CN115747638A - 扭剪型高强度大尺寸螺栓用钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种扭剪型高强度大尺寸螺栓用钢及其生产方法，其化学成分的重量百分含量为：C 0.32～0.36%、Si 0.20～0.30%、Mn 0.60～0.80%、P≤0.015%、S≤0.015%、Cr 0.10～0.25%、V 0.05～0.10%、B 0.0008～0.0035%、Ti 0.02～0.04%、Als 0.01～0.06%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。本发明具有良好的淬透性和高温回火稳定性，满足扭剪型高强度螺栓硬度和扭剪力要求；适用于生产M20及以上规格扭剪型螺栓。采用本方法生产的热轧圆钢，金相组织为均匀的F+P，抗拉强度610～680MPa、面缩≥40%，易于客户进行冷加工变形，能有效地降低下游用户生产成本、提高生产效率，同时具有良好的淬透性和高温回火稳定性，满足扭剪型高强度螺栓硬度和扭剪力要求。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，尤其是一种扭剪型高强度大尺寸螺栓用钢及其生产方法。
背景技术
扭剪型高强度螺栓与高强度大六角头螺栓相比, 具有较小扭矩系数、操作简单、轴力稳定、检查直观、管理方便、施工速度快等优点，广泛应用在国内外各种钢结构工程中。国外所采用的钢种大部分是中碳钢和Cr、Ni、Mo等为主要合金元素的中碳低合金钢，其含碳量大都在0.35～0.45，这些钢的特点是，冷变形抗力大，在冷变形前要经球化退火处理，否则模具损耗大，头部不易成型，螺栓易出现裂纹。
公开号CN109609838A的专利申请公开了 “一种高强度扭剪型螺栓用合金冷镦钢及其生产方法” ，其包括了钢种的化学成分及其制备工艺，可用于生产M16-M22规格扭剪型高强度螺栓，其主要是在ML20MnTiB基础上，进行窄范围控制；这种方法的不足之处在于，不能够保证10.9 级扭剪型大尺寸螺栓稳定的淬透性。
由此，有必要开发一种具有良好的冷加工性能和淬透性，且适合生产大尺寸的钢结构用扭剪型高强度螺栓用钢。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有良好的冷加工性能和淬透性的扭剪型高强度大尺寸螺栓用钢；本发明还提供了一种扭剪型高强度大尺寸螺栓用钢的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的化学成分的重量百分含量为：C 0.32～0.36%、Si 0.20～0.30%、Mn 0.60～0.80%、P≤0.015%、S≤0.015%、Cr 0.10～0.25%、V 0.05～0.10%、B 0.0008～0.0035%、Ti 0.02～0.04%、Als 0.01～0.06%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
本发明所述钢的圆钢规格为Φ20mm～30mm。
本发明方法包括加热、轧制和冷却工序；
所述加热工序：预热段温度控制在500～750℃，加热段温度控制在950～1150℃，均热段温度控制在1090～1150℃，加热总时间为120～180min；
所述轧制工序：开轧温度控制在980～1030℃，终轧温度控制在880～920℃。
本发明方法所述加热工序，加热炉残氧量≤3.5%。
本发明方法所述轧制工序，出加热炉后除鳞水压≥18MPa。
本发明方法所述冷却工序：圆钢下线温度不低于450℃，优选温度范围450～500℃，下线后避风堆冷不低于12小时。
本发明及方法采用的原理为：采用低的碳含量降低热轧圆钢硬度，以保证钢的冷加工性能，省略退火处理；同时为了保证大规格盘条的淬透性能添加适当的Cr 和B 元素；添加Ti元素，吸附钢中游离的N、O，形成Ti（N、O）化合物，防止形成B化物，以提高钢中有效B比例、提高淬透性；添加V元素，通过V的碳氮化物弥散析出细化晶粒，改善钢的塑形、韧性和高温回火稳定性，减少淬火开裂、耐延迟断裂等倾向。严格控制钢坯加热温度、加热时间，以控制钢坯原始的奥氏体晶粒；控制轧制温度，控制微合金元素碳氮化物弥散析出，使奥氏体晶粒完成充分再结晶细化。圆钢下线进行堆垛缓冷，降低冷却速度，降低了热轧圆钢硬度，有利于冷顶锻成型。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明具有良好的淬透性和高温回火稳定性，满足扭剪型高强度螺栓硬度和扭剪力要求；适用于生产M20及以上规格扭剪型螺栓，尤其适用于生产M20～M30扭剪型螺栓。
