一種緊固件用高淬透性中碳低合金圓鋼及其制造方法與流程

本發(fā)明屬于特種圓鋼制造
技術領域：
，具體涉及一種經(jīng)調質后可滿足65mm規(guī)格緊固件機械性能要求的高淬透性的中碳低合金圓鋼及其制造方法。
背景技術：
：目前市場上的緊固件產(chǎn)品大多均根據(jù)ISO898-1：緊固件機械性能-螺栓、螺釘和螺柱要求進行生產(chǎn)，該標準中表3對緊固件的機械和物理性能提出了非常嚴格的要求，其中的難點有：①鋼材在淬火后芯部馬氏體組織需達到90%以上；②在滿足各強度級別強、硬度范圍的基礎上，還需滿足表面與芯部維氏硬度HV0.3之差≤30HV；③采用與拉伸段為75%緊固件直徑的整體拉伸試樣檢驗強度、延伸率、斷面收縮率等機械性能指標、④在滿足高級別強度、塑性指標的基礎上，滿足-20℃沖擊功Akv2≥27J。這就要求生產(chǎn)緊固件的鋼材具有良好的淬硬性，在淬火時能得到足夠的淬硬層深度，確保馬氏體比例，從而保證最終產(chǎn)品的組織、硬度均勻性與強韌性匹配。緊固件產(chǎn)品規(guī)格越大，對鋼材的淬硬性要求就越高，生產(chǎn)難度也越大。目前，通常采用32CrB4或42CrMo等鋼生產(chǎn)45mm以下規(guī)格緊固件，對≥45mm規(guī)格的緊固件產(chǎn)品，通常采用Mo、Ni等貴重金屬含量更高的40CrNiMo、4140MOD等鋼，否則無法滿足芯部淬火組織、橫截面硬度分布及強韌性匹配要求。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述技術要求，提供一種CrB類中碳低合金圓鋼，取代高Mo、高Ni的40CrNiMo、34CrNiMo6等鋼，可生產(chǎn)最大規(guī)格可達到65mm的，機械性能滿足ISO898-1標準的緊固件，實現(xiàn)成本降低的目的。本發(fā)明解決上述問題所采用的技術方案為：一種緊固件用高淬透性中碳低合金圓鋼，其特征在于：該該圓鋼的化學成分按質量百分比計為C：0.36～0.44%，Si：0.15～0.40%，Mn：0.80～1.00%，Cr：1.00～1.15%，Mo：0.05～0.25%，Ni：0.05～0.25%，Cu：0.05～0.25%，Al：0.015～0.050%，B:0.0010～0.0050%，Ti：0.020～0.050%，余量為Fe及不可避免的雜質元素。圓鋼的直徑最大為65mm，調質處理后機械組織及性能滿足ISO898-1標準要求及其它等同標準中10.9級緊固件要求：淬火態(tài)馬氏體組織含量≥90%，調質后取拉伸試樣檢驗，試樣拉伸段直徑為名義尺寸的75%，圓鋼的屈服強度Rp0.2≥940MPa，抗拉強度Rm滿足1040～1140MPa范圍，延伸率≥9%，斷面收縮率≥48%，二分之一半徑處取Akv2沖擊試樣，-20℃夏比沖擊功≥27J，圓鋼全截面HV0.3硬度320～380HV，全截面硬度差異30HV以內。本發(fā)明圓鋼的化學成分是這樣確定的:C：增加材料淬透性、強度和硬度，但降低塑性和韌性，升高韌脆轉變溫度，本發(fā)明采用中碳含量。本發(fā)明控制其含量為0.36～0.44%。Si：是鋼中的脫氧元素，并以固溶強化形式提高鋼的強度。Si含量低于0.10%時，脫氧效果較差，Si含量較高時降低韌性。本發(fā)明Si含量控制為0.15～0.40%。Mn：是提高鋼淬透性的元素，并起固溶強化作用提高鋼材的強度。但過量的Mn易降低鋼材塑、韌性，為了達到強度、塑性、韌性的匹配，本發(fā)明Mn含量控制在0.80～1.00%。Cr、Mo：增加材料淬透性及強韌性，Mo還具有降低韌脆轉變溫度，抑制回火脆性，提高碳、氮化鈮沉淀強化效果，抑制塊狀鐵素體，阻礙P偏析等作用，但Mo屬于貴金屬，添加量過高會拉高制造成本，因此，本發(fā)明將Cr含量控制在1.00～1.15%，Mo含量控制在0.05～0.25%。Ni：是提高鋼的淬透性并可以顯著改善其低溫韌性的元素，對沖擊韌性和韌脆轉變溫度具有良好的影響。另外，Ni也是貴重金屬，含量過高會增加成本。綜合考慮，本發(fā)明Ni含量控制在0.05～0.25%，有利于達到最優(yōu)的性價比。