一种紧固件用高淬透性中碳低合金圆钢及其制造方法与流程

本发明属于特种圆钢制造
技术领域：
，具体涉及一种经调质后可满足65mm规格紧固件机械性能要求的高淬透性的中碳低合金圆钢及其制造方法。
背景技术：
：目前市场上的紧固件产品大多均根据ISO898-1：紧固件机械性能-螺栓、螺钉和螺柱要求进行生产，该标准中表3对紧固件的机械和物理性能提出了非常严格的要求，其中的难点有：①钢材在淬火后芯部马氏体组织需达到90%以上；②在满足各强度级别强、硬度范围的基础上，还需满足表面与芯部维氏硬度HV0.3之差≤30HV；③采用与拉伸段为75%紧固件直径的整体拉伸试样检验强度、延伸率、断面收缩率等机械性能指标、④在满足高级别强度、塑性指标的基础上，满足-20℃冲击功Akv2≥27J。这就要求生产紧固件的钢材具有良好的淬硬性，在淬火时能得到足够的淬硬层深度，确保马氏体比例，从而保证最终产品的组织、硬度均匀性与强韧性匹配。紧固件产品规格越大，对钢材的淬硬性要求就越高，生产难度也越大。目前，通常采用32CrB4或42CrMo等钢生产45mm以下规格紧固件，对≥45mm规格的紧固件产品，通常采用Mo、Ni等贵重金属含量更高的40CrNiMo、4140MOD等钢，否则无法满足芯部淬火组织、横截面硬度分布及强韧性匹配要求。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是针对上述技术要求，提供一种CrB类中碳低合金圆钢，取代高Mo、高Ni的40CrNiMo、34CrNiMo6等钢，可生产最大规格可达到65mm的，机械性能满足ISO898-1标准的紧固件，实现成本降低的目的。本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种紧固件用高淬透性中碳低合金圆钢，其特征在于：该该圆钢的化学成分按质量百分比计为C：0.36～0.44%，Si：0.15～0.40%，Mn：0.80～1.00%，Cr：1.00～1.15%，Mo：0.05～0.25%，Ni：0.05～0.25%，Cu：0.05～0.25%，Al：0.015～0.050%，B:0.0010～0.0050%，Ti：0.020～0.050%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。圆钢的直径最大为65mm，调质处理后机械组织及性能满足ISO898-1标准要求及其它等同标准中10.9级紧固件要求：淬火态马氏体组织含量≥90%，调质后取拉伸试样检验，试样拉伸段直径为名义尺寸的75%，圆钢的屈服强度Rp0.2≥940MPa，抗拉强度Rm满足1040～1140MPa范围，延伸率≥9%，断面收缩率≥48%，二分之一半径处取Akv2冲击试样，-20℃夏比冲击功≥27J，圆钢全截面HV0.3硬度320～380HV，全截面硬度差异30HV以内。本发明圆钢的化学成分是这样确定的:C：增加材料淬透性、强度和硬度，但降低塑性和韧性，升高韧脆转变温度，本发明采用中碳含量。本发明控制其含量为0.36～0.44%。Si：是钢中的脱氧元素，并以固溶强化形式提高钢的强度。Si含量低于0.10%时，脱氧效果较差，Si含量较高时降低韧性。本发明Si含量控制为0.15～0.40%。Mn：是提高钢淬透性的元素，并起固溶强化作用提高钢材的强度。但过量的Mn易降低钢材塑、韧性，为了达到强度、塑性、韧性的匹配，本发明Mn含量控制在0.80～1.00%。Cr、Mo：增加材料淬透性及强韧性，Mo还具有降低韧脆转变温度，抑制回火脆性，提高碳、氮化铌沉淀强化效果，抑制块状铁素体，阻碍P偏析等作用，但Mo属于贵金属，添加量过高会拉高制造成本，因此，本发明将Cr含量控制在1.00～1.15%，Mo含量控制在0.05～0.25%。