本發(fā)明屬于深加工拉拔技術(shù)控制領(lǐng)域,特別是提供了一種控制鐵素體-珠光體類型非調(diào)質(zhì)高強螺栓鋼高Bauschinger效應(yīng)的控制方法,用于生產(chǎn)控制非調(diào)質(zhì)鋼的高線控制和用戶加工控制技術(shù)。
背景技術(shù):
隨著社會的高速發(fā)展,為了滿足未來的可持續(xù)發(fā)展,低能耗、低污染和高性能的鋼材成為發(fā)展的方向。深加工行業(yè)逐漸向高效率、低成本和加工流程減量化的方向快速發(fā)展,使得適應(yīng)新流程的新材料開發(fā)迫在眉睫。
國內(nèi)傳統(tǒng)高強(8.8級及以上)螺栓,均采用中碳鋼、低碳合金鋼或中碳合金鋼進行調(diào)質(zhì)(淬火+回火)處理。而采用冷作強化非調(diào)質(zhì)冷鐓鋼來制造高強度螺栓產(chǎn)品可省去鋼材冷拔前的退火處理和螺栓成形后的調(diào)質(zhì)處理,僅取消調(diào)質(zhì)處理一項,噸鋼節(jié)約成本800-1000元,在很大程度上簡化了生產(chǎn)工序,縮短了生產(chǎn)周期,降低了能源消耗,同時還避免了因熱處理而造成的表面氧化、脫碳及工件變形等問題,因而具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益,冷作強化非調(diào)質(zhì)冷鐓鋼是高強度緊固件的新工藝路線,是今后的發(fā)展方向。
關(guān)于冷作強化非調(diào)質(zhì)鋼國內(nèi)外研究較多,國外日本新日鐵NHF-S(Nippon Steel Low Carbon High Tensile Cold Forming Wire Rod-Special)系列鋼、神戶KNCH(Kobe Non Heat Treatment Cold Heading Wire Rod)、日本大同MC8以及國內(nèi)馬鋼超細(xì)晶非調(diào)質(zhì)鋼等方向,成為高強冷鐓鋼發(fā)展的方向之一。但是制約非調(diào)質(zhì)鋼發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是由于通過拉拔冷作強化后強度已經(jīng)達(dá)到高強化,深加工螺栓鐓頭過程中強度高、磨具損耗大和易開裂等問題限制著非調(diào)質(zhì)鋼高強螺栓的大量使用。而傳統(tǒng)高強螺栓是拉拔鐓頭成螺栓后進行調(diào)質(zhì)處理獲得高強性能,但存在成本高和表面脫碳、變形等問題。因此,研究非調(diào)質(zhì)高強螺栓拉拔后鐓頭的高Bauschinger效應(yīng),降低用戶鐓頭磨具損耗,成為非調(diào)質(zhì)高強螺栓鋼得到市場認(rèn)可的關(guān)鍵技術(shù)。
關(guān)于冷作強化非調(diào)質(zhì)高強螺栓鋼研究較多,主要有下面幾種組織類型,包括鐵素體-珠光體類型、鐵素體-貝氏體類型、鐵素體-馬氏體雙相類型以及超細(xì)晶類型鋼。專利200910144282.1中提出了10.9級含鉻非調(diào)質(zhì)冷鐓鋼及其熱軋盤條的軋制方法,通過添加合金Cr元素的成分優(yōu)化設(shè)計與750~830℃的低溫軋制的方法,獲得細(xì)化的粒狀貝氏體組織。其技術(shù)思路是通過低溫軋制獲得超細(xì)晶粒貝氏體組織,從而獲得良好的冷加工性和韌性。專利200910144284.0中提出了10.9級含鈮非調(diào)質(zhì)冷鐓鋼及其熱軋盤條的軋制方法,提出通過添加合金Nb元素的成分優(yōu)化設(shè)計與750~830℃的低溫軋制的方法,獲得細(xì)化的粒狀貝氏體組織。其技術(shù)思路是通過低溫軋制和Nb的析出細(xì)化晶粒獲得超細(xì)晶貝氏體組織,從而獲得良好的冷加工性和韌性。專利中201010223245.2提出了緊固件用非調(diào)質(zhì)貝氏體冷鐓鋼及其制造方法,采用C-Mn鋼基礎(chǔ)上,通過添加微量元素B,獲得貝氏體型非調(diào)質(zhì)冷鐓鋼,以上專利均為貝氏體型非調(diào)質(zhì)冷鐓鋼。專利201510401847.5提出了含硼非調(diào)質(zhì)雙相冷鐓鋼的高線軋制方法,采用C-Mn鋼的基礎(chǔ)上,通過添加微量B,獲得鐵素體-馬氏體型雙相冷鐓鋼的高線軋制方法。專利201010127852.9中提出了高強度緊固件用非調(diào)質(zhì)冷鐓鋼及其制造方法,采用在C-Mn成分基礎(chǔ)上添加Cr元素,通過斯太爾摩線控制獲得鐵素體+珠光體的常規(guī)組織,但沒有研究控制高Bauschinger效應(yīng)的方法。專利200710036254.9中提出了高強度緊固件用非調(diào)質(zhì)雙相冷鐓鋼及其制造方法,該專利在C-Mn元素的基礎(chǔ)上,通過添加V、Nb或V-Nb復(fù)合的強化方式,通過斯太爾摩風(fēng)冷線控制鐵素體+馬氏體雙相組織。以上專利均為不同類型非調(diào)質(zhì)鋼種開發(fā)控制技術(shù)方法,本文主要通過預(yù)變形-鐓頭的方式研究鐵素體-珠光體類型鋼獲得低加工硬化高Bauschinger效應(yīng)的一種深加工控制方法。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明本發(fā)明的怒地在于提供一種控制鐵素體-珠光體類型非調(diào)質(zhì)高強螺栓鋼高包辛格效應(yīng)的方法,解決了鐵素體-珠光體類型非調(diào)質(zhì)高強螺栓鋼加工過程鐓頭磨具損耗高、鐓頭容易開裂等問題,適合冷作強化非調(diào)質(zhì)鋼鐓頭低加工硬化的控制,具體工藝步驟及控制的技術(shù)參數(shù)為:
