專利名稱：免熱處理高強(qiáng)冷鐓鉚螺鋼的生產(chǎn)方法
所屬技術(shù)領(lǐng)域根據(jù)國(guó)際專利分類表本發(fā)明屬于低成本高性能冷鐓鋼生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
緊固件是廣泛應(yīng)用的一種機(jī)電產(chǎn)品，不僅在機(jī)械工業(yè)，在其它各行各業(yè)都被大量使用。而高強(qiáng)度螺栓則常常被用于各種重要的工程結(jié)構(gòu)件中。高強(qiáng)度螺栓在服役時(shí)的失效，常常帶來(lái)嚴(yán)重的、有時(shí)甚至災(zāi)難性的后果。
一般情況下，生產(chǎn)廠制造高強(qiáng)度螺栓，如8.8，9.8，10.9級(jí)，需要使用中碳鋼，熱軋態(tài)交貨的原料首先須經(jīng)過(guò)退火，冷拔后冷鐓成形，然后再經(jīng)過(guò)淬火并回火熱處理，力學(xué)性能才能滿足要求。原料在退火時(shí)往往不可避免地會(huì)存在氧化、脫碳等缺陷，而且稍不注意，退火后原料硬度仍然偏高，尤其是塑性很差，導(dǎo)致后續(xù)的冷鐓工藝無(wú)法穩(wěn)定進(jìn)行。不能具備良好的冷鐓性能，在冷鐓時(shí)工具消耗非常大、能耗高。同時(shí)，冷鐓成的螺栓在隨后的熱處理中也常常易出現(xiàn)各種熱處理缺陷，造成產(chǎn)品的合格率低，不僅生產(chǎn)成本高，而且保證產(chǎn)品質(zhì)量也較為困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要解決高強(qiáng)度螺栓生產(chǎn)中存在的問(wèn)題。設(shè)計(jì)出一種C-Si-Mn成分的鋼，通過(guò)采用控軋控冷技術(shù)，直接生產(chǎn)一種熱軋棒材，不經(jīng)過(guò)退火直接冷鐓成形，冷鐓性能非常好，其后也不再經(jīng)過(guò)淬火、回火熱處理，冷鐓出的產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)不僅全面滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3098.1-2000《緊固件機(jī)械性能》對(duì)8.8，9.8，10.9級(jí)高強(qiáng)度螺栓及相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)緊固件的要求，且遠(yuǎn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各項(xiàng)要求，極大地降低了生產(chǎn)成本，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。
本發(fā)明的原理是通過(guò)選擇合適的化學(xué)成分，經(jīng)過(guò)熱軋成形和控制冷卻技術(shù)，使棒料獲得具有殘余奧氏體、貝氏體和鐵素體基體三相組織的晶粒細(xì)化冷鐓鋼，該棒材在冷鐓成形過(guò)程中，殘余奧氏體因應(yīng)變誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變?cè)斐上嘧冋T發(fā)塑性(Transformation Induced Plasticity)-TRIP效應(yīng)，因而具有很高的強(qiáng)度和塑性。
細(xì)晶粒棒材TRIP鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵是從成分到工藝能確保在室溫時(shí)獲得穩(wěn)定殘余奧氏體，棒材熱軋后不發(fā)生馬氏體相變。
首先從成分設(shè)計(jì)上考慮降低Ms(馬氏體開(kāi)始相變溫度)，Ms強(qiáng)烈地取決于碳含量，只有當(dāng)碳含量高于1.1％時(shí)才能保證Ms低于室溫，但考慮到鋼的冷鐓性能，碳的含量不能高于0.2％；硅可以凈化鐵素體基體，加劇非轉(zhuǎn)變奧氏體中碳的富集，為此，硅的含量較高；錳降低Ms，增加殘余奧氏體量，錳的含量也較高。
其次從工藝上考慮通過(guò)對(duì)Si-Mn鋼棒材熱軋后采用控制冷卻，包括加速鐵素體轉(zhuǎn)變；增進(jìn)碳從鐵素體向未轉(zhuǎn)變的奧氏體擴(kuò)散，以使碳集聚，軋后快速冷卻以避開(kāi)珠光體轉(zhuǎn)變，防止Fe3C析出而浪費(fèi)碳，棒材熱軋冷卻后殘余奧氏體得以保留，且碳集聚不斷的增加，為棒材在以后的冷鐓變形時(shí)殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體創(chuàng)造好條件。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，具有合適化學(xué)成分的坯料經(jīng)過(guò)軋制成形，通過(guò)在棒材成品軋機(jī)出口增設(shè)的控制冷卻裝置，要求控制冷卻裝置具有較強(qiáng)的冷卻能力，并且冷卻能力可以調(diào)節(jié)。鋼棒離開(kāi)輥道時(shí)，采取適當(dāng)措施在某一溫度區(qū)間進(jìn)行緩慢冷卻，得到所要求的免熱處理高強(qiáng)冷鐓鋼。
高性能棒材的化學(xué)成分為碳的含量應(yīng)在0.10～0.20％之間；硅含量在0.8～1.6％之間；錳含量在0.8～1.8％之間；此外，磷和硫含量應(yīng)盡量少，一般控制在0.04％以下，以便改善棒材的冷鐓性能。
相變誘發(fā)塑性冷鐓鋼軋后控制冷卻的步驟是1，坯料加熱。在加熱爐內(nèi)將坯料加熱到1100～1200℃進(jìn)行軋制。
2，在棒材軋機(jī)上經(jīng)過(guò)多道次軋制成形，獲得所要求的規(guī)格尺寸的產(chǎn)品。道次數(shù)由坯料尺寸、成品尺寸、軋機(jī)型式等因素確定。
