專利名稱：：一種低碳貝氏體型冷作強(qiáng)化非調(diào)質(zhì)鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于合金鋼領(lǐng)域，特別涉及一種具有良好的塑性和冷加工性能的低碳貝氏體型冷作強(qiáng)化非調(diào)質(zhì)鋼，主要適用于制作抗拉強(qiáng)度1000MPa以上的10.9級(jí)高強(qiáng)度螺栓。
背景技術(shù)：
：高強(qiáng)度螺栓等緊固件廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車、橋粱、建筑等行業(yè)，一般采用低、中碳合金結(jié)構(gòu)鋼或中碳鋼來制造。在高強(qiáng)度螺栓的制造過程中，通常要進(jìn)行至少一次軟化或球化退火處理，經(jīng)少量拉拔和冷鐓成形后，再最終進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，以獲得所需的強(qiáng)度和韌性。軟化或球化退火及調(diào)質(zhì)處理均屬周期長、能耗大的熱處理工序。對(duì)此，人們開發(fā)了可省略軟化或球化退火及調(diào)質(zhì)處理的非調(diào)質(zhì)鋼線材，即通過控制軋制和控制冷卻生產(chǎn)的線材，再通過一定量的冷變形產(chǎn)生加工硬化，使其強(qiáng)度進(jìn)一步提高，在不經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理的情況下，即能達(dá)到所要求的性能指標(biāo)。目前開發(fā)的一些冷作強(qiáng)化非調(diào)質(zhì)鋼線材，其組織多為鐵素體+珠光體，經(jīng)冷作強(qiáng)化后用來制作8.8級(jí)和9.8級(jí)高強(qiáng)度螺栓；而對(duì)于10.9級(jí)高強(qiáng)度螺栓用冷作強(qiáng)化非調(diào)質(zhì)鋼線材，其組織則基本為貝氏體，以獲得所需的強(qiáng)度水平(惠衛(wèi)軍等.機(jī)械工程材料，2002，26(11):1-4，38;BorattoFetal.WireJ.Inter.，1992，(9)129-134)。中國開發(fā)的10.9級(jí)螺栓用低碳Mn-V-Ti-B系冷作強(qiáng)化非調(diào)質(zhì)鋼由于Si含量較高，且沒有對(duì)鋼中的粗大非金屬夾雜物進(jìn)行球化處理，導(dǎo)致線材的冷加工性較差，限制了其推廣應(yīng)用，同時(shí)鋼中加昂貴的微合金元素V提高了鋼的成本(閻振綮等.鋼鐵釩鈦，1992，13(3):1-8，74)。文獻(xiàn)(BorattoFetal.WireJ.Inter.，1992，(9):129-134)中介紹的一種10.9級(jí)螺栓用貝氏體鋼，則由于較高的Cr(0.60。/。)含量不僅對(duì)冷加工性能不利，而且會(huì)提高鋼的成本，從而削弱了這類鋼的經(jīng)濟(jì)性。曰本專利JP9-291312提出一種具有良好加工性的高強(qiáng)度非調(diào)質(zhì)螺栓用線材，可用來制造10.9級(jí)螺栓，但鋼中較高的Cr(0.50~1.50%)含量和線材需進(jìn)行50070(TC的退火處理，會(huì)顯著提高鋼材成本及隨后螺栓的制造成本，限制了其大批量工業(yè)應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種具有良好的塑性和冷加工性能，同時(shí)制造成本低的低碳貝氏體型冷作強(qiáng)化非調(diào)質(zhì)鋼，可用來制作10.9級(jí)高強(qiáng)度螺栓。根據(jù)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是(l)降低Si、P、S等元素含量，以降低鋼中夾雜物數(shù)量和抑制雜質(zhì)元素的晶界偏聚，改善鋼的冷加工性能、塑性和韌性；(2)加入微量元素B，在確保獲得貝氏體組織的同時(shí)，抑制雜質(zhì)元素特別是P的晶界偏聚，改善鋼的韌性；(3)加入適量的稀土元素，對(duì)夾雜物進(jìn)行變性處理，使鋼中的夾雜物具有一定的塑性，進(jìn)一步改善鋼冷加工性能；(4)加入微合金元素Nb，形成細(xì)小彌散的Nb的碳氮化物，以細(xì)化晶粒，進(jìn)一步改善鋼的塑性和冷加工性能。