CN117512468A - 一种免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种免退火高强紧固件用ML35TiB‑M冷镦钢及其制备方法，属于金属材料加工技术领域，解决传统冷镦钢生产高强度紧固件过程中球化退火存在的能耗高、成本高、周期长的技术问题，解决方案为：基于冷镦钢采用免退火工艺生产高强紧固件的特殊要求，设计了ML35TiB‑M冷镦钢特有的化学成分及其质量百分比；在此基础上提供一种免退火高强紧固件用ML35TiB‑M冷镦钢的制备方法，依次采用转炉冶炼、LF炉精炼、连铸浇注、控轧控冷，获得铁素体+粒状珠光体的微观组织，ML35TiB‑M钢在强韧性、成型性及经济性等方面综合表现优良，符合绿色节能的需求，可实现批量化稳定生产。

Description

一种免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及的是一种免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢及其制备方法。
背景技术
随着科技的进步，智能制造、高铁、汽车（特别是新能源汽车）、桥梁、机械装备等领域得到发展迅猛，有“工业之米”之称的紧固件被广泛应用于各个行业，其中高强紧固件因强度高、稳定性好、综合性能优良而被应用于高铁、汽车、桥梁、机械等设备设施的关键部位。对紧固件材料和加工过程的节能减排也提出了新的、更高的要求。
传统8.8级高强紧固件常采用国标ML35、日标SWRCH35K以及美标10B21等冷镦钢线材作为原材料。高强紧固件的生产制造流程为：线材-球化退火-酸洗-磷化-拉拔-冷镦-攻丝-调质-表面处理-检验。球化退火作为必要的工艺流程，存在以下问题：
1）、球化退火一般采用电加热或天然气加热，能源资源消耗大，不利于碳减排；
2）、球化退火周期一般需要36-48小时，导致整体制造周期长；
3）、在加热和保温过程中，存在线材表面脱碳的质量风险；
4）、球化退火工序成本较高，约200-300元/吨，不利于企业竞争力的提升。
为了解决球化退火存在的能耗高、成本高、周期长的问题，许多企业对球化退火工艺进行了优化，如降低退火温度、缩短保温时间等，但往往会因材料球化等级低、欠退火而导致冷镦开裂问题。最佳的解决方案是研发一种免退火的冷镦钢新材料，免退火冷镦钢不但具备优于常规冷镦钢的力学性能，还可直接省掉球化退火工序，大幅度降低能耗，简化工艺流程，缩短生产周期，节约制造成本，是一种低成本、低能耗、高性能、高性价比的新型冷镦钢。免退火冷镦钢，符合紧固件行业低成本、高效率、高品质的创新发展方向，是新一代紧固件用钢研发的重要课题。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，解决传统冷镦钢生产高强度紧固件过程中球化退火存在的能耗高、成本高、周期长的技术问题，本发明提供一种免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢及其制备方法。
本发明的设计构思为：考虑冷镦钢采用免退火工艺生产高强紧固件的特殊要求，设计了碳、锰、铝、钛、硼、稀土等合金元素的配比，并对磷、硫以及残余元素进行严格控制，以保证免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢具备优良的综合性能；为了降低冷镦钢的原始强度，控制了碳和锰的含量；为了细化晶粒，提高冷镦钢的强韧性，本发明在精炼过程中加入了铝和钛元素；为保证钢水纯净度，提高紧固件的疲劳寿命，控制钢中硅元素含量，对转炉、LF炉精炼脱氧、软吹操作进行了控制，以减少钢种夹杂物；为提高冷镦钢的淬透性，本发明在精炼过程中添加了微量的硼合金，以确保紧固件达到8.8级的强度；同时加入了微量的稀土元素改善材料综合性能；在轧制工序，通过加热炉的均匀性、大压下率、低温轧制和缓冷，获得铁素体+粒状珠光体的微观组织，实现冷镦钢在免退火加工过程中不开裂的关键组织基础。
本发明通过以下技术方案予以实现：
一种免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢，其中：所述ML35TiB-M冷镦钢的化学成分及其质量百分比为：C：0.32wt%-0.35wt%，Si≤0.15wt%，Mn：0.45wt%-0.55wt%，P≤0.020wt%,S≤0.020wt%，B：0.0010wt%-0.0025wt%，Ti：0.02wt%-0.05wt%，Alt：0.02wt%-0.05wt%，RE＜0.010wt%，Ni≤0.10wt%，Cr≤0.10wt%，Cu≤0.10wt%，N≤0.0070wt%，O≤0.0040wt%，其余为Fe和不可避免的杂质。
