[發明專利]一種低碳貝氏體型冷作強化非調質鋼

無效

• 申請號: 200910088177.0
• 申請日: 2009-07-10
• 公開（公告）號: CN101597716A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 惠衛軍;董瀚;張英建;王毛球;時捷;包耀宗;曹文全
• 申請（專利權）人: 鋼鐵研究總院
• 主分類號: C22C38/38
• 分類號: C22C38/38
• 代理公司: 北京中安信知識產權代理事務所
• 代理人: 金向榮

技術領域

本發明屬于合金鋼領域，特別涉及一種具有良好的塑性和冷加工性能的低碳貝氏體型冷作強化非調質鋼，主要適用于制作抗拉強度1000MPa以上的10.9級高強度螺栓。

背景技術

高強度螺栓等緊固件廣泛應用于機械、汽車、橋粱、建筑等行業，一般采用低、中碳合金結構鋼或中碳鋼來制造。在高強度螺栓的制造過程中，通常要進行至少一次軟化或球化退火處理，經少量拉拔和冷鐓成形后，再最終進行調質處理，以獲得所需的強度和韌性。軟化或球化退火及調質處理均屬周期長、能耗大的熱處理工序。對此，人們開發了可省略軟化或球化退火及調質處理的非調質鋼線材，即通過控制軋制和控制冷卻生產的線材，再通過一定量的冷變形產生加工硬化，使其強度進一步提高，在不經過調質處理的情況下，即能達到所要求的性能指標。

目前開發的一些冷作強化非調質鋼線材，其組織多為鐵素體+珠光體，經冷作強化后用來制作8.8級和9.8級高強度螺栓；而對于10.9級高強度螺栓用冷作強化非調質鋼線材，其組織則基本為貝氏體，以獲得所需的強度水平(惠衛軍等.機械工程材料，2002，26(11)：1-4，38；Boratto?F?et?al.Wire?J.Inter.，1992，(9)：129-134)。中國開發的10.9級螺栓用低碳Mn-V-Ti-B系冷作強化非調質鋼由于Si含量較高，且沒有對鋼中的粗大非金屬夾雜物進行球化處理，導致線材的冷加工性較差，限制了其推廣應用，同時鋼中加昂貴的微合金元素V提高了鋼的成本(閻振綮等.鋼鐵釩鈦，1992，13(3)：1-8，74)。文獻(Boratto?F?et?al.Wire?J.Inter.，1992，(9)：129-134)中介紹的一種10.9級螺栓用貝氏體鋼，則由于較高的Cr(0.60％)含量不僅對冷加工性能不利，而且會提高鋼的成本，從而削弱了這類鋼的經濟性。日本專利JP9-291312提出一種具有良好加工性的高強度非調質螺栓用線材，可用來制造10.9級螺栓，但鋼中較高的Cr(0.50~1.50％)含量和線材需進行500~700℃的退火處理，會顯著提高鋼材成本及隨后螺栓的制造成本，限制了其大批量工業應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有良好的塑性和冷加工性能，同時制造成本低的低碳貝氏體型冷作強化非調質鋼，可用來制作10.9級高強度螺栓。

根據上述目的，本發明所采用的技術方案是：(1)降低Si、P、S等元素含量，以降低鋼中夾雜物數量和抑制雜質元素的晶界偏聚，改善鋼的冷加工性能、塑性和韌性；(2)加入微量元素B，在確保獲得貝氏體組織的同時，抑制雜質元素特別是P的晶界偏聚，改善鋼的韌性；(3)加入適量的稀土元素，對夾雜物進行變性處理，使鋼中的夾雜物具有一定的塑性，進一步改善鋼冷加工性能；(4)加入微合金元素Nb，形成細小彌散的Nb的碳氮化物，以細化晶粒，進一步改善鋼的塑性和冷加工性能。

本發明鋼的具體化學成分(重量％)如下：C?0.06～0.15％，Si≤0.20％，Mn1.80～2.40％，P≤0.015％，S≤0.010％，Cr?0.10～0.50％，B?0.0005～0.003％，Ti?0.01～0.10％，RE?0.005～0.04％，Nb?0.01～0.10％，Al?0.005～0.05％，N?0.004～0.010％，余為Fe和其它不可避免的雜質。

另外，該鋼的具體化學成分(重量％)中加入0.01～0.10％的Zr。

各元素的作用及配比依據如下：

C：為了在熱軋態及拉拔后獲得所需的強度水平，C含量須在0.06％以上。但增加C含量對鋼的塑、韌性，以及冷加工性能將有較大的損害。此外，增加C含量，將使鋼的連續冷卻轉變曲線，特別是貝氏體部分右移，不利于空冷時形成粒狀貝氏體組織。因此，C含量應控制在0.15％以下。

Si：Si元素顯著惡化鋼的冷加工性能，同時還促進促進雜質元素P和S的晶界偏聚，惡化鋼的耐延遲斷裂性能，因而控制其含量不超過0.20％。

Mn：除C以外，Mn是形成貝氏體組織最為有效的廉價合金元素，并起固溶強化作用。在C含量一定時，增加Mn含量，鋼中貝氏體的數量隨之增加，特別是在冷卻速度較小的情況下，增加的更為顯著。Mn含量小于1.80％時不能夠獲得全貝氏體組織，但Mn含量超過2.40％時則上述作用飽和，且偏析嚴重，增加冶煉難度和成本，因而控制其含量在1.80～2.40％。