本發(fā)明鋼的具體化學(xué)成分(重量^)如下C0.060.15%，Si《0.20%，Mn1.802.40%，P《0.015%,S《0.010%，Cr0.100.50%,B0.00050.003%，Ti0.010.100/o，RE0.0050.04%,Nb0.010.10%，Al0.0050.05%，N0.0040.010%，余為Fe和其它不可避免的雜質(zhì)。另外，該鋼的具體化學(xué)成分(重量％)中加入0.010.10%的Zr。各元素的作用及配比依據(jù)如下C:為了在熱軋態(tài)及拉拔后獲得所需的強(qiáng)度水平，C含量須在0.06。/。以上。但增加C含量對(duì)鋼的塑、韌性，以及冷加工性能將有較大的損害。此外，增加C含量，將使鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線，特別是貝氏體部分右移，不利于空冷時(shí)形成粒狀貝氏體組織。因此，C含量應(yīng)控制在O.15%以下。Si:Si元素顯著惡化鋼的冷加工性能，同時(shí)還促進(jìn)促進(jìn)雜質(zhì)元素P和S的晶界偏聚，惡化鋼的耐延遲斷裂性能，因而控制其含量不超過0.20%。Mm除C以外，Mn是形成貝氏體組織最為有效的廉價(jià)合金元素，并起固溶強(qiáng)化作用。在C含量一定時(shí)，增加Mn含量，鋼中貝氏體的數(shù)量隨之增加，特別是在冷卻速度較小的情況下，增加的更為顯著。Mn含量小于1.80。/。時(shí)不能夠獲得全貝氏體組織，但Mn含量超過2.4(m時(shí)則上述作用飽和，且偏析嚴(yán)重，增加冶煉難度和成本，因而控制其含量在1.802.40%。P:P能在鋼液凝固時(shí)形成微觀偏析，隨后在高溫加熱時(shí)偏聚在晶界，使鋼的脆性顯著增大。此外，降低P含量可降低鋼的變形抗力，所以控制P的含量在0.015%以下。S:不可避免的不純物，形成MnS夾雜和在晶界偏聚會(huì)惡化鋼的冷加工性能，降低鋼中S含量可提高鋼的變形能力和減少鋼中的非金屬夾雜物，同時(shí)還可減少S在晶界的偏聚而減輕晶界脆化，改善鋼的冷加工性能和塑性，因而控制其含量在0.010%以下。Cr:Cr元素促進(jìn)針狀鐵素體的形成，以獲得具有良好韌性的低碳貝氏體組織，從而確保獲得所需的強(qiáng)度和韌性，但含量過高會(huì)惡化鋼的冷加工性能和增加成本，因而控制其含量在0.100.50%。B:微量元素B可顯著推遲鐵素體開始析出線，增大獲得空冷貝氏體的可能性。B還能夠抑制雜質(zhì)元素P的晶界偏聚，起凈化晶界的作用，提高晶界5強(qiáng)度，同時(shí)還能夠抑制鋼在高溫加熱時(shí)的氧化脫碳，因而改善鋼的韌性。為了上述作用，B含量需在0.0005%以上，但B含量超過0.003。/。時(shí)，過剩的B會(huì)形成粗大的BN，鋼易產(chǎn)生熱脆，影響熱加工性能，并惡化鋼的韌性，因此控制其含量在0.00050.003%。Ti:Ti固定鋼中的N，抑制粗大BN的生成，確保B的上述良好作用。此外，Ti還起細(xì)化晶粒和析出強(qiáng)化的作用。Ti含量小于0.01%起不到上述作用，但含量超過0.10%則作用飽和，且易形成粗大的TiN反而惡化鋼的冷加工性能。RE:RE具有脫氧脫硫和對(duì)非金屬夾雜物變性處理的作用，使鋼中的夾雜物具有一定的塑性，改善鋼的冷加工性能。RE含量小于0.005%起不到上述作用，但含量超過0.04%，則由于夾雜物增多，反而惡化鋼的冷加工性能，因而控制其含量在0.0050.04°/。。Al:能夠有效地脫氧、固定N和細(xì)化晶粒，含量小于0.005%起不到上述作用，但含量超過0.05%則作用飽和，且形成的粗大A1N夾雜會(huì)惡化鋼的韌性和冷加工性能。N:N能夠和Al等形成細(xì)小的氮化物以細(xì)化晶粒，但過量的N會(huì)偏聚于晶界和形成粗大的夾雜物，所以其含量應(yīng)控制在0.0040.01%。Nb:細(xì)化晶粒，提高鋼的塑性和冷加工性能，含量小于0.01%起不到上述作用，但含量超過O.10%則作用飽和。Zr:其作用和Ti類似。Zr固定鋼中的N，抑制粗大BN的生成，確保B的上述良好作用。此外，Zr還起細(xì)化晶粒和析出強(qiáng)化的作用。Zr含量小于0.01%起不到上述作用，但含量超過O.10%則作用飽和。本發(fā)明采用與現(xiàn)有技術(shù)相似的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明鋼可采用電弧爐或轉(zhuǎn)爐+爐外精煉冶煉，澆鑄成鋼錠或連鑄成坯，然后軋制成棒線材等產(chǎn)品。