【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于冷镦钢盘条，具体涉及一种13.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条及其制造方法。
技术介绍
1、高强度紧固件可大幅度改善设备的服役环境、提高设备的使用寿命，随着紧固件材料强度的提高，特别是抗拉强度超过1200mpa后，延迟断裂问题变得突出，目前钢厂生产的13.9级高强度紧固件主要在中碳成分基础上添加高cr、ni、mo或微合金成分，结合轧后斯太尔摩风冷调控组织后，再由下游制造企业经过退火提高拉拔及冷镦性能、经过调质达到最终性能等级，例如：cn116288056a公开的一种螺栓用钢及其生产方法和热处理方法，采用中c-si-mn-al-mo-cr-ni-tb成分设计，结合低温吐丝后斯太尔摩线保温冷却，得到珠光体+铁素体+少量贝氏体的组织，再进一步热处理达到强度13.9级和耐延迟断裂性能，但一方面，高合金含量使钢种材料成本较高，减少合金含量或省却合金成分后，斯太尔摩冷却线在持续冷却过程中难以调控组织状态，会造成较大的强度损失；另一方面，热轧冷却后获得的盘条含有硬脆相贝氏体组织，虽然强度得以提升，但塑性显著降低，容易在下游放卷、盘条运输甚至集卷过程中断裂，严重损害成材率，同时还需要进一步热处理，增加了工序、能耗，因此开发13.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条对简化紧固件制造、降低能耗、提高制造效率具有重要意义。
2、目前，国内13.9级非调质型螺栓往往采用热轧圆钢进行毛坯加工、退火、冷镦工序进行生产，不仅生产周期较长且较适用于尺寸较大的螺栓生产，而规格较小、制造相对简单快速且能够适用于小规格螺栓制造的13.9级非调质型螺栓用
3、（1）现有较低级别的非调质冷镦钢盘条还主要通过低中碳成分基础上，添加高合金含量或微合金成分来提高盘条强度，结合控冷中在组织中增加一定量贝氏体或马氏体来进一步提高强度，或增加软相组织来提高塑性，例如：cn118256824a公开的一种12.9级非调质钢热轧盘条及制造方法，采用中c-si-mn-cr-al成分设计，结合吐丝后低温盐浴喷淋淬火和中温盐浴分配热处理，获得以马氏体为主、少量残余奥氏体与回火马氏体的组织，达到抗拉强度为1200mpa以上，但强度还不够高而塑性明显不足，仍存在成材率危害问题，在13.9级螺栓非调质生产过程中需要通过大减面率提强，加剧了拉拔断丝和冷镦开裂风险。
4、（2）以降低材料成本为目的，增加钢种中碳含量、降低合金含量的，例如：专利cn113802063a公开的一种中高碳免调质冷镦钢盘条的生产方法，采用c-si-mn-cr-mo-v-al且c=0.50~0.60的成分设计，结合连铸二冷、低温吐丝、轧后先快后慢冷却获得细珠光体+少量断网状铁素体的金相组织，盘条热轧抗拉强度≥1020mpa，面缩率≥40%，不仅生产周期长且盘条强度明显不足，而继续提高组织中的碳含量，一方面，高碳含量增加了冷却过程中碳化物沿晶界呈网状析出、形成网状碳化物的风险，网状碳化物的存在削弱了晶粒间的联系，破坏了盘条的连续性，会使钢的机械性能尤其是冲击韧性急剧下降，加剧延迟断裂问题，另一方面，高碳含量使贝氏体相变温度变高，通过斯太尔摩风冷线持续冷却获得的贝氏体含量较高，与珠光体孕育后组织应力和位错密度较高，晶粒粗化、珠光体片层厚度的增加会加剧珠光体熔断难度，将严重影响盘条塑韧性能和成材率，在缺口的应力集中部位发生延迟断裂，而控轧控冷过程中随着析出相的粗化也会导致难以发挥微合金强化作用，进而在13.9级螺栓非调质生产过程中，也加剧了拉拔断丝和冷镦开裂风险。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一，本专利技术提供一种13.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条及其制造方法，能够适用于13.9级非调质型螺栓应用，降低拉拔断丝和冷镦开裂风险，提高抗延迟断裂性能，具有良好的工业适应性和应用前景。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、一种13.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条，所述冷镦钢盘条的化学成分及质量百分比包括c：0.70％~0.74%、si：0.15％~0.35%、mn：0.57％~0.77%、cr：0.20％~0.32％、nb：0.026％~0.050%、p≤0.015％、s≤0.015％，其余为fe和不可避免杂质；其显微组织包括体积百分比占80%~86%的回火珠光体、体积百分比≥7%的回火贝氏体，其余为铁素体和熔断珠光体。
4、上述冷镦钢盘条的化学成分及质量百分比设计依据包括：
5、（1）碳：c元素是本专利技术的主要强化元素，在钢中相对其他元素更经济，高碳含量有助于固溶强化和析出强化提供材料的基体强度，但同时增加脱碳风险和渗碳体沿珠光体晶界呈网状分布风险，c元素含量过高，贝氏体相区温度更高、对组织调控不利，因此为了使冷镦钢盘条在免退火免调质工艺下，能通过短时间时效处理达到13.9级紧固件的最终性能等级，便于组织调控且兼顾冷镦钢盘条冷变形性能，c的质量百分比控制为0.70％~0.74%。
6、（2）硅：si元素是钢冶炼时较好的脱氧元素，能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度，抑制首段熔盐控冷的晶粒粗化，对珠光体片层熔断有利，但硅过量会增加非金属夹杂和脱碳风险，对钢的冷塑性变形不利，因此si的质量百分比控制为0.20％~0.35％。
7、（3）锰：mn元素是炼钢过程中良好的脱氧剂和脱硫剂，有固溶强化作用，可以提高钢的淬透性，促进组织经过短暂控冷后易产生贝氏体相变，但在提高钢材强度的同时，mn含量过高会加剧钢坯凝固过程中的偏析，导致钢的均匀性变差，增加钢的过热敏感性和粗晶风险，且mn过高也会带来材料成本的增加，因此mn的质量百分比控制为0.57％~0.77%。
8、（4）铬：cr元素是中强碳化物形成元素，能显著增强基体和钢的淬透能力，促进组织经过短暂控冷后易产生贝氏体相变，延迟珠光体相变，可以细化珠光体片距来提高硬度，但cr过高，在二段熔盐长时间高温下有粗晶风险，会降低材料的塑性和韧性，因此cr的质量百分比控制为0.20％~0.32％。
