專利名稱：10.9級含鈮非調(diào)質(zhì)冷鐓鋼及其熱軋盤條的軋制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬緊固件用冷鐓鋼領(lǐng)域，尤其涉及一種10. 9級緊固件用非調(diào)質(zhì)冷鐓 鋼及其熱軋盤條的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
高強(qiáng)度螺栓等高強(qiáng)度緊固件的強(qiáng)度水平一般分為8.8、 9.8、 10.9和12.9 四個級別，通常為調(diào)質(zhì)處理的中碳鋼或中碳合金鋼，也有非調(diào)質(zhì)鋼。非調(diào)質(zhì)緊 固件生產(chǎn)工序與調(diào)質(zhì)緊固件生產(chǎn)工序相比，非調(diào)質(zhì)緊固件的生產(chǎn)可省去冷鐓前 的球化退火、減少拉拔次數(shù)和省去冷鐓后的調(diào)質(zhì)熱處理等，這在很大程度上簡 化了生產(chǎn)工序，縮短了生產(chǎn)周期，降低了能源消耗，同時還避免了因熱處理而 造成的表面氧化、脫碳及工件變形等問題，因而具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效 益，
由于髙強(qiáng)度微合金非調(diào)質(zhì)鋼熱軋盤條在冷加工時的硬度較通常的調(diào)質(zhì)鋼的 硬度高，這使得冷加工復(fù)雜形狀的10. 9級螺栓(如凸緣螺栓)時裂紋萌生率 高，而且冷加工模具的壽命有所降低，因此目前微合金非調(diào)質(zhì)鋼制造的螺栓主 要為8.8級、9.8級
《汽車工藝與材料》2007年第11期第43-48頁報道了 一種9. 8級冷作強(qiáng)化 非調(diào)質(zhì)鋼高強(qiáng)度汽車U形螺栓，化學(xué)成分為0.15-0.20%C, 0. 30-0.60%Si， 1. 35-1. 75%Mn， < 0. 030%P，《0. 030%S， 0. 010-0. O療i， 0. 04-0. 07%V。
《特殊鋼》1993年第6期第23-26頁報道了 一種10. 9級冷作強(qiáng)化非調(diào)質(zhì)鋼， 化學(xué)成分為0. 09-0.13%C， 0.17—0. 37%Si， 1. 90-2.確n，《0. 030%P，《0. 030%S, 0. 04-0. O膨,0.08-0.12%V, 0. 001-0. 005%B。該鋼的微合金元素設(shè)計存在以 下缺陷 (1) Ti含量為0. 04-0. 08%, Ti元素容易氧化，加入>0. 04-0.10 %Ti時，會增加鋼中Ti02夾雜物數(shù)量和疲勞裂紋源點，從而降低緊固件的使用壽命； (2) B含量為0. OOl-O. 005%,當(dāng)硼含量若超過0.004%時，則容易出現(xiàn)硼化合 物脆性相；(3) V含量0.08-0.12%，釩元素的加入可提高鋼的強(qiáng)度和韌性，但 加入量大于0.03%以上時，釩元素的加入會降低沖擊韌性，使冷鐓性能降低。并 且受生產(chǎn)技術(shù)水平的限制，線材的冷變形能力差、強(qiáng)度波動大，因而一直沒能 得到工業(yè)化批量生產(chǎn)和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種10. 9級含鈮非調(diào)質(zhì)冷鐓鋼及其熱軋盤 條的軋制方法，該鋼種能提高緊固件用非調(diào)質(zhì)鋼的強(qiáng)度級別和冷加工性能，并 做到合理、均衡地利用資源，采用較少的微合金元素加入量，降低生產(chǎn)成本。