Ni：是提高钢的淬透性并可以显著改善其低温韧性的元素，对冲击韧性和韧脆转变温度具有良好的影响。另外，Ni也是贵重金属，含量过高会增加成本。综合考虑，本发明Ni含量控制在0.05～0.25%，有利于达到最优的性价比。Cu：可提高钢材的淬透性。但过高的Cu含量易产生铜脆现象，恶化钢材的表面性能，本发明Cu含量为0.05～0.25%。B：是提高钢的淬透性最为显著的元素，在本发明专利中起到了代替贵重金属Mo、Ni的重要作用，从而实现成本降低，本发明专利中B含量控制在0.0010～0.0050%。Ti：主要起固氮作用，Ti在连铸坯凝固前期与N结合，在晶粒内部形成TiN颗粒，从而减少B与N的反应，充分发挥B提高淬透性的作用，其含量控制在0.020～0.050%。Al：主要是起固氮和脱氧作用。Al与N结合形成的AlN可以有效地细化晶粒，但含量过高会损害钢的韧性，并且恶化钢水浇铸性，本发明Alt含量控制在0.015-0.050%。本发明的另一目的是提供上述紧固件用高淬透性中碳低合金圆钢的制造方法：工艺步骤为冶炼原料依次经转炉冶炼或电炉冶炼、LF精炼、RH脱气或VD脱气生产出钢水，精炼结束后喂入Ti线与硼铁；钢水采用15～40℃的低过热度全程氩气保护浇注成连铸坯，连铸坯经300～600℃温送或入缓冷坑缓冷32小时以上，出坑；将连铸坯加热至1200～1250℃，保温3～10小时，出炉；经高压水除鳞后在1100～1150℃的温度范围内开轧，轧成圆钢棒材；棒材直接进行连续炉调质处理获得调质圆钢；调质后的圆钢可直接用于加工满足ISO898-1标准10.9级别螺栓等紧固件。上述调质工艺包括淬火和回火，可在辊底式连续炉或感应线上进行，在辊底炉上进行时，淬火加热温度为840～880℃，在炉时间为60～360min，使用淬火环水淬；回火加热温度为530～620℃，在炉时间为300～600min，出炉后空冷或水冷至室温；在感应线上进行时，淬火加热温度为880～950℃，在炉时间为3～10min，使用淬火环水淬；回火加热温度为600～700℃，在炉时间为3～10min，出炉后空冷或水冷至室温。与现有技术相比，本发明的优点在于：采用极少量的合金元素B与Ti，代替部分贵重合金元素Mo、Ni来提高钢棒淬透性，生产最大直径可达65mm的紧固件产品，在保证满足ISO898-1标准中钢材芯部90%以上淬火马氏体、全截面维氏硬度HV0.3差异≤30HV、-20℃冲击功Akv2≥27J等机械及物理性能要求的基础上，显著降低了产品合金原料的生产成本。附图说明图1为本发明实施例1中淬火+回火态芯部组织（100×）；图2为本发明实施例2中淬火+回火态芯部组织（100×）；图3为本发明实施例3中淬火+回火态芯部组织（100×）。具体实施方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。实施例1本实施例涉及的紧固件用钢直径为64mm，按10.9级紧固件要求进行热处理，其化学成分按质量百分比计为：C：0.42%，Si：0.25%，Mn：0.95%，Cr：1.10%，Mo：0.10%，Ni：0.12，Cu：0.12%，Al：0.018%,B:0.0020%,Ti：0.025%，余量为铁及不可避免的杂质元素。工艺流程：主体原料依次经电炉冶炼、LF精炼、VD脱气生产出钢水，精炼结束后喂入钛线和硼铁；钢水采用15～30℃的低过热度全程氩气保护浇注成连铸坯，连铸坯缓冷32小时；将连铸坯加热至1250℃，保温4小时出炉；经高压水除鳞后在1150℃的温度下开轧，轧成圆钢棒材；棒材在连续式辊底炉经840℃/3小时奥氏体化后采用高压水淬火环淬火，再经过620℃/6小时回火，出炉后空冷，与目前常规使用的用于制造大规格紧固件的40CrNiMo钢的成分、力学性能及金相组织对比如表1、表2及图1，可看出本实施例Mo、Ni含量大大降低，贵重金属添加少同时机械性能、横截面硬度分布以及芯部金相组织均符合ISO898-1标准要求。