3，軋件終軋后立即經(jīng)過(guò)1～3秒的冷卻。冷卻水流量、壓力可依據(jù)規(guī)格確定。
4，冷卻后在輥道上經(jīng)過(guò)5～15秒的空冷，然后到冷床，直至室溫。
采用上述成分及控軋控冷工藝得到的冷鐓鋼，在冷鐓成螺栓的過(guò)程中，充分利用了冷鐓鋼殘余奧氏體的相變誘發(fā)塑性效應(yīng)，生產(chǎn)出的螺栓在具有高強(qiáng)度的同時(shí)，塑性很高，力學(xué)性能完全滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)高強(qiáng)度螺栓性能的要求。
本發(fā)明最大的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)成分設(shè)計(jì)及控軋控冷，生產(chǎn)出熱軋相變誘發(fā)塑性冷鐓鋼，該鋼在軋制后時(shí)，不需退火，棒材直接冷鐓成形，冷鐓性能非常好，冷鐓成的螺栓也不再需經(jīng)過(guò)淬火并回火熱處理，就能獲得800MPa，900MPa和1000MPa以上強(qiáng)度，并且屈強(qiáng)比低于0.8，延伸率大于25％。這種免熱處理高強(qiáng)螺栓，生產(chǎn)成本降低，產(chǎn)品質(zhì)量提高，提高了經(jīng)濟(jì)效益。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例控軋控冷生產(chǎn)8.8級(jí)高強(qiáng)度螺栓。
在某廠在棒材軋機(jī)后加裝了一套控制冷卻裝置。該生產(chǎn)線共有18架平立交替軋機(jī)，其中粗軋、中軋和精軋機(jī)組各6架。生產(chǎn)冷鐓鋼所用的坯料規(guī)格為150mm的方坯，冷鐓鋼的成品尺寸為φ10.0mm。鋼棒軋制后進(jìn)入控制冷卻裝置進(jìn)行冷卻，整個(gè)冷卻裝置的總水量為300m3/h，水壓為1.4MPa。
坯料的出爐溫度為1100℃，經(jīng)過(guò)18道次軋制后，成品機(jī)架的出口溫度為980-1020℃，隨后進(jìn)入控冷。軋件出口速度10.0m/s，冷卻器長(zhǎng)度8m，經(jīng)控制冷卻后冷鐓鋼的表面溫度為650～700℃，冷卻速率大于80℃/s。然后通過(guò)輥道在冷床上空冷至室溫。
對(duì)所獲得的冷鐓鋼產(chǎn)品測(cè)試硬度為HB211。
經(jīng)過(guò)機(jī)械車削加工成φ9.6mm的棒材，然后在Z47-12多工位冷鐓機(jī)上進(jìn)行冷鐓螺栓試驗(yàn)，生產(chǎn)出M10×65成品螺栓。該棒材冷鐓時(shí)，實(shí)際硬度較高，但因其塑性非常好，與傳統(tǒng)中碳鋼料相比較，成形性能良好，廢品率很低。
冷鐓出的螺栓在30噸萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)所獲力學(xué)性能如表1表18.8級(jí)螺栓力學(xué)性能

利用相變誘發(fā)塑性熱軋及控制冷卻所獲得的免熱處理高強(qiáng)冷鐓鋼生產(chǎn)出的螺栓，性能指標(biāo)完全滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3098.1-2000《緊固件機(jī)械性能》對(duì)8.8級(jí)高強(qiáng)度螺栓性能的要求。
權(quán)利要求
1.高性能棒材的化學(xué)成分為碳含量0.10～0.20％之間；硅含量在0.8～1.6％之間；錳含量在0.8～1.8％之間；此外，磷和硫含量應(yīng)盡量少，一般控制在0.04％以下，以便改善棒材的冷鐓性能。
2.棒材熱軋后進(jìn)行控制冷卻，冷卻器出口溫度為650～700℃；
3.棒材冷卻速率在80℃/s以上；
全文摘要
本發(fā)明涉及熱軋免熱處理高強(qiáng)度鉚螺鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)。對(duì)所設(shè)計(jì)的C－Si－Mn成分的低碳鋼，經(jīng)過(guò)熱軋后采用控軋控冷技術(shù)，將棒材出冷卻器的溫度控制在650～700℃，冷卻速率控制在80℃/s以上，從而生產(chǎn)出一種低成本高性能的、最終含有鐵素體、貝氏體和殘余奧氏體三相細(xì)晶粒組織的熱軋冷鐓鋼。本技術(shù)利用了冷鐓鋼在成形過(guò)程中殘余奧氏體的相變誘發(fā)塑性效應(yīng)，生產(chǎn)的棒材在熱軋后不需退火，直接冷鐓成形，冷鐓性能非常好。冷鐓成的螺栓也不需要再經(jīng)過(guò)淬火并回火熱處理，通過(guò)冷鐓時(shí)TRIP效應(yīng)，就能獲得很高的力學(xué)性能。在具有高強(qiáng)度的同時(shí)兼有高塑性，螺栓的力學(xué)性能指標(biāo)完全滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3098.1－2000《緊固件機(jī)械性能》對(duì)高強(qiáng)度螺栓性能的要求。高強(qiáng)度螺栓性能優(yōu)異，且成本極大降低，大大提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)C22C38/04GK1706977SQ200410020710
公開(kāi)日2005年12月14日 申請(qǐng)日期2004年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月10日
發(fā)明者吳迪, 李壯, 趙憲明, 王國(guó)棟, 朱麗娟 申請(qǐng)人:東北大學(xué), 沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院