本發(fā)明提供的10.9級含鈮非調(diào)質(zhì)冷鐓鋼，其組分的重量百分比(％)為C 0. 08%-0.14% ， SiO. 03%-0. 35% ， Mnl. 80%-2. 30% , P《0. 025% ， S《0. 015% ， BO. 0005%—0. 003%, TiO. 01%-0. 03%, AlsO. 010%-0. 050%, Nb 0. 02%-0. 04%,其 余為鐵和微量雜質(zhì)。
本發(fā)明的10. 9級含鈮非調(diào)質(zhì)冷鐓鋼熱軋盤條的軋制方法為鋼坯在加熱爐 中加熱后在髙速線材軋機(jī)上進(jìn)行軋制，然后集巻、冷卻、打捆、入庫，其中， 加熱溫度1050-1250C,粗、中軋軋制溫度1000-1050'C,精軋溫度750-830X:， 吐絲溫度730-850'C，吐絲后盤條分兩段控制冷卻，5501C以上以》5iC/s的冷 速快冷，小于550'C以0. l-3匸/s的冷速緩冷。
本發(fā)明主要釆用成分優(yōu)化設(shè)計與低溫控軋控冷有機(jī)結(jié)合的技術(shù)思路，以使 熱軋盤條獲得細(xì)化的粒狀貝氏體組織形貌，即貝氏體型鐵素體基體上分布有M-A 島，島中馬氏體為板條狀，從而具有良好的冷加工性和韌性，以解決傳統(tǒng)非調(diào) 質(zhì)冷鐓鋼盤條的低冷鐓性和低韌性的難題，從而促進(jìn)非調(diào)質(zhì)冷鐓鋼盤條的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。
本發(fā)明鋼的成分設(shè)計是在含碳0. 10%左右的C-Mn系中添加Ti、 B等元素， 同時加入少量的Nb，保證得到合適的強(qiáng)度和軔塑性。本發(fā)明10.9級緊固件用非 調(diào)質(zhì)鋼的化學(xué)成分配比(按重量百分比)為C 0. 08%-0.14%, Si 0. 03%-0. 35%， Mn 1. 80%-2. 30%, P < 0. 025°/。， S < 0. 015%， B 0. 0005%-0. 003%, Ti 0. 01%-0. 03%， Als 0. 010%-0. 050%， Nb 0. 02%-0. 04%,其余為Fe和雜質(zhì)元素。
本發(fā)明的生產(chǎn)工藝流程為轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、爐外精煉、連續(xù)澆注成鋼坯， 高速線材低溫控軋控冷軋制。
高速線材低溫控軋控冷軋制工藝參數(shù)為加熱爐加熱至1050-12501C，精軋 溫度為750-830"，控制冷卻分兩段控制，5501C以上采取^5lC/s的冷速快冷， 小于550'C采取0. l-3t:/s的冷速緩冷。
采用本發(fā)明的化學(xué)成分、工藝流程和高速線材低溫控軋控冷軋制工藝參數(shù), 可獲得細(xì)化的粒狀貝氏體組織，熱軋盤條的IL在750MPa以上，Z在55'/。以上。
下面具體說明技術(shù)方案的內(nèi)容
成分設(shè)計(1)碳含量增加可提高鋼的強(qiáng)度，但不利于冷鐓性能，為兼顧 鋼的強(qiáng)度和冷加工工藝性能，故選擇鋼的含碳量為0.08-0.14%。 (2)硅雖能顯 著提髙鋼的變形抗力，但對冷鐓和冷擠壓極為不利，故硅含量不宜太髙，硅控 制在0.03-0.35%。 (3)錳是增加鋼強(qiáng)度的重要元素，同時也是形成貝氏體組織 最為有效的低成本合金元素之一，本發(fā)明采用了較高的錳含量1. 80-2. 30%。 ( 4 ) 由于本鋼種含B，故須加Ti固N(yùn)。但Ti元素容易氧化，加入>0. 04-0.10訂i時， 會增加鋼中Ti02夾雜物數(shù)量和疲勞裂紋源點，從而降低緊固件的使用壽命，故 本發(fā)明Ti的加入量控制在0. 01%-0. 03%。( 5 )緊固件靠冷鐓成形，要承受70%-80% 的總變形量，因此要求冷鐓鋼有良好的強(qiáng)軔性匹配。鈮、鈦、釩均為微合金化元素，通過其碳氮化物的析出強(qiáng)化和晶粒細(xì)化，均可顯著提髙鋼的強(qiáng)度。但在 提高鋼的韌性方面，鈮的作用最為顯著，因為通過鈮微合金化結(jié)合控軋控冷軋 制工藝細(xì)化晶粒的作用最為顯著，而晶粒細(xì)化是不同強(qiáng)化機(jī)制中唯一的既可提 高強(qiáng)度又能顯著提高鋼材韌性的方法。故本發(fā)明選擇鈮作為微合金化元素，其
