CN115261729A - 一种紧固件的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种紧固件的生产方法，包括以下步骤：(1)转炉冶炼钢水，过LF精炼，5流150mm*150mm方坯生产；(2)轧制，粗轧1050℃，精轧990℃，吐丝温度890℃，保温罩全盖；(3)拔丝、磷化、皂化；(4)制作紧固件；(5)螺母经过，淬火加热70‑75分钟、温度850‑860℃，回火温度390‑400℃、时间80分钟，即得到紧固件。所述紧固件的化学成分质量百分比为：C 0.15‑0.20％、Mn 1.10‑1.30％、B 0.0010‑0.0030％、Ti 0.040‑0.075％、Si 0.10～0.25％、P≤0.022、S≤0.018、Als 0.020～0.060％。发明通过调整工艺参数使得钢种中的C降低了0.03％、Mn降低了0.20％，达到了降低原料成本，降低盘条硬度、减少紧固件模具磨损的目的。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼技术领域，尤其涉及一种紧固件的生产方法。
背景技术
随着我国基础设施建设以及汽车工业的发展，市场对高强度紧固件的需求快速增长，因此带动我国紧固件行业产品结构的调整，紧固件从低强度向高强度发展，从高能耗向资源节约型转型，对冷镦钢尤其是高强冷镦钢提出了更高的要求。冷镦钢逐渐向高冷变形能力，省略或简化退火和热处理工艺，低合金或微合金化等方向发展，以实现紧固件生产的高效性、高性能、低成本、低能耗、环保的要求。ML20MnTiB是这一发展方向的典型代表，该钢种主要代替ML40Cr，用于制作10.9级高强度紧固件，其成分稳定、塑性良好、淬透性高，原始盘条硬度低，可省略中碳钢螺栓的球化退火处理，极具推广价值。ML20MnTiB主要用于汽车、铁路、桥梁、锅炉框架、大跨度工业厂房、高层民用建筑、各种塔架、起重机械及其他钢结构连接等领域。
紧固件作为最常见的通用零部件，包括螺栓、螺柱、螺钉、螺母、自攻螺钉、木螺钉、垫圈、挡圈、销、铆钉、组合件和连接副及其他(如焊钉、螺套)等十二类，因为其在工业领域无处不在、无处不有，而被称为“工业之米”。目前，虽然我国紧固件产量很大，但高强度、高性能紧固件仍需大量进口，特别是8.8级以上螺栓、螺钉、螺柱的进口量几乎占了紧固件进口总量的50％，8.8级以上螺栓、螺钉、螺柱的进口单价更是我国同类产品出口单价的6倍。由此可见，我国在高性能的高强度紧固件技术上与世界先进水平相比仍有一定差距。
ML20MnTiB冷镦钢是生产10.9级标准件的常用钢种，其特点是以少量硼代替大最合金元素，碳和合金元素含量低，成本降低；热轧盘条可以直接拉拔和冷镦加工，不需要预先球化退火处理，节约了紧固件的制造成本。ML20MnTiB冷镦钢作为高强度螺栓用的主要材料之一，具有优越的冷变形性能和强韧性，淬火变形和开裂倾向小，可用水淬处理，不仅热处理操作简便，工作环境得到改善，而且综合力学性能好，脱碳敏感性小，更适用于制作高强度螺栓。但是该钢种中C和Mn的含量较高，造成该钢种存在成本较高、硬度高、对紧固件成型模具损害较大的缺陷。虽然ML45可以用作10.9级紧固件，但该钢种存在C含量高，紧固件韧性较差，硬度更高的问题。
发明内容
针对于现有的ML20MnTiB存在成本高、硬度高、损害紧固件成型模具的缺点，本发明通过调整工艺参数使得钢种中的C降低了0.03％、Mn降低了0.20％，达到了降低原料成本，降低盘条硬度、减少紧固件模具磨损的目的。并且经调质工艺调整后钢种的强度硬度仍能达到10.9级紧固件的要求。
本发明提供了一种紧固件的生产方法，所述紧固件的生产方法，包括如下步骤：
(1)炼钢生产过程，按照化学成分质量百分比冶炼钢水C 0.15-0.20％、Mn 1.10-1.30％、B 0.0010-0.0030％、Ti 0.040-0.075％、Si 0.10～0.25％、P≤0.022％、S≤0.018％、Als 0.020～0.060％，过LF精炼，5流150mm*150mm方坯生产；
转炉工序：原料铁水、废钢；出钢后依次加入碳化硅、铝块、增碳剂、高碳锰铁、硅锰合金、铝矾土、白灰等调节成分和钢包造渣料。
LF精炼工序：加入铝矾土、铝钙球、白灰、萤石等调整精炼渣，起到去除钢中夹杂物的目的。造白渣，成分微调，钢水钙处理喂钙线0-120m。软吹时间≥12分钟。
