专利名称：：屈服强度≥320MPa螺柱焊钉用钢及其生产方法
技术领域：
：本发明涉及低合金钢制造领域，具体属于一种屈服强度320MPa级高韧性螺柱焊钉用钢及其制造方法。
背景技术：
：电弧螺柱焊接能很好地解决工程中大量普遍存在的杆状金属零件与板状金属构件之间的优质、高效、快速连接问题，螺柱焊接技术在近几年得到快速发展，但是焊钉用钢的开发严重滞后。在查阅到的文献中，仅涉及到螺柱焊钉的施工及焊接方法，而涉及到螺柱焊钉用钢及其制造方法的研究几乎没有报道。目前，焊钉或焊接螺栓采用的都是低强度的冷镦钢，在GB/T10433标准中采用的钢种仅有ML15、ML15A1两个牌号，其化学成分组成(重量％):C:0.080.23，Si《0.35，Mn:0.300.60，P《0.035，S《0.035，其余为Fe和不可避免的杂质。美国在钢结构焊接规范中要求，螺柱焊钉必须由冷拔成形的棒材制成，所用钢材包括铝脱氧或硅脱氧的镇定钢和半镇定钢，符合ASTMA29标准中从1010到1020的标准质量级别，这类钢的化学成分组成(重量％):C:0.080.23，Si《0.10，Mn:0.301.00，P《0.040，S《0.050，其余为Fe和不可避免的杂质。日本在JISB1198标准中对制造螺柱焊钉的材料也要求使用两个钢种，其化学成分组成(重量％)分别为:一种是C《0.20，Si:0.150.35，Mn:0.300.90，P《0.040，S《0.040，其余为Fe和不可避免的杂质；另一种是C《0.20，Si《0.10，Mn:0.300.90，P《0.040，S《0.040，Alt>0.02，其余为Fe和不可避免的杂质。上述钢种一般只用来制造性能为4.8以下级别的蓄能焊用焊接螺柱、机动弧焊用焊接螺柱、手工焊用焊接螺柱、圆柱头焊钉及其他各种异形焊钉。然而这类钢在-6(TC以下使用时低温冲击功很低，甚至几乎接近于零。随着钢结构建造业不断发展，钢结构对钢的加工及使用性能要求越来越高，特别是高寒地区气候条件恶劣，应用钢材对低温性能要求越来越高，原有焊接螺栓钢远远不能满足在高寒地区气候恶劣条件下对焊接螺柱性能的要求。
发明内容本发明的目的在于克服上述不足，提供一种屈服强度^320MPa，-8(TCAKV2>31J，具有优良的低温韧性、焊接性能及冷成形性能，适用于制造低温地区应用的螺柱焊钉的螺柱焊钉用钢及其生产方法。实现上述目的的技术措施屈服强度^320MPa螺柱焊钉用钢，其在于钢的化学成分及重量百分比为C:0.040.20%，Si《0.18%，Mn:0.301.20%，P《0.025%，S《0.020%，Nb:0.010.05%，Ti:0.0070.020%，Als:0.020.06%，其余为Fe及不可避免的杂质。其在于还含有重量百分比为Ni《0.40%。生产屈服强度^320MPa螺柱焊钉用钢的方法，其步骤1)采用纯净钢工艺冶炼进行冶炼并连铸成坯；2)将连铸坯加热至11601240°C，出炉后并采用高压水除磷，要求加热均匀并完全为奥氏体组织；3)进行轧制其开轧温度控制在1050112(TC，终轧温度控制在840950°C，要求在轧制中不产生混晶及异常组织；4)对轧制后的钢板快速冷却至550700°C，其冷却速度控制在320°C/秒，要求钢的铁素体及珠光体组织得到细化的同时不产生硬化相；5)再自然冷却至常温。本发明中各化学元素的作用及机理关于C含量随着C含量的增加，钢中渗C体增加，钢的抗拉强度和屈服强度会提高，而延伸率、冲击韧性下降，钢的冷成形性能也相应降低。在焊接C含量较高的钢材时，在焊接热影响区还会出现淬硬现象，这将加剧焊接时产生冷裂的倾向。从综合性能考虑，本发明钢中C含量控制在0.040.20%。关于Si含量选择在O.18X以下，Si主要以固溶强化形式提高钢的强度和硬度而恶化钢的塑性和韧性，同时硅增加铁素体冷变形硬化率，使钢的冷加工困难，对冷镦性能有很不利的影响，所以应尽量降低钢中硅含量。当C含量在较低范围时，钢中的固溶强化就显得尤为重要，Mn是提高钢的抗拉强度和屈服强度的元素，它并不显著恶化钢的变形能力。