ML20MnTiB高强度冷镦钢线材的研制与开发
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(3) 通 过 对 生 产 工 艺 进 行 优 化 和 完 善 , ML20M nTiB 冷镦钢线材现已形成 8. 0 ～20. 0 mm 系列化规格 ,产品得到了用户的认可 。安钢生产的 ML20M nTiB 线材由于其较好的冷镦性能 ,不仅大大 减少了模具的消耗 ,降低了生产制造成本 ,同时良好 的轧态组织为成品调质处理提供了保障 。
o f 10 mm w ire ro d
抗拉强 屈服强 度 /M Pa 度 /M Pa
延伸 率 /%
面缩 率 /%
1 /2冷镦
615～625 325～425 24～25 57～67 合格
2. 2 钢中气体含量及夹杂物分析 对 ML20M nTiB 线材进行 N , O 气体含量分析 :
w (N )为 49 ×10 - 6 ～55 ×10 - 6 ; w (O )为 30 ×10 - 6 ～ 40 ×10 - 6 。
Abstract Fastener p roduction requiresML20M nTiB cold heading w ire rod to imp rove cold p roducing p roperty, hardenabil2 ity and comp rehensive mechanical p roperty. The 100 t BOF2LF refining p rocess2150 mm ×150 mm continuous casting2high billet speed w ire p roduction line were adop ted by Angang. The chem ical compositions of ML20M nTiB high strength cold heading steel w ire rod researched and developed are as follows: w ( C) is 0. 19% ～0. 22% , w ( Si) is 0. 08% ～0. 20% , w (M n) is 1. 40% ～1. 55% , w ( Ti) is 0. 04% ～0. 06% , w (B ) is 0. 000 5% ～0. 002 5%. To control B can’t be oxidized and nitrided in the smelting p rocess. In the rolling p rocess, initial rolling is at ( 950 ±30) ℃, finish rolling is at (870 ± 20) ℃, size reducing is at(830 ±20) ℃, w ire laying is at(800 ±20) ℃, entrance roller speed is 12～18 m /m in. Produc2 tion p ractice show s that integrated cold heading p roperty keep s stable and each technical index has reached the requirements
·43·
用于制造 10. 9 级 M20 ×65 规格高强度六角螺栓 , 对其生产工艺过程进行现场跟踪 :产品直接冷镦后 , 经调质处理 ( 870～880 ℃油淬 , 420～440 ℃中温回 火 )后水冷 ,其各项性能指标完全达到 10. 9 级紧固 件螺栓的技术要求 ,冷镦合格率达到 98%以上 。
适当降低钢中碳含量 ,减少钢中 P, S含量 ,提高钢 水纯净度 。化学成分见表 1。
表 1 ML20M nTiB化学成分
Ta b le 1 ML20M nTiB chem ica l com po s itio n
w /%
标准
C
Si
Mn
Leabharlann Baidu
P
S
B
Al
Ti
国标
0. 19～0. 24
≤0. 30 1. 30～1. 60 ≤0. 035 ≤0. 035 0. 000 5～0. 003 5 ≥0. 02 0. 04～0. 10
Research and developm en t of ML 20M nT iB h igh strength cold head ing w ire rod
FAN Yin2p ing
( Technology Cen ter of A nyang Iron & S teel Group Co. , L td. , A nyang 455004, Ch ina)
