專利名稱：可冷加工鋼棒或鋼絲及其生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機械結(jié)構(gòu)鋼棒或鋼絲，它具有改進了的冷加工性能因而被用于生產(chǎn)機械結(jié)構(gòu)零件，如汽車零件及建筑機械零件，本發(fā)明還涉及該鋼棒或絲的生產(chǎn)工藝。
迄今為止，機械結(jié)構(gòu)零件，如汽車零件及建筑機械零件，如螺栓、穩(wěn)定器等一直是通過冷鍛碳素的或合金的機械結(jié)構(gòu)鋼棒或絲生產(chǎn)的。
也就是說，一般先熱軋?zhí)妓氐幕蚝辖鸬臋C械結(jié)構(gòu)鋼。然后，為保證冷加工性能，對軋成的鋼材進行軟化退火，而為提高尺寸精度和使表面光滑，再將其精拉成絲。然后通過冷加工，如冷鍛(比如螺紋軋制)形成成品鋼絲，再經(jīng)淬火-回火以使機械零件具有預(yù)先設(shè)定的強度。
為生產(chǎn)諸如螺栓之類的機械零件，軟化退火是按低溫退火進行的，以便生產(chǎn)冷加工量小的雙頭螺栓等產(chǎn)品，而通過正常退火，則生產(chǎn)六角螺栓等，或通過球化退火以生產(chǎn)冷加工量大的凸緣螺栓等。如上所述，軟化退火是一種高溫長時間的熱處理；因而，它不僅降低生產(chǎn)率而且從節(jié)能的觀點看，對生產(chǎn)成本還有明顯影響。
為減輕軟化退火加在生產(chǎn)上的負荷，對只進行少量冷加工的零件，以降低軟化程度的代價進行低溫短時間(約5小時)的退火。只對冷加工量大的零件進行長時間(約20小時)的球化退火，以使軟化程度達到最大值。當(dāng)以大的冷加工量通過冷鍛制造形狀復(fù)雜的機械零件時，必須通過球化退火使用于制備該機械零件的毛坯件充分軟化，因為若軟化程度不足，則在該零件上形成表面缺陷和裂紋。
當(dāng)欲通過冷加工使鋼棒或絲形成預(yù)定形狀的機械零件時，一般用模具冷鍛此鋼棒或絲。比如，當(dāng)將被冷鍛的鋼材強度下降10kgf/mm2(軟化)，則模具壽命增加了約3-4倍。
從上述觀點可以認為要求通過球化退火使機械結(jié)構(gòu)鋼棒或絲具有盡可能高的軟化程度，而通過冷鍛此軟化的鋼材而形成的具有預(yù)定形狀的機械零件則必須通過熱處理，如淬火-回火而使之強化。
為滿足上述要求，已提出各種建議。
日本未審專利公開No.61-174322提出使中碳結(jié)構(gòu)鋼變軟的方法，按該法，珠光體轉(zhuǎn)變是在高溫下短時間完成的，結(jié)果使鋼軟化。
日本未審專利公開No.58-107146提出生產(chǎn)在熱軋態(tài)時具有改進了的冷鍛性能和機加工性能的鋼棒和絲，其中該鋼作為基礎(chǔ)成份，含(％重量)0.10-0.50％C、0.10-0.50％Si、0.3-1.8％Mn、并采了0.0002-0.005％的B，其中還限定了軋制條件及后續(xù)的冷卻條件。
上述常規(guī)技術(shù)通過使鋼軟化改進了冷鍛性能。
但，為進一步提高生產(chǎn)率尚需軟化程度更高和冷加工性能更好的機械結(jié)構(gòu)鋼的棒或絲。
本發(fā)明的目的在于提供一種與常規(guī)球化退火鋼材相比具有高軟化程度，良好的淬透性和改進的冷加工性能的機械結(jié)構(gòu)鋼的棒或絲，并提供該鋼材的生產(chǎn)工藝。
為形成鋼的可與淬透性相匹配的冷加工性能，本發(fā)明人研究了低Si含量的含硼鋼，然后得到下述新結(jié)果。
