CN116200659A - 一种冷镦钢热轧盘条及其生产方法和制备精线的方法 - Google Patents

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Abstract

一种冷镦钢热轧盘条及其生产方法和制备精线的方法，属于冶金技术领域。其化学成分及质量含量为C：0.16～0.23%，Si≤0.30%，Mn：0.25～0.90%，P≤0.020%，S≤0.005%，Ti≤0.040%，Al：0.02～0.08%，B：0.0005～0.0050%，余量为铁和不可避免的杂质；其生产方法包括热轧钢坯加热、轧制、冷却工序。所得热轧盘条强度低、塑性高，带状组织≤2级，晶粒度≥9级，铁素体含量≥83%。热轧盘条经酸洗磷化、粗抽拉拔、球化退火、二次酸洗磷化、精抽拉拔工序即得精线。本发明精线球化级别≥5级，带状组织≤2级，具有优异的冷变形能力，满足冷成型工艺生产管状零件的需求。

Description

一种冷镦钢热轧盘条及其生产方法和制备精线的方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，涉及一种冷镦钢热轧盘条及其生产方法和制备精线的方法。
背景技术
管状零件，如套筒、滚子等采用冷镦和冷挤压成型工艺因具有较高生产效率和材料利用率，获得市场高度认可；然而，此类零件采用冷成型也面临着材料冷变形能力不足而导致的开裂、材料性能不均匀所导致的冷镦变形不均匀等问题，进而影响孔（管状零件）和外径（配合零件）之间的跳动和同心度的增加。因此，采用冷镦、冷挤压工艺生产变形量较大的管状零件时，对原料表面质量、内部组织提出更高要求，尤其是关于材料低级别带状组织的要求，以降低材料各向异性，提高材料各向冷变形的一致性以及降低热处理时的畸变。
公开号CN 107557681 A公开了《一种具有优异变形性能的中低碳钢线材及其生产方法》，其成分按重量百分比为：C：0.15-0.25%，Mn：0.30-1.50%，Si：0-0.20%，P≤80ppm，S≤30ppm，N≤40ppm；其生产方法包括开坯、轧制、冷却工序。本发明通过轧制工艺提高晶粒度级别、降低珠光体片层间距；通过钢坯精整达到钢坯表面无明显缺陷，通过优化轧辊表面质量降低表面缺陷深度。该发明主要是通过控制良好的表面质量，提高线材的球化能力来获得良好的冷变形性能。
公开号CN 114888115 A公开了《一种热轧冷镦钢盘条的生产方法》，其成分按重量百分比为：C=0.43%～0.45%，Si=0.12%～0.20%，Mn=0.70%～0.80%，P≤0.020%，S≤0.010%，Al≥0.020%，其余为Fe和不可避免的杂质；关键工艺步骤包括（1）连铸；（2）矩形坯加热；（3）矩形坯开坯；（4）方坯修磨；（5）盘条轧制。该发明关键是控制冷镦钢盘条带状组织，实现盘条金相组织均匀化，带状组织控制在2.0级以内。该发明所述成分C含量较高，盘条中珠光体含量较高，不适宜生产变形量较大的管状零件。
因此，有必要开发具有优异冷变形能力、低级别带状组织的冷镦钢热轧盘条和精线，以满足市场对于冷成型工艺生产管状零件的需求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种具有低级别带状组织、优异冷变形能力的冷镦钢热轧盘条及其生产方法，还提供一种利用此热轧盘条制备精线的方法；所生产的热轧盘条具有低强度和高塑性性能，显微组织为均匀的铁素体+珠光体，带状组织≤2级，晶粒度≥9.0级，铁素体含量占比≥83%；精线球化级别≥5级且带状组织≤2级。
为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案是：
