專利名稱：：高強度緊固件用含硼冷鐓鋼及其制備工藝的制作方法
技術領域：
：本發明涉及金屬材料
技術領域：
的一種緊固件用鋼及其生產方法，尤其涉及一種用于制造8.8、9.8級緊固件的，免球化退火高強度含硼冷鐓鋼及其制備工藝。
背景技術：
：2008年我國緊固件產量高達560萬噸，其中的主要產品之一即是8.8、9.8級高強度緊固件。目前制造8.8、9.8級緊固件的一般工序為"熱軋盤條一球化退火一拉拔一冷鐓—調質處理"，而其中球化退火工序能源消耗大、耗時長、環境污染重，不僅增加生產成本，而且造成金屬損失。因此，為節省能源、降低生成成本，簡化生產工序，同時符合越來越嚴格的環境保護標準，，如何縮短或取消生產高強度緊固件時對線材進行的球化退火工序，一直是專業人士所追求的目標。使用免退火處理的冷鐓鋼，特別是免球化退火含硼冷鐓鋼制造8.8、9.8級高強度緊固件僅需"熱軋盤條一拉拔一冷鐓一調質處理"等幾步簡單工序即可完成，從而省去盤條冷拔前的球化退火處理，具有顯著的經濟效益和廣闊的應用市場，因而已經成為冷鐓鋼研究開發的熱點之一。目前，日本JISG3508-12005標準中的SWRCHB323、SWRCHB423免球化退火含硼冷鐓鋼已可用于8.8、9.8級緊固件的制造，我國國內也有緊固件廠家應用美國標準SAE中的10B21、10B28等鋼種生產同樣高強度級別緊固件。但這些鋼種僅適于制造小規格0《16咖)緊固件產品，而對于大規格緊固件，如直徑達到1630mm的緊固件，則存在淬透性不足，回火溫度偏低(低于450°C)，性能不穩定等問題。
發明內容本發明的目的在于提出一種高強度緊固件用含硼冷鐓鋼及其制備工藝，該含硼冷鐓鋼強度、硬度低、塑性好、淬透性優良，可直接冷鐓制造大規格緊固件，同時，其制備工藝簡單，能耗低，效率高，從而克服了現有技術中的不足。為實現上述發明目的，本發明采用了如下技術方案—種高強度緊固件用含硼冷鐓鋼，其特征在于，該冷鐓鋼包含的組分及其重量百分比分別為C0.150.35%、Si<0.10%、Mn0.501.20%、Cr0.080.50%、P<0.035%、S<0.035%、A10.0050.080%、Ti0.0050.100%、B0.00050.0050%，以及余量的鐵和雜質。如上所述高強度緊固件用含硼冷鐓鋼的制備工藝，其特征在于，該工藝為按所述高強度緊固件用含硼冷鐓鋼的組成制備連鑄坯，而后將連鑄坯加熱，并依次經粗軋、中軋，其后在80095(TC精軋，吐絲溫度控制在800900°C，軋制形成的線材以<5°C/S的速度冷卻，然后整巻打捆后自然冷卻，形成成品高強度緊固件用含硼冷鐓鋼盤條。進一步地講，該工藝中，制備連鑄坯的過程為按所述高強度緊固件用含硼冷鐓鋼的組成配制冶煉原料，其后將冶煉原料依次進行冶煉、精煉和連鑄處理，形成連鑄坯。該工藝中，在精煉結束時采用A1終脫氧，并保證成品成分中[Al]4/質量比大于1.2。該工藝中，在精煉結束時采用Al脫氧后，還加入Ti固氮，其加入量需保證鋼中[Ti]/[N]質量比應高于3.5。該工藝中，在精煉結束前采用Al脫氧以及Ti固氮后，還加入硼，且硼的含量控制在550ppm。該工藝中，軋制形成的線材是以堆冷或控制冷卻方式冷卻的，且保持冷卻速度小于5°C/S。該工藝中，軋制形成的線材是在大盤巻運輸線上以堆冷方式冷卻的，且冷卻速度在0.250.5°C/s。該工藝中，軋制形成的線材是在在斯太爾摩輥道運輸線上以控制冷卻方式冷卻的。該工藝包括如下具體步驟按所述高強度緊固件用含硼冷鐓鋼的組成配制冶煉原料，其后將冶煉原料依次進行冶煉、精煉和連鑄處理，形成連鑄坯；將連鑄坯加熱到900110(TC，依次經粗軋、中軋后，在80095(TC精軋，吐絲溫度控制在800900°C;軋制形成的線材集巻后整巻在大盤巻運輸線上堆冷，或在斯太爾摩輥道運輸線上控制冷卻，冷卻速度小于5°C/S;整巻打捆后自然冷卻，形成成品高強度緊固件用含硼冷鐓鋼盤條。