一般说来，Mn含量在2X以下对提高焊缝金属的韧性是有利的。在低碳钢中，为了保证钢的强度以及冷塑性成形，本发明钢的Mn含量选择在0.301.20%。P是钢中有害夹杂物，极大影响钢的低温性能，理论上要求钢中P含量越低越好，但从炼钢的可操作性及成本角度考虑，本发明钢的P控制在0.025%以下。S也是钢中有害夹杂物，理论上要求其含量越低越好，但从炼钢的可操作性及成本角度考虑，本发明钢的S控制在0.020%以下。Ni能显著地改善钢材的力学性能，特别是低温韧性。钢中加入Ni，无论是基材，还是焊接热影响区的低温顿性都明显提高。但Ni含量高于0.40%时，造成钢的氧化铁皮难以脱落，并大大增加钢的生产成本，故本发明钢将其控制在0.40%以下。Nb微合金有利于改善钢的强韧性配合，极微量的Nb能显著细化晶粒并提高钢的常温抗拉强度。在轧钢过程中，Nb通过抑制再结晶和阻止晶粒长大，细化奥氏体晶粒，在轧后冷却过程中，Nb(C、N)微小质点析出，起沉淀强化作用。Nb含量在0.010.05%时，即可提高强度，也可改善钢的低温韧性。Ti是一种强烈的碳化物和氮化物形成元素，能起细化晶粒的作用，提高钢强度和韧性。利用Ti形成的第二相质点TiN、Ti(CN)等阻止焊接热影响区粗晶区的晶粒长大，保证焊接接头具有良好的低温韧性。适量的Ti能提高焊缝金属的韧性，但过量的Ti又会在钢中形成夹杂会影响钢的力学性能，因此，本发明钢加入0.007%0.020%的Ti较为合适。控制钢中合适的酸溶铝含量及其稳定性，既可保证钙处理效果，降低钢中的氧含量，降低钢中夹杂物，又能细化晶粒，提高冷镦性能。本发明钢中Al含量应控制在0.020.06%。本实用新型与现有技术相比，其特点(1)采用棒线热连轧工艺及轧后快冷工艺，生产成本低，可高效率生产。(2)该钢屈服强度^320MPa，抗拉强度Rm在400500MPa，_80°CAKV2>31J，低温韧性大大优于现行常用ML15A1等钢种，满足低温地区建筑结构用螺柱焊钉的高韧性使用要求。(3)该钢具备良好的冷成形性能，焊接性能优异，可用于制造高韧性螺柱焊钉。具体实施例方式下面进行详细描述以下实施例结合现有工厂装备工艺对本发明作更详细描述。实施例1进行冶炼按成分要求(见表1)采用纯净钢生产工艺冶炼本发明钢，冶炼完成后连铸成200mmX200mm方坯；送轧钢厂进行轧制首先将连铸方坯加热至120(TC，经加热后的连铸方坯完全为奥氏体组织，出炉后采用高压水除磷；按普通热连轧棒线材工艺进行轧制其开轧温度为1080°C，终轧温度为900°C，轧后采用穿水冷却处理，钢棒以冷却速度为15tV秒被快冷至温度60(TC后；后再自然冷却至常温。钢棒冷床冷却，切头尾及钢棒表面质量检验，按规定长度尺寸剪切钢棒。钢棒的直径为①25mm。实施例2进行冶炼按成分要求(见表1)采用纯净钢生产工艺冶炼本发明钢，冶炼完成后连铸成200mmX200mm方坯；送轧钢厂进行轧制首先将连铸方坯加热至118(TC，经加热后的连铸方坯完全为奥氏体组织，出炉后采用高压水除磷；按普通热连轧棒线材工艺进行轧制其开轧温度为IIO(TC，终轧温度为95(TC，轧后采用穿水冷却处理，钢棒以冷却速度为20°C/秒被快冷至温度68(TC后；后再自然冷却至常温。钢棒冷床冷却，切头尾及钢棒表面质量检验，按规定长度尺寸剪切钢棒。钢棒的直径为①28mm。实施例3进行冶炼按成分要求(见表1)采用纯净钢生产工艺冶炼本发明钢，冶炼完成后连铸成200mmX200mm方坯；送轧钢厂进行轧制首先将连铸方坯加热至121(TC，经加热后的连铸方坯完全为奥氏体组织，出炉后采用高压水除磷；按普通热连轧棒线材工艺进行轧制其开轧温度为1050°C，终轧温度为880°C，轧后采用穿水冷却处理，钢棒以冷却速度为1(TC/秒被快冷至温度64(TC后；后再自然冷却至常温。钢棒冷床冷却，切头尾及钢棒表面质量检验，按规定长度尺寸剪切钢棒。钢棒的直径为①22mm。