一種免退火含硼冷鐓鋼的生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】[0001] 本發(fā)明涉及一種免退火含硼冷鐓鋼的生產(chǎn)方法，屬于冶金工業(yè)生產(chǎn)的金屬材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】[0002] 冷鐓鋼是在室溫條件下，采用一次或多次沖擊加載直接成型生產(chǎn)螺釘、螺母、銷(xiāo)釘?shù)染o 固件或冷鐓成型零部件的一類(lèi)低、中碳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼。它廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、 機(jī)械、建筑、電器等行業(yè)領(lǐng)域。冷鐓鋼冷成型性能好，具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。
[0003] 低碳含硼鋼是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)用于冷成型的新鋼種，其具有以下特點(diǎn)：硼是最有 效的提高淬透性的元素，極微量的硼即能顯著提高鋼的淬透性，可節(jié)約大量昂貴的合金元 素鎳、鉬等，經(jīng)濟(jì)效果明顯。
[0004] 10B21鋼種也可以做10. 8級(jí)的冷鐓鋼，據(jù)《金屬制品》2009年第5期萬(wàn)國(guó)喜等人 的" 10B21高強(qiáng)度冷鐓鋼線材的生產(chǎn)"報(bào)道，10B21鋼的化學(xué)成分為：C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 20% ~ 0. 23%，Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為彡0. 08%，Mn的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0. 80% ~ 1. 00%，A1的質(zhì)量百分 數(shù)為0. 025% ~ 0. 045%，P的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)〈0. 020%，S的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為〈0. 015%，B的 質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為〇. 0010% ~ 〇. 0035%。由于該成分設(shè)計(jì)中不含Ti，實(shí)際生產(chǎn)中鋼中氮元素 與鈦元素結(jié)合生成TiN，因此很難保證鋼中單質(zhì)硼的存在。
[0005] 含硼冷鐓鋼10B21也可以制作8. 8級(jí)的冷鐓鋼，據(jù)《鋼鐵研究》2014年第6期帥 習(xí)元等人的"含硼冷鐓鋼10B21冷鐓開(kāi)裂原因分析"報(bào)道，武鋼10B21鋼的化學(xué)成分為： C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 19% ~ 0. 23%，Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為彡0.25%，Mn的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.65% ~ 0. 90%，P的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)〈0. 020%，S的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為〈0. 020%，B的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0. 0008% ~ 0. 0030%。該成分設(shè)計(jì)中既不含鋁也不含鈦，因此容易引起鋼中B元素的氧化和 氮化，對(duì)硼元素作用的發(fā)揮會(huì)產(chǎn)生影響。
[0006] 據(jù)《金屬熱處理》2013年第7期麻晗等人的"節(jié)能型鋼筋、線材的研發(fā)與生產(chǎn)實(shí)踐" 報(bào)道，江蘇沙鋼的10B21鋼的化學(xué)成分為：C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 19% ~ 0. 23%，Si的質(zhì)量分 數(shù)為彡〇. 10%，Mn的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0. 70% ~ 0. 90%，A1的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0. 03%，P的質(zhì)量 百分?jǐn)?shù)彡 0. 015%，S的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為彡0. 010%，B的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0. 0010%~ 0. 0030%，Ti 的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為< 〇. 04%。該成分設(shè)計(jì)中，B元素的含量波動(dòng)較大，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定會(huì) 產(chǎn)生不利影響。
