專利名稱：10.9級(jí)含硼免球化退火冷鐓鋼盤條及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冷鐓鋼及其生產(chǎn)工藝，尤其涉及一種10. 9級(jí)含硼免球化退火冷鐓鋼及其制造方法，屬于鋼鐵冶金和軋鋼領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
冷鐓鋼主要用于制造螺栓、螺釘、螺母、螺柱、鉚釘?shù)染o固件，廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)械、船舶、鐵路、橋梁、建筑、電子等領(lǐng)域。我國(guó)是冷鐓鋼生產(chǎn)大國(guó)，預(yù)計(jì)2011年全國(guó)冷鐓鋼產(chǎn)量將達(dá)900萬噸，占全世界的35%以上。但目前國(guó)產(chǎn)冷鐓鋼尚存在產(chǎn)品附加值低、生產(chǎn)能耗大、質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，導(dǎo)致市場(chǎng)急需的汽車、航空、高鐵用冷鐓鋼等高端產(chǎn)品仍需大量進(jìn)口，嚴(yán)重制約了我國(guó)相關(guān)行業(yè)的技術(shù)升級(jí)。相比之下，西方發(fā)達(dá)國(guó)家已全面普及了 10.9 級(jí)冷鐓鋼產(chǎn)品。與傳統(tǒng)冷鐓鋼相比，10. 9級(jí)高強(qiáng)度冷鐓鋼可節(jié)省材料30%以上。以ML40Cr為代表的傳統(tǒng)10. 9級(jí)冷鐓鋼在用于緊固件生產(chǎn)之前必須經(jīng)過球化退火，軟化盤條后才能拉拔和冷鐓。球化退火過程消耗大量的能源和資源、污染環(huán)境，而且會(huì)降低成材率、增加生產(chǎn)流程，顯著增加使用成本，估計(jì)每噸鋼的球化退火成本在300元以上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種10. 9級(jí)含硼免球化退火冷鐓鋼盤條，采用該冷鐓鋼盤條制作10. 9級(jí)高強(qiáng)度緊固件，可省略拉拔前的球化退火工藝，起到節(jié)約能源、減少污染、提高成品率、降低使用成本的效果，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案一種10. 9級(jí)含硼免球化退火冷鐓鋼盤條，其特征在于，它包含按重量百分比計(jì)算的如下組分C 0. 23 0. 33%, Si 0. 02 0. 20%, Mn 0. 50 0. 90%, P 彡 0. 025%, S^O. 025%,Al 0. 005 0. 040%、Ti 0. 005 0. 050%、B 0. 0005 0. 0035%、CrO. 58 1. 50%,Ni 0.01 0.05%，以及余量的鐵和雜質(zhì)。優(yōu)選的，它還包含如下組分V 0. 01 0. 05wt%。本發(fā)明的合金設(shè)計(jì)根據(jù)如下C 碳是主要強(qiáng)化元素之一。碳含量過低，則緊固件調(diào)質(zhì)處理后硬度、強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)； 但是如果碳含量過高，則熱軋盤條強(qiáng)度高，塑性低，冷鐓易開裂，同時(shí)冷鐓時(shí)變形抗力大，冷鐓模具壽命低。因此，必須考慮強(qiáng)度和冷鐓性能的平衡，故碳含量應(yīng)控制在0. 23 0. 33%。Si 硅雖然可提高鋼的強(qiáng)度，但同時(shí)也導(dǎo)致冷鐓變形抗力的急劇升高，大幅度提高模具消耗。為降低冷鐓變形抗力，并結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際狀態(tài)，Si的含量控制在0.02 0. 20%。Mn 錳是固溶強(qiáng)化元素，同時(shí)在煉鋼過程中還起到脫氧作用，同時(shí)也可提高淬透性。但過多的錳會(huì)降低盤條的塑性和韌性，因此，錳含量可控制在0. 50 0. 90%。Cr 鉻是固溶強(qiáng)化元素，在鋼中有較大的溶解度，同時(shí)可有效提高淬透性，保證材料淬火后的強(qiáng)度和硬度。此外，鉻在回火處理時(shí)析出碳化物沉淀相，可起到二次硬化的作用。因此，鉻的含量控制在0.50 1.50%。Al 鋁是強(qiáng)脫氧劑，主要用來對(duì)精煉過程進(jìn)行充分脫氧。但過多的鋁容易在連鑄過程中引起水口結(jié)瘤，影響連鑄生產(chǎn)。為此，鋼中全鋁含量可控制在0. 005 0. 040%。Ti 鈦是強(qiáng)固氮元素。