當(dāng)使化學(xué)成份在某一選定范圍內(nèi)的低Si的含硼鋼經(jīng)受低溫軋制和緩慢冷卻時，就形成了特殊的Fe-B-C碳化物(硼碳化物)，因而這類鋼有如下性能(1)珠光體份額明顯減少；(2)析出粒狀(球狀)碳化物；(3)鐵素體組織明顯細化。
當(dāng)具有上述組織的鋼材經(jīng)受球化處理時，(1)單位面積中的碳化物的數(shù)量少；而且球化退火后的碳化物之間的間距寬；(2)得到其中的基體鐵素體晶體細的組織。結(jié)果，獲得了強度低、具有改進冷加工性能和優(yōu)良淬透性的鋼的棒或絲。
本發(fā)明在這些發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上提出如下的要點(1)-(12)。
即，第一發(fā)明提供以下(1)-(4)。
(1)有優(yōu)良冷加工性能的機械結(jié)構(gòu)鋼的棒或絲，它含有(％重量)0.1-0.5％C、0.01-0.15％Si、0.2-1.7％Mn、0.0005-0.05％Al、0.005-0.07％Ti、0.0003-0.007％B、0.002-0.02％N及余量的Fe及不可避免的雜質(zhì)，該不可避免的雜質(zhì)包括最多0.02％的P及最多0.003％的O，而且它還具有包含鐵素體和球狀碳化物的顯微組織，鐵素體的晶粒度至少為8級，而單位面積(mm2)中的球狀碳化物數(shù)為最多1.5×106×C％(重量)。
(2)符合(1)項的鋼棒或鋼絲，其中該鋼棒或絲還含0.003-0.15％(重量)的S。
(3)符合(1)或(2)項的鋼棒或絲，其中該鋼棒或絲還含最多為0.8％(重量)的Cr，而Mn和Cr的總量為0.3-1.3％(重量)。
(4)符合(1)-(3)中任一項的鋼棒或絲，其中單位面積(mm2)中的球狀碳化物數(shù)最多為4×105×C％(重量)。
為生產(chǎn)第一發(fā)明的鋼棒或絲，第二發(fā)明提供下述的要點(5)-(8)。
(5)生產(chǎn)具有優(yōu)良冷加工性能的機械結(jié)構(gòu)鋼棒或絲的工藝，它包括如下步驟熱軋含有(％重量)0.1-0.5％C、0.01-0.15％Si、0.2-1.7％Mn、0.0005-0.05％Al、0.005-0.07％Ti、0.0003-0.007％B、0.002-0.02％N及余量的Fe和不可避免雜質(zhì)的鋼，該不可避免雜質(zhì)包括最多0.02％(重量)P和最多0.003％(重量)的O，同時在終軋出口側(cè)將鋼材表面溫度保持為Ar3-Ar3+150℃；在終軋溫度-600℃的溫度范圍內(nèi)，以最高為0.7℃/秒的速率使該熱軋鋼材冷卻，從而使冷至室溫的此鋼材具有包含鐵素體、層狀珠光體和粒狀碳化物的組織，因而層狀珠光體所占的面積比的份額最多為90×C％(重量)，而鐵素體晶粒度為至少JISG0552的9級；然后使該鋼材球化退火。
(6)符合上述(5)的工藝，其中該鋼還含0.003-0.15％(重量)的S。
(7)符合上述(5)或(6)項的工藝，其中該鋼還含最多為0.8％(重量)的Cr，而且Mn和Cr的總量為0.3-1.3％(重量)。
(8)符合上述(5)-(7)中任一項的工藝，其中在終軋溫度-650℃的溫度范圍內(nèi)，以最高0.3℃/秒的速率使此熱軋鋼材冷卻，并且層狀珠光體的面積比的份額最多為65×C％(重量)。
