汽車緊固件螺桿用非調質鋼及其生產方法
【技術領域】
[0001] 本發明汽車緊固件螺桿用非調質鋼及其生產方法，屬鋼鐵冶金技術領域，具體涉 及高強韌性非調質鋼及其生產方法。
【背景技術】
[0002] 隨著汽車、機械等行業的發展，對制造各類鋼材提出了越來越高的要求，最有效的 措施便是高強度化，而且隨著日益面臨的能源危機，節能降耗、價格低廉、簡化生產過程的 非調質鋼將會得到越來越多的應用。非調質鋼最早應用于德國的汽車制造中，后來瑞典、 日本的主要汽車零部件也都采用非調質鋼生產，目前國內非調質鋼的應用范圍正在不斷擴 大，從汽車曲軸到連桿、轉向節、半軸和輪轂等零件，面對的主要障礙往往是非調質鋼強度、 硬度有余而韌性不足，因此在某些零部件生產中仍存在問題。
[0003] 目前，汽車緊固件螺栓用鋼多為傳統的調質鋼，如35、40、45、40Cr、35CrMo、40MnB、 42CrMo等中碳鋼，需要經過球化退火、酸洗磷化、冷拔、滾絲、成形、調質、去氫退火等工藝， 消耗能源多，生產周期長。非調質鋼與傳統調質鋼相比由于省去了冷拔前的球化退火和成 形后的調質工藝，不僅可以提高生產效率，而且還能減少能源消耗。非調質鋼對尺寸效應 (體積效應）不敏感，其橫截面上抗拉強度和硬度分布比較均勻，大規格調質螺栓，由于受 淬透性的影響，表面和心部力學性能和硬度差別很大，使用非調質鋼更見優勢；非調質鋼制 作的高強螺栓，屈強比高于調質緊固件，服役中不易出現滑扣、變形、斷裂、回角磨圓等質量 問題。
[0004] 冷作硬化型非調質鋼是制造汽車緊固件螺栓的主要鋼種，其特點是：在材料的質 量分數組分中含有較高含量的硅、錳元素，采用先進的低溫狀態下的軋制控制冷卻技術獲 得細晶組織的熱軋材，按設定的冷拔減面率拉拔后，達到相應等級工藝料直接通過冷鐓成 形加工成緊固件。成形后的緊固件不再需要經過傳統的淬火并回火的調質過程，或只需進 行穩定化時效處理，經過穩定化處理后的緊固件成品能全面達到GB/T3098. 1緊固件機械 性能標準（螺栓、螺釘和螺柱）中的各項指標。目前，這類低碳微合金以鐵素體-珠光體為 主要組織的非調質鋼用于制造8. 8級~10. 9級的外螺紋緊固件。尤其在制造細長桿螺栓、 螺柱、U型螺絲和螺桿時，因為不需調質熱處理，避免彎曲變形更顯優勢。在節約能源、保護 環境、降低成本方面有顯著效果。因此，在國內推廣應用較為普遍。
[0005] 國內用作汽車緊固件螺栓的非調質鋼主要有LF20Mn2、LF18Mn2、LFlOMnSiTi等、 國外主要有日本新日鐵公司生產的NHF55、NHF60和NHF85 ;日本大同特殊鋼公司生產的MC7 和MC8。其特點是在低碳鋼的基礎上適當添加部分V、Nb、Ti、B等微合金元素，通過煉鋼-軋 制工藝生產成棒材或線材，其熱軋材的性能一般不超過900MPa，為了提高強度，需進行冷拔 變形，達到需要的強度，但犧牲了部分塑性，影響了螺栓的強韌性。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是提供汽車緊固件螺桿用非調質鋼及其生產方法，以克服現有技術 低碳非調質鋼生產中因其必須的冷拔加工過程的較大減面率而導致的材料韌性大幅度降 低的問題，本發明通過對中碳鋼化學成分和生產工藝的設計，無需冷拔工序，使所生產的熱 軋中碳非調質鋼圓鋼以其高強韌性，適用于汽車用緊固件螺栓，并且節約能耗和降低成本。 [0007] 本發明技術方案：
[0008] 本發明汽車緊固件螺桿用非調質鋼及其生產方法，包括非調質鋼化學成分及 其鋼坯加熱、乳制和軋后冷卻生產步驟，所述非調質鋼，其質量百分比的化學成分為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 為Fe和不可避免的夾雜；在所述鋼坯加熱步驟，控制鋼坯加熱溫度為1150-1250°C，使 鋼坯中的V(C、N)充分溶解于奧氏體中，呈彌散分布；在所述軋制步驟，保持開軋溫度在 1020-1100°C、終軋溫度在800-900°C，壓下量彡15 ;通過多道反復形變再結晶，充分細化 奧氏體晶粒，同時使鐵素體晶粒充分細化；在所述軋后冷卻步驟，控制其軋后冷卻速度為 1-10°C /s，以控制C、N及V微合金元素析出物的顆粒大小和數量、晶粒大小、珠光體的相對 量；從而獲得適用汽車緊固件螺桿的非調質鋼熱軋鋼。
