[发明专利]铌钒微合金化高强细晶非调质冷镦钢方坯及其制造方法

说明书

本发明公开了铌钒微合金化高强细晶非调质冷镦钢方坯及其制造方法，属于钢铁冶炼领域。本发明的冷镦钢方坯，按重量百分比计包括：C：0.16wt％～0.35wt％；Si：0.10wt％～0.55wt％；Mn：1.25wt％～2.20wt％；P：≤0.025wt％；S：≤0.015wt％；Alt：0.015wt％～0.050wt％；Nb：0.015wt％～0.045wt％；V：0.015wt％～0.045wt％；其余为Fe及不可避免的杂质。本发明针对目前非调质冷镦钢的加工及性能仍有各种缺陷的现状，通过成分控制、转炉、LF炉精炼和连铸等工艺优化及Nb和V微合金化等措施，可以细化非调质冷镦钢成品晶粒，提升冷镦钢的强度，改善冷镦性能，在加工使用过程中可减少淬火和回火的调质处理加工工序，达到提升性能、降本增效和环保的目的。

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼技术领域，更具体地说，涉及铌钒微合金化高强细晶非调质冷镦钢方坯及其制造方法。

背景技术

随着我国通讯、交通、电力、机械、石油化工等行业的发展，高强度紧固件螺栓、螺钉和螺柱等的应用逐渐增多。在追求材料低成本和高性能的同时，传统的高强度冷镦钢已不能适应经济发展的要求，冷作硬化非调质钢新材料的研究逐渐重要。非调质钢为在中碳钢中添加微量合金元素，通过控温轧制(锻制)、控温冷却、在铁素体和珠光体中弥散析出碳(氮)化合物为强化相，使之在轧制(锻制)后不经调质处理，即可获得碳素结构钢或合金结构钢经调质处理后所达到的力学性能的钢种。

高强度非调质冷镦钢通常称之为冷作强化非调质钢，高强度螺纹紧固件一般分为8.8、9.8、10.9和12.9四个级别。采用冷作硬化非调质钢制造紧固件是冶金技术与紧固件制造技术紧密结合的过程，主要特点是材料中含有较高含量的硅、锰元素；采用先进的低温状态下的控轧控冷技术获得细晶组织的热轧线材；按设定的压缩率拉拔后直接通过冷镦成形加工紧固件；成形后的紧固件不再经过传统的调质过程，只需进行稳定化时效处理，减少拉拔和球化退火工艺，可避免螺纹的畸变和整体的弯曲变形，在节约能源、保护环境、降低成本方面效果明显。高强细晶非调质冷镦钢连铸方坯制造工艺流程为铁水预处理→转炉炼钢→氩站→LF炉精炼→连铸→方坯质量检验等，高强细晶非调质冷镦钢方坯质量好坏直接决定成品性能。

GB/T3098.22-2009《紧固件机械性能细晶非调质螺栓、螺钉和螺柱》中对细晶的定义为晶粒度可用晶粒的平均面积或平均直径表示，工业生产上采用晶粒度等级来表示晶粒大小。标准晶粒度共分8级，1～3级为粗晶粒(直径250μm～125μm)，4～6级为中等晶粒(直径88μm～44μm)，7～8级为细晶粒(直径31μm～22μm)。高强度细晶非调质冷镦钢材料为铁素体加珠光体型或贝氏体型钢，平均铁素体晶粒尺寸为小于等于8μm。

非调质冷镦钢生产过程中，微合金化对性能影响、高强度、晶粒细化、低成本控制、环保等问题的影响是各企业生产攻关的技术难点，铸坯质量的提升及对成品冷镦性能影响仍需进一步探究。

中国专利申请公布号CN109306435A的申请案公开了一种具有良好低温冲击性能的非调质冷镦钢盘条及其制备方法，该非调质冷镦钢盘条化学成分组成及其重量百分含量为C：0.13wt％～0.23wt％、Si：≤0.30wt％、Mn：1.00wt％～1.40wt％、P：≤0.025wt％、S：≤0.015wt％，V：≤0.10wt％、Ti：0.08wt％、Al：0.020wt％～0.040wt％、B：0.0010wt％～0.0035wt％、Cr：≤0.20wt％，余量为Fe和不可避免的杂质元素；制备方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、冷却工序。该申请案通过成分设计、加热制度、轧制工艺和控冷工艺，得到具有高强度和低温冲击韧性非调质冷镦钢盘条。该方案采用V和Ti进行微合金化，生产的非调质冷镦钢可满足客户采用冷镦工艺生产双头铆钉的要求。