(9)符合上述(1)或(2)項的鋼棒或絲，其中該鋼棒或絲還含(％重量)至少一種選自最多1.5％的Cr、最多3.5％的Ni、最多1.0％的Mo、0.005-0.1％的Nb、0.03-0.4％的V中的元素，而且單位面積(mm2)的球狀碳化物數(shù)最多為7.5×106×C％(重量)。
(10)符合上述(9)項的鋼棒或絲，其中單位面積(mm2)中的球狀碳化物數(shù)最多為2×106×C％(重量)。
(11)符合上述(5)或(6)項的工藝，其中該鋼還含(％重量)至少一種選自最多1.5％的Cr、最多3.5％的Ni、最多1.0％的Mo、0.005-0.1％的Nb及0.03-0.4％的V中的元素，而層狀珠光體所占的面積比份額最多為170×C％(重量)。
(12)符合上述(11)項的工藝，其中在終軋溫度-650℃的溫度范圍內(nèi)，以最高0.3℃/秒的速度使該熱軋鋼材冷卻，并且使層狀珠光體所占的面積比份額最多為120×C％(重量)。


圖1是軋制后的鋼材的顯微照片(2000×)，它是通過低溫軋制含(％重量)0.45C、0.04％Si和0.29％Mn(Ceq=0.52)的鋼，然后使之緩冷而獲得的。
圖2是退火后鋼材的顯微照片，它是通過使圖1中的鋼材經(jīng)球化退火而得的。
圖3是退火后鋼材的顯微照片，它是通過使普通的軋制鋼材球化退火而獲得的。
圖4是說明冷卻狀況的CCT曲線的圖。
圖5是說明鋼的化學(xué)成份、生產(chǎn)條件及抗拉強度間關(guān)系的圖。
本發(fā)明人對于低Si的含B鋼作為下述鋼付出了很大的努力，這種鋼使機械結(jié)構(gòu)鋼的棒或絲的冷加工性能大為改善并保證了高的淬透性。也就是說，按下述方式調(diào)整該鋼的化學(xué)成份。為提高該鋼的冷加工性能，用Al使該鋼脫氧以降低Si含量。此外，為保證淬透性加了B。由于加B可降低Mn含量，故該鋼的冷加工性能可得以提高。本發(fā)明的低Si的含B的碳素鋼和合金鋼是在設(shè)計鋼的化學(xué)成份的基礎(chǔ)上完成的。
為通過球化退火使鋼材高度軟化，使上述的鋼在本發(fā)明中經(jīng)低溫軋制，然后緩慢冷卻。這種處理形成了Fe-B-C的特殊碳化物(硼碳化物)，據(jù)信在該熱軋鋼材的組織中，該碳化物是Fe23(CB)6。在比通常形成Fe3C的更高溫度下形成Fe23(CB)6。結(jié)果，層狀珠光體轉(zhuǎn)變的過冷度下降了，而且使此含B鋼經(jīng)受低溫軋制及后續(xù)的緩冷明顯地減少了層狀珠光體的量。由于珠光體量的減少，在晶界上析出球狀碳化物，而且鐵素體組織明顯細化。
圖1是被軋后鋼材的照片(2000×)，該鋼材是經(jīng)低溫軋制一種含(％重量)0.45％C、0.04％Si和0.29％Mn(Ceq=0.52)的鋼，然后使其緩冷而獲得的。從圖1可見層狀珠光體的量較?。磺驙钐蓟镌诰Ы缟衔龀?；鐵素體組織變細。
當(dāng)對該熱軋鋼材進行球化退火時可以發(fā)現(xiàn)單位面積中的碳化物的數(shù)目變少；球狀碳化物間的間隔變寬；基體中的鐵素體形成了細的組織。
圖2是本發(fā)明的經(jīng)過退火的鋼材的照片(2000×)，該鋼材是使圖1中的鋼經(jīng)球化退火后而得的。
圖3是通過對普通軋制鋼材進行球化退火而獲得的退火鋼材的照片(2000X)，它用于對比。從圖2和3可見在本發(fā)明的退火鋼材中，單位面積中的碳化物數(shù)少；球化退火的碳化物間的間隔變寬；基體中的鐵素體晶粒形成細的組織。
