一种耐热兼耐蚀冷镦钢及其热处理方法、生产方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种耐热兼耐蚀冷镦钢及其热处理方法、生产方法和应用，所述耐热兼耐蚀冷镦钢，包括以下化学成分：C、Si、Mn、Cr、Co、Ni、V、N、Se，且33≤V/N≤46，耐蚀系数R值≥3.6；所述耐热兼耐蚀冷镦钢的常温R

【技术实现步骤摘要】
一种耐热兼耐蚀冷镦钢及其热处理方法、生产方法和应用


[0001]本专利技术属于紧固件用钢
，涉及一种耐热兼耐蚀冷镦钢及其热处理方法、生产方法和应用。

技术介绍

[0002]紧固件是我国装备制造业的基础性产业，国内铁路建设保持较快发展，不仅新建铁路和既有线改造为高速动车组、大功率机车、重载货车提供了新的市场需求，而且在役装备的更新换代也为紧固件提供了市场空间。近年来，开发具有特殊性能的高强紧固件用钢是热门课题。
[0003]目前国外在高级别、高等级的紧固件用冷镦钢开发和生产上具有较大优势，目前我国紧固件市场正处于“低端过剩，高端短缺”现状，特别是在航空航天、汽车等领域，国内高强度紧固件实物质量尚不能完全满足使用要求，大量质量可靠的高强度紧固件还需进口。高强度耐热紧固件需要承受高温、交变载荷，要求材料具有高的抗松弛性、足够的强度等性能，其原材料冷镦钢的70％来自进口。
[0004]发动机螺栓的应用环境复杂，如温度场(高/低温)、振动、冷热交替等，发动机正常工作时排气温度一般可达500℃～600℃，进气方式使用涡轮增压的排气温度会更高。在发动机上排气歧管、增压器等部位的连接紧固件有一个共同的要求：耐高温和承受强烈振动，长时间使用也有螺柱或螺栓断裂的风险。此外轿车排气系统中的零件在汽车行驶中，不但外表面需承受高温和大气介质的腐蚀作用，内表面也需承受高温和燃烧废气凝聚液的腐蚀。目前使用的主流材料是SCM435或SNB16，只具有一定的耐热性，不具有耐蚀性，开发兼具耐热性和耐蚀性的新型耐热紧固件用钢迫在眉睫。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种耐热兼耐蚀冷镦钢及其热处理方法、生产方法和应用，所述耐热兼耐蚀冷镦钢的常温R
m
≥960MPa，常温R
p0.2
≥890MPa，A≥15％，Z≥60％，屈强比≥0.90，600℃高温抗拉强度≥475MPa，600℃高温屈服强度≥500MPa，0℃冲击韧性K
V2
≥120J，适用于制作发动机、涡轮机等高温腐蚀环境的高强度螺栓。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0007]一种耐热兼耐蚀冷镦钢，包括以下重量百分比的化学成分：C 0.10％～0.20％、Si 0.10％～0.30％、Mn 0.10％～0.30％、Cr 2.00％～2.30％、Co 0.50％～0.80％、Ni 0.40％～0.60％、V 0.20％～0.40％、N 0.006％～0.010％、Se 0.007％～0.015％、P≤0.015％、S≤0.015％、O≤0.0015％，同时为了保证钢的韧塑性，需控制33≤V/N≤46，其余为Fe和其它不可避免的杂质，其耐蚀系数R值≥3.6，其中，R＝1.3(％Si)+1.2(％Cr)+21.7(％Se)+2.2(％Ni)
‑
1.5(％Ni)(％Ni)。
[0008]所述耐热兼耐蚀冷镦钢热轧态的金相组织为贝氏体+铁素体，其中，贝氏体的体积百分比为70％～90％，晶粒度7
‑
8级；所述耐高温冷镦钢在热处理之后金相组织为回火索氏
体，晶粒度7
‑
8级。
[0009]所述耐热兼耐蚀冷镦钢的常温R
m
≥960MPa，常温R
p0.2
≥890MPa，A≥15％，Z≥60％，屈强比≥0.90，600℃高温抗拉强度≥475MPa，600℃高温屈服强度≥500MPa，0℃冲击韧性K
V2
≥120J。
[0010]所述耐热兼耐蚀冷镦钢的热处理方法，包括以下步骤：
[0011](1)球化退火：线材加热至600℃～650℃保温，而后加热至760℃～800℃保温，再降温至700℃～730℃保温，然后随炉冷却，如果偏离以上球化退火工艺，容易产生球化不足或者渗碳体异常长大现象；
[0012](2)淬火：900℃～950℃淬火，空冷；高于此淬火温度奥氏体开始粗大化，低于此温度各合金元素无法充分溶解；
