專利名稱：一種冷鐓用鈮、釩復(fù)合微合金化低碳硼鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低碳硼鋼及其生產(chǎn)方法，屬于鋼鐵冶金及材料的領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
含硼冷鐓鋼利用硼的特性以少量硼替代其它合金元素，通過提高鋼的淬透性來達(dá)到高強度緊固件的強度要求。其特點是在熱軋狀態(tài)具有較低的變形抗力和良好的變形能力，冷變形完成后，通過一定的熱處理工藝，可獲得相對較高的強度水平。由于B的加入，可減少Cr、Mo等合金元素的加入量，因而較大地降低了鋼材的生產(chǎn)成本。然而低碳硼鋼在高強度緊固件的使用中受到了強度級別的限制，過去的研究表明，低碳硼鋼一般只能生產(chǎn)8.8級及以下級別的標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品。目前只有少數(shù)國家能夠生產(chǎn)9.8級、10.9級標(biāo)準(zhǔn)件的低碳硼鋼產(chǎn)品。國內(nèi)尚無專用低碳低合金含硼冷鐓鋼品種，一些工廠對15MnVB、20MnTiB等進行改進后作為冷鐓鋼使用，由于其成分并非針對冷鐓鋼設(shè)計，使用過程中必定存在許多不適應(yīng)之處，其強度級別一般也達(dá)不到10.9級標(biāo)準(zhǔn)件的生產(chǎn)需要。
就低碳硼鋼的微合金化工藝研究看，國內(nèi)外尚無低碳硼鋼的Nb、V復(fù)合微合金化研究的報道。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有低碳硼鋼生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品強度級別低，生產(chǎn)成本高以及產(chǎn)品質(zhì)量差的問題，提供了一種冷鐓用鈮、釩復(fù)合微合金化低碳硼鋼及其生產(chǎn)方法。本發(fā)明可以提高低碳硼鋼產(chǎn)品強度級別，達(dá)到10.9級～12.9級，降低生產(chǎn)成本以及提高產(chǎn)品的質(zhì)量。
一種冷鐓用鈮、釩復(fù)合微合金化低碳硼鋼，其特征在于鋼的化學(xué)成分按重量百分計為C 0.18～0.24、Mn 0.80～1.2、Ti 0.01～0.03、B 0.001～0.003、Nb 0.02～0.08、V 0.02～0.08、Als 0.01～0.05、Si＜0.20、P＜0.03、S＜0.03，余量為Fe。
以下說明Nb、V強化機制以及Nb、V復(fù)合微合金化對本發(fā)明性能的影響。
Nb、V的主要強化機制分別為晶粒細(xì)化與析出強化，析出強化與晶粒細(xì)化不同，在提高強度的同時也提高脆性轉(zhuǎn)折溫度。當(dāng)兩種機制疊加時，在不同鋼種中的影響就大不一樣。Nb的強度增量主要靠晶粒細(xì)化，而且在0.04％以下增加很快，而V的強度增加主要靠析出強化，強化的分量相對較小。由于晶粒細(xì)化能降低轉(zhuǎn)折溫度，而析出強化提高轉(zhuǎn)折溫度，綜合的結(jié)果是，Nb在0.03-0.04％以下降低脆性轉(zhuǎn)折溫度，而V不論含量多少都將提高脆性轉(zhuǎn)折溫度。
微合金元素的復(fù)合加入對性能的影響要比單個元素加入的影響之?dāng)?shù)學(xué)相加要大得多。這里合金元素之間的交互影響產(chǎn)生了作用。對于低碳硼鋼，經(jīng)本研究試驗證明，微合金元素Nb、V的復(fù)合微合金化也比Nb、V單獨微合金化具有更好的效果，研究表明，低碳硼鋼的Nb、V復(fù)合微合金化，由于硼的淬透性作用，將使微合金化作用更加明顯，經(jīng)本發(fā)明所述工藝，產(chǎn)品可達(dá)到12.9級標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)需要。