ML35TiB-M冷镦钢属于铁素体+粒状珠光体型免退火高强紧固件用钢。其化学成分设计要点如下：
1）、在满足基本强度的前提下，较低的碳、锰含量，线材可以得到较低的原始强度，有利于免退火和后续的拉拔、冷镦加工；一定的锰含量有细化铁素体晶粒的作用；
2）、硅易氧化，在使用中氧自表面浸入，晶界附近的硅比其他元素先扩散到晶界，与微量氧在晶界处结合为氧化物，呈网状分布，弱化了晶界，并引起应力不均，增加了紧固件断裂的风险，降低紧固件的疲劳强度和寿命。因此采用低硅的成分设计，减少紧固件使用过程中硅氧化带来的危害；
3）、铝和钛都具有显著的细化晶粒的作用，在钢中主要以氮化铝、氮化钛析出物的形式存在，可阻止晶粒的长大，得到细小而均匀的晶粒；铝还有弱化冷镦过程中加工硬化的作用，避免冷镦开裂；钛元素的加入，另一个作用是固氮保硼，避免硼和氮反应而不能获得自由硼，在精炼过程中，要确保先加钛合金，再加硼合金，顺序不能颠倒；
4）、加入微量的硼，即可显著提高钢的淬透性。在线材原始强度较低的情况下，调质后获得较高的强度，达到8.8级紧固件要求；
5）、磷、硫在冷镦钢中是有害元素，磷增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性；
硫使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，需尽可能低地控制硫的含量；
6）、氧在钢中以夹杂物和部分固溶氧形式存在，通过精炼过程控制氧含量≤0.0040wt%，保证钢的纯净度；氮能提高钢的强度，恶化低温韧性和焊接性，增加时效敏感性，需加以控制。通过精炼控制氮含量≤0.0070wt%；
7）、稀土RE可净化钢水，减少钢中夹杂物，改变含锰、铝等夹杂物的形貌，使其趋于球状，从而改善材料的塑性；还具备细化晶粒、改善冷镦加工性能、淬透性等作用。
一种免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢的制备方法，包括以下步骤：
S1、转炉冶炼：
S1-1、原料及造渣材料准备：按照免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢的化学成分及其质量百分比称取原料，原料送入干燥间干燥至少24h，并且原料中的合金原料烘烤至少48h，保证冶炼前原料中含水量不大于0.5%；造渣材料保持干燥状态，造渣材料中水分0.5%；
S1-2、铁水装炉制度：铁水：95t±1t，铁水温度T≥1250℃，废钢与生铁：10t~15t，总装入量：105t±2t；
S1-3、出钢：出钢温度为1620℃~1650℃，根据出钢口、包况、生产节奏调整，出钢时控制钢液中0.08wt%≤C≤0.15wt%，P≤0.015wt%；
S1-4、吹氩处理：将步骤S1-3出钢的钢包运输至氩站进行吹氩处理，钢包吹氩总时间≥3min，离站温度≥1580℃，冶炼出钢过程中添加造渣材料200kg/炉，同时配入石灰块200kg~300kg；成分严格按离站目标供精炼，禁止大气搅拌，防止增加钢水氮含量；
S2、LF炉精炼：
S2-1、将步骤S1-4吹氩处理后获得的钢水送入LF炉进行精炼，并且确保钢水进行LF精炼工艺的到站温度不低于1550℃，进站后接通氩气并进行破渣操作，破渣后钢包送至加热位，通过调整钢包底吹氩气流量的大小使钢水液面呈涌动状态，并且使钢水的液面不裸露于覆盖剂之外；钢水测温1550℃~1560℃后加入白灰440kg~450kg、萤石50kg~55kg进行调渣，然后加入电石50kg、铝屑30kg发泡脱氧，增加渣料埋弧效果，送电3分钟化渣后根据到站温度调整挡位直至LF精炼炉中钢水温度≥1560℃，第1次送电时间为7-10分钟，补加扩散脱氧剂直至造出黄白渣为止；
S2-2、当LF精炼炉中钢水温度≥1560℃时，钢水取样，化验钢水中各元素的成分及含量，然后采用少量多次的加入的方法调整钢水中的化学成分，直至除钙元素、钛元素、硼元素和稀土元素之外的化学元素满足ML35TiB-M钢的化学成分及其质量百分比的要求，每次补加合金量小于100kg，并且每次精炼时间不小于30min；
S2-3、根据ML35TiB-M钢中钛元素和硼元素质量百分比的要求，向步骤S2-2化学成分调整后的铁水中加入钛铁合金、硼铁合金，并送入精炼用碳线调整碳含量；然后，根据ML35TiB-M钢中钙元素质量百分比的要求，喂入铁钙线250米/炉~400米/炉，铁钙线喂线速度为2.5米/秒~3米/秒；
S3、连铸浇注：浇铸温度为1505℃，过热度控制在25℃~35℃，连铸浇注过程中采用电磁搅拌，稀土线在结晶器喂入，连铸浇注速度为2.0m/min~2.2m/min，浇注速度保持平稳，进而保证低倍组织质量良好，自然冷却至室温后制得铸坯；
