專利名稱：一種免熱處理高強冷鐓鋼及其熱軋棒材的生產(chǎn)方法
技術領域：
本發(fā)明型涉及一種免熱處理高強冷鐓鋼及其熱軋棒材的生產(chǎn)方法，屬于機器零件用結構鋼及制造工藝技術領域。
背景技術：
冷鐓鋼主要用來制作螺栓等緊固件，其碳含量通常為0. 33% 0. 45%。按照常規(guī)軋制工藝技術生產(chǎn)的熱軋冷鐓用鋼，其微觀組織中的珠光體呈片層狀，因而在冷成型前需要進行耗時、耗能的球化退火處理，才能使鋼中的碳化物形態(tài)由片狀改變?yōu)榍驙?。一般情況下，生產(chǎn)廠制造高強度螺栓需要用中碳鋼軋制出的棒材或線材作為原料，熱軋態(tài)原料首先通過球化退火，使材料軟化，再經(jīng)過酸洗、拉拔改制成冷鐓工藝料，然后喂入多工位冷鐓機冷鐓成型并搓絲制成螺栓，最后再經(jīng)過淬火加回火處理，力學性能才能滿足要求。傳統(tǒng)的球化退火處理不僅工藝復雜，生產(chǎn)周期長，消耗大量的能源，而且熱處理容易造成廢品，增加金屬消耗，并污染環(huán)境，生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)成本高。同時制成的螺栓在隨后的熱處理中也經(jīng)常會出現(xiàn)各種熱處理缺陷，使產(chǎn)品的合格率降低，生產(chǎn)成本進一步提高。中國發(fā)明專利99115353. 7，名稱為高速大變形熱軋冷鐓鋼碳化物的球化退火工藝，雖然對傳統(tǒng)球化退火工藝進行了改進，縮短了球化退火時間，但仍需離線球化退火；中國發(fā)明專利 200410103089. 0，名稱為8. 8級高強度冷鐓鋼用熱軋免退火盤條的生產(chǎn)方法，基于高速線材生產(chǎn)線，采用的是熱機械軋制(TMCP)工藝，軋后需冷卻到800 620°C區(qū)間在線保溫相變，保溫時間600 MOOs，該方法雖然實現(xiàn)了冷鐓鋼在線軟化，但冷鐓成的螺栓需經(jīng)調(diào)質(zhì) (淬火加回火)處理，其力學性能才能滿足要求。并且該發(fā)明方法需要在線保溫相變，通常的高速線材生產(chǎn)線很難實現(xiàn)，更不適用于棒材生產(chǎn)線。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種免熱處理高強冷鐓鋼及其熱軋棒材的生產(chǎn)方法，在棒材熱軋生產(chǎn)過程中，通過采用形變誘導鐵素體相變和溫軋相結合的加工方法，直接生產(chǎn)熱軋棒材，冷鐓前不需要退火處理直接冷鐓成形，節(jié)約能源，減少環(huán)境污染，降低生產(chǎn)制作成本，解決背景技術存在的上述問題。本發(fā)明技術方案是
一種免熱處理高強冷鐓用鋼，化學成分按照重量百分比配比如下c :0. 30 0. 40%， Si :0. 15 0. 35%，Mn :0. 70 1. 20% , P ^ 0. 025%, S 彡 0. 025%，其余為 Fe。上述免熱處理高強冷鐓用鋼，所述化學成分配比優(yōu)選如下C :0. 33 0. 38%， Si :0· 18 0. 25%，Mn :0· 80 1. , P ^ 0. 020%, S:彡 0.020%,其余為 Fe。一種上述免熱處理高強冷鐓鋼熱軋棒材的生產(chǎn)方法，包括煉鐵、煉鋼、軋制工序， 軋制工序采用棒材軋制設備，分為粗軋、中軋和精軋工序，粗軋工序采用奧氏體再結晶軋制，中軋和精軋工序采用形變誘導鐵素體相變軋制(DIFT)和溫軋相結合的工藝；形變誘導鐵素體相變(DIFT)是動態(tài)相變，是由形變產(chǎn)生儲存能提高相變驅(qū)動力誘導的相變；相變主要發(fā)生在變形中，這與以往鋼的軋制采用的TMCP相變不同，后者主要發(fā)生在軋后冷卻中； 首先通過形變誘導鐵素體軋制獲取超細鐵素體加短棒狀或顆粒狀碳化物，然后在精軋機組直接進行溫軋，使碳化物在溫軋變形過程中發(fā)生彎折、溶解直至球化并重新分布，從而實現(xiàn)碳化物在線直接球化，使最終冷鐓鋼用熱軋棒材的組織為超細鐵素體加碳化物顆粒；其特別之處是，保證粗軋工序中奧氏體發(fā)生完全再結晶，將鑄態(tài)奧氏體晶粒細化；為保證粗軋工序中奧氏體發(fā)生完全再結晶，粗軋終止溫度在1000°C以上，低于該溫度奧氏體將不能發(fā)生完全再結晶，使最終成品板產(chǎn)生混晶組織，造成鋼的韌性降低；粗軋區(qū)溫度控制在1000 1150°C ；粗軋出來的中間坯經(jīng)水冷進入中軋機組，在中軋機組進行形變誘導鐵素體軋制，中軋區(qū)的溫度控制在760 900°C，累計壓下率大于60%，其主要是為了誘導鐵素體在變形過程中析出，然后再通過水冷，使軋件的溫度降低到650 770°C進行溫軋，溫軋主要是保證動態(tài)珠光體相變和片層狀的碳化物進一步球化；軋后冷卻速度控制在0. 