CN109136757B - 中碳冷镦钢线材和中碳冷镦钢线材的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种中碳冷镦钢线材和中碳冷镦钢线材的生产方法，其中，中碳冷镦钢线材，以质量百分比计，其化学成分为：C 0.30‑0.38％，Si 0.05‑0.15％，Mn 0.40‑0.50％，S≤0.02％，P≤0.02％，B 0.0010‑0.0030％，RE 0.02～0.03％，其余为Fe及不可避免的杂质。通过本发明的技术方案，可在未配置重载减定径机组和较短斯太尔摩冷却的常规高速线材设备条件下，通过添加RE等微量元素，发挥稀土元素促进珠光体在线球化的作用，实现显微组织精细化和均匀化控制，获得具有低加工硬化能力的细小均匀铁素体加部分球化弥散分布珠光体组织，进而取消紧固件拉拔道次间隔球化退火，简化后续紧固件加工工序。

Description

中碳冷镦钢线材和中碳冷镦钢线材的生产方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体而言，涉及一种中碳冷镦钢线材和一种中碳冷镦钢线材的生产方法。
背景技术
冷镦钢因冷成型性能良好，用其冷镦加工紧固件时金属消耗低，而且产品尺寸精度高，表面光洁度好，生产率高。高强度紧固件在冷镦成形前通常要进行“二拉一退”的工艺处理，即酸洗、拉拔、球化退火(或软化退火)和再拉拔的工艺。“二拉一退”工艺目的是提高冷镦坯料的尺寸精度和表面光洁度，保证材料的冷镦性能，防止冷镦成形过程中的开裂。高强度紧固件最终产品一般还要经过调质处理才能达到性能等级要求。中间道次软化退火和调质处理能够改善紧固件的加工性能及最终组织性能，但提高了能源消耗，增加了生产成本，而且还会污染环境。
从冷镦钢的发展趋势来看，通过轧材组织性能控制来简化后续紧固件加工工序是一个重要的方向，其中免退火冷镦钢属典型的节能环保产品。免退火冷镦钢省略或简化了冷镦前拉拔道次间隔的软化退火，在很大程度上简化了生产工序，缩短了生产周期，降低了能源消耗，因而具有显著的经济效益和社会效益。
目前国内外已利用装备有重载减定径机组和长斯太尔摩冷却线的高速线材轧机生产线生产高强度免退火冷镦钢线材。其原理是通过低温大变形热机轧制，在极度变形的奥氏体晶界和晶粒内部形成大量的位错和变形带，结合后续充分缓冷过程相变控制，获得较高体积分数和适当粗大晶粒铁素体，珠光体团小而分散，珠光体中的渗碳体片变薄、变碎并部分粒状化。其硬度较常规线材降低，断面收缩率提高，冷加工性提高，能够满足免退火冷镦钢的使用要求。但是对于传统高速线材轧机，实现冷镦钢在线软化退火较困难。
公布号CN 103882304 A公开了一种超低硬度免退火冷镦钢生产方法，摆阔化学成分，以及加热温度，开轧温度，精轧温度，弱冷工艺以及斯太尔摩辊道速度等工艺控制，但该方法主要针对低碳含Ti-B冷镦钢。
公布号CN 105063481 A公开了一种免退火含硼冷镦钢的生产方法，包括化学成分、冶炼、连铸、轧制工艺，但该方法也主要针对低碳含Ti-B冷镦钢。
公布号CN 104593673 A公开了一种中碳免退火冷镦钢热轧盘条及其生产方法，包括化学成分调整，TMCP工艺技术控制，降低盘条最终的硬度，做到免退火的产品要求。但该方法是在具备减定径设备条件下实现的。
公布号CN 104988409 A公开了一种免退火冷镦钢热轧盘条及其生产方法，利用常规高速线材轧机，通过化学成分优化设计，控制加热温度、进精轧温度、吐丝温度以及冷却度，控制铁素体量和铁素体晶粒度，实现免退火冷镦钢热轧盘条的生产，但该方法只涉及大方坯连铸坯生产，且显微组织精细化和珠光体团弥散分布尚需进一步改善。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提供了一种中碳冷镦钢线材。
本发明的另一个目的在于提供了一种中碳冷镦钢线材的生产方法。