以下對本發明高強度緊固件用含硼冷鐓鋼的成分設計具體說明C:碳是主要強化元素之一。碳含量過低，則緊固件調質處理后硬度、強度不達標；但是如果碳含量過高，則熱軋盤條強度高，塑性低，冷鐓易開裂，同時冷鐓時變形抗力大，冷鐓模具壽命低。因此，必須考慮強度和冷鐓性能的平衡，故碳含量最好控制在0.150.35%之間。Si:硅雖然可提高鋼的強度，但同時也導致冷鐓變形抗力的急劇升高，大幅度提高模具消耗。因此，為降低冷鐓變形抗力，并結合工業生產的實際狀態，Si的含量控制在0.10%以下。Mn:錳是固溶強化元素，能彌補由于碳過低而導致強度下降；同時也可提高淬透性。因此，錳含量可控制在O.501.20%之間。Cr:鉻是固溶強化元素，同時可有效提高鋼錠淬透性，保證大規格盤條的淬火后的強度和硬度。此外，由于鉻可在回火處理時析出碳化物沉淀相，可起著二次硬化的作用。因此，鉻的含量控制在0.080.50%。Al:鋁是強脫氧劑，主要用來對精煉末期進行充分脫氧。為此，鋼中全鋁的含量需可控制在0.0050.080%，但必須保證成品成分中[Al]全/質量比大于1.2。Ti:鈦是強固氮元素。精煉末期Al脫氧之后，必須采用Ti固氮，以形成TiN來消除鋼中自由氮，使后加入的硼可以以自由硼存在。因此，Ti的含量可控制在O.0050.100%;具體含量應根據鋼中氮的含量來添加，即需保證Ti/N質量比應高于3.5。B:硼可大幅度提高淬透性。鋼中硼只有以自由硼的形式存在時才可在淬火時偏聚與奧氏體晶界，抑制鐵素體形核，從而提高鋼的淬透性。如果硼與鋼中氧、氮形成硼相或氮化硼，這不能起到提高淬透性的作用。因此，在保證鋼中充分脫氧、固氮后，將鋼中硼的含量控制在0.00050.0050%之間是合適的。本發明在現有SWRCHB323、SWRCHB423、10B21禾P10B28等鋼種基礎上，添加提高淬透性合金元素，從而形成本發明的高強度緊固件用含硼冷鐓鋼，其強度和硬度低、塑性好，在緊固件制造過程中，可省略球化退火處理而直接冷鐓，既節約了能源降低污染，又簡化了生產工藝，提高了生產效率；同時，本發明高強度緊固件用含硼冷鐓鋼具有優良的淬透性，最大淬透性直徑可達到03Omm，因此能夠保證在400480°C回火處理后強度達到8.8級緊固件的要求，因此適于制造大規格(如01630mm)緊固件。又及，本發明高強度緊固件用含硼冷鐓鋼制備工藝簡單，易于操控，成本低廉。具體實施例方式以下結合實施例對本發明的內容作詳細說明。實施例l該高強度緊固件用含硼冷鐓鋼為直徑為020mm冷鐓鋼盤條，其包含的組分及其重量百分比為C0.21%、Si0.06%、Mn0.86%、Cr0.17%、PO.0069%、S<0.0050%、A10.037%、Ti0.021%、B0.0013%、00.0056%、N0.0052%，余量為鐵及不可避免的雜質元素。該高強度緊固件用含硼冷鐓鋼的制備工藝為按所述高強度緊固件用含硼冷鐓鋼的組成配制冶煉原料，其后將冶煉原料依次進行冶煉、精煉；精煉末期采用Al錠終脫氧，并保證成品成分中[Al]4/質量比達到6.6;其后依次加入鈦鐵，并保證鋼中[Ti]/[N]質量比達到4.0;最后喂硼線，并保證鋼中硼含量達到13卯m;連鑄澆鑄形成150X150mm方坯；將方坯加熱到1000士5(TC，并進行車L制，控制開軋溫度950士5(rC，入精軋溫度900士5(TC，吐絲溫度控制在850士5(TC之間，形成02Omm的熱軋盤條；熱軋盤條利用VCC集巻后整巻在大盤巻運輸線上堆冷，冷卻速度0.20-5.O(TC/S5整巻打捆后自然冷卻，形成成品高強度緊固件用含硼冷鐓鋼盤條。