CN116240454A - 一种非调质耐候钢及制备方法、紧固件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非调质耐候钢，涉及有色金属生产技术领域，所述非调质耐候钢按重量计，包含如下成分：碳0.25％～0.35％、硅0.25％～0.65％、锰1.4％～2.5％、硫≤0.02％、磷0.06％～0.12％、铜0.25％～0.5％、铬0.61％～1.25％、镍0.12％～0.65％、钛0.04％～0.1％、硼0.0005％～0.0035％、钒0.25％～0.35％、钼0.50％～0.65％、氮0.1‑0.24％，余量为铁及不可避免的杂质。本发明还提供了所述非调质耐候钢的制备方法。本发明的非调质耐候钢的屈服强度可达1660MPa，抗拉强度可大于1765MPa，并具有良好的耐候性能，可解决现有的耐候钢强度低的问题。使用该非调质耐候钢制造的紧固件，其性能等级最高可达到16.9，并具有良好的耐腐蚀能力。
Description
技术领域
本发明涉及有色金属生产技术领域，具体为一种非调质耐候钢及制备方法、紧固件。
背景技术
淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理，调质可以使钢的性能，材质得到很大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能。
在室外建筑施工中，对钢材的耐候性要求比较高，否则钢材在室外环境中迅速腐蚀、老化会影响到建筑物的使用寿命及安全性。然而，现有的耐候钢普遍存在强度不高的问题，其屈服强度很少超过400MPa，与调质钢相差较大，限制了耐候钢的应用。
对钢材进行调质需要将钢材放入热处理设备中，对于体积、长度较大的钢材，普通的热处理工艺难以渗透到钢材内部，且钢材的尺寸、重量均超出了热处理设备的承载能力，尤其是长度较长的棒料，在热处理过程中由于硬度下降，在自身重力作用下还会出现弯曲问题，因而难以使用现有的热处理设备进行调质。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种非调质耐候钢，同时具有高强度以及耐候的优点，以解决耐候钢强度较差的问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种非调质耐候钢，按重量计，包含如下成分：碳0.25％～0.35％、硅0.25％～0.65％、锰1.4％～2.5％、硫≤0.02％、磷0.06％～0.12％、铜0.25％～0.5％、铬0.61％～1.25％、镍0.12％～0.65％、钛0.04％～0.1％、硼0.0005％～0.0035％、钒0.25％～0.35％、钼0.50％～0.65％、氮0.1-0.24％，余量为铁及不可避免的杂质。
优选的，所述非调质耐候钢的屈服强度不低于1600MPa。
优选的，所述非调质耐候钢的抗拉强度不低于1700MPa。
本发明还提供上述任一的非调质耐候钢的制备方法，包括如下步骤：
S1：按所述成分配料，对原料进行冶炼，制得钢坯；
S2：对所述钢坯进行轧制、冷却，得到非调质钢；
优选的，所述轧制为控温轧制，具体地，将终轧温度控制在770-820℃。
优选的，冷却速度为3-5℃/s。
本发明还提供一种紧固件，由任一上述的非调质耐候钢制备而成。
优选的，所述的紧固件制备过程包括：将非调质耐候钢进行抛丸、磷化、皂化、拉丝后，再经过冷锻、搓牙，即得所述紧固件。
优选的，所述的紧固件制备过程包括：将非调质耐候钢进行抛丸、磷化、皂化、拉丝后，再经过热锻、滚牙，即得所述紧固件。
本发明的非调质耐候钢中，硼、镍、铬、钼等元素可以增加钢细小颗粒，铜、镍可以提高钢材强度和屈服比，并显著改善耐候性，硅、磷可以提高钢材强度，且磷与铜联合使用可以提高钢材抗疲劳性和耐候性，钒可以提高钢材强度和屈服比，铬可以增加淬透性，并具有二次硬化的作用，锰可以提高钢材的强度以及淬透性。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明的非调质耐候钢主要由珠光体和铁素体组成，屈服强度可达1660MPa，抗拉强度可达1765MPa，高于市面上绝大部分非调质钢产品的强度，同时还具有良好的耐候性能；使用该非调质耐候钢制造的紧固件性能等级可达16.9级，并具有良好的耐候性。
附图说明
图1为实施例5的原料按实施例9中的方法制备的非调质耐候钢的金相照片。