w ire ro d a fte r he a t tre a tm e n t
2 轧材实物质量分析 2. 1 轧材组织及性能
对 ML20M nTiB 冷镦钢线材进行金相检验 ,组织 为铁素体 +珠光体 ,如图 1 所示 。晶粒度为 9. 5 ～ 10. 5级 ,脱碳层深度为 ( 0. 2 ～0. 5) D % ,表面硬度 HRB 值为 86～91,其他力学性能见表 2。
1 生产工艺控制 1. 1 化学成分
根据用户对使用性能的要求 ,冷镦钢应具有较 好的强度 、塑性 、韧性的配合 。化学成分设计依据 GB / T 6478—2001《冷 镦 和 冷 挤 压 用 钢 》中 ML20M nTiB 化学成分体系 ,实际冶炼控制过程中 ,
·42·
金 属 制 品
第 35卷
钢中夹杂物分析 :硅酸盐类夹杂小于 0. 5级 ;单 颗粒球状类夹杂小于 0. 5级 。 2. 3 热处理后组织及性能
热处理后组织为粒状珠光体 +铁素体 (图 2) , 调质后为回火屈氏体 (图 3) ,力学性能见表 3。
表 3 10 mm 线材热处理后力学性能 Ta b le 3 M e cha n ica l p rop e rtie s o f 10 mm
为满足紧固件行业使用低成本高强度冷镦用钢 的需要 ,安阳钢铁集团公司 (简称安钢 )在 100 t转
炉 % LF精炼 % 150 mm ×150 mm 连铸小方坯 %高 速线材生产线上 ,进行了用于生产 10. 9级高强度螺 栓的 ML20MnTiB冷镦钢线材的研制与开发 。该产品 与其他相同强度级别的合金冷镦钢相比 ,具有优越的 冷变形性能和强韧性 ,更适用于制作高强度螺栓 。
实际控制 0. 19～0. 22 0. 08～0. 20 1. 40～1. 55 ≤0. 015 ≤0. 010 0. 001 0～0. 002 5 ≥0. 02 0. 04～0. 06
1. 2 生产工艺 1. 2. 1 冶炼工艺
ML20M nTiB 冷镦钢为细晶粒含硼钢 ,其细化元 素主要是铝和钛 。硼是提高钢的淬透性的主要元 素 ,微量的硼可大大提高钢的淬透性 [ 1 ] 。通常硼在 热处理及热轧状态下一部分固溶于铁素体中 ,另一 部分则与钢中的碳化物及氧 、氮分别形成碳 、氧 、氮 化物 。研究资料表明 :对钢淬透性起作用的硼只是 固溶于奥氏体中的硼 ,而形成化合物的硼对钢的淬 透性不起作用 [ 1 ] 。因此 ,冶炼工艺控制的关键则是 硼不被氧化和氮化 。同时 ,为确保方坯内外质量 ,生 产过程采用全程无氧化保护浇注 ,保证长水口氩封 及浸入式水口良好等 ,恒速稳定浇注 ,二冷区采用弱 冷配水 。 1. 2. 2 轧制工艺
参考文献 [ 1 ] 臧震 , 李伟. 高强度螺栓用钢的开发 [ J ]. 山西冶金 ,
抗拉强 度 /M Pa
屈服强 度 /M Pa
延伸 率 /%
面缩 率 /%
495～530
335～350
33～37
69～77
2. 4 用户使用 在开发生产出 12. 0 mm 以下规格冷镦钢线材
并获得稳定性能的基础上 ,安钢又成功研制生产出
第 1期
范银平 : ML20M nTiB高强度冷镦钢线材的研制与开发
由于 ML20M nTiB 为低合金高强度冷镦钢 ,其热 轧线材主要用于生产变形量大 、强度高的紧固件 ,要 求组织为铁素体 +珠光体 ,同时具有高的塑性及低 的表面硬度 ,因此 ,轧制时在确保轧材表面质量的前 提下 ,生产过程应采取低的加热温度 ( 980 ±30 ) ℃,以避免在高温条件下 ,钢中硼重新分布并与氧 、 氮结合分别形成氧 、氮化物 ,降低淬透性 。另外 ,结 合其 CCT组织转变曲线 [ 2 ] ,根据不同轧制规格合理 地确定控轧及轧后控冷工艺参数 , 如开轧温度为 (950 ±30) ℃,入精轧温度为 ( 870 ±20) ℃,入减定 径温度为 (830 ±20 ) ℃,吐丝温度为 ( 800 ±20 ) ℃ 等 ,轧后控冷采取斯太尔摩延迟冷却工艺 :入口辊道 速度为 12～18 m /m in,以确保轧材具有良好稳定的 组织状态及适宜的晶粒度 。
第 35卷 第 1期 Vol135 No11
金 属 制 品 M etal Products
2009 年 2 月 February 2009
ML20M nT iB高强度冷镦钢线材的研制与开发
范银平
(安阳钢铁集团公司技术中心 , 河南 安阳 455004)