該冷鐓鋼盤條經過酸洗、拉拔后，省略球化退火制成M20X1.5外六角螺栓，無冷鐓開裂，且經過880°CXlh淬火(水冷，水溫40°C)和460°CXlh回火處理后，該外六角螺栓抗拉強度和屈服強度分別達到900、863MPa，沖擊功Aku達到170J。完全能夠滿足8.8級螺栓強度要求。實施例2該高強度緊固件用含硼冷鐓鋼為直徑為030mm冷鐓鋼盤條，其包含的組分及其重量百分比為C0.20%、Si0.01%、Mn0.72%、Cr0.10%、P0.009%、S0.005%、A10.036%、Ti0.030%、B0.0030%、00.0013%、N0.0035%，余量為鐵及不可避免的雜質元素。該高強度緊固件用含硼冷鐓鋼的制備工藝為按所述高強度緊固件用含硼冷鐓鋼的組成配制冶煉原料，其后將冶煉原料進行冶煉、精煉；精煉末期采用Al錠終脫氧，并保證成品成分中[Al]4/質量比達到27.6;其5后依次加入鈦鐵，并保證鋼中[Ti]/[N]質量比達到8.6;最后喂硼線，并保證鋼中硼含量達到30卯m;連鑄澆鑄形成150X150mm方坯；將方坯加熱到1000士5(TC，并進行軋制，控制開軋溫度950士5(rC，入精軋溫度900士5(TC，吐絲溫度控制在850士5(TC之間，形成03Omm的熱軋盤條；熱軋盤條利用VCC集巻后整巻在大盤巻運輸線上堆冷，冷卻速度0.255.O(TC/S5整巻打捆后自然冷卻，形成成品高強度緊固件用含硼冷鐓鋼盤條。該冷鐓鋼盤條經過酸洗、拉拔后，省略球化退火制成M30X2外六角螺栓，無冷鐓開裂；且該外六角螺栓經過880°CXlh淬火(水冷，水溫40°C)和460°CXlh回火處理后，抗拉強度和屈服強度分別達到840、800MPa，沖擊功Aku達到210J。完全能夠滿足8.8級螺栓強度要求。實施例3該高強度緊固件用含硼冷鐓鋼為直徑為026mm冷鐓鋼盤條，其包含的組分及其重量百分比為C0.20%、Si0.06%、Mn0.83%、Cr0.18%、P0.010%、S0.008%、A10.056%、Ti0.030%、B0.0018%、00.0015%、N0.0043，余量為鐵及不可避免的雜質元素。該高強度緊固件用含硼冷鐓鋼的制備工藝為按所述高強度緊固件用含硼冷鐓鋼的組成配制冶煉原料，其后將冶煉原料進行冶煉、精煉；精煉末期采用Al錠終脫氧，并保證成品成分中[Al]4/質量比達到37.3;其后依次加入鈦鐵，并保證鋼中[Ti]/[N]質量比達到7.0;最后喂硼線，并保證鋼中硼含量達到18卯m;連鑄澆鑄形成150X150mm方坯；將方坯加熱到1000士5(TC，并進行軋制，控制開軋溫度950士5(rC，入精軋溫度900士5(TC，吐絲溫度控制在850士5(TC之間，形成03Omm的熱軋盤條；熱軋盤條集巻后整巻在大盤巻運輸線上堆冷，冷卻速度0.255.00°C/s;整巻打捆后自然冷卻，形成成品高強度緊固件用含硼冷鐓鋼盤條。該冷鐓鋼盤條經過酸洗、拉拔后，省略球化退火制成M26X2外六角螺栓，無冷鐓開裂；該外六角螺栓經過880°CXlh淬火(水冷，水溫40°C)和460°CXlh回火處理后，抗拉強度和屈服強度分別達到861、817MPa，沖擊功Aku達到214J。完全能夠滿足8.8級螺栓強度要求。實施例4該高強度緊固件用含硼冷鐓鋼為直徑為030mm冷鐓鋼盤條，其包含的組分及其重量百分比為C0.30%、Si0.05%、Mn0.62%、Cr0.45%、P0.006、S0.004%、A10.030%、Ti0.050%、B0.0035%、00.0028%、N0.0059%，余量為鐵及不可避免的雜質元素。