[0007] 據(jù)張家港聯(lián)峰鋼鐵研究所有限公司于2014年3月12日申請(qǐng)的專利"一種超低硬 度免退火冷鐓鋼生產(chǎn)方法(專利申請(qǐng)?zhí)枮?01410088703. 4)"介紹，該冷鐓鋼的成分設(shè)計(jì)為： C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 19% ~ 0. 22%，Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為彡0. 08%，Mn的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0. 80% ~ 1. 00%，A1的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為彡0. 025%，P的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)彡0. 015%，S的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為 彡0. 010%，B的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為彡0. 0035%，Ti的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.025% ~ 0. 050%。該 成分設(shè)計(jì)中，鋼中鋁含量偏高，成本相對(duì)來(lái)說(shuō)會(huì)高一些。此外，鋼中的s、P元素雖然是有害 元素，但其含量要求過(guò)嚴(yán)，會(huì)較大幅度增加鋼材的成本。
[0008] 雖然含硼冷鐓鋼有淬透性好、成本低的特點(diǎn)，但由于硼元素是一個(gè)敏感元素，其成 分范圍需要較好的確定。鋼中硼含量過(guò)低，達(dá)不到提高鋼材淬透性的作用；硼含量過(guò)高，又 會(huì)使鋼發(fā)脆，鋼材在生產(chǎn)過(guò)程中容易產(chǎn)生裂紋。因此，需要將鋼中硼含量控制在合理的范圍 內(nèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的之一在于提供一種免退火含硼冷鐓鋼線材，采用該線材制作的冷鐓鋼， 具有免球化退火且降低冷鐓鋼模具磨損，低成本、高質(zhì)量的一種免退火含硼冷鐓鋼的生產(chǎn) 方法。
[0010] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案： 一種將免退火含硼冷鐓鋼的成分控制在如下范圍：C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 23% ~ 0. 25%， Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為彡0. 07%，Mn的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0. 80% ~ 1. 00%，Ti的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0. 025% ~ 0. 040%，A1的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為彡0. 020%，P的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)〈0. 025%，S的質(zhì)量百 分?jǐn)?shù)為〈〇. 025%，B的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0. 0010% ~0. 0019%，其余為Fe和不可避免的雜 質(zhì)。
[0011] 一種免退火含硼冷鐓鋼的生產(chǎn)方法，方法如下：原料經(jīng)轉(zhuǎn)爐、爐外精煉、連鑄、高線 車(chē)L制、斯太爾摩線控冷工序，線材熱乳后的抗拉強(qiáng)度為470-530MPa的范圍內(nèi)，斷面收縮率 為58-66%的范圍內(nèi)，硬度70-78HRB。
[0012] 所述線材經(jīng)相應(yīng)的工業(yè)熱處理后，抗拉強(qiáng)度為930-1010MPa，硬度在28-33HRC的 范圍內(nèi)，斷面收縮率多52%，伸長(zhǎng)率多12%，沖擊功多30J，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)8. 8級(jí)甚至9. 8級(jí)螺栓的要求。