1、斯太爾摩風(fēng)冷控制,通過加蓋保溫罩,控制軋后冷速1-3℃/s,獲得鐵素體含量為45-55%;
Bauschinger效應(yīng)的大小與多種因素有關(guān)。對于鐵素體-珠光體型鋼,與增加線材軋后冷卻速度和冷拉拔減面率密切相關(guān)。其中,通過控制軋后冷卻速度,減少鐵素體含量,使得位錯密度局部增加,因而獲得Bauschinger效應(yīng)值的增加。
2、鐵素體-珠光體類型熱軋材料,經(jīng)深加工拉拔處理(冷作強化),拉拔減面率控制在20-25%;
Bauschinger效應(yīng)是在金屬塑性加工過程中正向加載引起的塑性應(yīng)變強化導(dǎo)致金屬材料在隨后的反向加載過程中呈現(xiàn)塑性應(yīng)變軟化(屈服極限降低)的現(xiàn)象。當(dāng)將金屬材料先拉伸到塑性變形階段后卸載至零,再反向加載,即進行壓縮變形時,材料的壓縮屈服極限比原始態(tài)(即未經(jīng)預(yù)先拉伸塑性變形而直接進行壓縮)的屈服極限明顯要低。高強螺栓加工工藝為熱軋材料---酸洗---拉拔變形---鐓頭,熱軋材料拉拔過程屬于正向加載引起應(yīng)變強化,鐓頭過程屬于反向加載過程。充分利用鋼種包辛格特性降低鐓頭磨具損耗是非調(diào)質(zhì)高強螺栓鋼控制的關(guān)鍵因素。
在正向變形時,位錯運動形成位錯纏結(jié)或胞狀組織。這種位錯結(jié)構(gòu)在力學(xué)上是相當(dāng)穩(wěn)定的,如果此時卸載并隨后同向加載,位錯線不能繼續(xù)進行顯著運動。但若卸載后施加反向載荷,位錯反向運動。在反向路徑上,位錯阻礙數(shù)量較少,位錯可以在較低應(yīng)力下移動較大距離。故正、反向位錯疊加或抵消是高強螺栓用非調(diào)質(zhì)鋼形成包辛格效應(yīng)的機理。因此,拉拔過程預(yù)變性量(拉拔減面率)是控制非調(diào)質(zhì)鋼微觀組織中正向位錯量的關(guān)鍵因素。最佳冷拉拔減面率選取原則為包辛格效應(yīng)最大而應(yīng)變硬化指數(shù)尚未增加的階段。在這階段,微觀組織上對應(yīng)著位錯充分增值和纏結(jié),材料原滑移系開動困難但是還沒有發(fā)生形變孿晶,或者雖有孿晶但位錯沒有進一步增值階段。
控制鐵素體-珠光體類型非調(diào)質(zhì)高強螺栓鋼拉拔預(yù)變形量為20%,Bauschinger效應(yīng)值獲得最大,達(dá)到200Mpa。
本發(fā)明的優(yōu)點在于:控制鐵素體-珠光體類型非調(diào)質(zhì)高強螺栓用鋼鐵素體比率和冷拉拔減面率,獲得組織內(nèi)部最佳的正向位錯密度,獲得較高的包辛格效應(yīng)值。
附圖說明
圖1為鐵素體-珠光體非調(diào)質(zhì)高強螺栓用鋼微觀組織圖。
圖2為鐵素體-珠光體鋼預(yù)變形5%的預(yù)變形與鐓頭壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖。
圖3為鐵素體-珠光體鋼預(yù)變形15%的預(yù)變形與鐓頭壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖。
圖4為鐵素體-珠光體鋼預(yù)變性25-55%后鐓頭模擬壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖。
圖5為鐵素體-珠光體鋼預(yù)變形量與包辛格效應(yīng)值的關(guān)系曲線圖。
具體實施方式
實施例1
本發(fā)明在高線160mm2生產(chǎn)Φ6.5mm盤條中得到應(yīng)用,獲得了性能優(yōu)異的非調(diào)質(zhì)鋼。
1斯太爾摩風(fēng)冷控制,蓋保溫罩5-22#,控制緩冷冷速1℃/s,獲得組織中鐵素體含量為50-55%;
2.熱軋盤條經(jīng)用戶深加工拉拔處理拉拔單道次減面率控制在25%。
表1為¢6.5mm鐵素體-珠光體類型鋼熱軋盤條的力學(xué)性能和拉拔后鋼絲性能。
實施例2
本發(fā)明在首鋼高線160mm2生產(chǎn)Φ6.5mm盤條中得到應(yīng)用,獲得了性能優(yōu)異的非調(diào)質(zhì)鋼。
1斯太爾摩風(fēng)冷控制,蓋保溫罩5-18#,控制緩冷冷速3℃/s,獲得鐵素體含量為45-50%;
2.將熱軋材料經(jīng)用戶深加工拉拔處理拉拔單道次減面率控制在20%。
表1為φ6.5mm鐵素體-珠光體類型鋼熱軋盤條的力學(xué)性能和拉拔后鋼絲性能。