一种冷镦钢热轧盘条，其化学成分及质量百分含量为：C：0.16～0.23%，Si≤0.30%，Mn：0.25～0.90%，P≤0.020%，S≤0.005%，Ti≤0.040%，Al：0.02～0.08%，B：0.0005～0.0050%，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述热轧盘条的直径10～40mm，显微组织为铁素体+珠光体，铁素体含量占比≥83%，带状组织≤2级，晶粒度≥9.0级；抗拉强度450～520MPa，断面收缩率≥60%，断后伸长率≥28.0%。
上述冷镦钢热轧盘条的生产方法，包括热轧钢坯加热、轧制、冷却工序；
所述热轧钢坯加热工序，钢坯加热至1100～1160℃，保温时间90～130min；
所述轧制工序，进精轧温度790～830℃，卷取温度760～800℃；
所述冷却工序，先以1.5～3.0℃/s速度快冷至670～700℃，再以0.3～0.6℃/s速度缓冷至550～600℃，后续自然冷却。
采用上述冷镦钢热轧盘条制备精线的方法，包括酸洗磷化、粗抽拉拔、球化退火、二次酸洗磷化、精抽拉拔工序；
所述粗抽拉拔工序，粗抽减面率20～40%；
所述球化退火工序，先加热至680±10℃保温1～1.5h，随后升温至730±10℃保温3～3.5h，再以10～15℃/h速度冷却至690±10℃并保温4.5～5h。
采用上述方法制备的精线球化级别≥5级，带状组织≤2级。
本发明设计思路：
（1）化学成分作用及含量：
C：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性能降低；碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性，因此将碳含量控制在0.23%以下；碳又是最廉价强化元素，由于碳的存在，才能将钢进行热处理以调控零件的性能，因此，本发明将碳含量的下限控制在0.16%以上。
Si：硅增加铁素体冷变形硬化率的作用很强，使钢的冷加工困难；但在Mn含量较高的钢中适当增加硅含量，可减轻或延缓碳向富锰区的扩散，进而能够有效防止带状组织的形成，因此，可对各元素进行相互配合或协调，改善轧材带状组织的状况，本发明将硅含量范围控制为≤0.30%。
Mn：锰为扩大奥氏体区元素，可降低临界转变温度，使珠光体团变得细小，并减少了珠光体的片间距，还使珠光体中渗碳体片的厚度减薄，可有效改善钢的韧性；但当锰含量过高时，增加珠光体体积分数，降低钢的韧性，也会加剧钢的偏析，使盘条的铁素体-珠光体带状加重；据研究，锰含量在0.52～1.52%范围内，极易产生碳锰成分的带状组织，若锰含量低于0.5%，不会产生带状组织；考虑到部分零件需要进行调质处理以达到所需求性能，本发明将锰含量控制在0.25～0.90%。
Ti：相比于铌和钒，钛是最为经济的微合金添加元素；钢中加入适量钛可有效固定钢中自由氮，降低钢在冷镦（冷冲压）时氮的应变时效作用；另外，适量钛固定氮还可保证有效硼含量，保证硼提高淬透性作用；钛含量过高，钛夹杂物增加，且在晶界上形成钛的硫化物而引起钢的脆化，因此，本发明钢控制钛含量范围为≤0.040%。
Al：铝是钢中常用的脱氧剂，可以保证加入钛的收得率，防止钢中钛被氧化形成TiO2夹杂物；钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢；铝可以抑制低碳钢的时效，改善钢在低温时的韧性，对降低钢的应变时效具有显著作用；脱氧时如用铝量过多，将促进钢的石墨化倾向，且当含铝较高时，其高温强度和韧性较低，增加钢表面缺陷风险。本发明将铝含量控制在0.02-0.08%。