5 70°C /s。按照本發(fā)明的加工方法生產(chǎn)的冷鐓鋼用熱軋棒材，其最終棒材的熱軋態(tài)組織為超細鐵素體加顆粒狀碳化物的復相組織，鐵素體平均晶粒尺寸為3 μ m ；由于鐵素體晶粒細小、均勻，碳化物呈顆粒狀分布，因而具有很高的塑性和韌性。所述軋制工序的工藝參數(shù)控制如下鑄坯在加熱爐中加熱到1080 1180°C后，進行粗軋。本發(fā)明的積極效果是針對熱軋變形過程，采用形變誘導鐵素體軋制和溫軋變形相結合的方法，通過形變與相變的耦合，合理控制軋制工藝參數(shù)，誘發(fā)鐵素體在變形過程中超量析出，碳化物在變形過程中改性，最終得到超細鐵素體加顆粒狀珠光體組織；按本發(fā)明方法軋制出的棒材，不需要退火可直接冷鐓成形，冷鐓性能優(yōu)良，不會因未進行球化退火而開裂；且冷鐓成的螺栓不需要淬火加回火處理，強度就能達到SOOMPa以上，延伸率大于 26%,各項性能指標均優(yōu)于國家標準要求，提高鋼的強度和塑性，節(jié)約能源，減少環(huán)境污染， 降低生產(chǎn)成本。
具體實施例方式以下通過實施例對本發(fā)明作進一步說明
一種免熱處理高強冷鐓用鋼，本發(fā)明提供了一種制造免熱處理高強冷鐓用鋼的配方， 配方中主要合金元素在鋼中的作用分析如下
Mn :Mn主要起固溶強化的作用，Mn還具有降低相變溫度的作用，有助于晶粒細化，所以 Mn是不可缺少的元素。但其含量過多時，會使相變溫度下降過多，組織中將出現(xiàn)貝氏體，降低韌性。本發(fā)明方案中Mn含量控制在0.70 1.20%，通過合理控制碳、錳含量，再加上采用超細晶技術進行軋制，使強度和塑性保持良好的匹配；
Si 在煉鋼時一般作為脫氧劑，但也可作為合金元素。Si進入鐵素體起固溶強化作用， 可顯著提高鋼的抗拉強度和較小程度提高屈服強度，但同時在一定程度上降低鋼的韌性、 塑性，Si同時增加鋼的實效敏感性。上述免熱處理高強冷鐓鋼熱軋棒材的生產(chǎn)方法，特點體現(xiàn)在軋鋼工藝，其碳化物在線直接球化是通過中軋機組的形變誘導鐵素體軋制和精軋機組的溫軋相結合的加工方法實現(xiàn)的。其機理是通過中軋機組的臨界奧氏體區(qū)大形變量軋制，形變誘導出超量的鐵素體晶粒。由于在應力的作用下，奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的溫度升高，所以鐵素體的轉(zhuǎn)變量增加。而未轉(zhuǎn)變奧氏體的平均碳含量隨鐵素體的不斷析出而增加，但鐵素體析出時擴散排除的碳的分布并不均勻，而是高度富集在細小的鐵素體界面和未轉(zhuǎn)變奧氏體的界面，在變形過程中，這些富碳區(qū)析出短棒狀或顆粒狀滲碳體，然后通過后續(xù)精軋機組的溫軋，使碳化物在溫軋變形過程中發(fā)生彎折、溶解直至球化并重新分布，從而實現(xiàn)碳化物在變形過程中直接球化，使最終冷鐓鋼用熱軋棒材的組織為超細鐵素體加碳化物顆粒，從而達到提高鋼的強度和塑性，節(jié)約能源，減少環(huán)境污染，降低生產(chǎn)成本的目的。
各實施例如下
化學成分按重量百分比配比如表1所示
表1本發(fā)明鋼的化學成分，Wt%
\\、. 元索CSiMnPAls實施例10. 3E0. 350. SO0. 0170. 0070. 018實施例20. 360.180. 780.0150. 0060. 020實施例30. 370.150. 900. 0160. 0080. 022實施例40. 400.170.810. 0170. 0080. 019實施例50. 380. 0250. 700. 0190. 0090. 023實施例60. 300. 221.20. 0180. 0070. 020