连铸主要工艺：拉速1.8-2.2m/min，中包过热度25-40℃。
(2)高速线材轧制，将5流150mm*150mm原料方坯依次进行加热、高压水除鳞、粗轧、中轧、预精轧、精轧、减定径、吐丝、冷却、集卷，得到原始盘条。
(3)对原始盘条依次进行拔丝、磷化、皂化工序；拔丝工序将原始盘条减径1mm左右，除了能去除盘条表面氧化铁皮，还能提高盘条强度，减少原料成分成本。磷化和皂化采用磷化液和皂化液，同样也起到减少盘条表面氧化铁皮，减少盘条表面缺陷，从而减少紧固件成型过程中的开裂。
(4)紧固件成型工序；使用螺丝机和螺母机冷镦成型，分别先做成螺杆和内圈光滑的螺母，再进行攻丝工序。
(5)将成型后的紧固件依次经过淬火、回火工艺，淬火加热70-75分钟、温度850-860℃，回火温度390-400℃、时间80分钟，即得到直径为20mm的紧固件。网带炉工序，紧固件先通过加热，使用专门的淬火液进行淬火，然后进行回火，回火后紧固件通过发黑液，实际得到的紧固件表面均匀发黑，能起到防锈和美观的作用。
适当的调整淬火和回火工艺，能使较低成分的原料实现较高的性能，从而达到降低原料成本的目的。如果原料成分过高，会造成盘条原始强度偏高，在紧固件成型过程中造成模具磨损严重，而原始成分低可有效减少紧固件成型过程中的模具磨损。
优选地，紧固件的化学成分质量百分比为：C 0.16-0.19％、Mn 1.15-1.25％、B0.0015-0.0025％、Ti 0.045-0.065％、Si 0.12～0.22％、P≤0.020％、S≤0.010％、Als0.020～0.060％，余量为不可避免的杂质。
优选地，紧固件的化学成分质量百分比为：C 0.18％、Mn 1.17％、B 0.0020％、Ti0.055％、Si 0.175、P≤0.016％、S≤0.007％、Als 0.030％，余量为不可避免的杂质。
优选地，步骤(5)中淬火加热75分钟、温度850℃。
优选地，步骤(5)回火温度390℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提出的成分C 0.15-0.20％、Mn 1.10-1.30％、Als 0.020-0.060％、B 0.0010-0.0030％、Ti 0.040-0.075％方坯，经过高速线材厂轧制，经过预拔丝、磷化、皂化，紧固件成型，再经过淬火、回火工艺，生产出强度、硬度达到10.9级要求的紧固件，解决了现行10.9级紧固件原料钢种ML20MnTiB高锰成分成本高、硬度高、对紧固件成型模具磨损大的难题。根据目前各种合金价格，ML20MnTiB吨钢成本比本发明高20元以上。
附图说明
图1是本发明生产的X2102-0335组织示意图；
图2是本发明生产的X2102-0336组织示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
下述实施例中所述试验方法或测试方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述原料和助剂，如无特殊说明，均从常规商业途径获得，或以常规方法制备。本发明所述紧固件为10.9级高强度紧固件。
实施例1
一种紧固件的生产方法，具体步骤如下：
(1)炼钢生产过程，按照化学成分质量百分比冶炼钢水，C 0.15-0.20％、Mn 1.10-1.30％、B 0.0010-0.0030％、Ti 0.040-0.075％、Si 0.10～0.25％、P≤0.022％、S≤0.018％、Als 0.020～0.060％，过LF精炼，5流150mm*150mm方坯生产；
(2)高速线材轧制，将5流150mm*150mm原料方坯依次进行加热、高压水除鳞、粗轧、中轧、预精轧、精轧、减定径、吐丝、冷却、集卷，得到原始盘条。
(3)对原始盘条依次进行拔丝、磷化、皂化工序；拔丝工序将原始盘条减径1mm，除了能去除盘条表面氧化铁皮，还能提高盘条强度，减少原料成分成本。磷化和皂化采用磷化液和皂化液，同样也起到减少盘条表面氧化铁皮，减少盘条表面缺陷，从而减少紧固件成型过程中的开裂。
(4)紧固件成型工序；使用螺丝机和螺母机冷镦成型，分别先做成螺杆和内圈光滑的螺母，再进行攻丝工序。