[0013] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：既保證了免退火冷鐓鋼的淬透性，又使鋼不容易產(chǎn)生裂紋， 使鋼中硼含量的加入范圍更加合理，將鋼中硼含量的范圍確定為：B的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0. 0010% ~ 0. 0019%。對(duì)比張家港聯(lián)峰鋼鐵研究所有限公司生產(chǎn)的鋼材，碳含量范圍控制不 同，且由于硫、磷含量范圍控制較合理，鋁含量下限較低，不僅滿足了用戶的使用要求，而且 使鋼材的成本降低約70元/噸鋼。此外，線材熱處理后的性能，滿足用戶8. 8級(jí)產(chǎn)品甚至 9. 8級(jí)產(chǎn)品的性能要求。
[0014] 本發(fā)明的合金設(shè)計(jì)方案根據(jù)如下： C :碳是鋼的主要強(qiáng)化元素之一。碳含量過(guò)低，則冷鐓鋼在熱處理后后的強(qiáng)度和硬度低， 但是如果碳含量過(guò)高，則熱乳線材強(qiáng)度高，塑性低，冷墩易開(kāi)裂，且模具壽命低。因此， 綜合考慮，碳含量應(yīng)控制在0. 23~0. 25%。
[0015] Si:硅元素可以降低鋼的硬度，有利于用戶實(shí)現(xiàn)免退火直接拉拔加工線材。因此將 鋼中Si的含量控制在< 0. 07%。
[0016] Mn:錳是固溶強(qiáng)化元素，過(guò)低的錳鋼中Mn/S比低，給鋼的連鑄生產(chǎn)帶來(lái)質(zhì)量隱患， 但過(guò)多的錳會(huì)降低線材的塑性和韌性。因此，錳含量可控制在0.80% ~1. 00%。
[0017] Ti:鈦元素溶于鋼中可提高鋼的強(qiáng)度與韌性，特別是可以固氮，消除鋼中氮元素的 危害，但過(guò)尚會(huì)提尚鋼材的成本，因此將欽兀素控制在：〇. 025% ~ 0. 040%。
[0018] A1:鋁是強(qiáng)脫氧劑，鋁含量越高，則鋼中氧含量越低，鋼材的質(zhì)量越好。將鋁元素控 制在：A1 彡 0? 020%。
[0019] B:雖然含硼冷鐓鋼有淬透性好、成本低的特點(diǎn)，但由于硼元素是一個(gè)敏感元素， 其成分范圍需要較好的確定。鋼中硼含量過(guò)低，達(dá)不到提高鋼材淬透性的作用；硼含量過(guò) 高，又會(huì)使鋼發(fā)脆，鋼材在生產(chǎn)過(guò)程中容易產(chǎn)生裂紋。另外，如果加入鋼中的硼元素被氧化 或氮化，都會(huì)使硼失去淬透性，因此含硼冷鐓鋼要加入鋁元素防止硼被氧化，加入鈦元素以 防止硼元素被氮化。
[0020] 在本鋼種工業(yè)開(kāi)發(fā)前，曾做過(guò)l〇〇kg真空爐冶煉實(shí)驗(yàn)，然后乳制成鋼板，結(jié)果見(jiàn)表 1，4#鋼產(chǎn)生了裂紋?？梢?jiàn)，鋼中硼含量對(duì)鋼的性能有重要影響，含量過(guò)高，就會(huì)使鋼在加工 過(guò)程中容易產(chǎn)生裂紋。
[0021] 對(duì)1#、2#、3#、4#鋼都進(jìn)行了淬透性試驗(yàn)，結(jié)果表明：2#、3#、4#鋼的淬透性達(dá)到 35mm以上，但1#鋼的淬透層只有13mm，因此在生產(chǎn)大規(guī)格線材(直徑>14mm)時(shí)，這樣的硼 含量不能滿足生產(chǎn)要求。
[0022] 綜合考慮，將本鋼種中硼含量控制在0. 0010% ~ 0. 0019%的范圍內(nèi)。
[0023] P :鋼中磷為有害元素，越低越好，但考慮到鋼中磷含量過(guò)低，制造成本增加，因此 要求P的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)〈〇. 025%。
[0024] S:鋼中硫?yàn)橛泻υ?，越低越好，但考慮到鋼中硫含量過(guò)低，制造成本增加，因此 要求S的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)〈0. 025%。
[0025] 本發(fā)明生產(chǎn)前述含硼免退火冷墩鋼線材的方法，該方法包括依次進(jìn)行的轉(zhuǎn)爐、爐 外精煉、連鑄、高線乳制、斯太爾摩線控冷工序，方法步驟如下： (1)在冶煉工序中，轉(zhuǎn)爐出鋼溫度1630-1660°C，出鋼碳含量在0. 06-0. 13%的范圍內(nèi)， 出鋼的磷含量在〇. 009-0. 019%的范圍內(nèi)。
[0026] (2)在精煉工序中，精煉就位溫度在1512-1579°C的范圍內(nèi)，精煉離位溫度在 1564-1607°C的范圍內(nèi)。在煉鋼精煉工位，鋁合金、鈦合金、硼合金在精煉的末期加入，且加 入的順序?yàn)椋合燃尤脘X合金、再加入鈦合金，鋼水吹氬弱攪拌3min后，最后加入硼合金。
[0027] (3)連鑄生產(chǎn)中過(guò)熱度控制在15-25°C之間，拉速在1. 9m/min-2. lm/min之間。
[0028] (4)在高線控乳工序中，開(kāi)乳溫度為980-1010°C，吐絲溫度為860-890°C。
[0029] (5)冷卻工序采用斯太爾摩線控冷工藝，輥道速度在吐絲后進(jìn)行控制冷卻，冷卻速 度為 0. 5_3°C /S。
[0030] 乳制的線材規(guī)格為：5. 5mm <直徑< 20mm。
[0031] 按照本發(fā)明生產(chǎn)的含硼免球化退火冷墩鋼，線材熱乳后的抗拉強(qiáng)度為470_530MPa 的范圍內(nèi)，斷面收縮率為58-66%的范圍內(nèi)，硬度70-78HRB，與張家港聯(lián)峰鋼鐵研究所有限 公司生產(chǎn)的產(chǎn)品性能相