采用本发明方法生产的热轧圆钢，金相组织为均匀的F+P，抗拉强度610～680MPa、面缩≥40%，易于客户进行冷加工变形，能有效地降低下游用户生产成本、提高生产效率，同时具有良好的淬透性和高温回火稳定性，满足扭剪型高强度螺栓硬度和扭剪力要求。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例1所得圆钢的金相组织图；
图2是本发明实施例2所得圆钢的金相组织图；
图3是本发明实施例3所得圆钢的金相组织图；
图4是本发明实施例4所得圆钢的金相组织图；
图5是本发明实施例5所得圆钢的金相组织图；
图6是本发明实施例6所得圆钢的金相组织图；。
具体实施方式
实施例1：本扭剪型高强度大尺寸螺栓用钢及其生产方法具体如下所述。
生产φ20mm扭剪型高强度螺栓用圆钢，经转炉冶炼工序、LF精炼工序、连铸工序制成方形钢坯，钢坯断面尺寸为200mm×200mm，钢坯化学成分按照重量百分比为：C 0.36%、Si0.28%、Mn 0.80%、P 0.012%、S 0.003%、Cr 0.25%、V 0.09%、B 0.0033%、Ti 0.04%、Als0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
钢坯依经加热、轧制和冷却工序进行生产。加热工序中，加热炉的预热段温度控制在750℃，加热段温度控制在1100℃，均热段温度控制在1130℃，加热总时间180min，加热炉残氧量3.5%。轧制工序中，钢坯出炉后除鳞水压22MPa，开轧温度1030℃，终轧温度控制在920℃。冷却工序中，圆钢下线堆垛缓冷温度450℃，圆钢避风堆冷12小时。
本实施例生产的φ20mm热轧圆钢，检验组织为铁素体+珠光体，如图1所示；其抗拉强度675MPa、断面收缩率46%，客户制成M20扭剪型螺栓后成品硬度37HRC、扭剪力182KN。
实施例2：本扭剪型高强度大尺寸螺栓用钢及其生产方法具体如下所述。
生产φ22mm扭剪型高强度螺栓用圆钢，经转炉冶炼工序、LF精炼工序、连铸工序制成方形钢坯，钢坯断面尺寸为200mm×200mm，钢坯化学成分按照重量百分比为：C 0.34%、Si0.25%、Mn 0.65%、P 0.010%、S 0.006%、Cr 0.12%、V 0.07%、B 0.0015%、Ti 0.02%、Als0.01%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
钢坯依经加热、轧制和冷却工序进行生产。加热工序中，加热炉的预热段温度控制在500℃，加热段温度控制在950℃，均热段温度控制在1090℃，加热总时间120min，加热炉残氧量3.5%。轧制工序中，钢坯出炉后除鳞水压20MPa，开轧温度980℃，终轧温度控制在880℃。冷却工序中，圆钢下线堆垛缓冷温度470℃，圆钢避风堆冷20小时。
本实施例生产的φ22mm热轧圆钢，检验组织为铁素体+珠光体，如图2所示，其抗拉强度643MPa、断面收缩率55%，客户制成M22扭剪型螺栓后成品硬度35HRC、扭剪力216KN。
实施例3：本扭剪型高强度大尺寸螺栓用钢及其生产方法具体如下所述。
生产φ24mm扭剪型高强度螺栓用圆钢，经转炉冶炼工序、LF精炼工序、连铸工序制成方形钢坯，钢坯断面尺寸为200mm×200mm，钢坯化学成分按照重量百分比为：C 0.35%、Si0.23%、Mn 0.70%、P 0.013%、S 0.012%、Cr 0.23%、V 0.06%、B 0.0024%、Ti 0.03%、Als0.02%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
钢坯依经加热、轧制和冷却工序进行生产。加热工序中，加热炉的预热段温度控制在650℃，加热段温度控制在1000℃，均热段温度控制在1120℃，加热总时间140min，加热炉残氧量3.5%。轧制工序中，钢坯出炉后除鳞水压20MPa，开轧温度990℃，终轧温度控制在910℃。冷却工序中，圆钢下线堆垛缓冷温度490℃，圆钢避风堆冷18小时。
本实施例生产的φ24mm热轧圆钢，检验组织为铁素体+珠光体，如图3所示；其抗拉强度659MPa、断面收缩率53%，客户制成M24扭剪型螺栓后成品硬度35HRC、扭剪力255KN。
实施例4：本扭剪型高强度大尺寸螺栓用钢及其生产方法具体如下所述。