加入的鈦和鋼中的自由氮結(jié)合，形成穩(wěn)定的氮化鈦，防止自由氮和硼結(jié)合，Ti/N質(zhì)量比應(yīng)高于3. 3，為此，Ti的含量可控制在0. 005 0. 050%。B:硼可大幅度提高淬透性。鋼中硼只有以固溶形式存在時(shí)才可在淬火時(shí)偏聚在奧氏體晶界，抑制鐵素體形核，從而提高鋼的淬透性。如果硼與鋼中氧、氮形成化合物，就不能起到提高淬透性的作用。因此，將鋼中硼的含量控制在0. 0005 0. 0035%之間是合適的。Ni 鎳有助于提高緊固件的耐腐蝕能力，但過多的M會(huì)提高鋼材成本，本發(fā)明中， Ni含量控制在0. 01 0. 05%。V 釩和鋼中的碳結(jié)合，形成VC，一方面可以提高緊固件成品的耐延遲斷裂能力， 另一方面可以細(xì)化組織，提高綜合性能，V的含量可控制在0. 01 0. 05%。本發(fā)明的另一目的在于提供一種生產(chǎn)前述10. 9級(jí)含硼免球化退火冷鐓鋼盤條的方法，該方法包括依次進(jìn)行的轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、爐外精煉、連鑄、高線控軋、大盤卷線堆冷或斯太爾摩線控冷工序，其特征在于其中(1)在冶煉工序中，出鋼溫度1620 1660°C，出鋼時(shí)用鋁錠脫氧，加入量為2 3 千克/噸鋼；(2)在精煉工序中，合金料的加入順序?yàn)殄i鐵一鉻鐵一鋁錠一鈦鐵一硼鐵；(3)在高線控軋工序中，開軋溫度為880 950°C，吐絲或集卷溫度為850 900 "C ；(4)冷卻工序采用大盤卷線堆冷或斯太爾摩線控冷工藝，若采用大盤卷線上堆冷工藝，則冷速為0. 2 1°C /s，若采用斯太爾摩線控冷工藝，則在吐絲后進(jìn)行控制冷卻，冷卻速度為0.4 3°C /s。按照本發(fā)明生產(chǎn)的10. 9級(jí)含硼免球化退火冷鐓鋼，原始盤條的抗拉強(qiáng)度為540 600MPa，遠(yuǎn)低于ML40Cr (抗拉強(qiáng)度為640 780MPa)，與退火后的ML40Cr相當(dāng)，完全可以省略拉拔前的球化退火過程；斷面收縮率為65 75%，明顯優(yōu)于ML40Cr (斷面收縮率平均為 33% )。由于盤條強(qiáng)度低，裂紋敏感性低，本發(fā)明鋼具有優(yōu)異的冷變形能力，批量進(jìn)行的1/3 冷鐓檢測(cè)的合格率接近100%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于ML40Cr。由于含有一定量的自由硼，本發(fā)明的10. 9級(jí)含硼免球化退火冷鐓鋼具有良好的淬透性，直徑34mm圓棒也能完全淬透，淬火后芯部為接近100 %的馬氏體組織，整個(gè)橫截面的硬度波動(dòng)小于4HRC?；鼗鸷?，材料的抗拉強(qiáng)度為1060 1200MPa，屈服強(qiáng)度為960 llOOMPa，硬度在32 36HRC以上，斷面收縮率為65 72%，伸長(zhǎng)率在12%以上，沖擊功為 160 170J，各項(xiàng)指標(biāo)均完全滿足國(guó)標(biāo)GB/T3098. 1-2000《緊固件機(jī)械性能螺栓、螺釘和螺柱》中對(duì)10. 9級(jí)螺栓的要求。
具體實(shí)施例方式考慮到現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提出了一種免球化退火硼鋼，它主要利用硼增加淬透性、確保淬火性能，同時(shí)減少合金元素，降低熱軋盤條強(qiáng)度和硬度。其中，硼提高淬透性的原因是冷卻過程中，在先共析鐵素體析出之前，硼元素發(fā)生晶界偏聚或析出硼的化合物，降低界面能，抑制鐵素體形核，從而提高淬透性。理論研究表明，5 Sppm的自由硼含量即可滿足淬透性需求，但必須強(qiáng)調(diào)的是，只有自由硼才能起到提高淬透性的作用，因此在硼鋼成分設(shè)計(jì)時(shí)必須固定自由氮，防止形成氮化硼。以下結(jié)合若干較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。實(shí)施例1本實(shí)施例10. 9級(jí)含硼免球化退火冷鐓鋼所含組分及重量百分比為C 0. 25 % ；Si 0. 08 % ；Mn 0. 59 % ；P 0. 0071 % ；S 0. 0048 % ；Al 0. 027 % ；Ti 0. 048 % ；B 0. 0028% ；Cr 1. 03% ；Ni :0. 03%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)元素。