图2为实施例4的原料按实施例10中的方法制备的非调质耐候钢的金相照片。
具体实施方式
本发明提供一种非调质耐候钢，按重量计，包含如下成分：碳0.25％～0.35％、硅0.25％～0.65％、锰1.4％～2.5％、硫≤0.02％、磷0.06％～0.12％、铜0.25％～0.5％、铬0.61％～1.25％、镍0.12％～0.65％、钛0.04％～0.1％、硼0.0005％～0.0035％、钒0.25％～0.35％、钼0.50％～0.65％、氮0.1-0.24％，余量为铁及不可避免的杂质。
本发明还提供一种非调质耐候钢的制备方法，包括如下步骤：
S1：按上述成分配料，对原料进行冶炼，冶炼步骤包括转炉冶炼→精炼→连铸，制得钢坯；
S2：对钢坯进行控温轧制，终轧温度控制在770-820℃，然后冷却，冷却速度为3-5℃/s，得到非调质钢；
S3：对非调质钢进行抛丸、磷化、皂化处理，得到非调质耐候钢。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供一种非调质耐候钢，按重量计，包含如下成分：碳0.25％、硅0.25％、锰1.4％、硫0.017％、磷0.06％、铜0.25％、铬0.61％、镍0.12％、钛0.04％、硼0.0005％、钒0.25％、钼0.50％、氮0.10％，余量为铁及不可避免的杂质。
实施例2
本实施例提供一种非调质耐候钢，按重量计，包含如下成分：碳0.27％、硅0.35％、锰1.7％、硫0.013％、磷0.08％、铜0.30％、铬0.70％、镍0.20％、钛0.06％、硼0.001％、钒0.28％、钼0.55％、氮0.13％，余量为铁及不可避免的杂质。
实施例3
本实施例提供一种非调质耐候钢，按重量计，包含如下成分：碳0.3％、硅0.45％、锰2.0％、硫0.015％、磷0.10％、铜0.40％、铬0.80％、镍0.30％、钛0.08％、硼0.015％、钒0.30％、钼0.60％、氮0.16％，余量为铁及不可避免的杂质。
实施例4
本实施例提供一种非调质耐候钢，按重量计，包含如下成分：碳0.35％、硅0.55％、锰2.5％、硫0.009％、磷0.12％、铜0.50％、铬1.00％、镍0.45％、钛0.10％、硼0.0025％、钒0.35％、钼0.65％、氮0.20％，余量为铁及不可避免的杂质。
实施例5
本实施例提供一种非调质耐候钢，按重量计，包含如下成分：碳0.40％、硅0.65％、锰3.0％、硫0.013％、磷0.15％、铜0.60％、铬1.25％、镍0.65％、钛0.12％、硼0.0035％、钒0.40％、钼0.70％、氮0.24％，余量为铁及不可避免的杂质。
实施例6
本实施例提供一种非调质耐候钢的制备方法，包括如下步骤：
S1：按成分配料，对原料进行冶炼，制得钢坯；
S2：对钢坯进行控温轧制，终轧温度控制在770℃，然后冷却，冷却速度为3℃/s，得到非调质钢；
S3：对非调质钢进行抛丸、磷化、皂化处理，得到非调质耐候钢。
实施例7
本实施例提供一种非调质耐候钢的制备方法，包括如下步骤：
S1：按成分配料，对原料进行冶炼，制得钢坯；
S2：对钢坯进行控温轧制，终轧温度控制在780℃，然后冷却，冷却速度为3℃/s，得到非调质钢；
S3：对非调质钢进行抛丸、磷化、皂化处理，得到非调质耐候钢。
实施例8
本实施例提供一种非调质耐候钢的制备方法，包括如下步骤：
S1：按成分配料，对原料进行冶炼，制得钢坯；
S2：对钢坯进行控温轧制，终轧温度控制在790℃，然后冷却，冷却速度为3.5℃/s，得到非调质钢；
S3：对非调质钢进行抛丸、磷化、皂化处理，得到非调质耐候钢。
实施例9
本实施例提供一种非调质耐候钢的制备方法，包括如下步骤：
S1：按成分配料，对原料进行冶炼，制得钢坯；
S2：对钢坯进行控温轧制，终轧温度控制在800℃，然后冷却，冷却速度为4.0℃/s，得到非调质钢；
S3：对非调质钢进行抛丸、磷化、皂化处理，得到非调质耐候钢。
实施例10
本实施例提供一种非调质耐候钢的制备方法，包括如下步骤：
S1：按成分配料，对原料进行冶炼，制得钢坯；
S2：对钢坯进行控温轧制，终轧温度控制在810℃，然后冷却，冷却速度为4.5℃/s，得到非调质钢；
S3：对非调质钢进行抛丸、磷化、皂化处理，得到非调质耐候钢。
实施例11
本实施例提供一种非调质耐候钢的制备方法，包括如下步骤：
S1：按成分配料，对原料进行冶炼，制得钢坯；
S2：对钢坯进行控温轧制，终轧温度控制在820℃，然后冷却，冷却速度为5.0℃/s，得到非调质钢；