(5)将成型后的紧固件依次经过淬火、回火工艺，淬火加热75分钟、温度850℃，回火温度390℃、时间80分钟，即得到直径为20mm的紧固件。网带炉工序，紧固件先通过加热，使用专门的淬火液进行淬火，然后进行回火，回火后紧固件通过发黑液，实际得到的紧固件表面均匀发黑，能起到防锈和美观的作用。
实施例2
实施例2提供的紧固件的生产方法，实施例2与实施例1的区别在于，实施例2步骤(5)中的淬火加热时间70分钟、温度860℃，回火温度400℃、时间80分钟。
表1：
| 项目 | C | Si | Mn | P | S | B | Ti | Als |
| 实施例1 | 0.18 | 0.16 | 1.18 | 0.018 | 0.009 | 0.0020 | 0.063 | 0.045 |
| 实施例2 | 0.18 | 0.15 | 1.18 | 0.019 | 0.014 | 0.0021 | 0.059 | 0.043 |
实施例1和实施例2生产的紧固件的盘条性能情况如表2所示：
表2
| 项目 | 屈服强度/MPa | 抗拉强度/MPa | 断后伸长率/％ | 断面收缩率/％ |
| 实施例1 | 408 | 592 | 18.0 | 44 |
| 实施例2 | 404 | 577 | 19.5 | 44 |
对比例1
采用常用的ML20MnTiB钢种作为对比例。
ML20MnTiB的平均性能情况如表3所示：
表3
通过上述表格中的数据可知，与ML20MnTiB的性能相比，本发明生产的紧固件的屈服强度和抗拉强度下降，延伸率和断面收缩率有提高；平均屈服降低15MPa，抗拉降低35MPa。可见，本申请通过调整工艺参数使得紧固件的强度降低，硬度同时也降低，能有效减少紧固件成型模具的磨损。
实施例1和实施例2生产的紧固件的盘条金相气体结果如表4所示：
表4
| 项目 | 夹杂物 | 组织 | 晶粒度 |
| 实施例1 | A1，B2，D1，N | F+P | 9-8.5 |
| 实施例2 | A1，B1，D1，N | F+P | 9.5-8.5 |
夹杂物级别不高，组织照片如图1和图2所示。
实施例1、实施例2生产的紧固件和对比例1提供的ML20MnTiB的气体结果如表5所示：
表5
由上述分析可知，本发明生产的紧固件中O含量比ML20MnTiB高，但没有明显降低钢质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种紧固件的生产方法，其特征在于，所述紧固件的生产方法，包括如下步骤：
(1)炼钢生产过程，按照化学成分质量百分比冶炼钢水，C 0.15-0.20％、Mn 1.10-1.30％、B 0.0010-0.0030％、Ti 0.040-0.075％、Si 0.10～0.25％、P≤0.022％、S≤0.018％、Als 0.020～0.060％，过LF精炼，得到5流150mm*150mm的方坯；
(2)高速线材轧制，将5流150mm*150mm原料方坯依次进行加热、高压水除鳞、粗轧、中轧、预精轧、精轧、减定径、吐丝、冷却、集卷，得到原始盘条。
(3)对原始盘条依次进行拔丝、磷化、皂化工序；
(4)紧固件成型工序；
(5)将成型后的紧固件依次经过淬火、回火工艺，淬火加热70-75分钟、温度850-860℃，回火温度390-400℃、时间80分钟，即得到直径为20mm的紧固件。
2.根据权利要求1所述紧固件的生产方法，其特征在于，紧固件的化学成分质量百分比为：C 0.16-0.19％、Mn 1.15-1.25％、B 0.0015-0.0025％、Ti 0.045-0.065％、Si 0.12～0.22％、P≤0.020％、S≤0.010％、Als 0.020～0.060％，余量为不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述紧固件的生产方法，其特征在于，紧固件的化学成分质量百分比为：C 0.18％、Mn 1.17％、B 0.0020％、Ti 0.055％、Si 0.175、P≤0.016％、S≤0.007％、Als 0.030％，余量为不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述紧固件的生产方法，其特征在于，步骤(5)中淬火加热75分钟、温度850℃。
5.根据权利要求1所述紧固件的生产方法，其特征在于，步骤(5)回火温度390℃。
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