結(jié)果，本發(fā)明的機械結(jié)構(gòu)鋼棒或絲被高度軟化(其強度下降)，從而可使該鋼絲或棒具有極佳的冷加工質(zhì)量。此外，由于加了B使該鋼棒或絲有了改進了的淬透性，所以通過冷加工后的淬火回火，可使該鋼棒或絲的強度得以恢復(fù)。
下面說明限定本發(fā)明鋼的化學(xué)成份的理由。
C對于提高用作機械結(jié)構(gòu)零件的鋼的強度而言是必不可少的元素。當(dāng)C含量小于0.1％(重量)時，成品(機械零件)的強度不足，而C含量大于0.5％(重量)時，該零件的韌性明顯變差。因此將C含量定為0.1-0.5％(重量)。
Si是作為脫氧元素及提高最終產(chǎn)品強度的固溶強化元素而添加的。當(dāng)Si含量小于0.01％(重量)時，Si的作用不足；而當(dāng)其含量大于0.15％(重量)時，鋼的韌性會惡化。此外，為降低鋼中的氧含量，則希望用Al進行強脫氧。因此將Si含量定為0.01-0.15％(重量)。
Mn因提高了鋼的淬透性從而提高最終產(chǎn)品的強度。當(dāng)Mn含量小于0.2％(重量)時，其效果不充分，而Mn含量大于1.7％(重量)時，其效果飽和，并且鋼的韌性明顯變差。因此將Mn含量定為0.2-1.7％(重量)。
Al是作為脫氧元素以及細化晶粒元素而加的。當(dāng)Al含量小于0.0005％(重量)時，該作用不充分，而其大于0.05％時，其作用飽和，并且鋼的韌性變差。因此Al含量被限定為0.0005-0.05％(重量)。
為調(diào)節(jié)晶粒度及通過形成TiN來固定N而加Ti。當(dāng)Ti含量小于0.005％(重量)時，此作用不充分，當(dāng)其含量大于0.07時，其作用飽和，并且鋼的韌性反而變差。因此將Ti含量定為0.005-0.07％(重量)。
在提高鋼材淬透性方面，B和Mn是相類似的元素。此外，在軋制和冷卻時，B形成Fe-B-C的特殊碳化物，結(jié)果B在使球化退火組織變軟方面是有效的元素。當(dāng)B含量小于0.0003％(重量)時不起該作用，而其大于0.007％(重量)時，鋼的韌性較低。因此將B含量限定為0.0003-0.007％(重量)。
N防目奧氏體晶粒變粗，因而通過AlN的析出有助于細化鐵素體-珠光體組織。當(dāng)N含量小0.002％(重量)時，這種作用不佳，而當(dāng)其含量大于0.02％時，鋼的韌性變差。因此將N含量定為0.002-0.02％(重量)。
上述元素是本發(fā)明機械結(jié)構(gòu)鋼棒或絲中的基本組份。
此外，在本發(fā)明中必須限制作為不可避免的雜質(zhì)所含有的P和O。
P在晶界上和鋼材的中心部位形成偏析，從而使鋼的韌性惡化。尤其是當(dāng)P含量大于0.02％(重量)時，韌性的惡化變得十分明顯。因此將P含量限制為不大于0.02％(重量)。
由于O與Al形成使鋼材冷加工性能惡化的Al2O3，所以將O含量限為不大于0.003％(重量)。
本發(fā)明的鋼還可含下述的任選的組份。
S作為MnS存于鋼中，它有助于改善機加工性能和細化組織。S含量若小于0.003％(重量)，這種效果不足。另一方面，S含量大于0.15％(重量)時，這種效果就飽和了，而且鋼的韌性反而變差。各向異性明顯增強。出于上述原因，將S含量限于0.003-0.15％(重量)，以改善機加工性能。
在提高碳鋼的淬透性方面，Cr與Mn相似。而在因固溶強化所引起的硬度上升方面，Cr比Mn差。以最高0.8％(重量)的量取代Mn而加Cr保證了淬透性，同時還提高了冷加工性能。為達到此目的，使Cr和Mn的總量在0.3-1.3％(重量)的范圍內(nèi)是最為合適的。但，如下文所述，當(dāng)提高鋼強度優(yōu)先時，作為固溶強化元素的Cr的上限可為1.5％(重量)。
