經(jīng)濟型高強度螺栓鋼

3.2.1、微合金非調(diào)質(zhì)鋼
      
用微合金非調(diào)質(zhì)鋼制造螺栓，可省略螺栓冷拔前的球化退火和螺栓成形后的淬火回火處理，還可減輕螺紋絲扣的脫碳傾向，提高螺栓成品率，經(jīng)濟效益十分明顯。
      
微合金非調(diào)質(zhì)鋼常用的微合金化元素有：Ti，Nb，V，B等。在乳制前的加熱過程中應(yīng)保證微合金化元素充分固溶，隨后在控制乳制、冷卻過程中析出彌散微細的微合金化元素碳氮化物，抑制奧氏體晶粒長大，得到細小的晶粒，在提高鋼材強度的同時又能改善韌塑性。值得一提的是B，微量的B可以顯著提高鋼的淬透性，并對珠光體轉(zhuǎn)變有明顯的推遲作用，結(jié)合低溫軋制，有利于鐵素體含量的增加，從而改善鋼的冷鐓性能。微合金化元素在鋼中的主要作用見表1。
      
微合金非調(diào)質(zhì)鋼的組織為低碳含錳的鐵素體+ 珠光體型和貝氏體型，由于微合金化元素細化晶粒的作用以及在鐵素體和珠光體中彌散析出碳、氮化物的強化相，使鋼在軋制后不經(jīng)調(diào)質(zhì)處理即可獲得中碳鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后所達到的力學(xué)性能。微合金非調(diào)質(zhì)鋼主要用于加工8.8級高強度螺栓，國內(nèi)外已經(jīng)應(yīng)用的鋼種牌號有：日本神戶KNCH8S、日本住友金屬SUC80、中國大陸的LF10MnSiTi，LF20Mn2， LF18Mn2V以及馬鋼生產(chǎn)的MFT8。也有少量的10.9級雙頭螺栓采用微合金非調(diào)質(zhì)鋼制造。而對于更高強度級別，如12.9級的髙強度螺栓，還沒有采用微合金非調(diào)質(zhì)鋼制造的實例。


      
通過實現(xiàn)在兩相區(qū)溫度軋制，冷作強化非調(diào)質(zhì)鋼正在由微合金化為主轉(zhuǎn)向以形變誘導(dǎo)超細化組織為主的方向發(fā)展，用不添加或少添加微合金元素的鋼生產(chǎn)能用于冷鐓加工髙強度緊固件的線材、棒材，既節(jié)約資源、能源，又保護環(huán)境，因此，開發(fā)節(jié)能環(huán)保型髙強度緊固件用鋼生產(chǎn)技術(shù)，是近期乃至未來線材、棒材生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展方向。

3.2.2、免退火中碳鋼或中碳合金鋼
      
普通熱軋態(tài)交貨的鋼材往往需要先進行球化退火才能滿足冷繳成形的要求，其目的就是要通過球化退火使鋼材微觀組織中的片狀碳化物（滲碳體）呈球狀，從而得到具有低變形抗力和優(yōu)異塑性的材料。而免退火中碳鋼或中碳合金鋼就是使球狀滲碳體在一定條件下直接從過冷奧氏體中穩(wěn)態(tài)析出。研究證明，奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變過程中滲碳體以片狀形態(tài)從母相中析出是一個亞穩(wěn)態(tài)，理論上潛藏著向熱力學(xué)更為穩(wěn)定的球狀滲碳體自發(fā)轉(zhuǎn)化的趨勢，為此吳凡等人還對片狀滲碳體轉(zhuǎn)化為球狀滲碳體所需的激活能進行了測定。
      
穩(wěn)態(tài)的球狀滲碳體不可能從穩(wěn)態(tài)的奧氏體中析出。據(jù)研究，低碳鋼在高應(yīng)變速率、大應(yīng)變下，進行稍高于Ar3的形變，可得到2μm以下的超細鐵素體，從而對其周圍未轉(zhuǎn)變奧氏體的分解方式產(chǎn)生影響，表現(xiàn)為奧氏體在隨后冷卻或退火過程向退化珠光體加速轉(zhuǎn)變并緩慢粗化。對于珠光體含量較高的中碳鋼，通過控制軋制實現(xiàn)奧氏體的非平衡化，再通過隨后的控制冷卻就有可能獲得球狀的滲碳體，而非片狀滲碳體，從而實現(xiàn)了在線軟化處理。
      
傳統(tǒng)的高速線材軋機難以實現(xiàn)在線軟化處理，原因是不能夠進行低溫大變形量控制軋制以及控制冷卻線過短。
      
日本神戶制鋼公司第7線材廠于1999年對設(shè)備進行改造，增加了超重載能力的減定徑機組并將斯太爾摩風(fēng)冷運輸線從原來的48 m增加到了100 m，2001年改造后的線材軋機成功實現(xiàn)在線軟化處理，生產(chǎn)出的SCM435冷鐓鋼盤條強度在800 MPa以下，低于傳統(tǒng)的900 MPa以上。
      

國內(nèi)馬鋼對高強度冷鐓鋼的在線軟化處理工藝研究較早，其生產(chǎn)的SWRCH35K - M免退火鋼用戶可直接進行拉拔冷鐓生產(chǎn)。安陽鋼廠高速線材生產(chǎn)線采用摩根6代軋制技術(shù)、斯太爾摩風(fēng)冷運輸線長105 m，經(jīng)過多年摸索，生產(chǎn)的SCM420-440系列高強度冷鐓鋼也達到了在線軟化處理工藝要求的效果，以SCM435為例，其電解夾雜總質(zhì)量分數(shù)平均為0.005 8%，中心疏松和中心縮孔級別為0.5級，其熱軋態(tài)組織主要為鐵素體+珠光體，總脫碳層深度小于0.15 mm，φ6.5~16mm各規(guī)格盤條晶粒度級別均在8級以上，硬度HRB值為90左右。用戶可實施9 h的簡化退火工藝，比采用30 h以上的球化退火工藝處理時間減少了2/3以上。

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