有鉴于此，本发明第一方面的技术方案提供了一种中碳冷镦钢线材，以质量百分比计，其化学成分为：C 0.30-0.38％，Si 0.05-0.15％，Mn 0.40-0.50％，S≤0.02％，P≤0.02％，B 0.0010-0.0030％，RE 0.02～0.03％，其余为Fe及不可避免的杂质。
本发明第二方面的技术方案提出了一种中碳冷镦钢线材的生产方法，用于生产第一方面的技术方案的中碳冷镦钢线材，包括：大方坯连铸，开坯，加热，轧制，吐丝，斯太尔摩冷却线冷却；或小方坯连铸，开坯，加热，轧制，吐丝，斯太尔摩冷却线冷却。
进一步地，所述连铸工序中，大方坯流程中包钢水过热度15-25℃，连铸拉速0.60～0.70m/min；小方坯流程中包钢水过热度25-30℃，连铸拉速1.8-2.0m/min。
进一步地，所述轧制工序中，加热温度1050℃，开轧温度950～1000℃，预精轧入口温度950～990℃，精轧入口温度800～860℃。
进一步地，所述冷却工序中：吐丝温度790～850℃，1#和2#风机开30％～50％，保温罩全部关闭，保温罩入口温度700～750℃，保温罩出口温度600～680℃，保温罩区间冷速0.1～0.3℃/s。
本发明实施例提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
可在未配置重载减定径机组和较短斯太尔摩冷却的常规高速线材设备条件下，通过添加RE等微量元素，发挥稀土元素促进珠光体在线球化的作用，结合控制轧制和在线软化分段精确控制冷却工艺，在精轧机组许可温度范围下限控制轧制，借助吐丝前水箱快速冷却，形变储能遗传至后续斯太尔摩冷却线冷却相变过程，基于相变规律和在线软化规律，在有效的保温罩缓冷区间精确控制相变，实现显微组织精细化和均匀化控制，获得具有低加工硬化能力的细小均匀铁素体加部分球化弥散分布珠光体组织，进而取消紧固件拉拔道次间隔球化退火，简化后续紧固件加工工序。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是实施例1热轧线材的显微组织照片；
图2是实施例2热轧线材的显微组织照片。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述方面、特征和优点，下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
根据本发明的实施例的中碳冷镦钢线材，以质量百分比计，其化学成分为：C0.30-0.38％，Si 0.05-0.15％，Mn 0.40-0.50％，S≤0.02％，P≤0.02％，B 0.0010-0.0030％，RE 0.02～0.03％，其余为Fe及不可避免的杂质。
根据本发明的实施例的中碳冷镦钢线材的生产方法，包括：大方坯连铸，开坯，加热，轧制，吐丝，斯太尔摩冷却线冷却；或小方坯连铸，开坯，加热，轧制，吐丝，斯太尔摩冷却线冷却。
进一步地，所述冶炼过程中，加入硅铁、硅锰、无烟煤和铝硅钛中的一种或多种进行脱氧合金化；出钢过程对钢包进行底吹氩操作。
进一步地，所述精炼过程中，加入硅铁、中碳锰铁和锻烧无烟煤中一种或多种进行成分微调；精炼后期加入钒氮合金；软吹时间大于10min。
进一步地，所述轧制过程中，Φ8mm钢筋吐丝温度为970～990℃；Φ10mm钢筋吐丝温度为940～960℃；Φ12mm钢筋吐丝温度为920～940℃；Φ14mm钢筋吐丝温度为890～910℃。
进一步地，所述冷却工序中：吐丝温度790～850℃，1#和2#风机开30％～50％，保温罩全部关闭，保温罩入口温度700～750℃，保温罩出口温度600～680℃，保温罩区间冷速0.1～0.3℃/s。
可在未配置重载减定径机组和较短斯太尔摩冷却的常规高速线材设备条件下，通过添加RE等微量元素，发挥稀土元素促进珠光体在线球化的作用，结合控制轧制和在线软化分段精确控制冷却工艺，在精轧机组许可温度范围下限控制轧制，借助吐丝前水箱快速冷却，形变储能遗传至后续斯太尔摩冷却线冷却相变过程，基于相变规律和在线软化规律，在有效的保温罩缓冷区间精确控制相变，实现显微组织精细化和均匀化控制，获得具有低加工硬化能力的细小均匀铁素体加部分球化弥散分布珠光体组织，进而取消紧固件拉拔道次间隔球化退火，简化后续紧固件加工工序。