S3：对非调质钢进行抛丸、磷化、皂化处理，得到非调质耐候钢。
将实施例1-5中的配料比例分别按照实施例6-11中的制备方法进行非调质耐候钢的制备，其屈服强度Rm、拉伸强度ReL、耐候性分别如下表1、2、3：
表1不同非调质耐候钢的屈服强度
如上表1所示，制得的非调质耐候钢屈服强度均高于1250MPa，最大屈服强度可达1660MPa。
表2不同非调质耐候钢的抗拉强度
如上表2所示，制得的非调质耐候钢屈服强度均高于1400MPa，最大屈服强度可达1765MPa。
按TB/T2375标准中周期浸润腐蚀试验方法，对制得的非调质耐候钢进行测试，试验时间100h，结果见下表3：
表3不同非调质耐候钢的耐候性
如上表1所示，制得的非调质耐候钢失重率最低可达0.014g/(m2·h)。
对比例1
一种非调质耐候钢，按重量计，包含如下成分：碳0.012％、硅0.15％、锰0.44％、磷0.014％、硫0.005％、Als0.037％、铜0.35％、铬5.45％、镍0.31％、钛0.021％、氮0.0.003％、铼0.012％，余量为铁及不可避免的杂质。
对比例1的耐候钢生产方法为：钢水连铸后，经过热连轧、酸洗、冷轧、连续退火，即得，测试其屈服强度为591MPa，抗拉强度为431MPa，均低于实施例1～5与实施例6～11的组合方案。
如图1、2，其中图1为实施例5的原料按实施例9中的方法制备的非调质耐候钢的金相照片，图2为实施例4的原料按实施例10中的方法制备的非调质耐候钢的金相照片，从图像中可以看出，该非调质耐候钢主要由珠光体(图1、2中深色区域)和铁素体(图1、2中白色区域)组成，珠光体占比远高于一般的耐候钢，且互相连接，将大部分铁素体包裹在内，使钢材的屈服强度和抗拉强度显著高于一般的耐候钢。
表1～3中的非调质耐候钢具有高屈强比，适合作为紧固件的原料，例如，将非调质耐候钢的钢坯进行抛丸、磷化、皂化、拉丝后，再经过冷锻、搓牙工序，即可得到具有高强度的紧固件。
还可通过另一方式制备紧固件，具体制备方法为：将上述非调质耐候钢进行抛丸、磷化、皂化、拉丝后，再经过热锻、滚牙工序，即得具有高强度的紧固件。
上述两种工序得到的紧固件性能等级最高可达到16.9，且具有良好的耐腐蚀能力，适合户外环境使用。
此外，表1～3中的非调质耐候钢还可用于制造活塞杆，例如，将圆形的非调质耐候钢进行拉拔、校直、抛光、镀铬，即可得到具有高强度的活塞杆。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种非调质耐候钢，其特征在于，按重量计，包含如下成分：碳0.25%~0.35%、硅0.25%～0.65%、锰1.4%～2.5%、硫≤0.02%、磷0.06%~0.12%、铜0.25%～0.5%、铬0.61%~1.25%、镍0.12%~0.65%、钛0.04%~0.1%、硼0.0005%～0.0035%、钒0.25%~0.35%、 钼0.50%~0.65%、氮0.1-0.24%，余量为铁及不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的一种非调质耐候钢，其特征在于，所述非调质耐候钢的屈服强度不低于1600MPa。
3.如权利要求1所述的一种非调质耐候钢，其特征在于，所述非调质耐候钢的抗拉强度不低于1700MPa。
4.如权利要求1-3任一所述的一种非调质耐候钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：按所述成分配料，对原料进行冶炼，制得钢坯；
S2：对所述钢坯进行轧制、冷却，得到非调质耐候钢。
5.根据权利要求4所述的一种非调质钢的制备方法，其特征在于，所述轧制为控温轧制，具体地，将终轧温度控制在770-820℃。
6.根据权利要求4所述的一种非调质钢的制备方法，其特征在于，冷却速度为3-5℃/s。
7.一种紧固件，其特征在于，使用如权利要求1-3任一所述的非调质耐候钢制备而成。
8.如权利要求7所述的紧固件，其特征在于，其制备过程包括：将非调质耐候钢进行抛丸、磷化、皂化、拉丝后，再经过冷锻、搓牙，即得所述紧固件。
9.如权利要求7所述的紧固件，其特征在于，其制备过程包括：将非调质耐候钢进行抛丸、磷化、皂化、拉丝后，再经过热锻、滚牙，即得所述紧固件。
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