B：钢中加入微量的硼（0.0005-0.005%）即可显著提高钢的淬透性，此时对其他性能等无影响或影响甚小；硼与O、N亲和力很强，易生非金属夹杂，为克服此缺陷可于冶炼时加入≥0.020% Al和 ≥0.020% Ti以脱氧、去氮；硼会降低奥氏体晶粒粗化的温度，易粗晶，但加铝可改善。当含B量超过0.007%时，容易引起脆性。因此，本发明将钢中硼含量控制为0.0005-0.0050%。
S、P作为杂质元素偏聚在晶界会降低钢的塑性和韧性，另外，钛还与硫结合生成颗粒状Ti4C2S2，减弱了钛的析出强化，因此应尽可能控制得低一些。
（2）生产工艺设计思路：
加热温度的设定应充分考虑合金元素扩散对带状组织的减轻作用和含硼钢奥氏体晶粒易粗化的的特点，加热温度设定为1100～1160℃，保温时间90～130min。
采用低温轧制制度，可产生更多的形变带，增加形核点，细化晶粒，分散珠光体的集中分布程度，从而降低了热轧盘条的带状组织等级，因此通过控制进精轧温度790～830℃，为后续细晶组织和铁素体超量析出提供条件。
为防止晶粒发生充分再结晶，使形变带、形核质点消失，应控制较低卷取温度；另外，研究发现本发明成分钢在810～830℃长时间停留容易产生全脱碳，因此控制较低的吐丝温度为760～800℃，从而保证在较低温度发生共析转变，为获得细晶和细片状珠光体组织提供条件。
在溶质浓度存在带状分布的情况下，提高奥氏体的冷速使铁素体在富溶质区与贫溶质区的形核率之差足够小，可防止生成带状组织；但过快的冷却速度将会产生网状铁素体、针对铁素体，甚至淬火组织，带来盘条强度提升和塑性降低；因此，先快冷至共析转变温度附近，即670～700℃；然后缓冷通过共析转变温度区至550～600℃，以实现在线退火目的，降低盘条硬度，增加盘条冷加工性能。
在粗抽拉拔工序，采用大减面率粗抽拉拔，变形延伸至拉拔材心部，增加晶粒内部亚晶界、形变带、位错数量，为球状渗碳体在晶粒内部析出提供形核位置；另外，空位等点缺陷的大量存在加快了原子扩散，加快了球化过程，从而提升了球化率和弥散分布均匀性；而若热轧盘条直接进行球化退火处理，渗碳体发生溶解和再析出，容易加剧退火材带状组织程度；若拉拔减面率过大，则对原料盘条提出更高塑性要求，且在拉拔过程中容易引起表面缺陷甚至拉拔断裂。因此，本发明采用粗抽减面率20～40%。
球化退火工艺对材料冷镦性能有重要影响。在工业生产过程中，装炉量大小、加热速度快慢对加热均匀性有影响，为消除上述影响，本发明设计了680±10℃保温工艺，然后再加热至目标温度730±10℃并保温以实现部分碳化物溶解目的，再冷却至690±10℃并等温，实现已溶解碳化物以未溶解碳化物为形核质点析出，从而实现球化率提升。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：获得的φ10～40mm的冷镦钢热轧盘条的带状组织≤2级，晶粒度≥9.0级，铁素体含量占比≥83%，抗拉强度450～520MPa，断面收缩率≥60%，断后伸长率≥28.0%；低级别带状组织、均匀细小的铁素体+珠光体和较高铁素体含量占比保证了盘条具有良好冷变形能力，为精线制造过程中的大减面率粗抽拉拔和高级别球化组织提供基础；本发明获得的精线球化级别≥5级且带状组织≤2级，具有优异的冷变形能力，能满足冷成型工艺生产管状零件需求。
本发明生产的冷镦钢热轧盘条和精线具有较高的塑性和优异的冷变形能力，可满足下游客户采用冷成型工艺生产大变形量管状零件，冷成型管状零件尺寸精度高、性能均匀，相比车削加工具有生产效率高、材料利用率高等优点。
附图说明
图1为本发明实施例1热轧盘条的显微组织；
图2为本发明实施例3热轧盘条的带状组织；
图3为本发明实施例3精线的球化组织；
图4为本发明实施例3球化退火材（未精抽拉拔）的带状组织。
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。
实施例1