实施例4进行冶炼按成分要求(见表1)采用纯净钢生产工艺冶炼本发明钢，冶炼完成后连铸成200mmX200mm方坯；送轧钢厂进行轧制首先将连铸方坯加热至123(TC，经加热后的连铸方坯完全为奥氏体组织，出炉后采用高压水除磷；按普通热连轧棒线材工艺进行轧制其开轧温度为1070°C，终轧温度为850°C，轧后采用穿水冷却处理，钢棒以冷却速度为3°C/秒被快冷至温度65(TC后；后再自然冷却至常温。钢棒冷床冷却，切头尾及钢棒表面质量检验，按规定长度尺寸剪切钢棒。钢棒的直径为①18mm。实施例5进行冶炼按成分要求(见表1)采用纯净钢生产工艺冶炼本发明钢，冶炼完成后连铸成200mmX200mm方坯；送轧钢厂进行轧制首先将连铸方坯加热至117(TC，经加热后的连铸方坯完全为奥氏体组织，出炉后采用高压水除磷；按普通热连轧棒线材工艺进行轧制其开轧温度为lll(TC，终轧温度为845t:，轧后采用穿水冷却处理，钢棒以冷却速度为12tV秒被快冷至温度56(TC后；后再自然冷却至常温。钢棒冷床冷却，切头尾及钢棒表面质量检验，按规定长度尺寸剪切钢棒。钢棒的直径为①28mm。表1本发明实施例15的高韧性螺柱焊钉用钢的化学成分(wt.%)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>试验例对本发明实施例15的高韧性螺柱焊钉用钢棒进行力学性能测试，测试结果见表2。表2本发明实施例14的高韧性螺柱焊钉用钢的力学性能<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>从上表可以看出，采用降碳提锰及添加微合金元素的组合设计，并与棒线材热连轧工艺相结合，得到钢棒的屈服强度^320MPa、抗拉强度400500MPa、延伸率^30%、具有良好的低温韧性及冷成形性能。权利要求屈服强度≥320MPa螺柱焊钉用钢，其特征在于钢的化学成分及重量百分比为C0.04～0.20％，Si≤0.18％，Mn0.30～1.20％，P≤0.025％，S≤0.020％，Nb0.01～0.05％，Ti0.007～0.020％，Als0.02～0.06％，其余为Fe及不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的屈服强度^320MPa螺柱焊钉用钢，其特征在于还含有重量百分比为Ni《0.40%。3.生产权利要求1所述屈服强度^320MPa螺柱焊钉用钢的方法，其步骤1)采用纯净钢工艺冶炼进行冶炼并连铸成坯；2)将连铸坯加热至1160124(TC，出炉后并采用高压水除磷，要求加热均匀并完全为奥氏体组织；3)进行轧制其开轧温度控制在1050112(TC，终轧温度控制在84095(TC，要求在轧制中不产生混晶及异常组织；4)对轧制后的钢板快速冷却至550700°C，其冷却速度控制在320°C/秒，要求钢的铁素体及珠光体组织得到细化的同时不产生硬化相；5)再自然冷却至常温。全文摘要本发明涉及屈服强度320MPa级高韧性螺柱焊钉用钢及其制造方法。其解决目前存在的焊接螺栓钢的冲击韧性远远不能满足在高寒地区气候恶劣条件下对焊接螺柱性能的要求。措施本发明钢的化学成分及重量百分比为C0.04～0.20％，Si≤0.18％，Mn0.30～1.20％，P≤0.025％，S≤0.020％，Nb0.01～0.05％，Ti0.007～0.020％，Als0.02～0.06％，其余为Fe及不可避免的杂质；生产方法用纯净钢工艺冶炼进行冶炼成连铸坯；将连铸坯加热并出炉后用水除磷；进行轧制开轧温度1050～1120℃，终轧温度840～950℃；对轧制后的钢板快速冷却至550～700℃；再自然冷却至常温。本发明满足低温地区建筑用螺柱焊钉的使用要求，冷成形及焊接性能优异。文档编号B21B37/74GK101701317SQ20091027295公开日2010年5月5日申请日期2009年11月27日优先权日2009年11月27日发明者严翔,付勇涛,张彤,张彦文,曾静,朱丛茂,朱玉秀,罗国华,范植金,许竹桃,陈玮,陈颜堂申请人:武汉钢铁(集团)公司