作為任選的強化元素可添加選自Cr、Ni、Mo、Nb和V中的一或多種元素，以使本發(fā)明的鋼成為合金鋼。
鋼中的Cr同時提高淬透性和因固溶強化而提高其強度。但，Cr含量大于1.5％(重量)使冷加工性能惡化，所以將Cr含量的上限定為1.5％(重量)。
在提高延展性和韌性方面，Ni是有效的元素。當(dāng)加Ni量大于3.5％時，Ni的這種作用就飽和了，而且使冷加工性能變差。由于Ni很貴因而增加鋼的生產(chǎn)成本，所以加Ni量大于3.5％(重量)是不可取的。因此，將Ni含量的上限定為3.5％(重量)。
Mo是提高鋼的淬透性及強度的元素。但，加Mo量大于1.0％(重量)，對強度的提高不明顯，而且Mo是昂貴的元素。因此將Mo含量的上限定為1.0％(重量)。
Nb細化奧氏體晶粒尺寸，而且提高強度。當(dāng)Nb含量小于0.005％(重量)時，得不到Nb的這種作用。加Nb量大于0.1％(重量)則明顯惡化鋼的韌性。因此將Nb含量限于0.005-0.1％(重量)。
V使奧氏體晶粒細化，并提高鋼的強度。V含量小于0.03％(重量)時，得不到V的這種效果。加V量超過0.4％(重量)時，鋼的韌性和冷鍛性能變差。因此將V含量定為0.03-0.4％(重量)。
出于下述理由制定生產(chǎn)本發(fā)明機械結(jié)構(gòu)鋼棒或絲的工藝。
按本發(fā)明，首先進行低溫軋制，該軋制要使鋼材在終軋出口側(cè)的表面溫度落在Ar3-Ar3+150℃的范圍內(nèi)。Ar3是在冷卻時由奧氏體轉(zhuǎn)到鐵素體的轉(zhuǎn)變點。接著在至少為600℃的溫度范圍內(nèi)以最高為0.7℃/秒的冷卻速度使該鋼材冷卻。
當(dāng)使鋼材在終軋出口側(cè)的表面溫度落入Ar3-Ar3+150℃的溫度范圍內(nèi)時，奧氏體晶粒被細化，而因晶界成為了鐵素體的成核位點故促進了鐵素體轉(zhuǎn)變。雖然將表面溫度正好保持在Ar3之上是可取的，但因而實際操作中將該表面溫度保持在剛剛高于Ar3的溫度是困難的，所以將表面溫度的上限定為Ar3+150℃。
當(dāng)鋼材在終軋出口側(cè)時的表面溫度低于Ar3時，該鋼材是在奧氏體和鐵素體的雙相區(qū)中被軋制的。結(jié)果，在軋后不能得到均勻而細的鐵素體-珠光體組織，而且不希望地局部形成針狀的鐵素體-珠光體組織。
如圖4中的CCT曲線所示，當(dāng)在低溫軋制后，鋼材以最高0.7℃/秒的冷卻速度冷卻時，開始冷卻后，立即發(fā)生鐵素體轉(zhuǎn)變，而且如虛線所示，鐵素體轉(zhuǎn)變的開始點向時間短的一側(cè)移動，因而加大了鐵素體的量。結(jié)果，珠光體轉(zhuǎn)變也向時間短的一側(cè)移動，因而轉(zhuǎn)變溫度上升。結(jié)果C的擴散速度加大并形成Fe-B-C的特殊碳化物[Fe23(CB)6]，因而析出一種球狀碳化物。因此，層狀珠光體的數(shù)量明顯減少而鐵素體組織被細化。
鋼材的冷卻速度被定為最高0.7℃/秒。當(dāng)冷卻速度大于0.7℃/秒時，鐵素體-珠光體轉(zhuǎn)變不能進行，因而不能完全形成所需要的組織。更好是將冷卻速度定為最高0.3℃/秒。但，當(dāng)冷卻速度過低時，冷卻所花費的時間就長得不合實際了。