本实施例具有优异冷变形能力的冷镦钢热轧盘条及精线，其成分按重量百分比为：C 0.16%，Mn 0.50%，Si 0.07%，P 0.015%，S 0.005%，Al 0.055%，B 0.0005%，Ti0.0026%，其余为铁和不可避免的杂质元素。
经过转炉冶炼、LF炉外精炼、大方坯连铸、大方坯加热、开坯、热轧坯精整、热轧钢坯加热、轧制、冷却工序，制备得到冷镦钢热轧盘条。将此热轧盘条经过酸洗磷化、粗抽拉拔、球化退火、二次酸洗磷化、精抽拉拔工序即制得精线。具体工艺步骤如下：
热轧钢坯加热工序：将钢坯在加热炉中加热，加热温度1120℃，保温时间100min；
轧制工序：钢坯经高速轧机轧制成盘条，进精轧温度810℃，卷取温度770℃；
冷却工序：卷取后盘条进入冷却辊道，以3.0℃/s冷却至680℃，再以0.6℃/s缓冷至560℃，后续自然冷却；
粗抽拉拔工序：先进行酸洗磷化处理，然后进行粗抽拉拔，拉拔减面率40%；
球化退火工序：首先加热至680℃保温1h，随后升温至730℃保温185min，再以10℃/h冷却至690℃并保温4.5h，后续随炉冷却至室温。
实施例2
本实施例具有优异冷变形能力的冷镦钢热轧盘条及精线，其成分按重量百分比为：C 0.18%，Mn 0.64%，Si 0.11%，P 0.011%，S 0.004%，Al 0.063%，B 0.0018%，Ti 0.024%，其余为铁和不可避免的杂质元素。
经过转炉冶炼、LF炉外精炼、大方坯连铸、大方坯加热、开坯、热轧坯精整、热轧钢坯加热、轧制、冷却工序，制备得到冷镦钢热轧盘条。将此热轧盘条经过酸洗磷化、粗抽拉拔、球化退火、二次酸洗磷化、精抽拉拔工序即制得精线。具体工艺步骤如下：
热轧钢坯加热工序：将钢坯在加热炉中加热，加热温度1100℃，保温时间115min；
轧制工序：钢坯经高速轧机轧制成盘条，进精轧温度820℃，卷取温度760℃；
冷却工序：卷取后盘条进入冷却辊道，以2.4℃/s冷却至685℃，再以0.3℃/s缓冷至570℃，后续自然冷却；
粗抽拉拔工序：先进行酸洗磷化处理，然后进行粗抽拉拔，拉拔减面率35%；
球化退火工序：首先加热至675℃保温1.5h，随后升温至725℃保温3.5h，再以12℃/h冷却至695℃并保温4.5h，后续随炉冷却至室温。
实施例3
本实施例具有优异冷变形能力的冷镦钢热轧盘条及精线，其成分按重量百分比为：C 0.20%，Mn 0.70%，Si 0.16%，P 0.018%，S 0.003%，Al 0.020%，B 0.0025%，Ti 0.040%，其余为铁和不可避免的杂质元素。
经过转炉冶炼、LF炉外精炼、大方坯连铸、大方坯加热、开坯、热轧坯精整、热轧钢坯加热、轧制、冷却工序，制备得到冷镦钢热轧盘条。将此热轧盘条经过酸洗磷化、粗抽拉拔、球化退火、二次酸洗磷化、精抽拉拔工序即制得精线。具体工艺步骤如下：
热轧钢坯加热工序：将钢坯在加热炉中加热，加热温度1130℃，保温时间120min；
轧制工序：钢坯经高速轧机轧制成盘条，进精轧温度800℃，卷取温度780℃；
冷却工序：卷取后盘条进入冷却辊道，以2.0℃/s冷却至670℃，再以0.4℃/s缓冷至550℃，后续自然冷却；
粗抽拉拔工序：先进行酸洗磷化处理，然后进行粗抽拉拔，拉拔减面率30%；
球化退火工序：首先加热至670℃保温70min，随后升温至720℃保温3.5h，再以13℃/h冷却至685℃并保温280min，后续随炉冷却至室温。
实施例4
本实施例具有优异冷变形能力的冷镦钢热轧盘条及精线，其成分按重量百分比为：C 0.21%，Mn 0.75%，Si 0.22%，P 0.013%，S 0.002%，Al 0.040%，B 0.0037%，Ti 0.033%，其余为铁和不可避免的杂质元素。
经过转炉冶炼、LF炉外精炼、大方坯连铸、大方坯加热、开坯、热轧坯精整、热轧钢坯加热、轧制、冷却工序，制备得到冷镦钢热轧盘条。将此热轧盘条经过酸洗磷化、粗抽拉拔、球化退火、二次酸洗磷化、精抽拉拔工序即制得精线。具体工艺步骤如下：