生产φ27mm扭剪型高强度螺栓用圆钢，经转炉冶炼工序、LF精炼工序、连铸工序制成方形钢坯，钢坯断面尺寸为200mm×200mm，钢坯化学成分按照重量百分比为：C 0.33%、Si0.24%、Mn 0.66%、P 0.015%、S 0.009%、Cr 0.14%、V 0.07%、B 0.0022%、Ti 0.02%、Als0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
钢坯依经加热、轧制和冷却工序进行生产。加热工序中，加热炉的预热段温度控制在700℃，加热段温度控制在1100℃，均热段温度控制在1110℃，加热总时间150min，加热炉残氧量3.5%。轧制工序中，钢坯出炉后除鳞水压18MPa，开轧温度1010℃，终轧温度控制在900℃。冷却工序中，圆钢下线堆垛缓冷温度450℃，圆钢避风堆冷15小时。
本实施例生产的φ27mm热轧圆钢，检验组织为铁素体+珠光体，如图4所述；其抗拉强度628MPa、断面收缩率52%，客户制成M27扭剪型螺栓后成品硬度35HRC、扭剪力312KN。
实施例5：本扭剪型高强度大尺寸螺栓用钢及其生产方法具体如下所述。
生产φ30mm扭剪型高强度螺栓用圆钢，经转炉冶炼工序、LF精炼工序、连铸工序制成方形钢坯，钢坯断面尺寸为200mm×200mm，钢坯化学成分按照重量百分比为：C 0.32%、Si0.20%、Mn 0.60%、P 0.013%、S 0.015%、Cr 0.10%、V 0.05%、B 0.0008%、Ti 0.02%、Als0.01%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
钢坯依经加热、轧制和冷却工序进行生产。加热工序中，加热炉的预热段温度控制在750℃，加热段温度控制在1150℃，均热段温度控制在1150℃，加热总时间180min，加热炉残氧量3.3%。轧制工序中，钢坯出炉后除鳞水压18MPa，开轧温度1030℃，终轧温度控制在920℃。冷却工序中，圆钢下线堆垛缓冷温度480℃，圆钢避风堆冷24小时。
本实施例生产的φ30mm热轧圆钢，检验组织为铁素体+珠光体，如图5所示；其抗拉强度614MPa、断面收缩率56%，客户制成M30扭剪型螺栓后成品硬度35HRC、扭剪力388KN。
实施例6：本扭剪型高强度大尺寸螺栓用钢及其生产方法具体如下所述。
生产φ30mm扭剪型高强度螺栓用圆钢，经转炉冶炼工序、LF精炼工序、连铸工序制成方形钢坯，钢坯断面尺寸为200mm×200mm，钢坯化学成分按照重量百分比为：C 0.36%、Si0.30%、Mn 0.80%、P 0.010%、S 0.005%、Cr 0.25%、V 0.10%、B 0.0035%、Ti 0.04%、Als0.06%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
钢坯依经加热、轧制和冷却工序进行生产。加热工序中，加热炉的预热段温度控制在550℃，加热段温度控制在1120℃，均热段温度控制在1120℃，加热总时间140min，加热炉残氧量3.4%。轧制工序中，钢坯出炉后除鳞水压18MPa，开轧温度1010℃，终轧温度控制在890℃。冷却工序中，圆钢下线堆垛缓冷温度500℃，圆钢避风堆冷16小时。
本实施例生产的φ30mm热轧圆钢，检验组织为铁素体+珠光体，如图6所示；其抗拉强度659MPa、断面收缩率44%，客户制成M30扭剪型螺栓后成品硬度38HRC、扭剪力452KN。
Claims (4)
1.一种扭剪型高强度大尺寸螺栓用钢，其特征在于，其化学成分的重量百分含量为：C0.32～0.36%、Si 0.20～0.30%、Mn 0.60～0.80%、P≤0.015%、S≤0.015%、Cr 0.10～0.25%、V 0.05～0.10%、B 0.0008～0.0035%、Ti 0.02～0.04%、Als 0.01～0.06%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的扭剪型高强度大尺寸螺栓用钢，其特征在于：所述钢的圆钢规格为Φ20mm～30mm。
3.权利要求1或2所述扭剪型高强度大尺寸螺栓用钢的生产方法，其特征在于：包括加热、轧制和冷却工序；
所述加热工序：预热段温度控制在500～750℃，加热段温度控制在950～1150℃，均热段温度控制在1090～1150℃，加热总时间为120～180min；
所述轧制工序：开轧温度控制在980～1030℃，终轧温度控制在880～920℃。
4.根据权利要求3所述的扭剪型高强度大尺寸螺栓用钢的生产方法，其特征在于，所述冷却工序：圆钢下线温度不低于450℃，下线后避风堆冷不低于12小时。
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