表1实施例1中CrB中碳钢成分与比较例1圆钢的成分能对比（wt%）CSiMnCrMoNiCuAlTiB比较例10.400.250.700.780.181.300.030.0220.0030.0001实施例10.420.250.951.100.100.120.120.0180.0250.0020表2实施例1棒料调质后性能与比较例1圆钢对比※采用整体试样测定拉伸性能；横截面维氏硬度最大值-最小值≤30HV。实施例2本实施例涉及的紧固件用钢直径为54mm，按10.9级紧固件要求进行热处理，其化学成分按质量百分比计为：C：0.37%，Si：0.22%，Mn：0.95%，Cr：1.10%，Mo：0.08%，Ni：0.10，Cu：0.10%，Al：0.022%,B:0.0023%,Ti：0.028%，余量为铁及不可避免的杂质元素。上述圆钢依次经电炉冶炼、LF精炼、VD脱气生产出钢水，精炼结束后喂入钛线和硼铁；钢水采用15～30℃的低过热度全程氩气保护浇注成连铸坯，连铸坯400℃温送加热；将连铸坯加热至1200℃，保温4小时出炉；经高压水除鳞后在1100℃的温度范围内开轧，轧成圆钢棒材；棒材在感应线经880℃/5分钟奥氏体化后采用淬火环淬火，再在辊底炉中经过550℃/5小时回火，出炉后空冷，与目前常规使用的40CrNiMo钢的成分、力学性能及金相组织对比如表3、表4及图2，可看出本实施例Mo、Ni含量大大降低，同时机械性能、横截面硬度分布以及芯部金相组织均符合ISO898-1标准要求。表3实施例2中CrB中碳钢成分与比较例2圆钢的成分对比（wt%）CSiMnCrMoNiCuAlTiB比较例20.410.230.720.800.181.310.050.0280.0030.0001实施例20.370.220.951.100.080.100.100.0220.0280.0023表4实施例2棒料调质后性能与与比较例2圆钢对比※采用整体试样测定拉伸性能；横截面维氏硬度最大值-最小值≤30HV。实施例3本实施例涉及的紧固件用钢直径为48mm，按8.8级紧固件要求进行热处理，其化学成分按质量百分比计为：C：0.36%，Si：0.21%，Mn：0.92%，Cr：1.08%，Mo：0.08%，Ni：0.06，Cu：0.08%，Al：0.023%,B:0.0025%,Ti：0.026%，余量为铁及不可避免的杂质元素。上述圆钢依次经KR预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH脱气生产出钢水，精炼结束后喂入钛线和硼铁；钢水采用15～30℃的低过热度全程氩气保护浇注成连铸坯，连铸坯400℃温送加热；将连铸坯加热至1200℃，保温4小时出炉；经高压水除鳞后在1100℃的温度范围内开轧，轧成圆钢棒材；棒材在连续式感应线上经950℃/4分钟奥氏体化后采用淬火环淬火，再经过700℃/4分钟回火，出炉后空冷，与目前常规使用的4140MOD钢的成分、力学性能及金相组织对比如表5、表6及图3，可看出本实施例Mo、Ni含量大大降低，同时机械性能、横截面硬度分布以及芯部金相组织均符合ISO898-1标准要求。表5实施例3中CrB中碳钢成分与40CrNiMo圆钢的成分能对比（wt%）CSiMnCrMoNiCuAlTiB比较例30.410.250.951.050.231.310.050.0280.0030.0001实施例30.360.210.921.080.080.060.080.0230.0260.0025表6实施例3棒料调质后性能与40CrNiMo圆钢对比※采用整体试样测定拉伸性能；横截面维氏硬度最大值-最小值≤30HV。除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。当前第1页1 2 3