合適的含量是0. 02%-0. 04%。同時，Nb+B元素復(fù)合加入能夠顯著提高鋼的灃透 性，促進(jìn)空冷時粒狀貝氏體的生成。(6)硼在晶界可降低晶界原子擴(kuò)散系數(shù)， 從而強(qiáng)化晶界，但硼含量若超過0.004%時，則容易出現(xiàn)硼化合物脆性相，故本 發(fā)明硼含量控制在0. 0005%-0. 0030%。
生產(chǎn)10. 9級含鈮非調(diào)質(zhì)冷鐓鋼熱軋盤條的方法按以下步驟進(jìn)行(1 )冶煉 在轉(zhuǎn)爐或電爐上冶煉、爐外精煉、連續(xù)澆注成鋼坯。(2)控制軋制在加熱爐 中加熱至1050-1250'C。在高速線材軋機(jī)上進(jìn)行軋制，粗、中軋機(jī)采用札制溫度 1000-1050"C控制軋制，精軋機(jī)采用750-830X:低溫控制軋制。吐絲溫度730-850 。C。 (3)控制冷卻分兩段控制，55(TC以上釆取》5。C/s的冷速快冷，小于550 'C采取O.l-3'C/s的冷速緩冷。(4)集卷、自然冷卻、打捆、入庫。
通過上述冶煉步驟可獲得合格的札制原料鋼坯。為了軋制工藝的需要和使 碳、氮化物固溶于奧氏體中，軋制時鋼坯加熱溫度按1050-1250'C范圍控制。在 IOOOIC以上完成粗、中軋機(jī)軋制，即基本在奧氏體再結(jié)晶區(qū)完成軋制是為了實 現(xiàn)再結(jié)晶細(xì)化，且現(xiàn)行粗、中軋軋鋼設(shè)備和工藝容易實現(xiàn)。精軋機(jī)采用750-830 "C低溫控制軋制，吐絲溫度730-850'C,有利于進(jìn)一步細(xì)化最終產(chǎn)品的組織。吐 絲后分兩段控制冷卻，即550'C以上采取^5X:/s的冷速快冷，小于550TC釆取 0.1-3t7s的冷速緩冷，是為了保證得到細(xì)化的粒狀貝氏體組織。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的效果及優(yōu)點
本發(fā)明的10.9級含鈮非調(diào)質(zhì)冷鐓鋼熱軋盤條，其力學(xué)性能為R, 770-840MPa, ReL 510-555 MPa， A 16. 5%-20%, Z 60%-65%。采用該熱軋盤條直接改制成 工藝料，在冷鐓機(jī)上冷鐓成型的高強(qiáng)度螺栓性能為Rn 1010-1070 MPa， ReL 990-1030 MPa, A 15%-16. 5 %， Z 58%-64. 5%。本發(fā)明提高了非調(diào)質(zhì)冷鐓鋼的強(qiáng) 度級別至10. 9級，解決了傳統(tǒng)非調(diào)質(zhì)冷鐓鋼熱軋盤條的低冷鐓性和低韌性的難 題，適合于生產(chǎn)冷鐓變形加工量較大的高強(qiáng)度螺栓等高強(qiáng)度緊固件。采用這種 盤條制作10.9級緊固件，直接改制成工藝料，在冷鐓機(jī)上冷鐓成型，工序簡化， 外觀質(zhì)量好，節(jié)省退火和調(diào)質(zhì)熱處理費用，減少污染，避免表面脫碳，提高生 產(chǎn)效率。并且通過采用低溫控軋控冷工藝，使得微合金元素加入量或其它較廉 價的合金元素加入量較少，有利于節(jié)約資源和資源的均衡利用。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明的化學(xué)成分范圍，采用轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、連鑄成140mm方 坯，加熱后，在高線軋機(jī)上進(jìn)行控軋控冷，然后集卷、冷卻、打捆、入庫，具體 實施例如下 實施例1:
選用化學(xué)成分為C-O. 08%、 Si-O. 27%、 Mn-2. 05%、 P-O. 016%、 S-O. 004%、 8-0.0030%、 Ti-O. 030%、 Nb-O. 020%、 Als-O. 018%。釆用轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、 連鑄成140miii方坯。軋制工藝為加熱爐中均熱溫度為1140-122(VC;粗、中軋 軋制溫度1000-1050"C,粗軋、中軋、預(yù)精軋按常規(guī)工藝軋制；精札采用低溫控 制軋制，具體為溫度為750C變形量為60%，變形速率為20/s，形變后在 73(TC吐絲；然后控制冷卻速度為5501C以上采取5.5匸/s的冷速快冷，小于 550'C采取0.5'C/s的冷速緩冷。得到組織為粒狀貝氏體的熱軋線材，力學(xué)性能 為Rm-7麵Pa、 A-20 4、 Z-63%。
實施例2:選用化學(xué)成分為C-0.11%、 Si-O. 20%、 Mn-l. 89%、 P-0. 012%、 S-0. 008%、 B-0. 0015%、 Ti-0. 010%、 Nb-0. 040°/。、 Als-0. 028%。采用轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、 連鑄成140mm方坯。軋制工藝為加熱爐中均熱溫度為1140-12201C;粗、中軋 軋制溫度1000-1050'C，粗軋、中軋、預(yù)精軋按常規(guī)工藝軋制；精軋釆用低溫控 制軋制，具體為溫度為770'C，變形量為55%，變形速率為20/s，形變后在 740'C吐絲；然后控制冷卻速度為550t:以上采取6.0X:/s的冷速快冷，小于 550X:釆取3.0'C/s的冷速緩冷。得到組織為粒狀貝氏體的熱軋線材，力學(xué)性能 為L-810MPa、 A-19%、 Z-60%。
實施例3:
選用化學(xué)成分為C-0.14'/" Si-0.05%、 Mn-l. 80%、 P-0. 006%、 S-O. 010%、 B-O. 0024%、 Ti-O. 020%、 Nb-O. 025%、 Als-0. 032°/,。采用轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、 連鑄成140mm方坯，軋制工藝為加熱爐中均熱溫度為1140-1220X:;粗、中軋 軋制溫度1000-1050"C，粗軋、中軋、預(yù)精軋按常規(guī)工藝軋制；精軋釆用低溫控 制軋制，具體為溫度為790'C，變形量為60%,變形速率為20/s,形變后在 760匸吐絲；然后控制冷卻速度為550^以上采取6. 5XVs快冷，小于550t:采 取1.51C/s的冷速緩冷。得到組織為粒狀貝氏體的熱軋線材，力學(xué)性能為 R -820MPa、 A-17%、 Z-59%。
實施例4:
選用化學(xué)成分為C-0.10%、 Si-0.15%、 Mn-2. 25°/。、 P-0. 025%、 S-0. 009%、 B-0. 0005%、 Ti-0.012%、 Nb-O. 028%、 Als-0. 043°/。。軋制工藝為加熱爐中均熱 溫度為1140-1220TC;粗、中軋軋制溫度1000-1050'C，粗軋、中軋、預(yù)精軋按 常規(guī)工藝軋制；精軋采用低溫控制軋制，具體為溫度為830*C，變形量為60%， 變形速率為20/s，形變后在760t:吐絲；然后控制冷卻速度為5501C以上采取7. 5X:/s的冷速快冷，小于55(TC采取0. 3t:/s的冷速緩冷。得到組織為粒狀貝 氏體的熱軋線材，力學(xué)性能為L一760MPa、 A-22%、 Z-65%。
權(quán)利要求