具体实施方式
实施例1：
一种稀土微合金化免退火中碳冷镦钢线材及其生产工艺，其化学成分按质量百分数包括：C 0.33％，Si 0.13％，Mn 0.46％，S 0.003％，P 0.007％，B 0.0028％，RE加入量0.03％，其余为Fe及不可避免的杂质。
一种稀土微合金化免退火中碳冷镦钢线材及其生产工艺，其工艺流程包括：小方坯连铸、加热、轧制、吐丝和斯太尔摩冷却线冷却。
所述连铸工序中，中包钢水过热度26℃，小方坯连铸拉速2.0m/min。
所述轧制工序中，加热温度1050℃，开轧温度965℃，预精轧入口温度960℃，精轧入口温度840℃。成品线材规格Φ10。
所述冷却工序中：吐丝温度840℃，1#和2#风机开50％，保温罩全部关闭，保温罩入口温度750℃，保温罩出口温度600～680℃，保温罩区间冷速0.1～0.3℃/s。
采用上述成分和工艺获得显微组织为细小均匀的铁素体基体上弥散分布珠光体球团，多边形铁素体平均晶粒尺寸约10.5μm，横截面内铁素体晶粒尺寸级别差异在0.5级以内，珠光体体积分数39％。抗拉强度543MPa，伸长率33.0％，面缩率55.0％，硬度80.5HRB。具有低强度、低硬度和良好塑性的匹配，能够满足8.8级紧固件免退火加工性能要求。热轧线材的显微组织照片如图1所示。
实施例2：
一种稀土微合金化免退火中碳冷镦钢线材及其生产工艺，其化学成分按质量百分数包括：C 0.34％，Si 0.12％，Mn 0.50％，S 0.006％，P 0.012％，B 0.0032％，RE加入量0.02％，其余为Fe及不可避免的杂质。
一种稀土微合金化免退火中碳冷镦钢线材及其生产工艺，其工艺流程包括：大方坯连铸、开坯、加热、轧制、吐丝和斯太尔摩冷却线冷却。
所述连铸工序中，中包钢水过热度24℃，小方坯连铸拉速0.65m/min。
所述轧制工序中，加热温度1050℃，开轧温度970℃，预精轧入口温度960℃，精轧入口温度850℃。成品线材规格Φ10。
所述冷却工序中：吐丝温度820℃，1#和2#风机开30％，保温罩全部关闭，保温罩入口温度750℃，保温罩出口温度600～680℃，保温罩区间冷速0.1～0.3℃/s。
采用上述成分和工艺获得显微组织为细小均匀的铁素体基体上弥散分布珠光体球团，多边形铁素体平均晶粒尺寸约11.0μm，横截面内铁素体晶粒尺寸级别差异在0.5级以内，珠光体体积分数40％。抗拉强度537MPa，伸长率33.0％，面缩率57.0％，硬度80.8HRB。具有低强度、低硬度和良好塑性的匹配，能够满足8.8级紧固件免退火加工性能要求。热轧线材的显微组织照片如图2所示。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种中碳冷镦钢线材，其特征在于，以质量百分比计，其化学成分为：C
0.30-0.38％，Si 0.05-0.15％，Mn 0.40-0.50％，S≤0.02％，P≤0.02％，B
0.0010-0.0030％，RE0.02～0.03％，其余为Fe及不可避免的杂质；
中碳冷镦钢线材的生产方法，包括：
大方坯连铸，开坯，加热，轧制，吐丝，斯太尔摩冷却线冷却；或
小方坯连铸，开坯，加热，轧制，吐丝，斯太尔摩冷却线冷却；
所述连铸工序中，大方坯流程中包钢水过热度15-25℃，连铸拉速0.60～0.70m/min；小方坯流程中包钢水过热度25-30℃，连铸拉速1.8-2.0m/min；
所述轧制工序中，加热温度1050℃，开轧温度950～1000℃，预精轧入口温度950～990℃，精轧入口温度800～860℃；
所述冷却工序中：吐丝温度790～850℃，1#和2#风机开30％～50％，保温罩全部关闭，保温罩入口温度700～750℃，保温罩出口温度600～680℃，保温罩区间冷速0.1～0.3℃/s。
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