為完成所需的組織轉(zhuǎn)變，鋼材必須在終軋后緩冷，冷卻的溫度范圍是至少600℃，冷卻速度最高為0.7℃/秒。當(dāng)該鋼材以不大于0.3℃/秒的較低冷卻速度冷卻時，此鋼材應(yīng)在終軋后于至少650℃的溫度范圍內(nèi)緩冷。緩冷之后，該鋼材在普通的冷卻條件下冷卻，比如，使其一直冷至室溫。可用公知的方法，如溫水(20-99℃)或鼓風(fēng)使鋼材冷卻。
冷至室溫的組織包含圖1所示的鐵素體、層狀珠光體和碳化物(球狀碳化物)。層狀珠光體的量隨C含量而變。為得到低強度的軋制鋼材，層狀珠光體的量，在冷卻速度為最高0.7℃/秒時必須為不大于90×C％(重量)，在冷卻速度為最高0.3℃/秒時，必須為不大于65×C％(重量)。出于同樣的理由，鐵素體晶粒度(JISG0552)必須為至少9級。
第三發(fā)明的鋼是含有強化元素的合金鋼，而且層狀珠光體的量因受強化元素的影響而增加。當(dāng)該合金鋼以最高0.7℃/秒或最高0.3℃/秒冷卻時，層狀珠光體的以面積比計的量應(yīng)分別為最高170×C％(重量)或120×C％(重量)。
對冷至室溫后的鋼材實施球化退火，以使鋼棒或絲具有包含鐵素體和球狀碳化物的顯微組織。圖2展示了使本發(fā)明的經(jīng)軋制的鋼材施以720℃、20小時的球化退火后得到的顯微組織的典型實例。使該鋼材球化退火所得到的組織的鐵素體晶粒度(按JISG0552)為至少8級，單位面積(mm2)中的球狀碳化物數(shù)目為最多1.5×106×C％(重量)，更好是最多4×105×C％(重量)。當(dāng)鐵素體晶粒度和球狀碳化物數(shù)超出上述范圍時，不能使強度充分下降。
第三發(fā)明的合金鋼中的球狀碳化物數(shù)目因受強化元素的影響而增加。因此本發(fā)明合金鋼中單位面積mm2內(nèi)的球狀碳化物數(shù)為最多達7.5×106×C％(重量)，更好是為最多2×106×C％(重量)。
下面將說明本發(fā)明的機械結(jié)構(gòu)鋼棒或絲的軟化程度。
圖5展示了本發(fā)明鋼和常規(guī)的JIS級鋼的生產(chǎn)條件和抗拉強度間的關(guān)系。圖5中每種鋼的C含量均為0.45％(重量)。此外，本發(fā)明鋼的化學(xué)成份(％重量)為0.45％C、0.04％Si、0.35％Mn、0.0020％B。該JIS級的鋼為JISS45C，其化學(xué)成份為(％重量)0.45％C、0.25％Si、0.80％Mn。
當(dāng)按普通方式熱軋該公知的JIS級鋼并使之冷卻時，其軋材態(tài)時的強度為68kgf/mm2，而球化退火態(tài)時的強度為55kgf/mm2。
當(dāng)按普通方式軋制具有本發(fā)明范圍內(nèi)的化學(xué)成份的鋼并使其冷卻時，其軋材態(tài)時的強度為57kgf/mm2，而球化退火態(tài)時的強度為47kgf/mm2。
與上述過程不同的是，當(dāng)?shù)蜏剀堉破溆斜景l(fā)明范圍內(nèi)的化學(xué)成份的鋼，并使之極慢地冷卻時，其軋材態(tài)下的強度為46kgf/mm2，而其球化退火態(tài)時的強度為39.5kgf/mm2。
從圖5可知，雖然本發(fā)明鋼的C含量為0.45％(重量)，但其經(jīng)球化退火的鋼材的強度低至40kgf/mm2。這就是說，與常規(guī)球化退火鋼材相比，本發(fā)明鋼將軟化程度提高了約30％(強度水平降低約15kgf/mm2)。由于本發(fā)明鋼的淬透性高，所以即使它在退火狀態(tài)下已被軟化，但仍能通過淬火回火保證其作為機械零件時的最終強度。因此，即使高碳鋼材也可冷鍛并可得到高強度的機械零件。此外，由于本發(fā)明的鋼材比常規(guī)的退火鋼材軟得多，所以冷鍛時可使模具壽命大為延長，并可用它生產(chǎn)出甚至形狀復(fù)雜的產(chǎn)品。