9、（5）铌：nb元素能通过高温轧制应变诱导析出，带来细化奥氏体晶粒尺寸的效果，同时nb元素可通过在线熔盐二段控冷形成纳米级nbc析出相，提高材料的基体强度，提高经过二段熔盐控冷后材料的抗延迟断裂性能，但nb元素合金成本较高，会增加材料成本，因此nb的质量百分比控制为0.026％~0.050%。
10、（6）磷、硫：p元素和s元素属于杂质元素，越低越好，因此控制p≤0.015％、s≤0.015％。
11、上述冷镦钢盘条采用c-si-mn-cr-nb化学成分设计，用高c减少mn、cr等合金含量，降低材料成本，结合nbc的弥散析出强化基体，相较于现有低中c盘条还含有一定量马氏体或贝氏体硬脆相组织，所述冷镦钢盘条中以回火珠光体为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种13.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条，其特征在于，所述冷镦钢盘条的化学成分及质量百分比包括C：0.70％~0.74%、Si：0.15％~0.35%、Mn：0.57％~0.77%、Cr：0.20％~0.32％、Nb：0.026％~0.050%、P≤0.015％、S≤0.015％，其余为Fe和不可避免杂质；其显微组织包括体积百分比占80%~86%的回火珠光体、体积百分比≥7%的回火贝氏体，其余为铁素体和熔断珠光体。
2.根据权利要求1所述的13.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条，其特征在于，所述回火珠光体的片层间距为150~200nm，所述回火贝氏体的体积百分比为7%~13%，所述铁素体的体积百分比为2%~6%，冷镦钢盘条的网状碳化物为0级。
3.根据权利要求1所述的13.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条，其特征在于，所述冷镦钢盘条的直径为6.0~12.0mm，抗拉强度为1260~1310MPa，断面收缩率为46%~50%。
4.一种13.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，其制造方法包括：按权利要求1所述13.9级非调质型螺栓用冷镦
5.根据权利要求4所述的13.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，所述控轧前，控制钢坯均热温度≤1090℃，均热时间≤2h。
6.根据权利要求4所述的13.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，所述控轧时，控制初轧温度为1030~1070℃，初轧压下量为38%~45%。
7.根据权利要求4所述的13.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，所述控轧时，控制终轧温度≥900℃，终轧压下量为25%~36%，所述吐丝温度为880~920℃。
8.根据权利要求4~7任意一项所述的13.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，所述首段熔盐控冷的熔盐温度为480~520℃，处理时间为5~12s；所述二段熔盐控冷的熔盐温度为580~625℃，处理时间为450~650s。
9.根据权利要求8所述的13.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，所述首段熔盐控冷的熔盐循环量为460~660t/h，熔盐温升≤10℃；所述二段熔盐控冷的熔盐循环量为150~360t/h，熔盐温升≤5℃。
10.根据权利要求8所述的13.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，所述辊道缓冷采用保温辊道的保温罩关闭，控制盘条以0.4~1.5℃/s的冷却速度冷却至350℃以下，随后以0.5~0.7m/s的辊道速度输送至集卷。
...【技术特征摘要】
1.一种13.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条，其特征在于，所述冷镦钢盘条的化学成分及质量百分比包括c：0.70％~0.74%、si：0.15％~0.35%、mn：0.57％~0.77%、cr：0.20％~0.32％、nb：0.026％~0.050%、p≤0.015％、s≤0.015％，其余为fe和不可避免杂质；其显微组织包括体积百分比占80%~86%的回火珠光体、体积百分比≥7%的回火贝氏体，其余为铁素体和熔断珠光体。
2.根据权利要求1所述的13.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条，其特征在于，所述回火珠光体的片层间距为150~200nm，所述回火贝氏体的体积百分比为7%~13%，所述铁素体的体积百分比为2%~6%，冷镦钢盘条的网状碳化物为0级。
3.根据权利要求1所述的13.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条，其特征在于，所述冷镦钢盘条的直径为6.0~12.0mm，抗拉强度为1260~1310mpa，断面收缩率为46%~50%。
4.一种13.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，其制造方法包括：按权利要求1所述13.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条的化学成分控轧生产线材，线材按≥880℃的吐丝温度吐丝为盘条后，进行在线熔盐二段控冷处理，使盘条先经过首段熔盐控冷，以≥35℃/s的冷速降温至贝氏体相区进行短暂相变，再经过二段熔盐控冷，升温至珠光体相区进行等温转变，同时促进贝氏体与珠光体发生高温回火，珠光体片层熔断转变为熔断珠光体，软化基体，nbc弥散析出，最后经过辊道缓冷，制为显微组织包括体积百...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭梦都，胡俊辉，赵小军，张建涛，徐书成，
申请(专利权)人：江苏永钢集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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