S4、控轧控冷：
S4-1、将步骤S3连铸浇注制备的铸坯重新加热：预热段加热温度为850℃~950℃，加热段加热温度为1040℃~1060℃，均热段加热温度为1040±20℃，连铸坯总加热时间≥2.5h，铸坯加热过程中避免表面脱碳；
S4-2、高压水除鳞：采用单道次多喷头喷水，除鳞水压力≥18MPa，保证除鳞率≥95%；
S4-3、轧制温度：开轧温度为1020±20℃，吐丝温度为840±10℃，采用大变形量轧制，最后两道次轧制减径总变形量≥35%，大的道次变形量能够提供足够的相变储能，为最终组织转变及组织形态做准备；
S4-5、冷却：冷却线风机全部关闭，保温罩全部关闭，首段辊道速度为15m/min，后序辊道的速度按5%依次递增，制得免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢线材。
进一步地，在所述步骤S1-1中，所述造渣材料包括白灰、萤石、电石和铝屑。
进一步地，在所述步骤S1-2中，铁水为低硫铁水，低硫铁水中S≤0.020%、P<0.140%，带渣量≤5‰，并且低硫铁水成分稳定。
进一步地，在所述步骤S1-3中，根据钢包的包况提高出钢的终点温度：
当钢包温度≥900℃时，正常出钢；
当钢包温度为750℃-900℃时，出钢的终点温度提高10℃；
当钢包温度为600℃-750℃时，出钢的终点温度提高10℃~20℃；
当钢包温度为500℃-600℃时，出钢的终点温度提高20℃~30℃。
进一步地，在所述步骤S2中，为确保精炼还原氛围及微正压控氮要求，LF精炼提前调整并全程控制风机转速为300rpm~350rpm，以肉眼可见水冷烟罩周围微冒白烟为准。
进一步地，在所述步骤S2中，下料口和密封口均使用氩气进行密封。
进一步地，在所述步骤S2-1中，氩气软吹期间严禁补加合金和钙处理，并且缓慢进行氮气搅拌操作。
进一步地，在所述步骤S2-3中，如钢包内有絮流情况，则增加铁钙线喂入量100米/炉~150米/炉。
进一步地，在所述步骤S3中，使用塞棒包生产，大包到中间包采用长水口，中间包使用密封盖，减少温降；中间包到结晶器采用铝碳质浸入式水口，保证垂直及对中；
中间包覆盖剂使用C≤5.0%的预熔型低碳碱性覆盖剂；
铝碳质浸入式水口的插入深度为90mm±10mm；
结晶器保护渣使用方坯Q235保护渣，保护渣必须经过烘烤，黑面操作，贯彻少、勤、匀原则。
与现有8.8级高强度紧固件常用SWRCH35K（或ML35）冷镦钢线材相比，本发明的有益效果为：
1.本发明提供的免退火高强度紧固件用ML35TiB-M钢以C、Mn元素为基础，合理搭配微量Ti、B、Al、稀土等元素设计，化学成分设计合理，与SWRCH35K相比Mn合金含量降低从而降低成本。ML35TiB-M钢在强韧性、成型性及经济性等方面综合表现优良，是一种先进的高强紧固件用钢；
2.本发明提供的免退火高强度紧固件用ML35TiB-M钢免去了下游用户的退火工序，且可以保证成品力学性能，降低生产成本200-300元/吨，且缩短了紧固件生产周期，可明显提高企业竞争力，同时更加符合绿色节能的需求；
3.本发明采用转炉+LF炉+连铸+控制控冷的通用性生产工艺流程，对各工序工艺优化后生产，可实现批量化稳定生产；生产工艺具备推广应用可行性和实用价值。
附图说明
图1为实施例1制备的免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢的显微组织形貌图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
一种免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢，其特征在于：所述ML35TiB-M冷镦钢的化学成分及其质量百分比为：C：0.33wt%，Si：0.10wt%，Mn：0.55wt%，P：0.015wt%,S：0.010wt%，B：0.0015wt%，Ti：0.030wt%，Alt：0.03wt%，RE：0.006wt%，Ni：0.01wt%，Cr：0.01wt%，Cu：0.01wt%，N：0.0038wt%，O：0.0025wt%，其余为Fe和不可避免的杂质。
一种免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢的制备方法，包括以下步骤：
S1、转炉冶炼：
S1-1、原料及造渣材料准备：按照免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢的化学成分及其质量百分比称取原料，原料送入干燥间干燥24h，并且原料中的合金原料烘烤48h，保证冶炼前原料中含水量不大于0.5%；其它废钢必须严格按照料型提前检测、控制微量元素，尤其对轴承钢、齿轮、电机线圈、氧枪枪头等高微量元素特殊废钢或非常规料型外购废钢严加管控，防止微量元素超标：Ni：≤0.05，Cr：≤0.05，Cu：≤0.03；造渣材料保持干燥状态，所述造渣材料包括白灰、萤石、电石和铝屑，造渣材料中水分≤0.5%；
