[发明专利]汽车紧固件螺杆用非调质钢及其生产方法

说明书

技术领域

本发明汽车紧固件螺杆用非调质钢及其生产方法，属钢铁冶金技术领域，具体涉及高强韧性非调质钢及其生产方法。

背景技术

随着汽车、机械等行业的发展，对制造各类钢材提出了越来越高的要求，最有效的措施便是高强度化，而且随着日益面临的能源危机，节能降耗、价格低廉、简化生产过程的非调质钢将会得到越来越多的应用。非调质钢最早应用于德国的汽车制造中，后来瑞典、日本的主要汽车零部件也都采用非调质钢生产，目前国内非调质钢的应用范围正在不断扩大，从汽车曲轴到连杆、转向节、半轴和轮毂等零件，面对的主要障碍往往是非调质钢强度、硬度有余而韧性不足，因此在某些零部件生产中仍存在问题。

目前，汽车紧固件螺栓用钢多为传统的调质钢，如35、40、45、40Cr、35CrMo、40MnB、42CrMo等中碳钢，需要经过球化退火、酸洗磷化、冷拔、滚丝、成形、调质、去氢退火等工艺，消耗能源多，生产周期长。非调质钢与传统调质钢相比由于省去了冷拔前的球化退火和成形后的调质工艺，不仅可以提高生产效率，而且还能减少能源消耗。非调质钢对尺寸效应(体积效应)不敏感，其横截面上抗拉强度和硬度分布比较均匀，大规格调质螺栓，由于受淬透性的影响，表面和心部力学性能和硬度差别很大，使用非调质钢更见优势；非调质钢制作的高强螺栓，屈强比高于调质紧固件，服役中不易出现滑扣、变形、断裂、回角磨圆等质量问题。

冷作硬化型非调质钢是制造汽车紧固件螺栓的主要钢种，其特点是：在材料的质量分数组分中含有较高含量的硅、锰元素，采用先进的低温状态下的轧制控制冷却技术获得细晶组织的热轧材，按设定的冷拔减面率拉拔后，达到相应等级工艺料直接通过冷镦成形加工成紧固件。成形后的紧固件不再需要经过传统的淬火并回火的调质过程，或只需进行稳定化时效处理，经过稳定化处理后的紧固件成品能全面达到GB/T3098.1紧固件机械性能标准(螺栓、螺钉和螺柱)中的各项指标。目前，这类低碳微合金以铁素体-珠光体为主要组织的非调质钢用于制造8.8级～10.9级的外螺纹紧固件。尤其在制造细长杆螺栓、螺柱、U型螺丝和螺杆时，因为不需调质热处理，避免弯曲变形更显优势。在节约能源、保护环境、降低成本方面有显著效果。因此，在国内推广应用较为普遍。

国内用作汽车紧固件螺栓的非调质钢主要有LF20Mn2、LF18Mn2、LF10MnSiTi等、国外主要有日本新日铁公司生产的NHF55、NHF60和NHF85；日本大同特殊钢公司生产的MC7和MC8。其特点是在低碳钢的基础上适当添加部分V、Nb、Ti、B等微合金元素，通过炼钢-轧制工艺生产成棒材或线材，其热轧材的性能一般不超过900MPa，为了提高强度，需进行冷拔变形，达到需要的强度，但牺牲了部分塑性，影响了螺栓的强韧性。

发明内容

本发明的目的是提供汽车紧固件螺杆用非调质钢及其生产方法，以克服现有技术低碳非调质钢生产中因其必须的冷拔加工过程的较大减面率而导致的材料韧性大幅度降低的问题，本发明通过对中碳钢化学成分和生产工艺的设计，无需冷拔工序，使所生产的热轧中碳非调质钢圆钢以其高强韧性，适用于汽车用紧固件螺栓，并且节约能耗和降低成本。

本发明技术方案：

本发明汽车紧固件螺杆用非调质钢及其生产方法，包括非调质钢化学成分及其钢坯加热、轧制和轧后冷却生产步骤，所述非调质钢，其质量百分比的化学成分为C：0.35-0.45％、Si：0.45-0.65％、Mn：1.30-1.50％、P：0.010-0.030％、S：0.015-0.035％、Al：0.005-0.015％、Cr：0.10-0.30％、V：0.05-0.15％、N：0.0080-0.0150％，其余量为Fe和不可避免的夹杂；在所述钢坯加热步骤，控制钢坯加热温度为1150-1250℃，使钢坯中的V(C、N)充分溶解于奥氏体中，呈弥散分布；在所述轧制步骤，保持开轧温度在1020-1100℃、终轧温度在800-900℃，压下量≥15；通过多道反复形变再结晶，充分细化奥氏体晶粒，同时使铁素体晶粒充分细化；在所述轧后冷却步骤，控制其轧后冷却速度为1-10℃/s，以控制C、N及V微合金元素析出物的颗粒大小和数量、晶粒大小、珠光体的相对量；从而获得适用汽车紧固件螺杆的非调质钢热轧钢。