一种低碳非调质冷镦钢盘条及其制备方法

技术领域

本发明涉及冷镦钢生产技术领域，具体为一种低碳非调质冷镦钢盘条及其制备方法。

背景技术

目前生产8.8～10.9级紧固件的主要生产工艺为：盘条→酸洗磷化→拉拔→球化退火→酸洗磷化→拉拔→冷镦成型，成型后进行调质热处理、表面处理。其中盘条需要两次酸洗磷化和拉拔，并进行一次球化退火，热处理后获得金相组织为回火组织调质型螺栓，螺栓的机械性能通过调质热处理来保证。

近年来，为满足紧固件制造企业和使用企业的降低成本的需求，越来越多的钢厂开展了非调质冷镦钢研究。与传统冷镦钢相比，非调质冷镦钢有通过微合金化、控制轧制和控制冷却，利用产生沉淀强化和细晶强化保证产品性能。省去了调质处理和拉拔前球化退火处理这两道周期长、能耗大的热处理工序；节省了热处理及相关工序的材料消耗，并减少环境污染。

虽然开发非调质冷镦钢符合节能环保的发展趋势，但是现有的制造8.8-9.8级紧固件低碳非调质冷镦钢的生产技术不成熟，产品质量不稳定，表面质量不好，产品性能不稳定，能耗高，性能无法满足制造8.8-9.8级紧固件要求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种低碳非调质冷镦钢盘条及其制备方法，盘条组织为铁素体+珠光体的非调质冷镦钢盘条，表面质量好、产品性能稳定，性能完全满足制造8.8-9.8级紧固件要求，且低能耗。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种低碳非调质冷镦钢盘条，由如下重量百分含量的化学成分组成：

C：0.18％～0.23％，Si：0.10％～0.20％，Mn：1.40％～1.60％，P≤0.020％，S≤0.010％，Ti：0.02％～0.04％，Nb：0.04％～0.08％，Cr≤0.15％，Al：0.02％～0.05％，其余为Fe和杂质元素。

盘条组织为铁素体+珠光体，晶粒度≥9.5级，抗拉强度≥615MPa，屈服强度≥420MPa，断面收缩率≥75％，﹣20℃低温冲击功＞86J。

以下详述本发明中采用上述成分及其重量百分比的理由：

C：

C是决定钢铁材料性能的重要元素，C含量增加，组织中形成更多渗碳体，材料强度、硬度提高，塑性不断降低，导致材料的冷加工性能受到影响，容易在冷加工过程中产生开裂现象。因此，本发明中C含量控制在0.18％～0.23％。

Si:

Si是炼钢还原剂和脱氧剂，主要固溶在铁素体相中。Si对材料的抗拉强度有显著的强化作用，也能使材料弹性极限升高，但硅元素含量过高将会降低钢材料塑性。因此本发明中的Si元素含量控制在0.10％～0.20％。

Mn：

Mn常用作炼钢脱氧剂和脱硫剂，也是一种稳定奥氏体，提高淬透性的元素。Mn可以改善钢的加工性能，但是过量的Mn会导致钢的晶粒粗化，降低钢的塑性、韧性。Mn含量控制在1.40％～1.60％。

Ti：

Ti：在钢中的作用主要是细化晶粒，通过其碳氮化物质点的弥散析出及Ti的固溶，极大地提高钢的强韧性，还有很强的沉淀强化作用。但是过高的Ti易生成粗大的TiN，从而影响钢的冲击塑性和抗疲劳性能。因此，在本发明所述的免退火高强度冷镦钢中，将Ti元素的质量百分比控制在0.01-0.03％之间。

Nb：

Nb在加热过程中形成的Nb(C，N)粒子，在高温加热时能有效抑止奥氏体晶粒尺寸的长大，同时，固溶态的Nb能抑制变形奥氏体再结晶，起析出强化的作用。但Nb含量超过0.08％时，强化效果减弱，低温冲击等性能下降。因此，Nb含量控制在0.04％～0.08％。此外，在1150℃或更高的温度加热，Nb微合金钢的晶粒很快长大，不利于加工。

