CN106480373A - 一种9.8级紧固件用非调质冷镦钢盘条及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种9.8级紧固件用非调质冷镦钢盘条，其特征在于成分按重量百分比为：[C]:0.27％～0.32％，[Si]:0.40％～0.60％，[Mn]:1.10％～1.30％，[P]≤0.015％，[S]≤0.010％，[Cr]:0.16％～0.20％，[V]:0.11％～0.15％，[Ti]:0.02％～0.04％，[N]：0.010％-0.018％，不可避免的杂质不高于0.1％，其余为铁。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，涉及一种9.8级紧固件用非调质冷镦钢盘条及其生产方法。
背景技术
通常高强度紧固件(8.8级及以上)采用中碳钢或中低碳合金钢盘条生产，由于中碳钢和低合金钢具有良好的韧性，经球化退火后轻拉的钢丝，具有变形抗力低、冷镦成形好的特点，但冷成形后的钢丝抗拉强度一般不超过700MPa，需要通过调质(淬火-高温回火)处理获得回火索氏体组织，才能达到高强度螺栓所需的力学性能。
采用中碳钢或中低碳合金钢盘条生产高强度紧固件，在冷拔和冷镦成形前，需要进行耗时、耗能的球化退火处理，而在冷拔成形后又需进行调质处理，生产工艺复杂，耗时耗能。因此采用冷作强化型非调质钢盘条来制造高强度螺栓产品可省去冷拔前的球化退火处理和成形后的调质处理，在很大程度上简化了生产工序，缩短了生产周期，降低了能源消耗，同时还避免了因热处理而造成的表面氧化、脱碳及工件变形等问题，因而具有显著的经济效益和社会效益。
非调质冷镦钢是近年来开发的新品种，盘条冷拉前不进行球化退火处理，紧固件冷镦成形后也无需进行调质(淬火高-温回火)处理，只要进行低温时效处理即可达到强韧性俱佳的效果，主要用于代替中碳钢和中低碳合金钢，制造强度级别为8.8级、9.8级以及10.9级甚至12.9级高强度紧固件。目前，冷镦用非调质钢主要分为铁素体-珠光体型、贝氏体型和马氏体型，其中8.8、9.8级紧固件主要用铁素体+珠光体型非调质冷镦钢，10.9级及以上紧固件基本用贝氏体型或马氏体型非调质冷镦钢。
技术方案
本发明所要解决的技术问题是提供了一种9.8级紧固件用非调质冷镦钢盘条，通过合金成分的精确设计、配合冶炼、连铸连轧及线材控轧控冷工艺，实现盘条组织和性能的准确控制，生产的9.8级紧固件用非调质冷镦钢盘条成分均匀,组织为铁素体+珠光体,强度和塑性优良、满足采用非调质工艺生产9.8级高强度紧固件。
本发明的特点为通过成分设计结合生产工艺生产出满足9.8级高强度紧固件用非调质冷镦钢盘条，涉及的盘条的成分为：[C]:0.27％～0.32％，[Si]:0.40％～0.60％，[Mn]:1.10％～1.30％，[P]≤0.015％，[S]≤0.010％，[Cr]:0.16％～0.20％，[V]:0.11％～0.15％，[Ti]:0.02％～0.04％，[N]：0.010％-0.018％，不可避免的杂质不高于0.1％，其余为铁。
这些成分的范围设定理由如下所述：
C含量增加，钢的强度和硬度升高，而塑性和韧性降低，在保证强度的基础上，降低碳含量有利于改善钢的韧性和冷加工性能，因此将碳C控制在0.27％～0.32％。
Si是铁素体形成元素，能显著强化铁素体，增加钢中铁素体体积分数，细化铁素体晶粒，但Si含量过高虽有利于强度的提高，但会使钢的韧性下降，使冷镦成形难度加大，因此在保证抗拉强度条件下，应降低其含量，因此将Si控制在0.40％～0.60％。
Mn是提高非调质钢强度，改善非调质钢韧性的重要合金元素，Mn的强化作用主要表现在随着Mn含量增加，珠光体转变温度不断降低，转变温度降低意味着空冷得到的珠光体团更细小，珠光体片间距更小，珠光体中渗碳片相应减薄，钢的强韧性得到改善；同时钢中珠光体体积分数也随之增加，钢的冷加工性能有所降低，因此将Mn控制在1.10％～1.30％。
磷、硫都是钢中有害杂质元素，磷会在钢中析出脆性很大的Fe3P，使钢在室温下强度提高，脆性增加，即增加钢的冷脆性。硫在铁中几乎不溶解，而与铁形成FeS，FeS与Fe形成低熔点的共晶体，在热加工时由于分布于晶界的共晶体容易融化导致开裂，即增加钢的热脆性。为保证盘条具有良好的性能，要求钢中[P]≤0.015％，[S]≤0.010％，在不造成其他影响的情况下，越低越好。
Cr以固溶强化方式强化铁素体和珠光体，具有细化珠光体片间距的作用，增加钢的强韧性；Cr强烈地降低贝氏体转变温度，促使钢的C曲线右移，并分解为珠光体转变和贝氏体转变两个部分，能有效地提高钢的淬透性，因此将Cr控制在0.16％～0.20％。