本發(fā)明所述冷鐓用鋼，按照上述化學成分配比冶煉，經(jīng)鐵水預處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、連鑄保護澆鑄等工藝，進入軋制工序。所述軋制工序的工藝參數(shù)控制如下鑄坯在加熱爐中加熱到1080 1180°C后，進行粗軋、中軋和精軋。粗軋區(qū)溫度控制在1000 1150°C， 累計壓下率大于50%，以確保粗軋在奧氏體再結晶區(qū)軋制；粗軋出來的中間坯經(jīng)水冷進入中軋機組，中軋采用形變誘導鐵素體軋制，中軋區(qū)溫度控制在760 900°C，累計壓下率大于60% ；中軋后的軋件經(jīng)水冷使溫度降低到650 770°C進入精軋機組，在精軋機組進行溫軋，以確保碳化物在溫軋變形過程中發(fā)生彎折、溶解直至球化；軋后冷卻速度控制在0. 5 70°C/s。按上述工藝參數(shù)進行軋制，最終產(chǎn)品組織為超細鐵素體加顆粒狀珠光體，鐵素體晶粒尺寸平均為3 μ m。熱軋棒材在某緊固件廠，不退火直接酸洗、拉拔改制成冷鐓工藝料，然后在多功位冷鐓機上，生產(chǎn)出M14X60成品螺栓。實施例1 6的力學性能如表2所示
權利要求
1.一種免熱處理高強冷鐓用鋼，其特征在于化學成分按照重量百分比配比如下C: 0.30 0.40%，Si :0. 15 0. 35%，Mn :0. 70 1. 20% ,P ^ 0. 025%, S:彡 0.025%，其余為i^e。
2.根據(jù)權利要求1所述之免熱處理高強冷鐓用鋼，其特征在于化學成分配比如下C 0. 33 0. 38%，Si 0. 18 0. 25%, Mn :0. 80 1. ，P 彡 0. 020%, S 彡 0. 020%，其余為i^e。
3.一種用權利要求1或2所限定的免熱處理高強冷鐓鋼熱軋棒材的生產(chǎn)方法，包括煉鐵、煉鋼、軋制工序，軋制工序采用棒材軋制設備，分為粗軋、中軋和精軋工序，粗軋工序采用奧氏體再結晶軋制，中軋和精軋工序采用形變誘導鐵素體相變軋制和溫軋相結合的工藝；其特征在于保證粗軋工序中奧氏體發(fā)生完全再結晶，將鑄態(tài)奧氏體晶粒細化，粗軋終止溫度在1000°c以上，粗軋區(qū)溫度控制在1000 1150°C;粗軋出來的中間坯經(jīng)水冷進入中軋機組，在中軋機組進行形變誘導鐵素體軋制，中軋區(qū)的溫度控制在760 900°C，累計壓下率大于60%，然后再通過水冷，使軋件的溫度降低到650 770°C進行溫軋，溫軋主要是保證動態(tài)珠光體相變和片層狀的碳化物進一步球化；軋后冷卻速度控制在0. 5 70°C /s。
4.根據(jù)權利要求3所述之免熱處理高強冷鐓鋼熱軋棒材的生產(chǎn)方法，其特征在于最終棒材的熱軋態(tài)組織為超細鐵素體加顆粒狀碳化物的復相組織，鐵素體平均晶粒尺寸為 3 μ m0
5.根據(jù)權利要求3或4所述之免熱處理高強冷鐓鋼熱軋棒材的生產(chǎn)方法，其特征在于 鑄坯在加熱爐中加熱到1080 1180°C后，進行粗軋。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種免熱處理高強冷鐓鋼及其熱軋棒材的生產(chǎn)方法，屬于機器零件用結構鋼及制造工藝技術領域。技術方案是在棒材熱軋生產(chǎn)過程中，通過采用形變誘導鐵素體相變軋制和溫軋相結合的加工方法，誘發(fā)鐵素體在變形過程中超量析出，碳化物在變形過程中改性，最終得到超細鐵素體加顆粒狀珠光體組織。采用本發(fā)明方法生產(chǎn)的熱軋棒材，冷鐓前不需要退火處理可直接冷鐓成形，冷鐓性能優(yōu)良，冷鐓成的螺栓也不需要最后的調(diào)質(zhì)(淬火加回火)處理，其產(chǎn)品的各項性能指標均滿足國家標準GB/T3098.1-2000《緊固件機械性能》對8.8級高強度螺栓的要求，節(jié)約了能源，減少了環(huán)境污染，大大降低了生產(chǎn)制作成本。
文檔編號C22C38/04GK102418033SQ20111041160
公開日2012年4月18日 申請日期2011年12月12日 優(yōu)先權日2011年12月12日
發(fā)明者馮運莉, 尹金枝, 李 杰, 李爽, 田薇, 黃曉紅 申請人:河北聯(lián)合大學