Cu：可提高鋼材的淬透性。但過高的Cu含量易產(chǎn)生銅脆現(xiàn)象，惡化鋼材的表面性能，本發(fā)明Cu含量為0.05～0.25%。B：是提高鋼的淬透性最為顯著的元素，在本發(fā)明專利中起到了代替貴重金屬Mo、Ni的重要作用，從而實現(xiàn)成本降低，本發(fā)明專利中B含量控制在0.0010～0.0050%。Ti：主要起固氮作用，Ti在連鑄坯凝固前期與N結合，在晶粒內部形成TiN顆粒，從而減少B與N的反應，充分發(fā)揮B提高淬透性的作用，其含量控制在0.020～0.050%。Al：主要是起固氮和脫氧作用。Al與N結合形成的AlN可以有效地細化晶粒，但含量過高會損害鋼的韌性，并且惡化鋼水澆鑄性，本發(fā)明Alt含量控制在0.015-0.050%。本發(fā)明的另一目的是提供上述緊固件用高淬透性中碳低合金圓鋼的制造方法：工藝步驟為冶煉原料依次經(jīng)轉爐冶煉或電爐冶煉、LF精煉、RH脫氣或VD脫氣生產(chǎn)出鋼水，精煉結束后喂入Ti線與硼鐵；鋼水采用15～40℃的低過熱度全程氬氣保護澆注成連鑄坯，連鑄坯經(jīng)300～600℃溫送或入緩冷坑緩冷32小時以上，出坑；將連鑄坯加熱至1200～1250℃，保溫3～10小時，出爐；經(jīng)高壓水除鱗后在1100～1150℃的溫度范圍內開軋，軋成圓鋼棒材；棒材直接進行連續(xù)爐調質處理獲得調質圓鋼；調質后的圓鋼可直接用于加工滿足ISO898-1標準10.9級別螺栓等緊固件。上述調質工藝包括淬火和回火，可在輥底式連續(xù)爐或感應線上進行，在輥底爐上進行時，淬火加熱溫度為840～880℃，在爐時間為60～360min，使用淬火環(huán)水淬；回火加熱溫度為530～620℃，在爐時間為300～600min，出爐后空冷或水冷至室溫；在感應線上進行時，淬火加熱溫度為880～950℃，在爐時間為3～10min，使用淬火環(huán)水淬；回火加熱溫度為600～700℃，在爐時間為3～10min，出爐后空冷或水冷至室溫。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：采用極少量的合金元素B與Ti，代替部分貴重合金元素Mo、Ni來提高鋼棒淬透性，生產(chǎn)最大直徑可達65mm的緊固件產(chǎn)品，在保證滿足ISO898-1標準中鋼材芯部90%以上淬火馬氏體、全截面維氏硬度HV0.3差異≤30HV、-20℃沖擊功Akv2≥27J等機械及物理性能要求的基礎上，顯著降低了產(chǎn)品合金原料的生產(chǎn)成本。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例1中淬火+回火態(tài)芯部組織（100×）；圖2為本發(fā)明實施例2中淬火+回火態(tài)芯部組織（100×）；圖3為本發(fā)明實施例3中淬火+回火態(tài)芯部組織（100×）。具體實施方式以下結合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。實施例1本實施例涉及的緊固件用鋼直徑為64mm，按10.9級緊固件要求進行熱處理，其化學成分按質量百分比計為：C：0.42%，Si：0.25%，Mn：0.95%，Cr：1.10%，Mo：0.10%，Ni：0.12，Cu：0.12%，Al：0.018%,B:0.0020%,Ti：0.025%，余量為鐵及不可避免的雜質元素。工藝流程：主體原料依次經(jīng)電爐冶煉、LF精煉、VD脫氣生產(chǎn)出鋼水，精煉結束后喂入鈦線和硼鐵；鋼水采用15～30℃的低過熱度全程氬氣保護澆注成連鑄坯，連鑄坯緩冷32小時；將連鑄坯加熱至1250℃，保溫4小時出爐；經(jīng)高壓水除鱗后在1150℃的溫度下開軋，軋成圓鋼棒材；棒材在連續(xù)式輥底爐經(jīng)840℃/3小時奧氏體化后采用高壓水淬火環(huán)淬火，再經(jīng)過620℃/6小時回火，出爐后空冷，與目前常規(guī)使用的用于制造大規(guī)格緊固件的40CrNiMo鋼的成分、力學性能及金相組織對比如表1、表2及圖1，可看出本實施例Mo、Ni含量大大降低，貴重金屬添加少同時機械性能、橫截面硬度分布以及芯部金相組織均符合ISO898-1標準要求。