【中國(guó)緊固件網(wǎng)】1.ML20MnTiB冷鐓鋼主要用于生產(chǎn)10.9級(jí)以上高強(qiáng)度緊固件,需要有良好的力學(xué)性能及淬透性,根據(jù)用戶(hù)對(duì)使用性能的要求考慮到鋼的冷鐓性能和強(qiáng)度、塑性、韌性匹配,適當(dāng)降低了C含量,并嚴(yán)格控制有害元素P、S的含量,同時(shí)為保證鋼的淬透性,適當(dāng)提高了鋼中B的加入量。
該鋼化學(xué)成分控制見(jiàn)表1。
表1:ML20MnTiB鋼化學(xué)成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))%
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(qiáng)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(yùn),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(dāng)鋼中N含量控制在55×10-6以下時(shí),B的回收率可有效穩(wěn)定在70%以上。N含量超過(guò)100×10-6時(shí),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(qiáng)的親和力,Ti元素一方面與C、N結(jié)合形成碳、氮化物產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)化作用,明顯提高鋼的強(qiáng)度;另一方面又能與S作用形成塑性比長(zhǎng)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?yuàn)A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(xì)小的TiN顆粒才能細(xì)化組織,起到強(qiáng)化作用。隨著Ti含量的增加,TiN顆粒粗化,細(xì)小TiC的數(shù)量增加,析出強(qiáng)化作用導(dǎo)致鋼的強(qiáng)度隨鈦含量的增加而顯著升高,但Ti含量過(guò)高,非共格析出物數(shù)量增加,會(huì)減弱析出強(qiáng)化效果,同時(shí)形成的碳、氮化物會(huì)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(dāng)鋼中有效鈦含量滿(mǎn)足:w(Ti全)>3.4w(N)+3w(s)時(shí),TiC粒子的析出強(qiáng)化作用才能體現(xiàn)出來(lái)。
3、生產(chǎn)工藝
3.1、煉鋼連鑄工藝
ML20MnTiB鋼采用了頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐、LF精煉、全程保護(hù)澆鑄的生產(chǎn)工藝進(jìn)行冶煉,為充分保證合金控制要求,出鋼前采用鋁脫氧,嚴(yán)格控制鋼水過(guò)氧化及下渣量。LF爐需要保證有足夠的白渣時(shí)間,并且通過(guò)造好泡沫渣以及適當(dāng)?shù)臄嚢鑱?lái)避免鋼水與空氣的接觸,以防增氮。通電結(jié)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(shí)間。采用6機(jī)6流連鑄機(jī)150mm×150mm小方坯連鑄,并嚴(yán)格做好長(zhǎng)水口、中間包、浸入式水口的密封保護(hù)工作,采用合適的結(jié)晶器保護(hù)渣和弱的二冷段配水工藝。
3.2、軋制工藝
軋制工藝設(shè)備:步進(jìn)梁式加熱爐→高壓水除鱗裝置→18架粗軋、中軋、預(yù)精軋機(jī)組→8架45°無(wú)扭精軋機(jī)組→4架減定徑機(jī)組→斯太爾摩線。加熱溫度采用了不超過(guò)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(pán)條的組織性能
4.1、熱軋盤(pán)條組織
ML20MnTiB熱軋盤(pán)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(jí)。沒(méi)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(shuō)明軋材采用了比較合理的控軋控冷工藝。
4.2、熱軋盤(pán)條的淬透性
從Ф20mm熱軋盤(pán)條上取樣測(cè)定其淬透性,淬火介質(zhì)為室溫下的水,結(jié)果見(jiàn)表2。可見(jiàn),對(duì)于直徑達(dá)到Ф20mm的大規(guī)格盤(pán)條,其芯部也能完全淬透,見(jiàn)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(pán)條的調(diào)質(zhì)處理及性能
試驗(yàn)確定ML20MnTiBФ20mm熱軋盤(pán)條最優(yōu)調(diào)質(zhì)處理工藝為880℃淬火(水淬),420℃回火。盤(pán)條經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后,抗拉強(qiáng)度為1120MPa,伸長(zhǎng)率為10%,收縮率為70%,均滿(mǎn)足10.9級(jí)緊固件的性能要求。
5.結(jié)論
山西新泰鋼鐵公司開(kāi)發(fā)的高強(qiáng)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(pán)條貝氏體組織的形成,經(jīng)用戶(hù)使用,反映良好。
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