S1-2、铁水装炉制度：铁水：94t，铁水为低硫铁水，低硫铁水中S≤0.020%、P<0.140%，带渣量≤5‰，并且低硫铁水成分稳定。铁水温度T≥1250℃，废钢与生铁：9t，总装入量：103t；
S1-3、出钢：出钢温度为1630℃，出钢时控制钢液中0.08wt%≤C≤0.15wt%，P≤0.015wt%；
S1-4、吹氩处理：将步骤S1-3出钢的钢包运输至氩站进行吹氩处理，钢包吹氩总时间≥3min，离站温度≥1580℃，冶炼出钢过程中添加造渣材料200kg/炉，同时配入石灰块200kg；
S2、LF炉精炼：
LF精炼提前调整并全程控制风机转速为310rpm，以肉眼可见水冷烟罩周围微冒白烟为准，下料口和密封口均使用氩气进行密封；
S2-1、将步骤S1-4吹氩处理后获得的钢水送入LF炉进行精炼，并且确保钢水进行LF精炼工艺的到站温度不低于1550℃，进站后接通氩气并进行破渣操作，破渣后钢包送至加热位，通过调整钢包底吹氩气流量的大小使钢水液面呈涌动状态，并且使钢水的液面不裸露于覆盖剂之外，氩气软吹期间严禁补加合金和钙处理，并且缓慢进行氮气搅拌操作；钢水测温1551℃后加入白灰442kg、萤石52kg进行调渣，然后加入电石50kg、铝屑30kg发泡脱氧，送电3分钟化渣后根据到站温度调整挡位直至LF精炼炉中钢水温度≥1560℃，第1次送电时间为7-10分钟，补加扩散脱氧剂直至造出黄白渣为止；
S2-2、当LF精炼炉中钢水温度≥1560℃时，钢水取样，化验钢水中各元素的成分及含量，然后采用少量多次的加入的方法调整铁水中的化学成分，直至除钙元素、钛元素和硼元素之外的化学元素满足ML35TiB-M钢的化学成分及其质量百分比的要求，每次补加合金量小于100kg，并且每次精炼时间不小于30min；
S2-3、根据ML35TiB-M钢中钛元素和硼元素质量百分比的要求，向步骤S2-2化学成分调整后的铁水中加入钛铁合金、硼铁合金，并送入精炼用碳线调整碳含量；然后，根据ML35TiB-M钢中钙元素质量百分比的要求，本实施例1中钢包内有絮流情况，喂入铁钙线350米/炉，铁钙线喂线速度为2.5米/秒；
S3、连铸浇注：浇铸温度为1505℃，过热度控制在25℃，连铸浇注过程中采用电磁搅拌；连铸浇注速度为2.0m/min，自然冷却至室温后制得铸坯，铸坯断面尺寸为150mm×150mm；
连铸浇注使用塞棒包生产，大包到中间包采用长水口，中间包使用密封盖；中间包到结晶器采用铝碳质浸入式水口，稀土线在结晶器喂入；
中间包覆盖剂使用C≤5.0%的预熔型低碳碱性覆盖剂；
铝碳质浸入式水口的插入深度为85mm；
结晶器保护渣使用方坯Q235保护渣，保护渣必须经过烘烤，黑面操作；
S4、控轧控冷：
S4-1、将步骤S3连铸浇注制备的铸坯重新加热：预热段加热温度为850℃，加热段加热温度为1040℃，均热段加热温度为1030℃，连铸坯总加热时间2.8h，铸坯加热过程中避免表面脱碳；
S4-2、高压水除鳞：采用单道次多喷头喷水，除鳞水压力18MPa，保证除鳞率≥95%；
S4-3、轧制温度：开轧温度为1020℃，吐丝温度为840℃，采用大变形量轧制，最后两道次轧制减径总变形量为35%；
S4-5、冷却：冷线风机全部关闭，保温罩全部关闭，首段辊道速度为15m/min，后序辊道的速度按5%依次递增，制得免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢线材，本实施例1制备的免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢线材的显微组织形貌图如图1所示，基体组织为铁素体+粒状珠光体组织，且组织均匀，平均粒径为13.3um。
将本实施例1中生产的免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢与SWRCH35K钢进行特性对比检测，具体检测项目包括：非金属夹杂物如表1所示，轧材晶粒度等级如表2所示，力学性能如表3所示，冷镦性能对比如表4所示。
实施例2
一种免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢，其特征在于：所述ML35TiB-M冷镦钢的化学成分及其质量百分比为：C：0.34wt%，Si：0.09wt%，Mn：0.52wt%，P：0.013wt%,S：0.008wt%，B：0.0018wt%，Ti：0.035wt%，Alt：0.035wt%，RE：0.008wt%，Ni：0.10wt%，Cr：0.10wt%，Cu：0.02wt%，N：0.0040wt%，O：0.0028wt%，其余为Fe和不可避免的杂质。