表1實施例1中CrB中碳鋼成分與比較例1圓鋼的成分能對比（wt%）CSiMnCrMoNiCuAlTiB比較例10.400.250.700.780.181.300.030.0220.0030.0001實施例10.420.250.951.100.100.120.120.0180.0250.0020表2實施例1棒料調質后性能與比較例1圓鋼對比※采用整體試樣測定拉伸性能；橫截面維氏硬度最大值-最小值≤30HV。實施例2本實施例涉及的緊固件用鋼直徑為54mm，按10.9級緊固件要求進行熱處理，其化學成分按質量百分比計為：C：0.37%，Si：0.22%，Mn：0.95%，Cr：1.10%，Mo：0.08%，Ni：0.10，Cu：0.10%，Al：0.022%,B:0.0023%,Ti：0.028%，余量為鐵及不可避免的雜質元素。上述圓鋼依次經(jīng)電爐冶煉、LF精煉、VD脫氣生產(chǎn)出鋼水，精煉結束后喂入鈦線和硼鐵；鋼水采用15～30℃的低過熱度全程氬氣保護澆注成連鑄坯，連鑄坯400℃溫送加熱；將連鑄坯加熱至1200℃，保溫4小時出爐；經(jīng)高壓水除鱗后在1100℃的溫度范圍內開軋，軋成圓鋼棒材；棒材在感應線經(jīng)880℃/5分鐘奧氏體化后采用淬火環(huán)淬火，再在輥底爐中經(jīng)過550℃/5小時回火，出爐后空冷，與目前常規(guī)使用的40CrNiMo鋼的成分、力學性能及金相組織對比如表3、表4及圖2，可看出本實施例Mo、Ni含量大大降低，同時機械性能、橫截面硬度分布以及芯部金相組織均符合ISO898-1標準要求。表3實施例2中CrB中碳鋼成分與比較例2圓鋼的成分對比（wt%）CSiMnCrMoNiCuAlTiB比較例20.410.230.720.800.181.310.050.0280.0030.0001實施例20.370.220.951.100.080.100.100.0220.0280.0023表4實施例2棒料調質后性能與與比較例2圓鋼對比※采用整體試樣測定拉伸性能；橫截面維氏硬度最大值-最小值≤30HV。實施例3本實施例涉及的緊固件用鋼直徑為48mm，按8.8級緊固件要求進行熱處理，其化學成分按質量百分比計為：C：0.36%，Si：0.21%，Mn：0.92%，Cr：1.08%，Mo：0.08%，Ni：0.06，Cu：0.08%，Al：0.023%,B:0.0025%,Ti：0.026%，余量為鐵及不可避免的雜質元素。上述圓鋼依次經(jīng)KR預處理、轉爐冶煉、LF精煉、RH脫氣生產(chǎn)出鋼水，精煉結束后喂入鈦線和硼鐵；鋼水采用15～30℃的低過熱度全程氬氣保護澆注成連鑄坯，連鑄坯400℃溫送加熱；將連鑄坯加熱至1200℃，保溫4小時出爐；經(jīng)高壓水除鱗后在1100℃的溫度范圍內開軋，軋成圓鋼棒材；棒材在連續(xù)式感應線上經(jīng)950℃/4分鐘奧氏體化后采用淬火環(huán)淬火，再經(jīng)過700℃/4分鐘回火，出爐后空冷，與目前常規(guī)使用的4140MOD鋼的成分、力學性能及金相組織對比如表5、表6及圖3，可看出本實施例Mo、Ni含量大大降低，同時機械性能、橫截面硬度分布以及芯部金相組織均符合ISO898-1標準要求。表5實施例3中CrB中碳鋼成分與40CrNiMo圓鋼的成分能對比（wt%）CSiMnCrMoNiCuAlTiB比較例30.410.250.951.050.231.310.050.0280.0030.0001實施例30.360.210.921.080.080.060.080.0230.0260.0025表6實施例3棒料調質后性能與40CrNiMo圓鋼對比※采用整體試樣測定拉伸性能；橫截面維氏硬度最大值-最小值≤30HV。除上述實施例外，本發(fā)明還包括有其他實施方式，凡采用等同變換或者等效替換方式形成的技術方案，均應落入本發(fā)明權利要求的保護范圍之內。當前第1頁1 2 3