1、一種10.9級含鈮非調(diào)質(zhì)冷鐓鋼，其特征在于，其組分的重量百分比(％)為C0.08％-0.14％，Si 0.03％-0.35％，Mn 1.80％-2.30％，P≤0.025％，S≤0.015％，B0.0005％-0.003％，Ti0.01％-0.03％，Als0.010％-0.050％，Nb 0.02％-0.04％，其余為鐵和微量雜質(zhì)。
2、 如權(quán)利要求1所述的10.9級含鈮非調(diào)質(zhì)冷鐓鋼，其特征在于，其組分 的重量百分比(％)為CO. 08%-0.10%， SiO. 15%-0.27%, Mn 2. 05%-2. 25 %， P < 0. 025%， S<0. 015%， BO. 0005%-0. 003%，TiO. 012%-0. 030%, Als 0. 022%-0. 045%, Nb 0. 02%-0. 028%,其余為鐵和微量雜質(zhì)。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的10. 9級含鈮非調(diào)質(zhì)冷鐓鋼，其特征在于，其 組分的重量百分比(％)為C 0.10%, Si 0.15%, Mn 2.25%， P< 0.025°/。， S< 0.015%， BO. 0005°/。， Ti0. 012%, Als0. 043%, Nb 0. 028%，其余為鐵和微量雜質(zhì)。
4、 一種如權(quán)利要求1所述的10.9級含鈮非調(diào)質(zhì)冷鐓鋼熱軋盤條的軋制方 法，鋼坯在加熱爐中加熱后在高速線材軋機(jī)上進(jìn)行軋制，然后集巻、冷卻、打 捆、入庫，其特征在于，加熱溫度1050-1250'C,粗、中軋軋制溫度1000-1050 "C,精軋溫度750-830'C，變形量為50-60%,變形速率為20/s，吐絲溫度730-850 C吐絲后盤條分兩段控制冷卻，550匸以上以>51(:/3的冷速快冷，小于550r:以o. l-3x:/s的冷速緩冷。
5、 如權(quán)利要求4所述的10.9級含鈮非調(diào)質(zhì)冷鐓鋼熱軋盤條的軋制方法， 其特征在于，加熱溫度1140-12201C,粗、中軋軋制溫度1000-10501C,精軋溫 度750-790。C，變形量為55-60%，變形速率為20/s，吐絲溫度730-760^C，吐絲 后盤條分兩段控制冷卻，550t:以上以5.0-7. 5t:/s的冷速快冷，小于550C以 0. 3-0. 5X:/s的冷速緩冷。
6、 如權(quán)利要求4或5所述的10. 9級含鈮非調(diào)質(zhì)冷鐓鋼熱軋盤條的軋制方法，其特征在于，加熱溫度11801C,粗、中軋軋制溫度1000-1050t:，精軋溫 度7S0'C，變形量為60%，變形速率為20/s，吐絲溫度730'C,吐絲后盤條分兩 段控制冷卻，550t:以上以7.5XVs的冷速快冷，小于550'C以0. 3X:/s的冷速 緩冷。
全文摘要
本發(fā)明提供10.9級含鈮非調(diào)質(zhì)冷鐓鋼，組分重量百分比(％)C 0.08-0.14％，Si 0.03-0.35％，Mn 1.80-2.30％，P≤0.025％，S≤0.015％，B 0.0005-0.003％，Ti 0.01-0.03％，Als 0.010-0.050％，Nb 0.02％-0.04％，其余為鐵和微量雜質(zhì)。其熱軋盤條的軋制方法為加熱溫度1050-1250℃，粗、中軋溫度1000-1050℃，精軋溫度750-830℃，變形量為50-60％，變形速率為20/s，吐絲溫度730-850℃，吐絲后分兩段控制冷卻，550℃以上以≥5℃/s的冷速快冷，小于550℃以0.1-3℃/s的冷速緩冷。
文檔編號C22C38/14GK101619414SQ20091014428
公開日2010年1月6日 申請日期2009年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月29日
發(fā)明者于同仁, 堅 吳, 維 孫, 強(qiáng) 宋, 完衛(wèi)國, 惠衛(wèi)軍, 汪開忠 申請人:馬鞍山鋼鐵股份有限公司