本發(fā)明屬于特種圓鋼制造
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種經(jīng)調(diào)質(zhì)后可滿(mǎn)足65mm規(guī)格緊固件機(jī)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(shù)：
：目前市場(chǎng)上的緊固件產(chǎn)品大多均根據(jù)ISO898-1：緊固件機(jī)械性能-螺栓、螺釘和螺柱要求進(jìn)行生產(chǎn)，該標(biāo)準(zhǔn)中表3對(duì)緊固件的機(jī)械和物理性能提出了非常嚴(yán)格的要求，其中的難點(diǎn)有：①鋼材在淬火后芯部馬氏體組織需達(dá)到90%以上；②在滿(mǎn)足各強(qiáng)度級(jí)別強(qiáng)、硬度范圍的基礎(chǔ)上，還需滿(mǎn)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(yàn)強(qiáng)度、延伸率、斷面收縮率等機(jī)械性能指標(biāo)、④在滿(mǎn)足高級(jí)別強(qiáng)度、塑性指標(biāo)的基礎(chǔ)上，滿(mǎn)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(shí)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(qiáng)韌性匹配。緊固件產(chǎn)品規(guī)格越大，對(duì)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(duì)≥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(wú)法滿(mǎn)足芯部淬火組織、橫截面硬度分布及強(qiáng)韌性匹配要求。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述技術(shù)要求，提供一種CrB類(lèi)中碳低合金圓鋼，取代高M(jìn)o、高Ni的40CrNiMo、34CrNiMo6等鋼，可生產(chǎn)最大規(guī)格可達(dá)到65mm的，機(jī)械性能滿(mǎn)足ISO898-1標(biāo)準(zhǔn)的緊固件，實(shí)現(xiàn)成本降低的目的。本發(fā)明解決上述問(wèn)題所采用的技術(shù)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(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)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(zhì)元素。圓鋼的直徑最大為65mm，調(diào)質(zhì)處理后機(jī)械組織及性能滿(mǎn)足ISO898-1標(biāo)準(zhǔn)要求及其它等同標(biāo)準(zhǔn)中10.9級(jí)緊固件要求：淬火態(tài)馬氏體組織含量≥90%，調(diào)質(zhì)后取拉伸試樣檢驗(yàn)，試樣拉伸段直徑為名義尺寸的75%，圓鋼的屈服強(qiáng)度Rp0.2≥940MPa，抗拉強(qiáng)度Rm滿(mǎn)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?xún)?nèi)。本發(fā)明圓鋼的化學(xué)成分是這樣確定的:C：增加材料淬透性、強(qiáng)度和硬度，但降低塑性和韌性，升高韌脆轉(zhuǎn)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(qiáng)化形式提高鋼的強(qiáng)度。Si含量低于0.10%時(shí)，脫氧效果較差，Si含量較高時(shí)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(qiáng)化作用提高鋼材的強(qiáng)度。但過(guò)量的Mn易降低鋼材塑、韌性，為了達(dá)到強(qiáng)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(qiáng)韌性，Mo還具有降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度，抑制回火脆性，提高碳、氮化鈮沉淀強(qiáng)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(guò)高會(huì)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(duì)沖擊韌性和韌脆轉(zhuǎn)變溫度具有良好的影響。另外，Ni也是貴重金屬，含量過(guò)高會(huì)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(dá)到最優(yōu)的性?xún)r(jià)比。Cu：可提高鋼材的淬透性。但過(guò)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(zhuān)利中起到了代替貴重金屬M(fèi)o、Ni的重要作用，從而實(shí)現(xiàn)成本降低，本發(fā)明專(zhuān)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(jié)合，在晶粒內(nèi)部形成TiN顆粒，從而減少B與N的反應(yīng)，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(jié)合形成的AlN可以有效地細(xì)化晶粒，但含量過(guò)高會(huì)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(zhuǎn)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(jié)束后喂入Ti線(xiàn)與硼鐵；鋼水采用15～40℃的低過(guò)熱度全程氬氣保護(hù)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(shí)以上，出坑；將連鑄坯加熱至1200～1250℃，保溫3～10小時(shí)，出爐；經(jīng)高壓水除鱗后在1100～1150℃的溫度范圍內(nèi)開(kāi)軋，軋成圓鋼棒材；棒材直接進(jìn)行連續(xù)爐調(diào)質(zhì)處理獲得調(diào)質(zhì)圓鋼；調(diào)質(zhì)后的圓鋼可直接用于加工滿(mǎn)足ISO898-1標(biāo)準(zhǔn)10.9級(jí)別螺栓等緊固件。上述調(diào)質(zhì)工藝包括淬火和回火，可在輥底式連續(xù)爐或感應(yīng)線(xiàn)上進(jìn)行，在輥底爐上進(jìn)行時(shí)，淬火加熱溫度為840～880℃，在爐時(shí)間為60～360min，使用淬火環(huán)水淬；回火加熱溫度為530～620℃，在爐時(shí)間為300～600min，出爐后空冷或水冷至室溫；在感應(yīng)線(xiàn)上進(jìn)行時(shí)，淬火加熱溫度為880～950℃，在爐時(shí)間為3～10min，使用淬火環(huán)水淬；回火加熱溫度為600～700℃，在爐時(shí)間為3～10min，出爐后空冷或水冷至室溫。