該高強度緊固件用含硼冷鐓鋼的制備工藝為按所述高強度緊固件用含硼冷鐓鋼的組成配制冶煉原料，其后將冶煉原料進行冶煉、精煉；精煉末期采用Al錠終脫氧，并保證成品成分中[Al]4/質量比達到10.7;其后依次加入鈦鐵，并保證鋼中[Ti]/[N]質量比達到8.5;最后喂硼線，并保證鋼中硼含量達到35卯m;連鑄澆鑄形成150X150mm方坯；將方坯加熱到1000士5(TC，并進行車L制，控制開軋溫度950士5(rC，入精軋溫度900士5(TC，吐絲溫度控制在850士5(TC之間，形成03Omm的熱軋盤條；熱軋盤條集巻后整巻在大盤巻運輸線上堆冷，冷卻速度0.255.00°C/s;整巻打捆后自然冷卻，形成成品高強度緊固件用含硼冷鐓鋼盤條。該冷鐓鋼盤條經過酸洗、拉拔后，省略球化退火制成M30X2外六角螺栓，無冷鐓開裂；且該外六角螺栓經過880°CXlh淬火(水冷，水溫40°C)和460°CXlh回火處理后，抗拉強度和屈服強度分別達到910、856MPa，沖擊功Aku達到140J。完全能夠滿足8.8級螺栓強度要求。實施例5該高強度緊固件用含硼冷鐓鋼為直徑為030mm冷鐓鋼盤條，其包含的組分及其重量百分比為C0.17%、Si0.08%、Mn1.10%、Cr0.30%、P0.008、S0.006%、A10.045%、Ti0.062%、B0.0027%、00.0020%、N0.0045%，余量為鐵及不可避免的雜質元素。該高強度緊固件用含硼冷鐓鋼的制備工藝為按所述高強度緊固件用含硼冷鐓鋼的組成配制冶煉原料，其后將冶煉原料進行冶煉、精煉；精煉末期采用Al錠終脫氧，并保證成品成分中[Al]4/質量比達到22.5;其后依次加入鈦鐵，并保證鋼中[Ti]/[N]質量比達到13.8;最后喂硼線，并保證鋼中硼含量達到27卯m;連鑄澆鑄形成150X150mm方坯；將方坯加熱到1000士5(TC，并進行車L制，控制開軋溫度950士5(rC，入精軋溫度900士5(TC，吐絲溫度控制在850士5(TC之間，形成03Omm的熱軋盤條；熱軋盤條集巻后整巻在大盤巻運輸線上堆冷，冷卻速度0.255.O(TC/s;整巻打捆后自然冷卻，形成成品高強度緊固件用含硼冷鐓鋼盤條。該冷鐓鋼盤條經過酸洗、拉拔后，省略球化退火制成M30X2外六角螺栓，無冷鐓開裂；且該外六角螺栓經過880°CXlh淬火(水冷，水溫40°C)和460°CXlh回火處理后，抗拉強度和屈服強度分別達到870、821MPa，沖擊功Aku達到205J。完全能夠滿足8.8級螺栓強度要求。以上實施例15的成分和性能還可如下表1、2所示。表1實施例15化學成分對比(wt.%)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>注*為ppm表2實施例15力學性能對比<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>注Q:淬火，水溫40°C;T:回火由上述實施例可見，本發明的高強度緊固件用免球化退火含硼冷鐓鋼在緊固件制造中可不經過球化退火，仍具有良好的冷鐓性能，可直接冷鐓成型緊固件，特別適合應用在大規格(0163Omm)緊固件中，均能滿足緊固件國家標準《GBT3098.1-2000緊固件機械性能螺栓、螺釘和螺柱》的要求。該免球化退火含硼冷鐓鋼制備緊固件節約了大量能源、降低了生產成本，簡化了生產工序。因此必將得到廣泛的應用。上述實施例僅為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。