V在钢中的作用主要是细化晶粒，通过其碳氮化物质点的弥散析出及V的固溶，极大地提高钢的强韧性，V在钢中除了细化晶粒强化外，还有很强的沉淀强化作用，V的碳化物、氮化物和碳氮化合物生成温度范围比较低，溶解度高，析出范围宽。V在高温下抑制奥氏体晶粒长大的作用比较小，但低温下在铁素体中弥散析出，沉淀强化的贡献最大，因此将V控制在0.11％～0.15％。
Ti在钢中的作用主要是细化晶粒，通过其碳氮化物质点的弥散析出及Ti的固溶，极大地提高钢的强韧性，Ti在钢中除了细化晶粒强化外，还有很强的沉淀强化作用，在Ti-V复合强化钢中，Ti(CN)优先析出，V随后沉淀在Ti的化合上，形成稳定的(TiV)(CN)质点，可得到强韧性良好的非调质钢。由于Ti(CN)优先析出，会占用部分C和N，使随后形成的V(CN)中N贫化，降低沉淀强化效果，所以Ti含量不宜过高，Ti含量过量还会降低钢的韧性，因此将Ti控制在0.02％～0.04％。
N与V元素有很强的亲和力，可形成极为稳定的间隙相，提高钒在钢中的利用率，增加了钒的沉淀强化效果。N在钢中通过改变钒的分布，促进V(CN)的析出，钉扎奥氏体、铁素体晶界，促进晶内铁素体的形成，提高奥氏体、铁素体相变比率，细化铁素体组织，并且使析出相的颗粒尺寸明显减小，从而充分发挥了钒的沉淀强化作用，大幅度提高钢的强度，因此将N控制在0.010％～0.018％。
9.8级高强度紧固件用非调质冷镦钢盘条生产工艺流程：铁水预处理-转炉冶炼-LF炉精炼-大方坯连铸-连轧开坯-线材加热、轧制、控冷。转炉采用双渣法冶炼、挡渣出钢，控制入LF炉P≤0.010％；LF炉造高碱度渣深脱硫，埋弧加热、吹氩，采用V-N合金进行合金化，以提高V和N的收得率，准确控制钢中V、N含量；连铸方坯规格280×380mm，中间包钢水过热度25℃-30℃，电磁搅拌电流400-450A，拉速0.6-0.7m/min；线材轧制采用热机械轧制工艺，线材加热温度1100-1200℃，轧制入精轧800℃-820℃，吐丝温度750℃-780℃，辊道速度6-9m/min，前2～4个保温罩开启，其余保温罩关闭，风机全部关闭，通过采用上述轧制控冷工艺以获得具有细铁素体和退化珠光体组织，该组织具有良好的冷加工性和韧性，满足9.8级高强度非调质紧固件生产要求。
本发明的9.8级紧固件用非调质冷镦钢盘条，可省去紧固件生产冷拔前的退火处理和成形后的调质处理，简化了生产工序，缩短了生产周期，降低了能源消耗，同时还避免了因热处理而造成的表面氧化、脱碳及工件变形等问题，因而具有显著的经济效益和社会效益。
具体实施方式
下面通过一些实施例对本发明进一步说明。
转炉采用双渣法冶炼挡渣出钢，控制入LF炉P≤0.010％；LF炉高碱度渣深脱硫，埋弧加热、吹氩，采用V-N合金进行合金化，以提高V和N的收得率，准确控制钢中V、N含量；连铸方坯规格280×380mm，中间包钢水过热度25℃-30℃，电磁搅拌电流400-450A，拉速0.6-0.7m/min；线材加热温度1150-1200℃，线材轧制入精轧800℃-820℃，吐丝温度750℃-780℃，辊道速度6-9m/min，1#-2#保温罩开启，其余保温罩关闭，风机全部关闭，轧制盘条直径Φ5.5-Φ25mm。
Claims (2)
1.一种9.8级紧固件用非调质冷镦钢盘条，其特征在于成分按重量百分比为：[C]:0.27％～0.32％，[Si]:0.40％～0.60％，[Mn]:1.10％～1.30％，[P]≤0.015％，[S]≤0.010％，[Cr]:0.16％～0.20％，[V]:0.11％～0.15％，[Ti]:0.02％～0.04％，[N]：0.010％-0.018％，不可避免的杂质不高于0.1％，其余为铁。
2.一种根据权利要求1所述的9.8级紧固件用非调质冷镦钢盘条生产方法，其特征在于：包括铁水预处理-转炉冶炼-LF炉精炼-大方坯连铸-连轧开坯-线材加热、轧制、控冷；转炉采用双渣法冶炼、挡渣出钢，控制入LF炉P≤0.010％；LF炉造高碱度渣深脱硫，埋弧加热、吹氩，采用V-N合金进行合金化，中间包钢水过热度25℃-30℃，电磁搅拌电流400-450A，拉速0.6-0.7m/min；线材轧制采用热机械轧制工艺，线材加热温度1100-1200℃，轧制入精轧800℃-820℃，吐丝温度750℃-780℃，辊道速度6-9m/min，前2～4个保温罩开启，其余保温罩关闭，风机全部关闭。
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