高强度紧固件用非调质冷镦钢及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种高强度紧固件用非调质冷镦钢及其制备工艺。该非调质冷镦钢包含的组分及其重量百分比分别为：Ｃ?０．１５～０．３５％、Ｓｉ≤０．３０％、Ｍｎ?０．８０～１．８０％、Ｃｒ?０．２０～０．８０％、Ａｌ?０．０１～０．１０％、Ｐ≤０．０３５％、Ｓ≤０．０３５％、余量的铁和杂质。该工艺为：制备与上述非调质冷镦钢具有相同组分的铸坯，并将铸坯加热、控轧、集卷、控冷处理，形成成品盘条。本发明专利技术的高强度紧固件用非调质冷镦钢强度适中、塑性好，紧固件冷镦成形时变形抗力低，且生产工艺简洁，可有效节约能源，减少环境污染，降低成本，适于大规模工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属材料
的一种钢材及其制备工艺，尤其涉及一种8. 8级。
技术介绍
紧固件为三大基础零部件之一，其应用量大、面广。2008年我国紧固件产量高达 560万吨，其中最主要的一种产品即是8. 8级高强度紧固件。常见的8. 8级紧固件制造工序 一般为“热轧盘条一球化退火一拉拔一冷镦一调质处理”，其中球化退火和调质处理环节均 需消耗大量能源，并会造成严重环境污染，不仅增加生产成本，而且造成金属材料的损失， 更重要的是，该两个处理环节在制造细长型紧固件时，容易产生热处理变形，影响螺栓的质 量。为此，如何减少和取消生产高强度紧固件用材料的热处理工序一直是业界技术人 员重点研究的方向。经长期研究和实践，人们发现采用非调质处理冷镦钢制造紧固件可有 效简化工艺。具体而言，使用非调质处理冷镦钢制造高强度紧固件仅需“热轧盘条一拉拔一 冷镦一烘烤(或发蓝)处理”等几步简单工序即可完成，从而省去盘条冷拔前的退火处理和 紧固件成形后的调质处理。基于非调质处理冷镦钢的上述优越性能，其已成为冷镦钢研究 领域的热点之一。目前，在日本非调质处理冷镦钢已成功应用于7T和8. 8级别的镦头螺栓，以及9. 8 和10. 9级别双头螺栓和U型螺栓。而在我国，多家钢铁公司也开始尝试开发此类钢种。如马 鞍山钢铁有限公司于公开号为CN1858284A的专利技术专利中提出了一种超细晶非调钢盘条， 其主要成分为0. 10 0. 25% C，彡 0. 08% Si，0. 80 1. 70% Mn,彡 0. 035% P,彡 0. 035% S，微量V、Nb、Ti、Al以及余量的铁。但是，该非调质冷镦钢的成本高昂；且强度波动大，拉拔 减径量少时甚至不达标。又如，上海宝钢于公开号为CN101220439A的专利技术专利中也提出了 一种高强度紧固件用非调质双相冷镦钢，其主要成分为0. 06 0. 15% C，0. 60 0. 90% Si，1. 40 2. 0% Mn, ( 0. 025% P, ( 0. 025% S, ( 0. 04% Al，彡 0. 0060% N。但该钢种存 在冷镦变形抗力大，冷镦模具寿命短，消耗量大等缺点，未能普及推广应用。
技术实现思路
本专利技术目的在于提出一种，该非调质 钢的热轧盘条强度适中、塑性好，紧固件冷镦成形时变形抗力低，可制成强度在SOOMPa以 上(8. 8级)的紧固件，且其生产工艺简洁，无需球化退火和调质热处理工序，可有效节约能 源，减少环境污染，降低成本，从而克服现有技术中的不足。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案—种高强度紧固件用非调质冷镦钢，其特征在于，所述非调质冷镦钢包含的组分 及其重量百分比分别为C 0. 15 0. 35%、Si≤0. 30%, Mn 0. 80 1. 80%、Cr 0. 20 0. 80%, Al 0. 01 0. 10%, P≤0. 035%, S≤0. 035%以及余量的铁和杂质。一种如上所述的高强度紧固件用非调质冷镦钢的制造方法，其特征在于，该方法 为制备具有与所述高强度紧固件用非调质冷镦钢相同组分的铸坯，并将铸坯加热至 900 1150°C，再依次经粗中轧、精轧，轧制形成的线材依次经集卷、速度在4°C/s以下的冷 却处理，形成高强度紧固件用非调质冷镦钢盘条。进一步的讲，精轧过程是在800 950°C的温度条件下进行的，且吐丝温度控制在 800 900"C。该方法中，轧制形成的线材在斯坦尔摩辊道运输线上控制冷却后集卷，或集卷后 在大盘卷运输线上经保温罩延迟冷却，其后打捆，并自然冷却。