在表3中，實施方案1-4分別與上述的(1)-(4)項中的鋼棒或鋼絲的實施方案相對應(yīng)。在表4中，實施方案5與上述第二發(fā)明中的工藝(5)-(7)項中的實施例相對應(yīng)，而實施方案6與上述第二發(fā)明中的工藝(8)項中的實施例相對應(yīng)。
從表3和4可知，符合本發(fā)明的每種退火鋼材都顯示出優(yōu)于對比鋼材的低強度和優(yōu)良的冷鍛性能。
實施例2在表2所示條件下軋制具有表5所示化學(xué)成份的鋼材，并使之冷卻從而得到一種鋼絲。通過將此軋成的鋼材在760-770℃的溫度下加熱3-6小時使之球化退火，然后使之冷卻。檢測所得鋼材的顯微組織和性能，結(jié)果示于表6和7中。本發(fā)明的每種鋼材都呈現(xiàn)出優(yōu)于對比例鋼材的低強度和好的冷鍛性能。通過在用每種鋼材制成的帶缺口的壓縮試塊進行的0.7實際應(yīng)變的壓縮試驗時觀察有無裂紋形成來評價各鋼材的冷鍛性能。標記○和×分別表示無和有裂紋出現(xiàn)。
在表6中，實施方案7和8分別與上述第三發(fā)明的(9)和(10)項中的鋼棒或鋼絲的實施方案相對應(yīng)；在表7中，實施方案9和10分別與上述第4發(fā)明的(11)和(12)項中的實施例相對應(yīng)。
從表6和7可見，符合本發(fā)明的每種退火鋼材呈現(xiàn)出優(yōu)于對比鋼材的低強度和優(yōu)良的冷鍛性能。
表1(重量％)
表2
表3
注S.C+=球狀碳化物T.S.*=抗拉強度EMBD**=實施方案表4
表4(續(xù))
表5(重量％)
表5(續(xù))
表6
注S.C.+=球狀碳化物T.S.*=抗拉強度EMBD**=實施方案表7
表7(續(xù))
本發(fā)明的機械結(jié)構(gòu)鋼棒或絲的軟化程度比常規(guī)的球化退火鋼材高約30％。因此，在冷鍛時模具壽命大為提高，并且可用其經(jīng)冷鍛生產(chǎn)甚至形狀復(fù)雜的機械零件。此外，由于可使高碳鋼材經(jīng)受冷鍛，因而可以得到高強度的機械零件。
權(quán)利要求
1．一種具有優(yōu)良冷加工性能的機械結(jié)構(gòu)鋼棒或絲，它含有(％重量)0.1-0.5％C、0.01-0.15％Si、0.2-1.7％Mn、0.0005-0.05％Al、0.005-0.07％Ti、0.0003-0.007％B、0.002-0.02％N、及余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)，該不可避免的雜質(zhì)包括不大于0.02％的P和不大于0.003％的O，而且它還具有包含鐵素體和球狀碳化物的顯微組織，該鐵素體的晶粒度，按JISG0522，為至少8級，而且每單位面積mm2中的球狀碳化物數(shù)為最多1.5×10-6×C％(重量)。
2．權(quán)利要求1的鋼棒或絲，其中該鋼棒或絲還含0.003-0.15％(重量)的S。
3．權(quán)利要求1或2的鋼棒或絲，其中該鋼棒或絲還含不大于0.8％(重量)的Cr，而Mn和Cr的總含量為0.3-1.3％(重量)。
4．權(quán)利要求1-3中任一項的鋼棒或絲，其中單位面積mm2中的球狀碳化物數(shù)為不大于4×105×C％(重量)。