權利要求一種高強度緊固件用含硼冷鐓鋼，其特征在于，該冷鐓鋼包含的組分及其重量百分比分別為C0.15～0.35％、Si＜0.10％、Mn0.50～1.20％、Cr0.08～0.50％、P＜0.035％、S＜0.035％、Al0.005～0.080％、Ti0.005～0.100％、B0.0005～0.0050％，以及余量的鐵和雜質。2.如權利要求l所述高強度緊固件用含硼冷鐓鋼的制備工藝，其特征在于，該工藝為按所述高強度緊固件用含硼冷鐓鋼的組成制備連鑄坯，而后將連鑄坯加熱，并依次經粗軋、中軋，其后在80095(TC精軋，吐絲溫度控制在800900°C，軋制形成的線材以<5°C/S的速度冷卻，然后整巻打捆后自然冷卻，形成成品高強度緊固件用含硼冷鐓鋼盤條。3.如權利要求2所述高強度緊固件用含硼冷鐓鋼的制備工藝，其特征在于，該工藝中，制備連鑄坯的過程為按所述高強度緊固件用含硼冷鐓鋼的組成配制冶煉原料，其后將冶煉原料依次進行冶煉、精煉和連鑄處理，形成連鑄坯。4.如權利要求3所述高強度緊固件用含硼冷鐓鋼的制備工藝，其特征在于，該工藝中，在精煉結束時采用Al終脫氧，并保證成品成分中[Al]全/質量比大于1.2。5.如權利要求4所述高強度緊固件用含硼冷鐓鋼的制備工藝，其特征在于，該工藝中，在精煉結束時采用Al脫氧后，還加入Ti固氮，其加入量需保證鋼中[Ti]/[N]質量比應高于3.5。6.如權利要求5所述高強度緊固件用含硼冷鐓鋼的制備工藝，其特征在于，該工藝中，在精煉結束前采用Al脫氧以及Ti固氮后，還加入硼，且硼的含量控制在550卯m。7.如權利要求2所述高強度緊固件用含硼冷鐓鋼的制備工藝，其特征在于，該工藝中，軋制形成的線材是以堆冷或控制冷卻方式冷卻的，且保持冷卻速度小于5°C/S。8.如權利要求7所述高強度緊固件用含硼冷鐓鋼的制備工藝，其特征在于，該工藝中，軋制形成的線材是在大盤巻運輸線上以堆冷方式冷卻的，且冷卻速度在0.250.5°C/s。9.如權利要求7所述高強度緊固件用含硼冷鐓鋼的制備工藝，其特征在于，該工藝中，軋制形成的線材是在在斯太爾摩輥道運輸線上以控制冷卻方式冷卻的。10.如權利要求2所述高強度緊固件用含硼冷鐓鋼的制備工藝，其特征在于，該工藝包括如下具體步驟按所述高強度緊固件用含硼冷鐓鋼的組成配制冶煉原料，其后將冶煉原料依次進行冶煉、精煉和連鑄處理，形成連鑄坯；將連鑄坯加熱到900IIO(TC，依次經粗軋、中軋后，在80095(TC精軋，吐絲溫度控制在800900°C;軋制形成的線材集巻后整巻在大盤巻運輸線上堆冷，或在斯太爾摩輥道運輸線上控制冷卻，冷卻速度小于5°C/S;整巻打捆后自然冷卻，形成成品高強度緊固件用含硼冷鐓鋼盤條。全文摘要本發明涉及一種高強度緊固件用含硼冷鐓鋼及其生產方法。該冷鐓鋼包含的組分及其重量百分比分別為C0.15～0.35％、Si＜0.10％、Mn0.50～1.20％、Cr0.08～0.50％、P＜0.035％、S＜0.035％、Al0.005～0.080％、Ti0.005～0.100％、B0.0005～0.0050％以及余量的鐵和雜質；其制備工藝為按上述含硼冷鐓鋼的組成制備連鑄坯，而后將連鑄坯依次經加熱、粗軋、中軋、精軋、冷卻處理，最后整卷打捆后自然冷卻形成成品。本發明鋼種強度和硬度低、塑性好、淬透性優良，可簡化緊固件制造工藝，節約能源，降低污染，且生產的大規格緊固件強度在8.8級以上。同時，本發明制備工藝簡單，易于實施，成本低廉。文檔編號B21B37/74GK101775546SQ20101012783公開日2010年7月14日申請日期2010年3月19日優先權日2010年3月19日發明者何毅,周蕾,峰公雄,楊浩,甘望益,鄧峰云,陳樹銘,高利容,齊振余申請人:江蘇省沙鋼鋼鐵研究院有限公司