摘 要 紧固件制造要求 ML20M nTiB 冷镦钢线材提高冷加工性能 、淬透性和综合力学性能 。安钢采用 100 t转 炉 —LF精炼 —150 mm ×150 mm连铸小方坯 —高速线材生产线 ,研制开发出 ML20M nTiB 高强度冷镦钢线材 ,主要 化学成分如下 : w (C)为 0. 19% ～0. 22% , w ( Si)为 0. 08% ～0. 20% , w (M n)为 1. 40% ～1. 55% , w ( Ti)为 0. 04% ～ 0. 06% , w (B )为 0. 000 5% ～0. 002 5%。冶炼过程中控制硼不被氧化和氮化 ,轧制过程中开轧温度为 ( 950 ±30) ℃;精轧温度为 (870 ±20) ℃; 减定径温度为 ( 830 ±20) ℃,吐丝温度为 ( 800 ±20 ) ℃,入口辊道速度为 12 ～18 m /m in。生产实践表明 :产品综合性能稳定 ,各项技术指标达到用户制作 10. 9级高强度螺栓的要求 。 关键词 ML20M nTiB线材 ;高强度冷镦钢 ;冷镦性能 ;高强度螺栓 中图分类号 TG335. 6 + 3
of 10. 9 grade high strength bolt. Keywords ML20M nTiB w ire rod; high strength cold heading steel; cold heading p roperty; high strength bolt
近年来 ,生产冷镦用钢的企业 ,在降低生产成本 的同时致力于满足紧固件行业提出的提高冷加工性 能 ,减少冷成型制造成本的要求 。在成分设计上 ,降 低碳含量以改善钢的冷变形能力 ;加入微量硼以弥 补因降碳而造成的强度和淬透性的损失 ;根据需要 加入适量 Ti, M n等合金元素 ,进一步提高淬透性 。 一方面少量的硼可代替大量的合金元素 ,降低钢材成 本 ;另一方面 ,降低碳和合金元素含量 ,使线材具有良 好的冷加工性能 ,可以直接拉拔和冷墩加工 ,不需要 预先球化退火处理 ,从而节约了紧固件的制造成本 。
难度较大的 20. 0 mm 规格 ML20M nTiB 线材 ,并将 该批 20. 0 mm大规格线材发往宁波东港紧固件厂 ,
3 结语 (1)安钢的工艺装备条件及工艺技术控制水平 ,
已完全具备批量生产硼系合金冷镦钢线材的能力 。 (2) 通过控制冶炼质量 ,提高 B 在钢中的稳定
性 ,进而改善 ML20M nTiB 钢线材冷镦性能 ,产品可 以满足用户制作 10. 9级高强度螺栓的技术要求 。
图 1 10. 0 mm线材 1 /2半径处组织 F ig. 1 1 /2 ra d iu s s truc tu re o f 10 mm w ire ro d
表 2 10 mm 线材热轧状态力学性能 Ta b le 2 Ho t ro lle d s ta te m e cha n ica l p rop e rtie s
o f 10 mm w ire ro d
抗拉强 屈服强 度 /M Pa 度 /M Pa
延伸 率 /%
面缩 率 /%
1 /2冷镦
615～625 325～425 24～25 57～67 合格
2. 2 钢中气体含量及夹杂物分析 对 ML20M nTiB 线材进行 N , O 气体含量分析 :
w (N )为 49 ×10 - 6 ～55 ×10 - 6 ; w (O )为 30 ×10 - 6 ～ 40 ×10 - 6 。
Abstract Fastener p roduction requiresML20M nTiB cold heading w ire rod to imp rove cold p roducing p roperty, hardenabil2 ity and comp rehensive mechanical p roperty. The 100 t BOF2LF refining p rocess2150 mm ×150 mm continuous casting2high billet speed w ire p roduction line were adop ted by Angang. The chem ical compositions of ML20M nTiB high strength cold heading steel w ire rod researched and developed are as follows: w ( C) is 0. 19% ～0. 22% , w ( Si) is 0. 08% ～0. 20% , w (M n) is 1. 40% ～1. 55% , w ( Ti) is 0. 04% ～0. 06% , w (B ) is 0. 000 5% ～0. 