本發(fā)明所述冷鐓用鈮、釩復(fù)合微合金化低碳硼鋼的生產(chǎn)方法，依次包括轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、LF爐精煉、連鑄、加熱、扎制、控冷過程，各步驟控制的參數(shù)為 冶煉控制冶煉出鋼溫度1660～1680℃； LF爐精煉LF爐精煉時間≥25min；加鋁錳鐵進行予脫氧，然后按以下順序依次加入合金MnFe→NiFe→VFe→TiFe→BFe，再喂Al線進行終脫氧，喂Si-Ca絲進行鈣處理，喂Si-Ca絲進行鈣處理的目的是為了對鋼中的夾雜物進行變性處理； 連鑄澆鑄溫度1560～1570℃，拉速及二冷水按低碳鋼要求控制； 加熱鋼坯加熱溫度1100～1150℃； 扎制開軋溫度1050～1100℃，終軋溫度850～880℃； 控冷軋后冷卻速度按1～3℃/S控制。
本發(fā)明的冷鐓用鈮、釩復(fù)合微合金化低碳硼鋼及其生產(chǎn)方法具有如下優(yōu)點 1)本發(fā)明利用Nb、V的復(fù)合微合金化作用，在強化的同時，保證低碳硼鋼的綜合性能，可用于10.9級乃至12.9級高強度標(biāo)準(zhǔn)件用硼鋼產(chǎn)品，完全可以替代目前使用的CrMo系合金鋼。
2)本發(fā)明通過微量的Nb、V復(fù)合微合金化替代了Cr、Mo合金，降低了生產(chǎn)的成本。
3)利用Nb、V的復(fù)合微合金化作用，提高了低碳硼鋼的韌性，因此利于推廣應(yīng)用。

具體實施例方式 實施例1按照本發(fā)明的鋼成分的要求，在碳管爐實驗室進行實驗，鋼的主要化學(xué)成分(重量百分比)見表1，表中所列化學(xué)成分的余量為Fe。
表1所述成分的冷鐓用鈮、釩復(fù)合微合金化低碳硼鋼的生產(chǎn)方法依次包括轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、LF爐精煉、連鑄、加熱、扎制和控冷過程，各步驟控制的參數(shù)為 冶煉控制冶煉出鋼溫度1660～1680℃； LF爐精煉LF爐精煉時間≥25min；加鋁錳鐵進行予脫氧，然后按以下順序依次加入合金MnFe→NiFe→VFe→TiFe→BFe，再喂Al線進行終脫氧，喂Si-Ca絲進行鈣處理，喂Si-Ca絲進行鈣處理的目的是為了對鋼中的夾雜物進行變性處理； 連鑄澆鑄溫度1560～1570℃，拉速及二冷水按低碳鋼要求控制； 加熱鋼坯加熱溫度1100～1150℃； 扎制開軋溫度1050～1100℃，終軋溫度850～880℃； 控冷軋后冷卻速度按1～3℃/S控制。
將上述成分的鋼采用上述生產(chǎn)方法得到的鋼進行熱處理性能檢驗，檢驗結(jié)果見表2。
實施例2按照本發(fā)明的鋼成分的要求，在真空爐實驗室進行實驗，鋼的主要化學(xué)成分(重量百分比)見表3，表中所列化學(xué)成分的余量為Fe。
為驗證鋼的穩(wěn)定性，每種成分的鋼按相同方法生產(chǎn)兩次，具體方法與實施例1相同。
對本實施例生產(chǎn)的鋼進行熱處理性能檢驗，檢驗結(jié)果見表4(表4中11-1、11-2分別表示表3中對標(biāo)號為11的鋼的成分進行兩次生產(chǎn)所得鋼的熱處理性能檢驗。后面標(biāo)號意思與此相同)。
實施例3按照本發(fā)明的鋼成分的要求，進行半工業(yè)產(chǎn)品的實驗，鋼的主要化學(xué)成分(重量百分比)見表5，表中所列化學(xué)成分的余量為Fe。采用轉(zhuǎn)爐或電爐進行冶煉，具體過程與實施例1相同。
為驗證鋼的穩(wěn)定性，每種成分的鋼按相同方法生產(chǎn)兩次，對兩次所得鋼分別進行熱處理性能檢驗，結(jié)果見表6和表7，表6是本實施方式所述成分鋼的熱處理性能(表6中21-1、21-2分別表示表5中對標(biāo)號為21的鋼的成分進行兩次生產(chǎn)所得鋼的熱處理性能檢驗。后面標(biāo)號意思與此相同)，表7是用前述鋼制成的標(biāo)準(zhǔn)件成品的熱處理性能(表7中21-1、21-2分別表示表5中對標(biāo)號為21的鋼的成分進行兩次生產(chǎn)所得鋼加工成標(biāo)準(zhǔn)件成品后的熱處理性能檢驗。后面標(biāo)號意思與此相同)。
表1(重量百分比wt％) 表2 表3 表4 表5 表6 表7
權(quán)利要求