S、P：

S易在钢中与锰形成MnS夹杂，S含量较高时会造成生热脆。

P一般认为是有害元素，易在晶界偏聚，降低钢韧性，增加了沿晶断裂倾向。

所以S控制在0.010％以下，P含量控制在0.020％以下。

Cr：

Cr在钢中显著提高强度、硬度以及淬透性，促使板条状马氏体的形成。过量的Cr增加钢的脆性倾向。因此，本发明中Cr元素含量控制在≤0.15％。

一种上述低碳非调质冷镦钢盘条的制备方法，包括冶炼、连轧开坯、盘条轧制、控制冷却工序，具体步骤如下：

1、冶炼：

采用常规的转炉冶炼和LF炉外精炼，精炼过程全程吹氩。

2、连轧开坯：

连铸坯加热温度1050～1150℃，连轧开坯后尺寸160mm×160mm×11500mm，并进行局部修磨工艺。

3、盘条轧制：

(1)加热：

方坯加热温度及时间：1030～1080℃，加热时间100～180min，为保证盘条表面质量，除鳞压力18～21MPa。

(2)轧制温度：

入精轧温度830±30℃，双模块温度830±20℃，盘条吐丝温度控制在800±20℃。

(3)盘条冷却：

低温吐丝后盘条在风冷辊道上进行缓冷，风机全关闭，保温罩全关，辊道入口速度0.30m/s，最大速度0.50m/s，其他根据实际情况调整。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明采用添加Nb、Ti微合金元素的成分设计，发挥微合金元素抑制奥氏体晶粒长大，析出强化作用，控制晶粒长大，显著提高材料的抗拉强度和屈服强度，并控制微合金元素含量，使材料具有良好低温冲击性能和断面收缩率。

2、本发明通过铸坯连轧保证Nb、Ti微合金充分、均匀固溶，提高细晶强化效果；采用低温控轧控冷工艺遏制晶粒长大，得到性能完全满足制造8.8-9.8级紧固件要求，盘条组织为铁素体+珠光体的非调质冷镦钢盘条。

3、本发明省去了调质处理和拉拔前球化退火处理这两道周期长、能耗大的热处理工序；节省了热处理及相关工序的材料消耗，并减少环境污染。

总之，采用本发明制造的低碳非调质冷镦钢盘条组织由铁素体+珠光体组成，晶粒度≥9.5级，抗拉强度≥615MPa，屈服强度≥420MPa，断面收缩率≥75％，﹣20℃低温冲击功＞86J。性能完全满足制造8.8-9.8级紧固件要求，且低能耗，并减少环境污染。

附图说明

图1是本发明100倍金相组织图。

图2是本发明500倍金相组织图。

具体实施方式

本发明公开了提供一种低碳非调质冷镦钢盘条及其制备方法。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

【实施例】

本发明各实施例均按以下工艺生产，具体包括如下步骤：

1、冶炼：采用常规的转炉冶炼和LF炉外精炼，精炼过程全程吹氩。

2、连轧开坯：采用二火工艺，连铸坯加热温度1050～1150℃，连轧开坯后尺寸160mm×160mm×11500mm，并进行局部修磨工艺。

3、盘条轧制

(1)加热：方坯加热温度及时间：1030～1080℃，加热时间100～180min，为保证盘条表面质量，除鳞压力18～21MPa。

(2)轧制温度：入精轧温度830±30℃，双模块温度830±20℃，盘条吐丝温度控制在800±20℃。

(3)盘条冷却：低温吐丝后盘条在风冷辊道上进行缓冷，风机全关闭，保温罩全关，辊道入口速度0.30m/s，最大速度0.50m/s，其他根据实际情况调整。

本发明采用经过连轧工序的方坯，具有材料组织和合金元素分布均匀、表面质量好、产品性能稳定等优点。

本发明通过添加一定量的Nb、Ti合金元素并优化成分设计，结合低温控轧控冷工艺，得到性能完全满足制造8.8-9.8级紧固件要求，盘条组织为铁素体+珠光体的非调质冷镦钢盘条。

本发明省去了调质处理和拉拔前球化退火处理这两道周期长、能耗大的热处理工序；节省了热处理及相关工序的材料消耗，并减少环境污染。

本发明实施例的化学成分(Wt％)见表1；本发明实施例与对比例技术性能见表2。

表1本发明实施例的化学成分对比表(wt％)

表2本发明实施例、对比例的性能、低温冲击性能检验汇总表

由表1-2可看出，采用本发明制造的低碳非调质冷镦钢盘条组织由铁素体+珠光体组成，晶粒度≥9.5级，抗拉强度≥615MPa，屈服强度≥420MPa，断面收缩率≥75％，﹣20℃低温冲击功＞86J。相较现有盘条，本发明表面质量好、产品性能更稳定，性能更优，性能完全满足制造8.8-9.8级紧固件要求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。