專利名稱：一種免熱處理高強(qiáng)冷鐓鋼及其熱軋棒材的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明型涉及一種免熱處理高強(qiáng)冷鐓鋼及其熱軋棒材的生產(chǎn)方法，屬于機(jī)器零件用結(jié)構(gòu)鋼及制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
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(shù)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(jìn)行耗時(shí)、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)榍驙睢Ｒ话闱闆r下，生產(chǎn)廠制造高強(qiáng)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(jī)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(xué)性能才能滿足要求。傳統(tǒng)的球化退火處理不僅工藝復(fù)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(shí)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(jìn)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(jìn)行了改進(jìn)，縮短了球化退火時(shí)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(qiáng)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(jī)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(shí)間600 MOOs，該方法雖然實(shí)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(xué)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(shí)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(qiáng)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(dǎo)鐵素體相變和溫軋相結(jié)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(shù)存在的上述問題。本發(fā)明技術(shù)方案是
一種免熱處理高強(qiáng)冷鐓用鋼，化學(xué)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(qiáng)冷鐓用鋼，所述化學(xué)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(qiáng)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(shè)備，分為粗軋、中軋和精軋工序，粗軋工序采用奧氏體再結(jié)晶軋制，中軋和精軋工序采用形變誘導(dǎo)鐵素體相變軋制(DIFT)和溫軋相結(jié)合的工藝；形變誘導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)鐵素體軋制獲取超細(xì)鐵素體加短棒狀或顆粒狀碳化物，然后在精軋機(jī)組直接進(jìn)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(shí)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(xì)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(jié)晶，將鑄態(tài)奧氏體晶粒細(xì)化；為保證粗軋工序中奧氏體發(fā)生完全再結(jié)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(jié)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(jìn)入中軋機(jī)組，在中軋機(jī)組進(jìn)行形變誘導(dǎo)鐵素體軋制，中軋區(qū)的溫度控制在760 900°C，累計(jì)壓下率大于60%，其主要是為了誘導(dǎo)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(jìn)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(jìn)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(xì)鐵素體加顆粒狀碳化物的復(fù)相組織，鐵素體平均晶粒尺寸為3 μ m ；由于鐵素體晶粒細(xì)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(jìn)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(dǎo)鐵素體軋制和溫軋變形相結(jié)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(xì)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(jìn)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(qiáng)度就能達(dá)到SOOMPa以上，延伸率大于 26%,各項(xiàng)性能指標(biāo)均優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)要求，提高鋼的強(qiáng)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(shí)施例方式以下通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明
一種免熱處理高強(qiáng)冷鐓用鋼，本發(fā)明提供了一種制造免熱處理高強(qiáng)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(qiáng)化的作用，Mn還具有降低相變溫度的作用，有助于晶粒細(xì)化，所以 Mn是不可缺少的元素。但其含量過多時(shí)，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(xì)晶技術(shù)進(jìn)行軋制，使強(qiáng)度和塑性保持良好的匹配；
Si 在煉鋼時(shí)一般作為脫氧劑，但也可作為合金元素。Si進(jìn)入鐵素體起固溶強(qiáng)化作用， 可顯著提高鋼的抗拉強(qiáng)度和較小程度提高屈服強(qiáng)度，但同時(shí)在一定程度上降低鋼的韌性、 塑性，Si同時(shí)增加鋼的實(shí)效敏感性。上述免熱處理高強(qiáng)冷鐓鋼熱軋棒材的生產(chǎn)方法，特點(diǎn)體現(xiàn)在軋鋼工藝，其碳化物在線直接球化是通過中軋機(jī)組的形變誘導(dǎo)鐵素體軋制和精軋機(jī)組的溫軋相結(jié)合的加工方法實(shí)現(xiàn)的。其機(jī)理是通過中軋機(jī)組的臨界奧氏體區(qū)大形變量軋制，形變誘導(dǎo)出超量的鐵素體晶粒。由于在應(yīng)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(shí)擴(kuò)散排除的碳的分布并不均勻，而是高度富集在細(xì)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(jī)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(shí)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(xì)鐵素體加碳化物顆粒，從而達(dá)到提高鋼的強(qiáng)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(shí)施例如下
化學(xué)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(xué)成分，Wt%
\\、. 元索CSiMnPAls實(shí)施例10. 3E0. 350. SO0. 0170. 0070. 018實(shí)施例20. 360.180. 780.0150. 0060. 020實(shí)施例30. 370.150. 900. 0160. 0080. 022實(shí)施例40. 400.170.810. 0170. 0080. 019實(shí)施例50. 380. 0250. 700. 0190. 0090. 023實(shí)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(xué)成分配比冶煉，經(jīng)鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、連鑄保護(hù)澆鑄等工藝，進(jìn)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(jìn)行粗軋、中軋和精軋。粗軋區(qū)溫度控制在1000 1150°C， 累計(jì)壓下率大于50%，以確保粗軋?jiān)趭W氏體再結(jié)晶區(qū)軋制；粗軋出來的中間坯經(jīng)水冷進(jìn)入中軋機(jī)組，中軋采用形變誘導(dǎo)鐵素體軋制，中軋區(qū)溫度控制在760 900°C，累計(jì)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(jìn)入精軋機(jī)組，在精軋機(jī)組進(jìn)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(jìn)行軋制，最終產(chǎn)品組織為超細(xì)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(jī)上，生產(chǎn)出M14X60成品螺栓。實(shí)施例1 6的力學(xué)性能如表2所示
權(quán)利要求
1.一種免熱處理高強(qiáng)冷鐓用鋼，其特征在于化學(xué)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(quán)利要求1所述之免熱處理高強(qiáng)冷鐓用鋼，其特征在于化學(xué)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(quán)利要求1或2所限定的免熱處理高強(qiáng)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(shè)備，分為粗軋、中軋和精軋工序，粗軋工序采用奧氏體再結(jié)晶軋制，中軋和精軋工序采用形變誘導(dǎo)鐵素體相變軋制和溫軋相結(jié)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(jié)晶，將鑄態(tài)奧氏體晶粒細(xì)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(jìn)入中軋機(jī)組，在中軋機(jī)組進(jìn)行形變誘導(dǎo)鐵素體軋制，中軋區(qū)的溫度控制在760 900°C，累計(jì)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(jìn)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(jìn)一步球化；軋后冷卻速度控制在0. 5 70°C /s。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述之免熱處理高強(qiáng)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(xì)鐵素體加顆粒狀碳化物的復(fù)相組織，鐵素體平均晶粒尺寸為 3 μ m0
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述之免熱處理高強(qiáng)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(jìn)行粗軋。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種免熱處理高強(qiáng)冷鐓鋼及其熱軋棒材的生產(chǎn)方法，屬于機(jī)器零件用結(jié)構(gòu)鋼及制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)方案是在棒材熱軋生產(chǎn)過程中，通過采用形變誘導(dǎo)鐵素體相變軋制和溫軋相結(jié)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(xì)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(xiàng)性能指標(biāo)均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3098.1-2000《緊固件機(jī)械性能》對8.8級高強(qiáng)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(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者馮運(yùn)莉, 尹金枝, 李 杰, 李爽, 田薇, 黃曉紅 申請人:河北聯(lián)合大學(xué)