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10.9級高強度螺栓ML20MnTiB熱軋盤條的開發(fā)
發(fā)表時間:2018-11-14 16:40:58

【中國緊固件網】1.ML20MnTiB冷鐓鋼主要用于生產10.9級以上高強度緊固件,需要有良好的力學性能及淬透性,根據用戶對使用性能的要求考慮到鋼的冷鐓性能和強度、塑性、韌性匹配,適當降低了C含量,并嚴格控制有害元素P、S的含量,同時為保證鋼的淬透性,適當提高了鋼中B的加入量。

該鋼化學成分控制見表1。

表1:ML20MnTiB鋼化學成分(質量百分數)%

2.1、微合金B(yǎng)元素

微量的B元素固溶人奧氏體之中,可顯著地抑制多邊形鐵素體在奧氏體晶界上形核,從而提高鋼的淬透性。然而,B和N、O有很強的親和力,如果B是以氧化物和氮化物的形式存在,便喪失了抑制鐵素體晶界形核的作用,故一般在加B前先加入適量的Al脫氧,再加適量的Ti固N,以避免形成B的氮、氧化合物,確保B固溶于奧氏體中。鋼中N含量越高,B的回收率就越低。許多研究表明,當鋼中N含量控制在55×10-6以下時,B的回收率可有效穩(wěn)定在70%以上。N含量超過100×10-6時,鋼中的B回收率很低,基本以氮化物的形式存在,失去了提高鋼淬透性的作用。

2.2、微合金Ti元素

Ti元素與C、N、S均有較強的親和力,Ti元素一方面與C、N結合形成碳、氮化物產生細晶強化作用,明顯提高鋼的強度;另一方面又能與S作用形成塑性比長條狀MnS低得多的球狀Ti4C2S2,鋼中的MnS逐漸被消除,變成可改善材料韌性和成形性的球狀夾雜物,從而降低MnS的有害作用,改善鋼的橫向性能。

Ti在鋼中首先形成TiN,但只有細小的TiN顆粒才能細化組織,起到強化作用。隨著Ti含量的增加,TiN顆粒粗化,細小TiC的數量增加,析出強化作用導致鋼的強度隨鈦含量的增加而顯著升高,但Ti含量過高,非共格析出物數量增加,會減弱析出強化效果,同時形成的碳、氮化物會引起鋼的脆化。所以鋼中有效鈦的主要含量取決于S、N的含量,含量越低,有效鈦的含量越高,只有當鋼中有效鈦含量滿足:w(Ti全)>3.4w(N)+3w(s)時,TiC粒子的析出強化作用才能體現(xiàn)出來。

3、生產工藝

3.1、煉鋼連鑄工藝

ML20MnTiB鋼采用了頂底復吹轉爐、LF精煉、全程保護澆鑄的生產工藝進行冶煉,為充分保證合金控制要求,出鋼前采用鋁脫氧,嚴格控制鋼水過氧化及下渣量。LF爐需要保證有足夠的白渣時間,并且通過造好泡沫渣以及適當的攪拌來避免鋼水與空氣的接觸,以防增氮。通電結束后依次加入鈦鐵和硼鐵合金,并保證加硼鐵前有不低于3min的攪拌時間。采用6機6流連鑄機150mm×150mm小方坯連鑄,并嚴格做好長水口、中間包、浸入式水口的密封保護工作,采用合適的結晶器保護渣和弱的二冷段配水工藝。

3.2、軋制工藝

軋制工藝設備:步進梁式加熱爐→高壓水除鱗裝置→18架粗軋、中軋、預精軋機組→8架45°無扭精軋機組→4架減定徑機組→斯太爾摩線。加熱溫度采用了不超過1100℃的低溫加熱,吐絲溫度控制為(850±20)℃,采用斯太爾摩延遲冷卻工藝,以確保軋材具備良好穩(wěn)定的組織以及適宜的晶粒度。

4、熱軋盤條的組織性能

4.1、熱軋盤條組織

ML20MnTiB熱軋盤條(Ф20mm)的微觀組織如圖1所示,為鐵素體+珠光體組織,晶粒度為9.0~10.0級。沒有發(fā)現(xiàn)由于Ti和B等高淬透性元素加入引起的貝氏體組織,說明軋材采用了比較合理的控軋控冷工藝。

4.2、熱軋盤條的淬透性

從Ф20mm熱軋盤條上取樣測定其淬透性,淬火介質為室溫下的水,結果見表2?梢,對于直徑達到Ф20mm的大規(guī)格盤條,其芯部也能完全淬透,見圖2,硬度均保持在HRC40以上,邊緣硬度和芯部硬度值偏差小于4。

4.3、熱軋盤條的調質處理及性能

試驗確定ML20MnTiBФ20mm熱軋盤條最優(yōu)調質處理工藝為880℃淬火(水淬),420℃回火。盤條經調質處理后,抗拉強度為1120MPa,伸長率為10%,收縮率為70%,均滿足10.9級緊固件的性能要求。

5.結論

山西新泰鋼鐵公司開發(fā)的高強度冷鐓鋼ML20MnTiB,較好地控制了鋼中Ti、B的有效成分,從而保證了鋼的淬透性;合理的控軋控冷工藝確保了鋼的高塑性和表面低硬度性能,避免了盤條貝氏體組織的形成,經用戶使用,反映良好。



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