002 5%. To control B can’t be oxidized and nitrided in the smelting p rocess. In the rolling p rocess, initial rolling is at ( 950 ±30) ℃, finish rolling is at (870 ± 20) ℃, size reducing is at(830 ±20) ℃, w ire laying is at(800 ±20) ℃, entrance roller speed is 12～18 m /m in. Produc2 tion p ractice show s that integrated cold heading p roperty keep s stable and each technical index has reached the requirements
·43·
用于制造 10. 9 级 M20 ×65 规格高强度六角螺栓 , 对其生产工艺过程进行现场跟踪 :产品直接冷镦后 , 经调质处理 ( 870～880 ℃油淬 , 420～440 ℃中温回 火 )后水冷 ,其各项性能指标完全达到 10. 9 级紧固 件螺栓的技术要求 ,冷镦合格率达到 98%以上 。
适当降低钢中碳含量 ,减少钢中 P, S含量 ,提高钢 水纯净度 。化学成分见表 1。
表 1 ML20M nTiB化学成分
Ta b le 1 ML20M nTiB chem ica l com po s itio n
w /%
标准
C
Si
Mn
Leabharlann Baidu
P
S
B
Al
Ti
国标
0. 19～0. 24
≤0. 30 1. 30～1. 60 ≤0. 035 ≤0. 035 0. 000 5～0. 003 5 ≥0. 02 0. 04～0. 10
Research and developm en t of ML 20M nT iB h igh strength cold head ing w ire rod
FAN Yin2p ing
( Technology Cen ter of A nyang Iron & S teel Group Co. , L td. , A nyang 455004, Ch ina)
w ire ro d a fte r he a t tre a tm e n t
2 轧材实物质量分析 2. 1 轧材组织及性能
对 ML20M nTiB 冷镦钢线材进行金相检验 ,组织 为铁素体 +珠光体 ,如图 1 所示 。晶粒度为 9. 5 ～ 10. 5级 ,脱碳层深度为 ( 0. 2 ～0. 5) D % ,表面硬度 HRB 值为 86～91,其他力学性能见表 2。
1 生产工艺控制 1. 1 化学成分
根据用户对使用性能的要求 ,冷镦钢应具有较 好的强度 、塑性 、韧性的配合 。化学成分设计依据 GB / T 6478—2001《冷 镦 和 冷 挤 压 用 钢 》中 ML20M nTiB 化学成分体系 ,实际冶炼控制过程中 ,
·42·
金 属 制 品
第 35卷
钢中夹杂物分析 :硅酸盐类夹杂小于 0. 5级 ;单 颗粒球状类夹杂小于 0. 5级 。 2. 3 热处理后组织及性能
热处理后组织为粒状珠光体 +铁素体 (图 2) , 调质后为回火屈氏体 (图 3) ,力学性能见表 3。
表 3 10 mm 线材热处理后力学性能 Ta b le 3 M e cha n ica l p rop e rtie s o f 10 mm
为满足紧固件行业使用低成本高强度冷镦用钢 的需要 ,安阳钢铁集团公司 (简称安钢 )在 100 t转
炉 % LF精炼 % 150 mm ×150 mm 连铸小方坯 %高 速线材生产线上 ,进行了用于生产 10. 9级高强度螺 栓的 ML20MnTiB冷镦钢线材的研制与开发 。该产品 与其他相同强度级别的合金冷镦钢相比 ,具有优越的 冷变形性能和强韧性 ,更适用于制作高强度螺栓 。
实际控制 0. 19～0. 22 0. 08～0. 20 1. 40～1. 55 ≤0. 015 ≤0. 010 0. 001 0～0. 002 5 ≥0. 02 0. 04～0. 06
1. 2 生产工艺 1. 2. 1 冶炼工艺
ML20M nTiB 冷镦钢为细晶粒含硼钢 ,其细化元 素主要是铝和钛 。硼是提高钢的淬透性的主要元 素 ,微量的硼可大大提高钢的淬透性 [ 1 ] 。通常硼在 热处理及热轧状态下一部分固溶于铁素体中 ,另一 部分则与钢中的碳化物及氧 、氮分别形成碳 、氧 、氮 化物 。研究资料表明 :对钢淬透性起作用的硼只是 固溶于奥氏体中的硼 ,而形成化合物的硼对钢的淬 透性不起作用 [ 1 ] 。因此 ,冶炼工艺控制的关键则是 硼不被氧化和氮化 。同时 ,为确保方坯内外质量 ,生 产过程采用全程无氧化保护浇注 ,保证长水口氩封 及浸入式水口良好等 ,恒速稳定浇注 ,二冷区采用弱 冷配水 。 1. 2. 2 轧制工艺