热轧钢坯加热工序：将钢坯在加热炉中加热，加热温度1150℃，保温时间125min；
轧制工序：钢坯经高速轧机轧制成盘条，进精轧温度830℃，卷取温度800℃；
冷却工序：卷取后盘条进入冷却辊道，以2.6℃/s冷却至690℃，再以0.35℃/s缓冷至580℃，后续自然冷却；
粗抽拉拔工序：先进行酸洗磷化处理，然后进行粗抽拉拔，拉拔减面率25%；
球化退火工序：首先加热至685℃保温85min，随后升温至735℃保温205min，再以14℃/h冷却至700℃并保温5h，后续随炉冷却至室温。
实施例5
本实施例具有优异冷变形能力的冷镦钢热轧盘条及精线，其成分按重量百分比为：C 0.23%，Mn 0.90%，Si 0.30%，P 0.014%，S 0.002%，Al 0.027%，B 0.0050%，Ti 0.036%，其余为铁和不可避免的杂质元素。
经过转炉冶炼、LF炉外精炼、大方坯连铸、大方坯加热、开坯、热轧坯精整、热轧钢坯加热、轧制、冷却工序，制备得到冷镦钢热轧盘条。将此热轧盘条经过酸洗磷化、粗抽拉拔、球化退火、二次酸洗磷化、精抽拉拔工序即制得精线。具体工艺步骤如下：
热轧钢坯加热工序：将钢坯在加热炉中加热，加热温度1160℃，保温时间130min；
轧制工序：钢坯经高速轧机轧制成盘条，进精轧温度790℃，卷取温度780℃；
冷却工序：卷取后盘条进入冷却辊道，以2.0℃/s冷却至680℃，再以0.45℃/s缓冷至590℃，后续自然冷却；
粗抽拉拔工序：先进行酸洗磷化处理，然后进行粗抽拉拔，拉拔减面率20%；
球化退火工序：首先加热至690℃保温1.5h，随后升温至740℃保温3h，再以11℃/h冷却至680℃并保温295min，后续随炉冷却至室温。
实施例6
本实施例具有优异冷变形能力的冷镦钢热轧盘条及精线，其成分按重量百分比为：C 0.22%，Mn 0.25%，Si 0.04%，P 0.020%，S 0.003%，Al 0.08%，B 0.0006%，Ti 0.0017%，其余为铁和不可避免的杂质元素。
经过转炉冶炼、LF炉外精炼、大方坯连铸、大方坯加热、开坯、热轧坯精整、热轧钢坯加热、轧制、冷却工序，制备得到冷镦钢热轧盘条。将此热轧盘条经过酸洗磷化、粗抽拉拔、球化退火、二次酸洗磷化、精抽拉拔工序即制得精线。具体工艺步骤如下：
热轧钢坯加热工序：将钢坯在加热炉中加热，加热温度1140℃，保温时间90min；
轧制工序：钢坯经高速轧机轧制成盘条，进精轧温度820℃，卷取温度790℃；
冷却工序：卷取后盘条进入冷却辊道，以1.5℃/s冷却至700℃，再以0.5℃/s缓冷至600℃，后续自然冷却；
粗抽拉拔工序：先进行酸洗磷化处理，然后进行粗抽拉拔，拉拔减面率28%；
球化退火工序：首先加热至680℃保温1h，随后升温至720℃保温200min，再以15℃/h冷却至680℃并保温4.5h，后续随炉冷却至室温。
实施例7
本实施例具有优异冷变形能力的冷镦钢热轧盘条及精线，其成分按重量百分比为：C 0.20%，Mn 0.80%，Si 0.04%，P 0.016%，S 0.003%，Al 0.04%，B 0.0016%，Ti 0.021%，其余为铁和不可避免的杂质元素。
经过转炉冶炼、LF炉外精炼、大方坯连铸、大方坯加热、开坯、热轧坯精整、热轧钢坯加热、轧制、冷却工序，制备得到冷镦钢热轧盘条。将此热轧盘条经过酸洗磷化、粗抽拉拔、球化退火、二次酸洗磷化、精抽拉拔工序即制得精线。具体工艺步骤如下：
热轧钢坯加热工序：将钢坯在加热炉中加热，加热温度1130℃，保温时间115min；
轧制工序：钢坯经高速轧机轧制成盘条，进精轧温度815℃，卷取温度780℃；