[0013](3)回火：680℃～720℃回火，随炉冷却，高于此温度析出碳化物开始长大，降低钢的强韧性，低于此温度无法实现充分的固溶强化，达不到所需的高温强度，此外由于发动机排气系统最高瞬间温度高达650℃，所以回火温度必须高于此温度，才能保证材料的各项力学性能在高温环境下使用时不会恶化。
[0014]步骤(1)中，线材加热至600℃～650℃保温2～3h，而后加热至760℃～800℃保温3～6h，再降温至700℃～730℃保温2～4h，然后随炉冷却。
[0015]所述耐热兼耐蚀冷镦钢的生产方法，包括以下步骤：冶炼
→
LF炉精炼
→
RH或VD真空脱气
→
方坯连铸
→
加热
→
线材轧制
→
斯太尔摩冷却线缓冷
→
热处理；所述热处理采用本专利技术所述的热处理方法进行。
[0016]所述冶炼步骤中，采用电弧炉或转炉进行冶炼，出钢时控制留钢时间大于4分钟，并进行挡渣控制，以避免下渣。吹氩站采用底吹氩，且保证吹氩时间大于5分钟，促使夹杂物上浮。
[0017]所述LF炉精炼步骤中，加入精炼剂和还原剂快速造渣，选用CaO
‑
SiO2‑
Al2O3渣系，控制精炼后白渣碱度R在3.5～6.5，以保证吸附夹杂的效果。
[0018]所述RH或VD真空脱气步骤中，软吹时间大于5分钟，充分去渣及去除气体、夹杂，同时保证钢液面不裸露，避免钢液面与空气接触而增氮。
[0019]所述方坯连铸步骤中，连铸时采用电磁搅拌，在结晶器中加入Se线，全程采用保护浇铸，方坯尺寸为140mm
×
140mm～250mm
×
250mm。
[0020]所述加热步骤中，控制连铸方坯加热的均热温度1050～1150℃，如果均热温度低于1050℃，方坯内部无法充分加热，Cr、Co、V等合金元素也不能均匀扩散，造成开坯时设备负担大，且导致钢由于偏析出现性能不均匀；如果高于1150℃，奥氏体晶粒开始变粗大，同时脱碳倾向大大增加。
[0021]所述线材轧制步骤中，控制吐丝温度790～820℃，如果吐丝温度低于790℃，对轧制设备的负担较大；如果高于820℃，难以在斯太尔摩线上完成全部相变，在集卷时大量相变为马氏体组织，造成盘条脆性断裂。
[0022]所述斯太尔摩冷却线缓冷步骤中，控制保温段1#、2#罩盖开，风机开60％～75％，将盘条迅速降温至600℃以下，后面罩盖全关，风机全关，保温时间15～20min，控制盘条冷却速度控制为0.45℃/s以下。这样的缓冷工艺下可得到70％～90％贝氏体的理想组织。
[0023]所述耐热兼耐蚀冷镦钢的直径为Φ5.5～35mm。
[0024]本专利技术还提供了所述耐热兼耐蚀冷镦钢在制作高温腐蚀环境中使用的螺栓中的应用，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐热兼耐蚀冷镦钢，其特征在于，包括以下重量百分比的化学成分：C 0.10％～0.20％、Si 0.10％～0.30％、Mn 0.10％～0.30％、Cr 2.00％～2.30％、Co 0.50％～0.80％、Ni 0.40％～0.60％、V 0.20％～0.40％、N 0.006％～0.010％、Se 0.007％～0.015％、P≤0.015％、S≤0.015％、O≤0.0015％，33≤V/N≤46，其余为Fe和其它不可避免的杂质，其耐蚀系数R值≥3.6，其中，R＝1.3(％Si)+1.2(％Cr)+21.7(％Se)+2.2(％Ni)
‑
1.5(％Ni)(％Ni)。2.根据权利要求1所述的耐热兼耐蚀冷镦钢，其特征在于，所述耐热兼耐蚀冷镦钢热轧态的金相组织为贝氏体+铁素体，其中，贝氏体的体积百分比为70％～90％，晶粒度7
‑
8级；所述耐高温冷镦钢在热处理之后金相组织为回火索氏体，晶粒度7
‑
8级。3.根据权利要求1所述的耐热兼耐蚀冷镦钢，其特征在于，所述耐热兼耐蚀冷镦钢的常温R
m
≥960MPa，常温R
p0.2
≥890MPa，A≥15％，Z≥60％，屈强比≥0.90，600℃高温抗拉强度≥475MPa，600℃高温屈服强度≥500MPa，0℃冲击韧性K
V2
≥120J。4.如权利要求1
‑
3任意一项所述的耐热兼耐蚀冷镦钢的热处理方法，其特征在于，所述热处理方法包括以下步骤：(1)球化退火：线材加热至600℃～650℃保温，而后加热至760℃～800℃保温，再降温至70...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜婷，汪开忠，胡芳忠，张晓瑞，谢钊远，余良其，丁雷，尹德福，何峰，王雅倩，
申请(专利权)人：马鞍山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：