一种免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢的制备方法，包括以下步骤：
S1、转炉冶炼：
S1-1、原料及造渣材料准备：按照免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢的化学成分及其质量百分比称取原料，原料送入干燥间干燥25h，并且原料中的合金原料烘烤至少48.5h，保证冶炼前原料中含水量不大于0.5%；其它废钢必须严格按照料型提前检测、控制微量元素，尤其对轴承钢、齿轮、电机线圈、氧枪枪头等高微量元素特殊废钢或非常规料型外购废钢严加管控，防止微量元素超标：Ni：≤0.05，Cr：≤0.05，Cu：≤0.03；造渣材料保持干燥状态，所述造渣材料包括白灰、萤石、电石和铝屑，造渣材料中水分≤0.5%；
S1-2、铁水装炉制度：铁水：95t，铁水为低硫铁水，低硫铁水中S≤0.020%、P<0.140%，带渣量≤5‰，并且低硫铁水成分稳定。铁水温度T≥1250℃，废钢与生铁：10t，总装入量：105t；
S1-3、出钢：出钢温度为1641℃，出钢时控制钢液中0.08wt%≤C≤0.15wt%，P≤0.015wt%；
S1-4、吹氩处理：将步骤S1-3出钢的钢包运输至氩站进行吹氩处理，钢包吹氩总时间≥3min，离站温度≥1580℃，冶炼出钢过程中添加造渣材料200kg/炉，同时配入石灰块250kg；
S2、LF炉精炼：
LF精炼提前调整并全程控制风机转速为320rpm，以肉眼可见水冷烟罩周围微冒白烟为准，下料口和密封口均使用氩气进行密封；
S2-1、将步骤S1-4吹氩处理后获得的钢水送入LF炉进行精炼，并且确保钢水进行LF精炼工艺的到站温度不低于1550℃，进站后接通氩气并进行破渣操作，破渣后钢包送至加热位，通过调整钢包底吹氩气流量的大小使钢水液面呈涌动状态，并且使钢水的液面不裸露于覆盖剂之外，氩气软吹期间严禁补加合金和钙处理，并且缓慢进行氮气搅拌操作；钢水测温1555℃后加入白灰443kg、萤石50kg进行调渣，然后加入电石50kg、铝屑30kg发泡脱氧，送电3分钟化渣后根据到站温度调整挡位直至LF精炼炉中钢水温度≥1560℃，第1次送电时间为7-10分钟，补加扩散脱氧剂直至造出黄白渣为止；
S2-2、当LF精炼炉中钢水温度≥1560℃时，钢水取样，化验钢水中各元素的成分及含量，然后采用少量多次的加入的方法调整铁水中的化学成分，直至除钙元素、钛元素和硼元素之外的化学元素满足ML35TiB-M钢的化学成分及其质量百分比的要求，每次补加合金量小于100kg，并且每次精炼时间不小于30min；
S2-3、根据ML35TiB-M钢中钛元素和硼元素质量百分比的要求，向步骤S2-2化学成分调整后的铁水中加入钛铁合金、硼铁合金，并送入精炼用碳线调整碳含量；然后，根据ML35TiB-M钢中钙元素质量百分比的要求，本实施例1中钢包内有絮流情况，喂入铁钙线380米/炉，铁钙线喂线速度为2.8米/秒，开浇包取喂入铁钙线400米；
S3、连铸浇注：浇铸温度为1505℃，过热度控制在25℃~35℃，连铸浇注过程中采用电磁搅拌；连铸浇注速度为2.1m/min，自然冷却至室温后制得铸坯，铸坯断面尺寸为150mm×150mm；
连铸浇注使用塞棒包生产，大包到中间包采用长水口，中间包使用密封盖；中间包到结晶器采用铝碳质浸入式水口，稀土线在结晶器喂入；
中间包覆盖剂使用C≤5.0%的预熔型低碳碱性覆盖剂；
铝碳质浸入式水口的插入深度为90mm；
结晶器保护渣使用方坯Q235保护渣，保护渣必须经过烘烤，黑面操作；
S4、控轧控冷：
S4-1、将步骤S3连铸浇注制备的铸坯重新加热：预热段加热温度为900℃，加热段加热温度为1050℃，均热段加热温度为1040℃，连铸坯总加热时间2.6h，铸坯加热过程中避免表面脱碳；
S4-2、高压水除鳞：采用单道次多喷头喷水，除鳞水压力18MPa，保证除鳞率≥95%；
S4-3、轧制温度：开轧温度为1030℃，吐丝温度为845℃，采用大变形量轧制，最后两道次轧制减径总变形量为35%；
S4-5、冷却：冷线风机全部关闭，保温罩全部关闭，首段辊道速度为15m/min，后序辊道的速度按5%依次递增，制得免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢线材。
将本实施例2中生产的免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢与SWRCH35K钢进行特性对比检测，具体检测项目包括：非金属夹杂物如表1所示，轧材晶粒度等级如表2所示，力学性能如表3所示，冷镦性能对比如表4所示。
