[发明专利]一种组织均匀及晶粒细化高强度螺栓及其制造方法

说明书

本发明涉及一种组织均匀及晶粒细化高强度螺栓制造方法，主要通过在调质处理前添加一道热处理工艺，使调质处理后的组织均匀化以及晶粒细化，即工艺流程中的析出相调整处理。在通过这种析出相调整处理后，在基体组织中充分弥散析出AlN、TiN、TiC、VC、NbC、V（C、N）、Nb（C、N）等细小第二相颗粒，在后续调质处理淬火加热时起钉扎晶界作用，阻碍加热时奥氏体晶粒的长大，起到细化晶粒作用；这种析出相调整处理还可获得细小珠光体和铁素体平衡状态组织，在后续淬火加热时提高奥氏体形核率并形核均匀。在析出相调整处理后进行调质处理，最后获得组织均匀及晶粒细化的高强度螺栓。

技术领域

本发明涉及一种组织均匀化及晶粒细化高强度螺栓制造方法，还涉及该方法获得的螺栓钢。

背景技术

高强度螺栓在汽车上使用十分普遍，同时，随着汽车轻量化的要求、发动机高功率小型化的要求以及整车性能的不断提高，对高强度螺栓的性能要求也在不断提高。当螺栓所受的应力增大，而截面尺寸的增加又受到设计结构的限制时，提高螺栓的强度级别、疲劳性能、延迟断裂性能等也就显得尤为重要。传统调质处理工艺，晶粒在奥氏体化温度下长时间保温容易长大，而粗大的晶粒又会使材料的强度、塑韧性下降。同时淬火加热保温温度较低不利于难溶的V、Ti、Nb、N、Al等微合金元素溶入奥氏体基体中，只有加热时溶入奥氏体中的合金元素，在冷却时才能有效的在钢中生成能钉扎晶界的第二相颗粒。微合金螺栓钢是在原有材料的基础上加入V、Ti、Nb、N、Al等微合金元素，微合金元素在钢中将以稳定的第二相形式析出，从而能起到阻碍晶粒长大的作用。但是这些第二相颗粒在热加工过程中若工艺设置不当会发生溶解（或不完全溶解）、析出、长大现象，第二相颗粒不能大量细小弥散析出，其钉扎晶界阻碍晶粒长大的作用不能充分发挥。

发明内容

为了使螺栓钢调质处理后晶粒细化，提高其强度和塑韧性，在螺栓钢中添加V、Ti、Nb、N、Al等微合金元素。为使第二相能充分析出并钉扎晶界阻碍晶粒长大，本发明提供了一种析出相调整处理方法来细化调质处理后的晶粒。

一种组织均匀及晶粒细化高强度螺栓钢制造方法，主要工序为原材料球化退火、冷拔、球化退火、冷镦成型、调质处理、机加工、滚丝和表面磷化处理，原材料球化退火、冷拔、球化退火、冷镦成型、调质处理、机加工、滚丝、表面磷化处理等为工业常规工艺；在冷镦成型和调质处理之间设有析出相调整处理工序，析出相调整处理具体为：S1冷镦成型的工件在1150℃~1250℃下加热奥氏体化，保温至少50min，确保微合金元素充分溶入奥氏体中；在1150℃以上主要是为了让第二相颗粒充分溶入奥氏体中，不超过1250℃是为了防止螺栓钢过热后在冷却时产生异常组织。

S2冷却至800℃~900℃，保温不超过90min，确保第二相颗粒充分细小弥散析出；

S3再次冷却至650℃~700℃并保温至少60min，使奥氏体向平衡组织转变获得片层间距细小的珠光体和铁素体组织，使奥氏体向平衡组织转变，获得片层间距细小的珠光体和铁素体组织，同时使得相间沉淀析出TiC、VC、NbC等细小第二相颗粒；

S4随炉冷却至室温后进行调质处理；

调质处理具体为加热淬火和高温回火，奥氏体化加热时细小弥散分布的第二相颗粒可起到钉扎晶界的作用，能有效地阻碍晶粒的长大；平衡状态的细小珠光体和铁素体组织在调质处理淬火加热时能提高奥氏体形核率并使其形核均匀，从而达到调质处理后晶粒细化和组织均匀化的效果，最后获得组织均匀及晶粒细化的高强度螺栓。

本发明进一步限定的技术方案为：

进一步的，S1中，微合金元素为V、Ti、Nb、N、Al。

进一步的，S2和S3中，第二相颗粒具体为TiN、VC、NbC、Nb（C、N）、V（C、N）、AlN，这些颗粒粒径不一，最小可达纳米级。

进一步的，S1中，工件直径小于16mm，保温50min，工件尺寸大于16mm则保温时间大于50min。