该方法中，首次按所述高强度紧固件用非调质冷镦钢的组成配制冶炼原料，而后 依次经氧气顶吹转炉或电炉冶炼、炉外精炼、浇铸，形成铸坯。该方法具体包括如下步骤(1)按所述高强度紧固件用非调质冷镦钢的组成配制冶炼原料，并经氧气顶吹转 炉或电炉冶炼、炉外精炼和浇铸操作，形成铸坯；(2)铸坯在加热炉中加热到900 1150°C，经粗中轧后，在800 950°C下精轧，吐 丝温度控制在800 900°C ；(3)轧制形成的线材在斯坦尔摩辊道运输线上控制冷却后集卷，或集卷后整卷在 大盘卷运输线上经保温罩延迟冷却，控制冷却速度在750 550°C区间小于4°C /s ；其后自 然冷却，形成高强度紧固件用非调质冷镦钢盘条。。所述的高强度紧固件用非调质冷镦钢盘条在应用于制造螺栓或螺柱时，其拉拔减 径率在12 40%之间。所述的螺栓或螺柱在制成后，还在200 500°C下烘烤5min 4h。所述螺栓或螺柱的强度在SOOMPa以上。以下详细说明本专利技术高强度紧固件用非调质冷镦钢的组分设计原理C 碳是本专利技术非调质冷镦钢的主要强化元素之一。碳含量过低，则热轧盘条强度 将过低，并使拉拔减径后强度不达标；碳含量过高，则热轧盘条的强度过高、塑性急剧下降， 同时冷镦变形抗力大幅度上升。紧固件冷镦成型时容易发生冷镦开裂，同时模具消耗大幅 度增加。因此，碳含量最好控制在0. 15 0. 35%之间。Si 硅虽然可提高钢的强度，但同时也导致冷镦变形抗力的急剧升高，大幅度提 高模具消耗。因此，为降低冷镦变形抗力，并结合工业生产的实际状态，Si的含量控制在0.30%以下。Mn:锰是固溶强化元素。添加适量的锰可弥补降低碳导致的强度下降。同时，由 于Mn含量增加引起的变形抗力增量远低于碳元素，因此添加Mn避免由添加过多的C所引 起的变形抵抗的增大。考虑热轧盘条和最终拉拔减径后的强度，锰含量适合控制在0. 80 1.80%之间。Cr 铬是固溶强化元素，与Mn的作用相似，一方面弥补降低碳含量导致的强度下 降，另一方面有效降低冷镦变形抗力。此外，由于铬可在烘烤或蓝化处理时析出碳化物的沉 淀相，起着二次硬化的作用。但铬含量过高，冷镦变形抗力增加，同时铬使淬透性增加，给热 轧盘条的控制冷却带来难度。因此，Cr含量最好控制在0. 20 0. 80%之间。Al 铝是炼钢脱氧剂，钢中保持适当含量的酸溶铝，可在盘条热轧时固定钢中自由 氮，形成AlN细小析出相。这有利于细化热轧盘条晶粒尺寸，提高强度和塑性，降低蓝脆危 害，改善冷镦性能。因此根据钢种氮含量，铝含量的控制最小达到A1/N > 2，铝含量高有利 与自由氮的固定。铝含量的控制范围为0.01 0.10%。结合上述组分设计，本专利技术还采用了控轧控冷工艺，从而使生产的非调质冷镦钢 热轧盘条具有铁素体和珠光体双相组织，且其中铁素体晶粒度在9级以上。该热轧盘条的 铁素体珠光体双相组织既可以保证热轧盘条具有一定的强度，同时又有良好的塑性，以保 证拉拔减径后的强度和冷镦性能。以上述非调质冷镦钢热轧盘条制造紧固件的工艺如下酸洗一拉拔一冷镦一烘烤 (或发蓝)处理。以上环节中，拉拔减径量直接关系紧固件的强度和冷镦性能，拉拔减径量 过低，强度不能达到800MPa，而拉拔减径量过高，一方面造成冷镦变形抗力急剧升高，另一 方面将加剧模具磨损和消耗。因此拉拔减径量宜控制在15 35%之间，既满足强度要求， 同时由于包辛格效应，冷镦变形抗力也控制在最低水平。而冷镦成型后烘烤(或发蓝)处 理是非调质冷镦钢制造紧固件后获得合格的保证载荷下永久延伸率的必要工序，烘烤(或 发蓝)处理一般在200 500°C下进行几分钟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度紧固件用非调质冷镦钢，其特征在于，所述非调质冷镦钢包含的组分及其重量百分比分别为：Ｃ　０．１５～０．３５％、Ｓｉ≤０．３０％、Ｍｎ　０．８０～１．８０％、Ｃｒ　０．２０～０．８０％、Ａｌ　０．０１～０．１０％、Ｐ≤０．０３５％、Ｓ≤０．０３５％以及余量的铁和杂质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何毅，周蕾，陈树铭，杨浩，高利容，齐振余，甘望益，峰公雄，
申请(专利权)人：江苏省沙钢钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]