[发明专利]10.9级含铌非调质冷镦钢及其热轧盘条的轧制方法

说明书

技术领域

本发明属紧固件用冷镦钢领域，尤其涉及一种10.9级紧固件用非调质冷镦钢及其热轧盘条的生产方法。

背景技术

高强度螺栓等高强度紧固件的强度水平一般分为8.8、9.8、10.9和12.9四个级别，通常为调质处理的中碳钢或中碳合金钢，也有非调质钢。非调质紧固件生产工序与调质紧固件生产工序相比，非调质紧固件的生产可省去冷镦前的球化退火、减少拉拔次数和省去冷镦后的调质热处理等，这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，同时还避免了因热处理而造成的表面氧化、脱碳及工件变形等问题，因而具有显著的经济效益和社会效益。

由于高强度微合金非调质钢热轧盘条在冷加工时的硬度较通常的调质钢的硬度高，这使得冷加工复杂形状的10.9级螺栓(如凸缘螺栓)时裂纹萌生率高，而且冷加工模具的寿命有所降低，因此目前微合金非调质钢制造的螺栓主要为8.8级、9.8级。

《汽车工艺与材料》2007年第11期第43-48页报道了一种9.8级冷作强化非调质钢高强度汽车U形螺栓，化学成分为0.15-0.20％C，0.30-0.60％Si，1.35-1.75％Mn，≤0.030％P，≤0.030％S，0.010-0.040％Ti，0.04-0.07％V。

《特殊钢》1993年第6期第23-26页报道了一种10.9级冷作强化非调质钢，化学成分为0.09-0.13％C，0.17-0.37％Si，1.90-2.40％Mn，≤0.030％P，≤0.030％S，0.04-0.08％Ti，0.08-0.12％V，0.001-0.005％B。该钢的微合金元素设计存在以下缺陷：(1)Ti含量为0.04-0.08％，Ti元素容易氧化，加入＞0.04-0.10％Ti时，会增加钢中TiO₂夹杂物数量和疲劳裂纹源点，从而降低紧固件的使用寿命；(2)B含量为0.001-0.005％，当硼含量若超过0.004％时，则容易出现硼化合物脆性相；(3)V含量0.08-0.12％，钒元素的加入可提高钢的强度和韧性，但加入量大于0.03％以上时，钒元素的加入会降低冲击韧性，使冷镦性能降低。并且受生产技术水平的限制，线材的冷变形能力差、强度波动大，因而一直没能得到工业化批量生产和应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种10.9级含铌非调质冷镦钢及其热轧盘条的轧制方法，该钢种能提高紧固件用非调质钢的强度级别和冷加工性能，并做到合理、均衡地利用资源，采用较少的微合金元素加入量，降低生产成本。

本发明提供的10.9级含铌非调质冷镦钢，其组分的重量百分比(％)为：C0.08％-0.14％，Si0.03％-0.35％，Mn1.80％-2.30％，P≤0.025％，S≤0.015％，B0.0005％-0.003％，Ti0.01％-0.03％，Als0.010％-0.050％，Nb 0.02％-0.04％，其余为铁和微量杂质。

本发明的10.9级含铌非调质冷镦钢热轧盘条的轧制方法为：钢坯在加热炉中加热后在高速线材轧机上进行轧制，然后集卷、冷却、打捆、入库，其中，加热温度1050-1250℃，粗、中轧轧制温度1000-1050℃，精轧温度750-830℃，吐丝温度730-850℃，吐丝后盘条分两段控制冷却，550℃以上以≥5℃/s的冷速快冷，小于550℃以0.1-3℃/s的冷速缓冷。

本发明主要采用成分优化设计与低温控轧控冷有机结合的技术思路，以使热轧盘条获得细化的粒状贝氏体组织形貌，即贝氏体型铁素体基体上分布有M-A岛，岛中马氏体为板条状，从而具有良好的冷加工性和韧性，以解决传统非调质冷镦钢盘条的低冷镦性和低韧性的难题，从而促进非调质冷镦钢盘条的进一步推广应用。

本发明钢的成分设计是在含碳0.10％左右的C-Mn系中添加Ti、B等元素，同时加入少量的Nb，保证得到合适的强度和韧塑性。本发明10.9级紧固件用非调质钢的化学成分配比(按重量百分比)为：C 0.08％-0.14％，Si 0.03％-0.35％，Mn 1.80％-2.30％，P≤0.025％，S≤0.015％，B 0.0005％-0.003％，Ti 0.01％-0.03％，Als 0.010％-0.050％，Nb 0.02％-0.04％，其余为Fe和杂质元素。

本发明的生产工艺流程为：转炉或电炉冶炼、炉外精炼、连续浇注成钢坯，高速线材低温控轧控冷轧制。