盤卷直徑為20mm，其生產(chǎn)過程為電爐冶煉一爐外精煉一連鑄150方坯一高線控軋一大盤卷線堆冷，關(guān)鍵控制參數(shù)為(1)出鋼溫度1630°C，出鋼時(shí)用鋁錠脫氧；(2)精煉時(shí)間45分鐘，按如下順序加入合金錳鐵一鉻鐵一鋁錠一鈦鐵一硼鐵，軟攪拌時(shí)間10分鐘；C3)開軋溫度為930°C，集卷溫度為870°C ； (4)集卷后在大盤卷線上堆冷，冷卻速度為0. 40C /S。實(shí)施例2本實(shí)施例10. 9級(jí)含硼免球化退火冷鐓鋼所含組分及重量百分比為C 0. 27% ；Si 0. 06 % ；Mn 0. 51 % ；P 0. 0069 % ；S 0. 0051 % ；Al 0. 024 % ；Ti 0. 045 % ；B 0. 0024% ；Cr 1. 48% ；Ni :0. 03% ；V :0. 02% ；其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)元素。盤卷直徑為24mm，其生產(chǎn)過程為電爐冶煉一爐外精煉一連鑄150方坯一高線控軋一大盤卷線堆冷，關(guān)鍵控制參數(shù)為⑴出鋼溫度1625°C，出鋼時(shí)用鋁錠脫氧；⑵精煉時(shí)間45分鐘，按如下順序加入合金錳鐵一鉻鐵一鋁錠一鈦鐵一硼鐵，軟攪拌時(shí)間10分鐘；C3)開軋溫度為 940°C，集卷溫度為880°C ； (4)集卷后在大盤卷線上堆冷，冷卻速度為0. 35°C /S。實(shí)施例3本實(shí)施例10. 9級(jí)含硼免球化退火冷鐓鋼所含組分及重量百分比為C 0. 28 % ；Si 0. 20 % ；Mn 0. 76 % ；P 0. 0060 % ；S 0. 0056 % ；Al 0. 018 % ；Ti 0. 021 % ；B 0. 0018% ；Cr 0. 58% ；Ni :0. 04%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)元素。盤卷直徑為12mm，其生產(chǎn)過程為電爐冶煉一爐外精煉一連鑄150方坯一高線控軋一斯太爾摩線上控制冷卻， 關(guān)鍵控制參數(shù)為(1)出鋼溫度1650°C，出鋼時(shí)用鋁錠脫氧；(2)精煉時(shí)間45分鐘，按如下順序加入合金錳鐵一鉻鐵一鋁錠一鈦鐵一硼鐵，軟攪拌時(shí)間10分鐘；(3)開軋溫度為 940°C，集卷溫度為880°C ； (4)集卷后在斯太爾摩線上控制冷卻，冷卻速度為1. 5°C /S。實(shí)施例4本實(shí)施例10. 9級(jí)含硼免球化退火冷鐓鋼所含組分及重量百分比為C 0. 28 % ；Si 0. 11 % ；Mn 0. 76 % ；P 0. 0048 % ；S 0. 0073 % ；Al 0. 013 % ；Ti 0. 035 % ；B 0. 0025% ；Cr 0. 80% ；Ni :0. 02% ；V :0. 03% ；其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)元素。盤卷直徑為12mm，生產(chǎn)過程為電爐冶煉一爐外精煉一連鑄150方坯一高線控軋一斯太爾摩線上控制冷卻，關(guān)鍵控制參數(shù)為(1)出鋼溫度1650°C，出鋼時(shí)用鋁錠脫氧；(2)精煉時(shí)間45分鐘， 按如下順序加入合金錳鐵一鉻鐵一鋁錠一鈦鐵一硼鐵，軟攪拌時(shí)間10分鐘；(3)開軋溫度為940°C，集卷溫度為880°C ； (4)集卷后在斯太爾摩線上控制冷卻，冷卻速度為1. 2V /S。表1列出了實(shí)施例1-4冷鐓鋼原始盤條與傳統(tǒng)10. 9級(jí)冷鐓鋼原始盤條的力學(xué)性能對(duì)比，顯然，本發(fā)明鋼的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于ML40Cr，實(shí)際上已經(jīng)和退火后的ML40Cr處于同一水平，另一方面，本發(fā)明鋼的斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率遠(yuǎn)高于ML40Cr，其組織中含有 50%左右的鐵素體，因此，本發(fā)明鋼具有優(yōu)異的冷變形能力，其1/3冷鐓檢測(cè)的合格率接近 100%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于ML40Cr。在下游客戶的使用過程中可省略拉拔前的球化退火工藝，起到節(jié)約能源、減少污染、提高成品率、降低使用成本的效果，具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。表1本發(fā)明實(shí)施例1-4原始盤條力學(xué)件能與ML40Cr對(duì)比
