[发明专利]12.9级紧固件用含钛冷镦钢盘条及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种冷镦钢盘条及其制备工艺，尤其涉及一种12.9级紧固件用含钛冷镦钢盘条及其生产方法，属于钢铁冶金和轧钢领域。

背景技术

紧固件是将两个或两个以上零件(或构件)紧固连接成为一件整体时所采用的一类机械零件的总称，包括螺栓、螺钉、螺母、螺柱、铆钉等，广泛应用于汽车、机械、船舶、铁路、桥梁、建筑、电子等领域。冷镦钢是生产紧固件的主要原料。我国是冷镦钢生产大国，产量占全球的35％以上，但目前国产冷镦钢普遍级别较低，以8.8级及以下紧固件用材为主。市场急需的汽车、航空、高铁、电力用冷镦钢等高端产品仍需大量进口，严重制约了我国相关行业的技术升级。与传统冷镦钢相比，12.9级高强度紧固件用冷镦钢可节省材料30％以上，有利于减少钢材用量，降低能源消耗和碳排放。

12.9级紧固件是国标中强度级别最高的产品，在12.9级紧固件中，内六角螺栓是档次最高的产品之一，对冷镦钢的表面质量、纯净度、淬透性、冷变形能力等方面有极高的要求，目前国内仅有个别企业能够生产此类冷镦钢产品，而且这些企业均采用长流程工艺。与“高炉+转炉”长流程相比，以“电炉+小方坯连铸连轧”为特征的短流程工艺具有成本低、节能、环保的显著优势。近年来，国际社会对气候变化问题日益重视，我国政府也明确提出“2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40～45％”这一目标，节能减排已成为基本国策。钢铁行业是能耗大户，约占全国总能耗的16％，CO₂排放的12％，在节能减排方面将承担重大责任。在钢铁生产过程中，高炉炼铁消耗了80％以上的能源，排放了90％以上的CO₂。而短流程电炉炼钢以废钢为重要原料，高炉铁水用量通常少于45％，与长流程相比可以减少50％的CO₂排放。据测算，采用短流程工艺，每吨钢可节能300kg标准煤，减少CO₂排放1.2吨以上，具有显著的经济和社会效益。但与转炉炼钢相比，电炉炼钢的氮含量不易控制，若不采取措施，钢中的自由氮会在冷镦过程中引起应变时效，造成工件拉丝断裂和冷镦开裂。

发明内容

本发明的目的之一在于针对现有技术中的不足，提供一种12.9级紧固件用含钛冷镦钢盘条，它包括按照重量百分比计算的如下组分：

基本成分：C 0.34～0.38％、Si 0.15～0.30％、Mn 0.60～0.90％、P≤0.020％、S≤0.020％、Cr 0.90～1.10％、Mo 0.17～0.24％、Ti 0.005～0.05％、Al 0.01～0.04％、以及N 40～110ppm；

可选择成分：B 5～30ppm、Ca 5～20ppm以及Cu 0.05～0.20％中的任意一种以上；

以及，余量的铁和杂质。

以下具体说明各元素的作用及原理：

C：碳是主要强化元素之一。碳含量过低，则紧固件调质处理后硬度、强度不达标；但是如果碳含量过高，则热轧盘条强度高，塑性低，冷镦易开裂，同时冷镦时变形抗力大，冷镦模具寿命低。因此，必须考虑强度和冷镦性能的平衡，故碳含量应控制在0.34～0.38％。

Si：硅虽然可提高钢的强度，但同时也导致冷镦变形抗力的急剧升高，大幅度提高模具消耗。为降低冷镦变形抗力，并结合工业生产的实际状态，Si的含量控制在0.15～0.30％。

Mn：锰是固溶强化元素，同时在炼钢过程中还起到脱氧作用，同时也可提高淬透性。但过多的锰会降低盘条的塑性和韧性，因此，锰含量可控制在0.60～0.90％。

P：磷在本发明钢中会引起中心偏析，形成晶界偏聚，降低盘条塑性，P含量应控制在0.020％以内。

S：硫除了容易引起中心偏析外，还会形成长条形的MnS夹杂物，在冷变形过程中容易形成裂纹，降低扭转性能，其含量应控制在0.020％以内。

Cr：铬是固溶强化元素，在钢中有较大的溶解度，同时可有效提高淬透性，保证材料淬火后的强度和硬度。此外，铬在回火处理时析出碳化物沉淀相，可起到二次硬化的作用。因此，铬的含量控制在0.90～1.10％。

Mo：钼可大幅提高淬透性，保证材料淬火后的强度和硬度。此外，钼在回火处理时析出碳化物沉淀相，可起到二次硬化的作用，提高回火稳定性。但钼的成本较高，综合考虑，钼的含量控制在0.17～0.24％。