[0009] 一種根據上述技術方案的汽車緊固件螺桿用非調質鋼及其生產方法，其非調質鋼 之質量百分比化學成分為 C :0. 35%、Si :0. 45%、Mn :1. 30%、P :0. 015%、S :0. 020%、Cr : 0. 20%、V :0. 08%、N :0. 0080%、Al :0. 005%，其余為Fe和不可避免的雜質；控制鋼坯加 熱溫度為1250°C，保持開軋溫度為1100°C、終軋溫度為900°C，壓下量為15 ;控制軋后冷 卻速度為l〇°C /s ;熱軋材晶粒度為9. 0級，珠光體比例為70%，獲得機械性能參數為：Rm : 920MPa，Rel :650MPa，A :25%，Z :50%的一種適用汽車緊固件螺桿的高強韌性能的非調質 圓鋼。
[0010] 一種根據上述技術方案的汽車緊固件螺桿用非調質鋼及其生產方法，其非調質鋼 之質量百分比化學成份為 C :0. 38%、Si :0. 50%、Mn :1. 35%、P :0. 020%、S :0. 020%、Cr : 0. 15%、V :0. 10%、N :0. 0100%、Al :0. 008%，其余為鐵和不可避免的雜質；控制鋼坯加熱 溫度為1200°C，保持開軋溫度為1080°C、終軋溫度為880°C，壓下量18 ;乳后冷卻速度為 8°C /s，熱軋材晶粒度9. 0級，珠光體比例為73%，獲得機械性能參數為Rm :940MPa，Rel : 660MPa，A :23%，Z :48%的一種適用汽車緊固件螺桿的高強韌性能的非調質圓鋼。
[0011] 一種根據上述技術方案的汽車緊固件螺桿用非調質鋼及其生產方法，其非調質鋼 之質量百分比化學成份為 C :0· 40%、Si :0· 55%、Mn :1· 40%、P :0· 010%、S :0· 025%、Cr : 0. 16%、V :0. 12%、N :0. 0120%、Al :0. 010%、其余為鐵和不可避免的雜質；控制鋼坯加熱 溫度為1180°C，保持開軋溫度為1060°C，終軋溫度為850°C，壓下量20 ;乳后冷卻速度5°C / s ;熱軋材晶粒度9. 5級，珠光體比例為75%，獲得機械性能為：Rm :950MPa，Rel :670MPa，A : 22%，Z :45%的一種適用汽車緊固件螺桿的高強韌性能的中碳非調質圓鋼。
[0012] 一種根據上述技術方案的汽車緊固件螺桿用非調質鋼及其生產方法，其非調質鋼 之質量百分比化學成份為 C :0. 42%、Si :0. 60%、Mn :1.45%、P :0. 030%、S :0. 025%、Cr : 0. 14%、V :0. 12%、N :0. 0140%、Al :0. 010%，其余為鐵和不可避免的雜質；控制鋼坯加熱 溫度為1150°C，保持開軋溫度為1040°C、終軋溫度為850°C，壓下量18 ;乳后冷卻速度為 2°C /s ;熱軋材晶粒度9. 0級，珠光體比例為76%，獲得機械性能參數為Rm :950MPa，Rel : 680MPa，A :22%，Z :45%的一種適用汽車緊固件螺桿的高強韌性能的中碳非調質鋼熱軋圓 鋼。
[0013] -種根據上述技術方案的汽車緊固件螺桿用非調質鋼及其生產方法，其非調質 鋼之質量百分比化學成份為 C :0. 45%、Si :0. 65%、Mn :1. 50%、P :0. 010%、S :0. 035%、 Cr :0. 10%、V :0. 15%、N :0. 0150%、Al :0. 015%，其余為鐵和不可避免的雜質；控制鋼坯 加熱溫度為1150°C，保持開軋溫度為1020°C、終軋溫度為800°C，壓下量20 ;乳后冷卻速度 為1°C /s ;熱軋材晶粒度9. 5級，珠光體比例80%，獲得機械性能參數