0～1.5％、P：≤0.025％、S：≤0.025％、V：0.01～0.06％、Nb：0.01～0.06％、Ti：≤0.06％、Al：0.01～0.05％，余量的Fe和不可避免的杂质。

该非调质钢长杆螺栓的金相组织为铁素体+珠光体的混合组织。

对应于上述非调质钢长杆螺栓，本发明提供的制造方法所采用的技术方案，工序包括轧制、拉拔、同时进行的矫直和滚压、冷镦、滚丝、表面处理和时效处理；其中，在所述轧制工序中，通过控轧控冷使热轧线材强度达到最终成品强度的76％～84％、断面收缩率≥55％、断后伸长率≥20％；在所述拉拔工序中，通过控制拉拔减面率10％～50％，使得冷拔后线材强度为最终成品强度的89％～96％；矫直和滚压同时进行，滚压的压入量控制在0.03～1m。

具体的，所述轧制工序中，控轧控冷的手段包括控制吐丝温度在800-830℃、风冷线开前1-6#罩盖使降温速度控制在1.5-2.0m/s。

进一步的，所述表面处理工序为电镀处理。

进一步的，在所述的时效处理工序中，加热温度100～350℃，保温时间60～150min，出炉空冷。

具体的，该制造方法的关键点在于：轧制阶段，通过控轧控冷获得热轧线材强度为630～700MPa、断面收缩率≥55％、断后伸长率≥20％；拉拔阶段，通过控制拉拔减面率10％～50％，使得冷拔后线材强度为最终成品强度的89％～96％，为738～800MPa；校直+滚压阶段，通过控制滚压压入量0.3～1mm，使得线材强度能够达到最终线材强度要求。

其中，冷拔减面率的大小直接影响冷拔后线材强度。当冷拔变形量较小时，铁素体晶粒内先产生位错，此时位错密度较为均匀，为不规则状态；随着变形量的增大，位错密度增加，形成位错缠结的高密度区，并与位错低的部分分隔，形成胞状亚结构；当变形量继续增大时，位错滑移过程会受到阻碍，使得冷拔后线材强度大大增加。因此，控制非调质钢线材拉拔时减面率的大小10％-50％，可以控制线材中的位错密度，获得良好的强塑性匹配。

通过采用校直、滚压同时进行的方式，一方面可以消除冷拔线材直线度不够的问题，另一方面滚压可以解决校直所引起的线材强度下降、直径膨胀等问题。滚压属于不均匀塑性变形，当校直后线材经过水平放置的滚压轮时，施滚压力主要集中在表层，心部受力较小，这样线材表层受到压缩会发生塑性变形，形成明显的纤维状组织，而线材心部基本没有受到压缩，线材表层与内层之间发生不等的塑性变形，就必然存在应变调节，即内层材料要阻止表层的弹性回复，同时表层材料拉伸内层材料，共同作用的结果使内层产生残余拉应力，表层产生残余压应力。而残余压应力的提高可以改善工件的疲劳寿命。因此，通过校直、滚压同时进行的方式，可以显著提高最终成品螺栓的尺寸精度、强度以及疲劳性能等。

有益效果：与现有技术相比，该非调质钢长杆螺栓省去了球化退火和调质处理两道工序，节约能源，降低了成本。在制造过程中通过控轧控冷得到终成品强度的76～84％的线材，然后在拉拔工序中，控制拉拔减面率10～50％，使冷拔线材强度为最终成品强度的89％-96％，再利用校直、滚压同时进行的方式，保证直线度的同时使线材强度基本达到最终成品强度，从而显著提高最终成品螺栓的尺寸精度Ra≥0.8、强度820MPa以上，以及疲劳性能满足500万次疲劳极限强度σ_A50≥80MPa。

具体实施方式

下面，提供实施例以对本发明做进一步详细说明。

各实施例的成分见表1，余量为Fe和杂质。制造工艺参数见表2所示。

表1各实施例成分(wt.％)

编号	C	Si	Mn	P	S	V	Nb	Ti	Al
										1	0.223	0.276	1.3	0.0177	0.0058	0.042	0.042	0.033	0.023
2	0.21	0.20	1.21	0.014	0.0023	0.035	0.032	0.031	0.015
										3	0.18	0.30	1.06	0.019	0.0250	0.052	0.047	0.028	0.010
4	0.15	0.18	1.50	0.022	0.0036	0.060	0.052	0.010	0.050
										5	0.25	0.12	1.32	0.025	0.0180	0.018	0.060	0.007	0.042
6	0.236	0.24	1.00	0.017	0.0079	0.010	0.010	0.060	0.033

表2工序参数

各实施例最终制得长杆螺栓的抗拉强度及断面收缩率如表3所示。

表3各实施例性能参数

经检验各实施例的最终成品螺栓的尺寸精度Ra≥0.8，疲劳性能满足500万次疲劳极限强度σA50≥80MPa。

Claims

1.一种非调质钢长杆螺栓，其特征在于，成分以质量百分比计，包括C：0.15～0.25％、Si：≤0.30％、Mn：1.0～1.5％、P：≤0.025％、S：≤0.025％、V：0.01～0.06％、Nb：0.01～0.06％、Ti：≤0.06％、Al：0.01～0.05％，余量的Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的非调质钢长杆螺栓，其特征在于，金相组织为铁素体+珠光体的混合组织。

3.一种根据权利要求1-2任一项所述的非调质钢长杆螺栓的制造方法，其特征在于，工序包括轧制、拉拔、同时进行的矫直和滚压、冷镦、滚丝、表面处理和时效处理；其中，

在所述轧制工序中，通过控轧控冷使热轧线材强度达到最终成品强度的76％～84％、断面收缩率≥55％、断后伸长率≥20％；

在所述拉拔工序中，通过控制拉拔减面率10％～50％，使得冷拔后线材强度为最终成品强度的89％～96％；

矫直和滚压同时进行，滚压的压入量控制在0.03～1m。

4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述轧制工序中，控轧控冷的手段包括控制吐丝温度在800-830℃、风冷线开前1-6#罩盖使降温速度控制在1.5-2.0m/s。

5.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述表面处理工序为电镀处理。

6.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，在所述的时效处理工序中，加热温度100～350℃，保温时间60～150min，出炉空冷。

7.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，通过控轧控冷获得热轧线材强度为630～700MPa。

8.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，拉拔后线材强度为738～800MPa。