權(quán)利要求
1.一種10. 9級(jí)含硼免球化退火冷鐓鋼盤條，其特征在于，它包含按重量百分比計(jì)算的如下組分C 0. 23 0. 33%、Si 0. 02 0. 20 %、Mn 0. 50 0. 90 %、P < 0. 025 %、 S^O. 025%,Al 0. 005 0. 040%、Ti 0. 005 0. 050%、B 0. 0005 0. 0035%、CrO. 58 1. 50%,Ni 0.01 0.05%，以及余量的鐵和雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的10.9級(jí)含硼免球化退火冷鐓鋼盤條，其特征在于，它還包含如下組分:V 0. 01 0. 05wt%o
3.如權(quán)利要求1所述10.9級(jí)含硼免球化退火冷鐓鋼盤條的制造方法，包括依次進(jìn)行的轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、爐外精煉、連鑄、高線控軋和冷卻工序，其特征在于(1)在冶煉工序中，出鋼溫度1620 1660°C，出鋼時(shí)用鋁錠脫氧，加入量為2 3千克 /噸鋼；(2)在精煉工序中，合金料的加入順序?yàn)殄i鐵一鉻鐵一鋁錠一鈦鐵一硼鐵；(3)在高線控軋工序中，開軋溫度為880 950°C，吐絲或集卷溫度為850 900°C；(4)冷卻工序采用大盤卷線堆冷或斯太爾摩線控冷工藝，若采用大盤卷線上堆冷工藝， 則冷速為0. 2 1°C /s，若采用斯太爾摩線控冷工藝，則在吐絲后進(jìn)行控制冷卻，冷卻速度為 0. 4 3°C /s。
4.一種10. 9級(jí)含硼免球化退火冷鐓鋼盤條，其特征在于，它包含按重量百分比計(jì)算的如下組分C 0. 23 0. 33%、Si 0. 02 0. 20 %、Mn 0. 50 0. 90 %、P < 0. 025 %、 S^O. 025%,Al 0. 005 0. 040%、Ti 0. 005 0. 050%、B 0. 0005 0. 0035%、CrO. 58 1. 50%,Ni 0.01 0.05%，以及余量的鐵和雜質(zhì)；并且，所述盤條的制造工藝包括依次進(jìn)行的轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、爐外精煉、連鑄、高線控軋和冷卻工序，其中(1)在冶煉工序中，出鋼溫度1620 1660°C，出鋼時(shí)用鋁錠脫氧，加入量為2 3千克 /噸鋼；(2)在精煉工序中，合金料的加入順序?yàn)殄i鐵一鉻鐵一鋁錠一鈦鐵一硼鐵；(3)在高線控軋工序中，開軋溫度為880 950°C，吐絲或集卷溫度為850 900°C；(4)冷卻工序采用大盤卷線堆冷或斯太爾摩線控冷工藝，若采用大盤卷線上堆冷工藝， 則冷速為0. 2 1°C /s，若采用斯太爾摩線控冷工藝，則在吐絲后進(jìn)行控制冷卻，冷卻速度為 0. 4 3°C /s。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的10.9級(jí)含硼免球化退火冷鐓鋼盤條，其特征在于，所述盤條還包含如下組分v 0. 01 0. 05wt%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種10.9級(jí)含硼免球化退火冷鐓鋼盤條及其制造方法。該盤條包含如下組分(wt％)C 0.23～0.33％、Si 0.02～0.20％、Mn 0.50～0.90％、P≤0.025％、S≤0.025％、Al 0.005～0.040％、Ti 0.005～0.050％、B 0.0005～0.0035％、Cr 0.58～1.50％、Ni 0.01～0.05％以及余量的鐵和雜質(zhì)。優(yōu)選的，它還包含0.01～0.05wt％V；其制造方法包括依次進(jìn)行的冶煉、爐外精煉、連鑄、高線控軋和冷卻工序。本發(fā)明盤條具有硬度低、塑性好、冷變形能力強(qiáng)、淬透性好等優(yōu)點(diǎn)，而且制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉。在應(yīng)用本發(fā)明盤條制造緊固件的過程中，可省略拉拔前的球化退火工藝，從而達(dá)到節(jié)約能源、減少污染、提高成品率、降低使用成本的效果。本發(fā)明產(chǎn)品完全滿足10.9級(jí)緊固件的生產(chǎn)和使用要求。
文檔編號(hào)C22C38/54GK102321851SQ20111031107
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月14日
發(fā)明者王世芳, 高利容, 麻晗 申請(qǐng)人:江蘇省沙鋼鋼鐵研究院有限公司