参考文献 [ 1 ] 臧震 , 李伟. 高强度螺栓用钢的开发 [ J ]. 山西冶金 ,
抗拉强 度 /M Pa
屈服强 度 /M Pa
延伸 率 /%
面缩 率 /%
495～530
335～350
33～37
69～77
2. 4 用户使用 在开发生产出 12. 0 mm 以下规格冷镦钢线材
并获得稳定性能的基础上 ,安钢又成功研制生产出
第 1期
范银平 : ML20M nTiB高强度冷镦钢线材的研制与开发
由于 ML20M nTiB 为低合金高强度冷镦钢 ,其热 轧线材主要用于生产变形量大 、强度高的紧固件 ,要 求组织为铁素体 +珠光体 ,同时具有高的塑性及低 的表面硬度 ,因此 ,轧制时在确保轧材表面质量的前 提下 ,生产过程应采取低的加热温度 ( 980 ±30 ) ℃,以避免在高温条件下 ,钢中硼重新分布并与氧 、 氮结合分别形成氧 、氮化物 ,降低淬透性 。另外 ,结 合其 CCT组织转变曲线 [ 2 ] ,根据不同轧制规格合理 地确定控轧及轧后控冷工艺参数 , 如开轧温度为 (950 ±30) ℃,入精轧温度为 ( 870 ±20) ℃,入减定 径温度为 (830 ±20 ) ℃,吐丝温度为 ( 800 ±20 ) ℃ 等 ,轧后控冷采取斯太尔摩延迟冷却工艺 :入口辊道 速度为 12～18 m /m in,以确保轧材具有良好稳定的 组织状态及适宜的晶粒度 。
第 35卷 第 1期 Vol135 No11
金 属 制 品 M etal Products
2009 年 2 月 February 2009
ML20M nT iB高强度冷镦钢线材的研制与开发
范银平
(安阳钢铁集团公司技术中心 , 河南 安阳 455004)
摘 要 紧固件制造要求 ML20M nTiB 冷镦钢线材提高冷加工性能 、淬透性和综合力学性能 。安钢采用 100 t转 炉 —LF精炼 —150 mm ×150 mm连铸小方坯 —高速线材生产线 ,研制开发出 ML20M nTiB 高强度冷镦钢线材 ,主要 化学成分如下 : w (C)为 0. 19% ～0. 22% , w ( Si)为 0. 08% ～0. 20% , w (M n)为 1. 40% ～1. 55% , w ( Ti)为 0. 04% ～ 0. 06% , w (B )为 0. 000 5% ～0. 002 5%。冶炼过程中控制硼不被氧化和氮化 ,轧制过程中开轧温度为 ( 950 ±30) ℃;精轧温度为 (870 ±20) ℃; 减定径温度为 ( 830 ±20) ℃,吐丝温度为 ( 800 ±20 ) ℃,入口辊道速度为 12 ～18 m /m in。生产实践表明 :产品综合性能稳定 ,各项技术指标达到用户制作 10. 9级高强度螺栓的要求 。 关键词 ML20M nTiB线材 ;高强度冷镦钢 ;冷镦性能 ;高强度螺栓 中图分类号 TG335. 6 + 3
of 10. 9 grade high strength bolt. Keywords ML20M nTiB w ire rod; high strength cold heading steel; cold heading p roperty; high strength bolt
近年来 ,生产冷镦用钢的企业 ,在降低生产成本 的同时致力于满足紧固件行业提出的提高冷加工性 能 ,减少冷成型制造成本的要求 。在成分设计上 ,降 低碳含量以改善钢的冷变形能力 ;加入微量硼以弥 补因降碳而造成的强度和淬透性的损失 ;根据需要 加入适量 Ti, M n等合金元素 ,进一步提高淬透性 。 一方面少量的硼可代替大量的合金元素 ,降低钢材成 本 ;另一方面 ,降低碳和合金元素含量 ,使线材具有良 好的冷加工性能 ,可以直接拉拔和冷墩加工 ,不需要 预先球化退火处理 ,从而节约了紧固件的制造成本 。
难度较大的 20. 0 mm 规格 ML20M nTiB 线材 ,并将 该批 20. 0 mm大规格线材发往宁波东港紧固件厂 ,
3 结语 (1)安钢的工艺装备条件及工艺技术控制水平 ,
已完全具备批量生产硼系合金冷镦钢线材的能力 。 (2) 通过控制冶炼质量 ,提高 B 在钢中的稳定
性 ,进而改善 ML20M nTiB 钢线材冷镦性能 ,产品可 以满足用户制作 10. 9级高强度螺栓的技术要求 。
图 1 10. 0 mm线材 1 /2半径处组织 F ig. 1 1 /2 ra d iu s s truc tu re o f 10 mm w ire ro d
表 2 10 mm 线材热轧状态力学性能 Ta b le 2 Ho t ro lle d s ta te m e cha n ica l p rop e rtie s