实施例3
一种免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢，其特征在于：所述ML35TiB-M冷镦钢的化学成分及其质量百分比为：C：0.35wt%，Si：0.08wt%，Mn：0.50wt%，P：0.014wt%,S：0.008wt%，B：0.0020wt%，Ti：0.04wt%，Alt：0.04wt%，RE：0.007wt%，Ni：0.01wt%，Cr：0.01wt%，Cu：0.02wt%，N：0.0050wt%，O：0.0030wt%，其余为Fe和不可避免的杂质。
一种免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢的制备方法，包括以下步骤：
S1、转炉冶炼：
S1-1、原料及造渣材料准备：按照免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢的化学成分及其质量百分比称取原料，原料送入干燥间干燥26h，并且原料中的合金原料烘烤49h，保证冶炼前原料中含水量不大于0.5%；其它废钢必须严格按照料型提前检测、控制微量元素，尤其对轴承钢、齿轮、电机线圈、氧枪枪头等高微量元素特殊废钢或非常规料型外购废钢严加管控，防止微量元素超标：Ni：≤0.05，Cr：≤0.05，Cu：≤0.03；造渣材料保持干燥状态，所述造渣材料包括白灰、萤石、电石和铝屑，造渣材料中水分≤0.5%；
S1-2、铁水装炉制度：铁水：96t，铁水为低硫铁水，低硫铁水中S≤0.020%、P<0.140%，带渣量≤5‰，并且低硫铁水成分稳定。铁水温度T≥1250℃，废钢与生铁：11t，总装入量：107t；
S1-3、出钢：出钢温度为1649℃，出钢时控制钢液中0.08wt%≤C≤0.15wt%，P≤0.015wt%；
S1-4、吹氩处理：将步骤S1-3出钢的钢包运输至氩站进行吹氩处理，钢包吹氩总时间≥3min，离站温度≥1580℃，冶炼出钢过程中添加造渣材料200kg/炉，同时配入石灰块300kg；
S2、LF炉精炼：
LF精炼提前调整并全程控制风机转速为330rpm，以肉眼可见水冷烟罩周围微冒白烟为准，下料口和密封口均使用氩气进行密封；
S2-1、将步骤S1-4吹氩处理后获得的钢水送入LF炉进行精炼，并且确保钢水进行LF精炼工艺的到站温度不低于1550℃，进站后接通氩气并进行破渣操作，破渣后钢包送至加热位，通过调整钢包底吹氩气流量的大小使钢水液面呈涌动状态，并且使钢水的液面不裸露于覆盖剂之外，氩气软吹期间严禁补加合金和钙处理，并且缓慢进行氮气搅拌操作；钢水测温1555℃后加入白灰450kg、萤石55kg进行调渣，然后加入电石55kg、铝屑35kg发泡脱氧，送电3分钟化渣后根据到站温度调整挡位直至LF精炼炉中钢水温度≥1560℃，第1次送电时间为7-10分钟，补加扩散脱氧剂直至造出黄白渣为止；
S2-2、当LF精炼炉中钢水温度≥1560℃时，钢水取样，化验钢水中各元素的成分及含量，然后采用少量多次的加入的方法调整铁水中的化学成分，直至除钙元素、钛元素和硼元素之外的化学元素满足ML35TiB-M钢的化学成分及其质量百分比的要求，每次补加合金量小于100Kg，并且每次精炼时间不小于30min；
S2-3、根据ML35TiB-M钢中钛元素和硼元素质量百分比的要求，向步骤S2-2化学成分调整后的铁水中加入钛铁合金、硼铁合金，并送入精炼用碳线调整碳含量；然后，根据ML35TiB-M钢中钙元素质量百分比的要求，本实施例1中钢包内有絮流情况，喂入铁钙线390米/炉，铁钙线喂线速度为3米/秒，开浇包取喂入铁钙线400米数上限；
S3、连铸浇注：浇铸温度为1505℃，过热度控制在25℃~35℃，连铸浇注过程中采用电磁搅拌；连铸浇注速度为2.2m/min，制得铸坯，铸坯断面尺寸为150mm×150mm；
连铸浇注使用塞棒包生产，大包到中间包采用长水口，中间包使用密封盖；中间包到结晶器采用铝碳质浸入式水口，稀土线在结晶器喂入；
中间包覆盖剂使用C≤5.0%的预熔型低碳碱性覆盖剂；
铝碳质浸入式水口的插入深度为100mm；
结晶器保护渣使用方坯Q235保护渣，保护渣必须经过烘烤，黑面操作；
S4、控轧控冷：
S4-1、将步骤S3连铸浇注制备的铸坯进行加热（铸坯自然冷却至室温后重新加热）：预热段加热温度为950℃，加热段加热温度为1060℃，均热段加热温度为1050℃，连铸坯总加热时间2.5h，铸坯加热过程中避免表面脱碳；
S4-2、高压水除鳞：采用单道次多喷头喷水，除鳞水压力18MPa，保证除鳞率≥95%；