5．生產(chǎn)具有優(yōu)良冷加工性能的機械結(jié)構(gòu)鋼棒或絲的工藝，它包括熱軋含(％重量)0.1-0.5％C、0.01-0.15％Si、0.2-1.7％Mn、0.0005-0.05％Al、0.005-0.07％Ti、0.0003-0.007％B、0.002-0.02％N及余量的Fe及不可避免雜質(zhì)的鋼，該不可避免雜質(zhì)包括不大于0.02％的P和不大于0.003％的O，同時將最終精軋出口側(cè)的該鋼材的表面溫度保持在Ar3至Ar3+150℃；以不大于0.7℃/秒的冷卻速度，在精軋溫度至600℃的溫度范圍內(nèi)使該熱軋鋼材冷卻，從而使該冷至室溫的鋼材的組織包含鐵素體、層狀珠光體和球狀碳化物，該層狀珠光體的，以面積比計的量為不大于90×C％(重量)，鐵素體晶粒度根據(jù)JISG0522為至少9級；及使該鋼材球化退火。
6．權(quán)利要求5的工藝，其中該鋼還含0.003-0.15％(重量)的S。
7．權(quán)利要求5或6的工藝，其中該鋼含(％重量)不大于0.8％的Cr而Mn和Cr的總含量為0.3-1.3％。
8．權(quán)利要求5-7中任一項的工藝，其中以不大于0.3℃/秒的冷卻速度在精軋溫度至650℃的溫度范圍內(nèi)使該熱軋鋼材冷卻，而且層狀珠光體按面積比計的量為不大于65×C％(重量)。
9．權(quán)利要求1或2的鋼棒或絲，其中該鋼棒或絲還含至少一種選自不大于1.5％(重量)的Cr、不大于3.5％(重量)的Ni、不大于1.0％(重量)的Mo、0.005-0.1％(重量)的Nb及0.03-0.4％(重量)的V的元素，而且單位面積mm2中的球狀碳化物數(shù)為不大于7.5×106×C％(重量)。
10．權(quán)利要求9的鋼棒或絲，其中的單位面積mm2中的球狀碳化物數(shù)為不大于2×106×C％(重量)。
11．權(quán)利要求5或6的工藝，其中該鋼還含(％重量)至少一種選自不大于1.5％的Cr、不大于3.5％的Ni、不大于1.0％的Mo、0.005-0.1％的N和0.03-0.4％的V中的元素，而且按面積比計的，層狀珠光體的量為不大于170×C％(重量)。
12．權(quán)利要求11的工藝，其中以不大于0.3℃/秒的速度在精軋溫度至650℃的溫度范圍內(nèi)使該熱軋鋼材冷卻，從而按面積比計的，層狀珠光體的量不大于120×C％(重量)。
全文摘要
具有至少與常規(guī)的球化退火材鋼材相同的軟化程度,優(yōu)良的淬透性及改進了的冷加工性能的機械結(jié)構(gòu)鋼棒或絲,它含有(重量%)0.1－0.5%C、0.01－0.15%Si、0.2－1.7%Mn、0.0005－0.05%Al、0.005－0.07%Ti、0.0003－0.007%B、0.002－0.02%N及余量的Fe及不可避免的雜質(zhì),該不可避免的雜質(zhì)包括不大于0.02%(重量)的P和不大于0.003%(重量)的O,而且它還具有包括鐵素體和球狀碳化物的顯微組織,該鐵素體的JISG0522鐵素體晶粒度至少為8級,而單位面積mm
文檔編號C21D1/26GK1316018SQ00801290
公開日2001年10月3日 申請日期2000年6月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月30日
發(fā)明者越智達朗, 蟹澤秀雄, 久保田學(xué), 安達鋼治, 關(guān)隆一 申請人:新日本制鐵株式會社