本發(fā)明鋼線材在軋態(tài)具有一定的強(qiáng)度和良好的冷加工性，隨后再通過一定量的冷變形產(chǎn)生加工硬化，使其強(qiáng)度進(jìn)一步提高，最后再進(jìn)行穩(wěn)定化的時(shí)效處理，使塑性有所恢復(fù)，即在不經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理的情況下，就能達(dá)到10.9級(jí)螺栓所要求的性能指標(biāo)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明鋼具有良好的塑性、冷加工性能和成本低的優(yōu)點(diǎn)，可用來制作10.9級(jí)高強(qiáng)度螺栓。具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的化學(xué)成分范圍，在50kg真空感應(yīng)爐上冶煉了5爐本發(fā)明鋼和4爐對(duì)比鋼，其具體化學(xué)成分如表1所示。其中爐號(hào)15#為本發(fā)明鋼，爐號(hào)69ft為對(duì)比鋼。鋼水澆鑄成錠，并經(jīng)鍛造制成棒材。部分棒材隨后進(jìn)行不同減面率的拉拔，并進(jìn)行時(shí)效處理。從軋材和拉拔材上取樣加工成標(biāo)準(zhǔn)室溫拉伸試樣(L。=5d。，d。=5mm)和冷變形試樣(直徑(1=10腿，高度h=20mm)。試樣在室溫下進(jìn)行拉伸和冷變形試驗(yàn)。所得結(jié)果列入了表2。從表2可以看出，本發(fā)明鋼在軋態(tài)的抗拉強(qiáng)度均在700MPa以上，斷面收縮率均在65%以上；而對(duì)比鋼則由于未能獲得全粒狀貝氏體組織，抗拉強(qiáng)度較低。本發(fā)明鋼經(jīng)適當(dāng)?shù)睦魏头€(wěn)定化時(shí)效處理后，均可獲得1000MPa級(jí)以上的抗拉強(qiáng)度，同時(shí)具有良好的塑性和優(yōu)異的冷加工性能(以冷變形時(shí)的臨界壓縮變形量表征)，即滿足10.9級(jí)螺栓的強(qiáng)度和冷加工性的要求；而對(duì)比鋼經(jīng)拉拔和時(shí)效處理后，盡管有的強(qiáng)度滿足10.9級(jí)螺栓的要求，但由于軟相鐵素體的存在，冷加工性差，有的則強(qiáng)度不滿足10.9級(jí)螺栓的要求。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求1、一種低碳貝氏體型冷作強(qiáng)化非調(diào)質(zhì)鋼，其特征在于該鋼的具體化學(xué)成分(重量％)為C0.06～0.15％，Si≤0.20％，Mn1.80～2.40％，P≤0.015％，S≤0.010％，Cr0.10～0.50％，B0.0005～0.003％，Ti0.01～0.10％，RE0.005～0.04％，Nb0.01～0.10％，Al0.005～0.05％，N0.004～0.010％，余為Fe和其它不可避免的雜質(zhì)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的低碳貝氏體型冷作強(qiáng)化非調(diào)質(zhì)鋼，其特征在于該鋼加入0.010,10%的Zr。全文摘要本發(fā)明屬于合金鋼領(lǐng)域，特別涉及具有良好的塑性和冷加工性能的一種低碳貝氏體型冷作強(qiáng)化非調(diào)質(zhì)鋼，主要適用于制作抗拉強(qiáng)度1000MPa以上的10.9級(jí)高強(qiáng)度螺栓。該鋼的具體化學(xué)成分(重量％)為C0.06～0.15％，Si≤0.20％，Mn1.80～2.40％，P≤0.015％，S≤0.010％，Cr0.10-0.50％，B0.0005～0.003％，Ti0.01～0.10％，RE0.005～0.04％，Nb0.01～0.10％，Al0.005～0.05％，N0.004～0.01％，余為Fe和其它不可避免的雜質(zhì)。另外，該鋼的具體化學(xué)成分(重量％)中加入0.01～0.10％的Zr。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有塑性和冷加工性能優(yōu)良和成本低的優(yōu)點(diǎn)，可用來制作10.9級(jí)高強(qiáng)度螺栓。文檔編號(hào)C22C38/38GK101597716SQ20091008817公開日2009年12月9日申請(qǐng)日期2009年7月10日優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日發(fā)明者包耀宗,張英建,惠衛(wèi)軍,捷時(shí),曹文全,王毛球,瀚董申請(qǐng)人:鋼鐵研究總院