冷却工序：卷取后盘条进入冷却辊道，以1.8℃/s冷却至685℃，再以0.5℃/s缓冷至585℃，后续自然冷却；
粗抽拉拔工序：先进行酸洗磷化处理，然后进行粗抽拉拔，拉拔减面率24%；
球化退火工序：首先加热至680℃保温70min，随后升温至720℃保温180min，再以13℃/h冷却至680℃并保温4.5h，后续随炉冷却至室温。
实施例1-7制备的冷镦钢热轧盘条的力学性能、显微组织、晶粒度、珠光体片层间距以及铁素体含量占比，精线的球化组织和带状组织检测结果示于表1中。
表1 各实施例热轧盘条的力学性能、带状组织、晶粒度、铁素体含量
及精线的球化组织和带状组织检测结果
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由图1可知，热轧盘条组织为铁素体+珠光体，且以铁素体组织为主；晶粒细小且组织均匀。
由图2可知，热轧盘条组织的总取向为变形方向，为盘条纵截面组织，显微组织为铁素体+珠光体，带状不很明显。
由图3可知，精线组织为球化体+铁素体，珠光体中碳化物呈球状均匀分布于铁素体基体，球化级别为6级。
由图4可知，精线组织的总取向为变形方向，为精线纵截面组织，显微组织为退火组织。

Claims (9)

1.一种冷镦钢热轧盘条，其特征在于，其化学成分及质量百分含量为：C：0.16～0.23%，Si≤0.30%，Mn：0.25～0.90%，P≤0.020%，S≤0.005%，Ti≤0.040%，Al：0.02～0.08%，B：0.0005～0.0050%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.基于权利要求1所述的冷镦钢热轧盘条，其特征在于，所述热轧盘条的直径10～40mm，显微组织为铁素体+珠光体，铁素体含量占比≥83%，带状组织≤2级，晶粒度≥9.0级。
3.基于权利要求1或2所述的冷镦钢热轧盘条，其特征在于，所述热轧盘条抗拉强度450～520MPa，断面收缩率≥60%，断后伸长率≥28.0%。
4.基于权利要求1-3任一项所述的冷镦钢热轧盘条的生产方法，其特征在于，其包括热轧钢坯加热、轧制、冷却工序；
所述热轧钢坯加热工序，钢坯加热至1100～1160℃，保温时间90～130min；
所述轧制工序，进精轧温度790～830℃，卷取温度760～800℃；
所述冷却工序，先快冷至670～700℃，再缓冷至550～600℃，后续自然冷却。
5.基于权利要求4所述的冷镦钢热轧盘条的生产方法，其特征在于，所述冷却工序，快冷的冷却速率为1.5～3.0℃/s，缓冷的冷却速率为0.3～0.6℃/s。
6.基于权利要求1-5任一项所述的冷镦钢热轧盘条制备精线的方法，其特征在于，其包括酸洗磷化、粗抽拉拔、球化退火、二次酸洗磷化、精抽拉拔工序；所述粗抽拉拔工序，粗抽减面率20～40%；
所述球化退火工序，先加热至680±10℃保温，随后升温至730±10℃保温，再冷却至690±10℃并保温。
7.基于权利要求6所述的制备精线的方法，其特征在于，所述球化退火工序，680±10℃保温1～1.5h，730±10℃保温3～3.5h，690±10℃保温4.5～5h。
8.基于权利要求7所述的制备精线的方法，其特征在于，所述球化退火工序，冷却速率为10～15℃/h。
9.基于权利要求6-8任一项所述的制备精线的方法，其特征在于，所制备的精线球化级别≥5级，带状组织≤2级。
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WO2017033773A1 (ja) * 2015-08-25 2017-03-02 株式会社神戸製鋼所 冷間加工用機械構造用鋼、およびその製造方法
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