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)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(lái)提高鋼棒淬透性，生產(chǎn)最大直徑可達(dá)65mm的緊固件產(chǎn)品，在保證滿(mǎn)足ISO898-1標(biāo)準(zhǔn)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(jī)械及物理性能要求的基礎(chǔ)上，顯著降低了產(chǎn)品合金原料的生產(chǎn)成本。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中淬火+回火態(tài)芯部組織（100×）；圖2為本發(fā)明實(shí)施例2中淬火+回火態(tài)芯部組織（100×）；圖3為本發(fā)明實(shí)施例3中淬火+回火態(tài)芯部組織（100×）。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)施例1本實(shí)施例涉及的緊固件用鋼直徑為64mm，按10.9級(jí)緊固件要求進(jìn)行熱處理，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)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(zhì)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(jié)束后喂入鈦線(xiàn)和硼鐵；鋼水采用15～30℃的低過(guò)熱度全程氬氣保護(hù)澆注成連鑄坯，連鑄坯緩冷32小時(shí)；將連鑄坯加熱至1250℃，保溫4小時(shí)出爐；經(jīng)高壓水除鱗后在1150℃的溫度下開(kāi)軋，軋成圓鋼棒材；棒材在連續(xù)式輥底爐經(jīng)840℃/3小時(shí)奧氏體化后采用高壓水淬火環(huán)淬火，再經(jīng)過(guò)620℃/6小時(shí)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(xué)性能及金相組織對(duì)比如表1、表2及圖1，可看出本實(shí)施例Mo、Ni含量大大降低，貴重金屬添加少同時(shí)機(jī)械性能、橫截面硬度分布以及芯部金相組織均符合ISO898-1標(biāo)準(zhǔn)要求。表1實(shí)施例1中CrB中碳鋼成分與比較例1圓鋼的成分能對(duì)比（wt%）CSiMnCrMoNiCuAlTiB比較例10.400.250.700.780.181.300.030.0220.0030.0001實(shí)施例10.420.250.951.100.100.120.120.0180.0250.0020表2實(shí)施例1棒料調(diào)質(zhì)后性能與比較例1圓鋼對(duì)比※采用整體試樣測(cè)定拉伸性能；橫截面維氏硬度最大值-最小值≤30HV。實(shí)施例2本實(shí)施例涉及的緊固件用鋼直徑為54mm，按10.9級(jí)緊固件要求進(jìn)行熱處理，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)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(zhì)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(jié)束后喂入鈦線(xiàn)和硼鐵；鋼水采用15～30℃的低過(guò)熱度全程氬氣保護(hù)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(shí)出爐；經(jīng)高壓水除鱗后在1100℃的溫度范圍內(nèi)開(kāi)軋，軋成圓鋼棒材；棒材在感應(yīng)線(xiàn)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(guò)550℃/5小時(shí)回火，出爐后空冷，與目前常規(guī)使用的40CrNiMo鋼的成分、力學(xué)性能及金相組織對(duì)比如表3、表4及圖2，可看出本實(shí)施例Mo、Ni含量大大降低，同時(shí)機(jī)械性能、橫截面硬度分布以及芯部金相組織均符合ISO898-1標(biāo)準(zhǔn)要求。表3實(shí)施例2中CrB中碳鋼成分與比較例2圓鋼的成分對(duì)比（wt%）CSiMnCrMoNiCuAlTiB比較例20.410.230.720.800.181.310.050.0280.0030.0001實(shí)施例20.370.220.951.100.080.100.100.0220.0280.0023表4實(shí)施例2棒料調(diào)質(zhì)后性能與與比較例2圓鋼對(duì)比※采用整體試樣測(cè)定拉伸性能；橫截面維氏硬度最大值-最小值≤30HV。實(shí)施例3本實(shí)施例涉及的緊固件用鋼直徑為48mm，按8.8級(jí)緊固件要求進(jìn)行熱處理，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)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(zhì)元素。上述圓鋼依次經(jīng)KR預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉、RH脫氣生產(chǎn)出鋼水，精煉結(jié)束后喂入鈦線(xiàn)和硼鐵；鋼水采用15～30℃的低過(guò)熱度全程氬氣保護(hù)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(shí)出爐；經(jīng)高壓水除鱗后在1100℃的溫度范圍內(nèi)開(kāi)軋，軋成圓鋼棒材；棒材在連續(xù)式感應(yīng)線(xiàn)上經(jīng)950℃/4分鐘奧氏體化后采用淬火環(huán)淬火，再經(jīng)過(guò)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(xué)性能及金相組織對(duì)比如表5、表6及圖3，可看出本實(shí)施例Mo、Ni含量大大降低，同時(shí)機(jī)械性能、橫截面硬度分布以及芯部金相組織均符合ISO898-1標(biāo)準(zhǔn)要求。表5實(shí)施例3中CrB中碳鋼成分與40CrNiMo圓鋼的成分能對(duì)比（wt%）CSiMnCrMoNiCuAlTiB比較例30.410.250.951.050.231.310.050.0280.0030.0001實(shí)施例30.360.210.921.080.080.060.080.0230.0260.0025表6實(shí)施例3棒料調(diào)質(zhì)后性能與40CrNiMo圓鋼對(duì)比※采用整體試樣測(cè)定拉伸性能；橫截面維氏硬度最大值-最小值≤30HV。除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還包括有其他實(shí)施方式，凡采用等同變換或者等效替換方式形成的技術(shù)方案，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3