S4-3、轧制温度：开轧温度为1040℃，吐丝温度为850℃，采用大变形量轧制，最后两道次轧制减径总变形量为35%；
S4-5、冷却：冷线风机全部关闭，保温罩全部关闭，首段辊道速度为15m/min，后序辊道的速度按5%依次递增，制得免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢线材。
将本实施例3中生产的免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢与SWRCH35K钢进行特性对比检测，具体检测项目包括：非金属夹杂物如表1所示，轧材晶粒度等级如表2所示，力学性能如表3所示，冷镦性能对比如表4所示。
（1）非金属夹杂物对比：
非金属夹杂物测试方法为：分别取不同炉号的正常冶炼炉中冶炼的SWRCH35K试样和ML35TiB-M试样，检测非金属夹杂物A、B、C、D类和DS，具体检测数据如表1所示。
由表1可以看出，本发明制备的ML35TiB-M的夹杂物控制明显优于常规SWRCH35K。
（2）实际晶粒度等级对比：
检测ML35TiB-M钢和SWRCH35K线材的实际晶粒度等级，本实施例1中生产的免退火高强度紧固件用ML35TiB-M钢的晶粒较为均匀，晶粒度等级≥9.0级，横截面晶粒度极差≤1.0级，较常规SWRCH35K钢整体提高1级，晶粒度检测数据如表2所示。
（3）力学性能对比：
对ML35TiB-M钢和SWRCH35K钢的力学性能进行测试，本实施例1中生产的免退火高强度紧固件用ML35TiB-M钢热轧态抗拉强度Rm：500MPa~525MPa（平均Rm=512 MPa），原始强度较SWRCH35K钢整体降低约60MPa，强度明显降低，塑性提高，有利于冷镦加工，减少冷镦开裂风险，具体检测数据见表3。ML35TiB-M钢经客户试用，冷镦并经调质处理后，抗拉强度Rm为850MPa~900MPa，满足8.8级高强紧固件要求。ML35TiB-M钢力学性能指标较SWRCH35K钢整体优化，综合性能得到提高。
（4）冷镦性能对比：
对ML35TiB-M钢和SWRCH35K钢的线材试样冷顶锻性能进行测试，具体数据见表4。ML35TiB-M钢冷顶锻1/3不出现开裂情况，性能优于SWRCH35K钢。
本发明生产的免退火高强度紧固件用ML35TiB-M钢用于8.8级高强度紧固件的生产，可省去冷镦前的退火工艺，在加工中不出现开裂，符合低成本、绿色节能以及产品的性能要求。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢，其特征在于：所述ML35TiB-M冷镦钢的化学成分及其质量百分比为：C：0.32wt%-0.35wt%，Si≤0.15wt%，Mn：0.45wt%-0.55wt%，P≤0.020wt%,S≤0.020wt%，B：0.0010wt%-0.0025wt%，Ti：0.02wt%-0.05wt%，Alt：0.02wt%-0.05wt%，RE＜0.010wt%，Ni≤0.10wt%，Cr≤0.10wt%，Cu≤0.10wt%，N≤0.0070wt%，O≤0.0040wt%，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.一种如权利要求1所述免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、转炉冶炼：
S1-1、原料及造渣材料准备：按照免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢的化学成分及其质量百分比称取原料，原料送入干燥间干燥至少24h，并且原料中的合金原料烘烤至少48h，保证冶炼前原料中含水量不大于0.5%；造渣材料保持干燥状态，造渣材料中水分≤0.5%；
S1-2、铁水装炉制度：铁水：95t±1t，铁水温度T≥1250℃，废钢与生铁：10t~15t，总装入量：105t±2t；
S1-3、出钢：出钢温度为1620℃~1650℃，出钢时控制钢液中0.08wt%≤C≤0.15wt%，P≤0.015wt%；
S1-4、吹氩处理：将步骤S1-3出钢的钢包运输至氩站进行吹氩处理，钢包吹氩总时间≥3min，离站温度≥1580℃，冶炼出钢过程中添加造渣材料200kg/炉，同时配入石灰块200kg~300kg；
S2、LF炉精炼：
S2-1、将步骤S1-4吹氩处理后获得的钢水送入LF炉进行精炼，并且确保钢水进行LF精炼工艺的到站温度不低于1550℃，进站后接通氩气并进行破渣操作，破渣后钢包送至加热位，通过调整钢包底吹氩气流量的大小使钢水液面呈涌动状态，并且使钢水的液面不裸露于覆盖剂之外；钢水测温1550℃~1560℃后加入白灰440kg~450kg、萤石50kg~55kg进行调渣，然后加入电石50kg、铝屑30kg发泡脱氧，送电3分钟化渣后根据到站温度调整挡位直至LF精炼炉中钢水温度≥1560℃，第1次送电时间为7-10分钟，补加扩散脱氧剂直至造出黄白渣为止；