1.一種冷鐓用鈮、釩復(fù)合微合金化低碳硼鋼，其特征在于鋼的化學(xué)成分按重量百分計為C 0.18～0.24、Mn 0.80～1.2、Ti 0.01～0.03、B0.001～0.003、Nb 0.02～0.08、V 0.02～0.08、Als 0.01～0.05、Si＜0.20、P＜0.03、S＜0.03，余量為Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷鐓用鈮、釩復(fù)合微合金化低碳硼鋼，其特征在于鋼的化學(xué)成分按重量百分計為C 0.182～0.193、Mn 0.83～0.95、Ti 0.013～0.017、B 0.0015～0.0021、Nb 0.022～0.052、V 0.023～0.048、Als 0.016～0.030、Si＜0.20、P＜0.03、S＜0.03，余量為Fe。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷鐓用鈮、釩復(fù)合微合金化低碳硼鋼，其特征在于鋼的化學(xué)成分按重量百分計為C 0.212～0.236、Mn 0.97～1.18、Ti0.018～0.029、B 0.0022～0.0028、Nb 0.054～0.078、V 0.050～0.078、Als 0.032～0.048、Si＜0.20、P＜0.03、S＜0.03，余量為Fe。
4.一種冷鐓用鈮、釩復(fù)合微合金化低碳硼鋼的生產(chǎn)方法，依次包括轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、LF爐精煉、連鑄、加熱、扎制、控冷過程，其特征在于
鋼的化學(xué)成分按重量百分計為C 0.18～0.24、Mn 0.80～1.2、Ti 0.01～0.03、B 0.001～0.003、Nb 0.02～0.08、V 0.02～0.08、Als 0.01～0.05、Si＜0.20、P＜0.03、S＜0.03，余量為Fe；
各步驟控制的參數(shù)為
冶煉控制冶煉出鋼溫度1660～1680℃；
LF爐精煉LF爐精煉時間≥25min；加鋁錳鐵進行予脫氧，然后按以下順序依次加入合金MnFe→NiFe→VFe→TiFe→BFe，再喂Al線進行終脫氧，喂Si-Ca絲進行鈣處理；
連鑄澆鑄溫度1560～1570℃，拉速及二冷水按低碳鋼要求控制；
加熱鋼坯加熱溫度1100～1150℃；
扎制開軋溫度1050～1100℃，終軋溫度850～880℃；
控冷軋后冷卻速度按1～3℃/S控制。
全文摘要
一種冷鐓用鈮、釩復(fù)合微合金化低碳硼鋼及其生產(chǎn)方法，屬于鋼鐵冶金及材料的領(lǐng)域。為解決現(xiàn)有低碳硼鋼產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)級別低，生產(chǎn)成本高以及產(chǎn)品質(zhì)量差的問題，本發(fā)明所述的一種冷鐓用鈮、釩復(fù)合微合金化低碳硼鋼，按重量百分計為C 0.18～0.24、Mn 0.80～1.2、Ti 0.01～0.03、B0.001～0.003、Nb 0.02～0.08、V 0.02～0.08、Als 0.01～0.05、Si＜0.20、P＜0.03、S＜0.03，余量為Fe，加工方法依次包括特定工藝參數(shù)的下列工藝過程轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉，LF爐精煉，連鑄，加熱，扎制，控冷。本發(fā)明利用Nb、V的復(fù)合微合金化作用，在強化的同時，保證低碳硼鋼的綜合性能，可用于10.9級乃至12.9級高強度標(biāo)準(zhǔn)件用硼鋼產(chǎn)品，完全可以替代目前使用的CrMo系合金鋼，利于推廣應(yīng)用。
文檔編號B22D37/00GK101113507SQ20071005309
公開日2008年1月30日 申請日期2007年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日
發(fā)明者周新龍, 陳偉慶, 劉正清, 桂江兵, 飛 葉, 蔣躍東, 任安超 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司