[发明专利]一种免热处理高强冷镦钢及其热轧棒材的生产方法

说明书

技术领域

    本发明型涉及一种免热处理高强冷镦钢及其热轧棒材的生产方法，属于机器零件用结构钢及制造工艺技术领域。 

背景技术

冷镦钢主要用来制作螺栓等紧固件，其碳含量通常为0.33%～0.45%。按照常规轧制工艺技术生产的热轧冷镦用钢，其微观组织中的珠光体呈片层状，因而在冷成型前需要进行耗时、耗能的球化退火处理，才能使钢中的碳化物形态由片状改变为球状。一般情况下，生产厂制造高强度螺栓需要用中碳钢轧制出的棒材或线材作为原料，热轧态原料首先通过球化退火，使材料软化，再经过酸洗、拉拔改制成冷镦工艺料，然后喂入多工位冷镦机冷镦成型并搓丝制成螺栓，最后再经过淬火加回火处理，力学性能才能满足要求。传统的球化退火处理不仅工艺复杂，生产周期长，消耗大量的能源，而且热处理容易造成废品，增加金属消耗，并污染环境，生产效率低、生产成本高。同时制成的螺栓在随后的热处理中也经常会出现各种热处理缺陷，使产品的合格率降低，生产成本进一步提高。中国发明专利99115353.7，名称为：高速大变形热轧冷镦钢碳化物的球化退火工艺，虽然对传统球化退火工艺进行了改进，缩短了球化退火时间，但仍需离线球化退火；中国发明专利200410103089.0，名称为：8.8级高强度冷镦钢用热轧免退火盘条的生产方法，基于高速线材生产线，采用的是热机械轧制（TMCP）工艺，轧后需冷却到800～620℃区间在线保温相变，保温时间600～2400s，该方法虽然实现了冷镦钢在线软化，但冷镦成的螺栓需经调质（淬火加回火）处理，其力学性能才能满足要求。并且该发明方法需要在线保温相变，通常的高速线材生产线很难实现，更不适用于棒材生产线。

发明内容

本发明目的是提供一种免热处理高强冷镦钢及其热轧棒材的生产方法，在棒材热轧生产过程中，通过采用形变诱导铁素体相变和温轧相结合的加工方法，直接生产热轧棒材，冷镦前不需要退火处理直接冷镦成形，节约能源，减少环境污染，降低生产制作成本，解决背景技术存在的上述问题。

本发明技术方案是：

一种免热处理高强冷镦用钢，化学成分按照重量百分比配比如下：C：0.30～0.40％ ，Si：0.15～0.35％，Mn：0.70～1.20％ ，P：≤0.025％， S：≤0.025％，其余为Fe。

上述免热处理高强冷镦用钢，所述化学成分配比优选如下：C：0.33～0.38％ ，Si：0.18～0.25％，Mn：0.80～1.1％ ，P：≤0.020％， S：≤0.020％, 其余为Fe。

一种上述免热处理高强冷镦钢热轧棒材的生产方法，包括炼铁、炼钢、轧制工序，轧制工序采用棒材轧制设备，分为粗轧、中轧和精轧工序，粗轧工序采用奥氏体再结晶轧制，中轧和精轧工序采用形变诱导铁素体相变轧制（DIFT）和温轧相结合的工艺；形变诱导铁素体相变（DIFT）是动态相变，是由形变产生储存能提高相变驱动力诱导的相变；相变主要发生在变形中，这与以往钢的轧制采用的TMCP相变不同，后者主要发生在轧后冷却中；首先通过形变诱导铁素体轧制获取超细铁素体加短棒状或颗粒状碳化物，然后在精轧机组直接进行温轧，使碳化物在温轧变形过程中发生弯折、溶解直至球化并重新分布，从而实现碳化物在线直接球化，使最终冷镦钢用热轧棒材的组织为超细铁素体加碳化物颗粒；其特别之处是，保证粗轧工序中奥氏体发生完全再结晶，将铸态奥氏体晶粒细化；为保证粗轧工序中奥氏体发生完全再结晶，粗轧终止温度在1000℃以上，低于该温度奥氏体将不能发生完全再结晶，使最终成品板产生混晶组织，造成钢的韧性降低；粗轧区温度控制在1000～1150℃；粗轧出来的中间坯经水冷进入中轧机组，在中轧机组进行形变诱导铁素体轧制，中轧区的温度控制在760～900℃，累计压下率大于60%，其主要是为了诱导铁素体在变形过程中析出，然后再通过水冷，使轧件的温度降低到650～770℃进行温轧，温轧主要是保证动态珠光体相变和片层状的碳化物进一步球化；轧后冷却速度控制在0.5～70℃/s。

按照本发明的加工方法生产的冷镦钢用热轧棒材，其最终棒材的热轧态组织为超细铁素体加颗粒状碳化物的复相组织，铁素体平均晶粒尺寸为3μm；由于铁素体晶粒细小、均匀，碳化物呈颗粒状分布，因而具有很高的塑性和韧性。

所述轧制工序的工艺参数控制如下：铸坯在加热炉中加热到1080～1180℃后，进行粗轧。