S2-2、当LF精炼炉中钢水温度≥1560℃时，钢水取样，化验钢水中各元素的成分及含量，然后采用少量多次的加入方法调整钢水中的化学成分，直至除钙元素、钛元素、硼元素和稀土元素之外的化学元素满足ML35TiB-M钢的化学成分及其质量百分比的要求，每次补加合金量小于100kg，并且每次精炼时间不小于30min；
S2-3、根据ML35TiB-M钢中钛元素和硼元素质量百分比的要求，向步骤S2-2化学成分调整后的铁水中加入钛铁合金、硼铁合金，并送入精炼用碳线调整碳含量；然后，根据ML35TiB-M钢中钙元素质量百分比的要求，喂入铁钙线250米/炉~400米/炉，铁钙线喂线速度为2.5米/秒~3米/秒；
S3、连铸浇注：浇铸温度为1505℃，过热度控制在25℃~35℃，连铸浇注过程中采用电磁搅拌，稀土线在结晶器喂入，连铸浇注速度为2.0m/min~2.2m/min，自然冷却至室温后制得铸坯；
S4、控轧控冷：
S4-1、将步骤S3连铸浇注制备的铸坯重新加热：预热段加热温度为850℃~950℃，加热段加热温度为1040℃~1060℃，均热段加热温度为1040±20℃，连铸坯总加热时间≥2.5h，铸坯加热过程中避免表面脱碳；
S4-2、高压水除鳞：采用单道次多喷头喷水，除鳞水压力≥18MPa；
S4-3、轧制温度：开轧温度为1020±20℃，吐丝温度为840±10℃，采用大变形量轧制，最后两道次轧制减径总变形量≥35%；
S4-5、冷却：冷却线风机全部关闭，保温罩全部关闭，首段辊道速度为15m/min，后序辊道的速度按5%依次递增，制得免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢线材。
3.根据权利要求2所述免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢的制备方法，其特征在于：在所述步骤S1-1中，所述造渣材料包括白灰、萤石、电石和铝屑。
4.根据权利要求2所述免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢的制备方法，其特征在于：在所述步骤S1-2中，铁水为低硫铁水，低硫铁水中S≤0.020%、P<0.140%，带渣量≤5‰，并且低硫铁水成分稳定。
5.根据权利要求2所述免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢的制备方法，其特征在于：在所述步骤S1-3中，根据钢包的包况提高出钢的终点温度：
当钢包温度≥900℃时，正常出钢；
当钢包温度为750℃-900℃时，出钢的终点温度提高10℃；
当钢包温度为600℃-750℃时，出钢的终点温度提高10℃~20℃；
当钢包温度为500℃-600℃时，出钢的终点温度提高20℃~30℃。
6.根据权利要求2所述免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢的制备方法，其特征在于：在所述步骤S2中，LF精炼提前调整并全程控制风机转速为300rpm~350rpm。
7.根据权利要求2所述免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢的制备方法，其特征在于：在所述步骤S2中，下料口和密封口均使用氩气进行密封。
8.根据权利要求2所述免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢的制备方法，其特征在于：在所述步骤S2-1中，氩气软吹期间严禁补加合金和钙处理，并且缓慢进行氮气搅拌操作。
9.根据权利要求2所述免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢的制备方法，其特征在于：在所述步骤S2-3中，如钢包内有絮流情况，则增加铁钙线喂入量100米/炉~150米/炉。
10.根据权利要求2所述免退火高强紧固件用ML35TiB-M冷镦钢的制备方法，其特征在于：在所述步骤S3中，使用塞棒包生产，大包到中间包采用长水口，中间包使用密封盖；中间包到结晶器采用铝碳质浸入式水口；
中间包覆盖剂使用C≤5.0%的预熔型低碳碱性覆盖剂；
铝碳质浸入式水口的插入深度为90mm±10mm；
结晶器保护渣使用方坯Q235保护渣，保护渣必须经过烘烤，黑面操作。
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