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CN111511936B - 用于冷镦的线材、使用其的加工产品、及其制造方法 - Google Patents

用于冷镦的线材、使用其的加工产品、及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供了可以缩短球化热处理时间的用于冷镦的线材、使用其的加工产品、及其制造方法。根据本公开的一个实施方案的用于冷镦的线材以全部组成的重量百分比(％)计包含：C：0.15％至0.5％，Si：0.1％至0.4％，Mn：0.3％至1.5％，Cr：0.1％至1.5％，Al：0.02％至0.05％，N：0.004％至0.02％，选自Nb：0.001％至0.03％、V：0.01％至0.3％、Mo：0.01％至0.5％、Ti：0.001％至0.03％中的至少一者，以及剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质，显微组织的珠光体团中存在的渗碳体的长短轴之比为200:1或更小。

Description

用于冷镦的线材、使用其的加工产品、及其制造方法
技术领域
本公开涉及用于冷镦的线材，更具体地，提供了可以用于冷镦用螺栓并且可以缩短球化热处理的用于冷镦的线材、使用其的加工产品、及其制造方法。
背景技术
大多数结构钢是在热加工之后再加热、淬火和回火以增加强度和韧性的调质(淬火回火)钢。
另一方面，非正火钢是代替调质钢的钢，并且意指在热加工之后没有另外的热处理的情况下可以获得与经热处理的钢的机械特性相似的机械特性如强度的钢。
典型的线材产品通过进行热轧线材、冷拔、球化热处理、冷拔、冷镦、淬火和回火而制造为最终产品。
另一方面，非正火线材通过热轧线材、冷拔、冷镦过程而制造为最终产品。以这种方式，通过省略现有产品加工过程中所需的两种热处理(球化热处理和Q&T热处理)，可以通过降低材料的制造成本来获得具有优异的经济效率的产品。
非正火钢是省略热处理过程的经济产品，并且由于其不进行最终的淬火和回火，因此其具有确保由于热处理引起的缺陷(即由于热处理的弯曲引起的平直度)的效果，并且被应用于许多产品。
然而，在非正火钢的情况下，由于在省略热处理过程的状态下进行连续冷加工，因此随着过程进行，产品的强度增加，同时延展性持续降低。
此外，在螺栓的制造中，为了增加滚动寿命(rolling life)，在拉拔线材之后必须进行球化热处理，而这种球化热处理导致长加工时间，从而增加了制造成本。
因此，需要开发可以缩短球化热处理时间的能够冷镦的线材。
发明内容
技术问题
本公开提供了可以缩短球化热处理时间的用于冷镦的线材、使用其的加工产品、及其制造方法。
技术方案
根据本公开的一个方面，用于冷镦的线材以全部组成的重量百分比(％)计包含C：0.15％至0.5％，Si：0.1％至0.4％，Mn：0.3％至1.5％，Cr：0.1％至1.5％，Al：0.02％至0.05％，N：0.004％至0.02％，选自Nb：0.001％至0.03％、V：0.01％至0.3％、Mo：0.01％至0.5％、Ti：0.001％至0.03％中的至少一者，以及剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质，线材包括珠光体团(pearlite colony)作为显微组织，珠光体团中存在的渗碳体的长短轴之比为200:1或更小。
此外，根据本发明的一个实施方案，珠光体中分段的渗碳体(segmentedcementite)的面积分数可以为5％至50％。
此外，根据本发明的一个实施方案，珠光体团的最大尺寸可以为5μm或更小。
此外，根据本发明的一个实施方案，线材可以包括铁素体作为显微组织，铁素体晶粒尺寸的最大尺寸可以为5μm或更小。
此外，根据本发明的一个实施方案，线材可以包含基于Al的碳氮化物、基于Nb的碳氮化物、基于V的碳氮化物、基于Mo的碳氮化物中的至少一种析出物。
根据本公开的另一方面，加工产品包括以全部组成的重量百分比(％)计包含以下的组织：C：0.15％至0.5％，Si：0.1％至0.4％，Mn：0.3％至1.5％，Cr：0.1％至1.5％，Al：0.02％至0.05％，N：0.004％至0.02％，选自Nb：0.001％至0.03％、V：0.01％至0.3％、Mo：0.01％至0.5％、Ti：0.001％至0.03％中的至少一者，以及剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质，加工产品包括长短轴之比为5:1或更小的渗碳体作为显微组织，所述渗碳体相对于总面积的面积分数可以为80％或更大。
根据本公开的另一方面，用于冷镦的线材的制造方法包括：对钢件进行加热，所述钢件以全部组成的重量百分比(％)计包含：C：0.15％至0.5％，Si：0.1％至0.4％，Mn：0.3％至1.5％，Cr：0.1％至1.5％，Al：0.02％至0.05％，N：0.004％至0.02％，选自Nb：0.001％至0.03％、V：0.01％至0.3％、Mo：0.01％至0.5％、Ti：0.001％至0.03％中的至少一者，以及剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质；通过在700℃至780℃下对经加热的钢件进行精轧来对经加热的钢件进行热轧；在热轧之后，以5℃/秒至20℃/秒冷却至600℃，以及以5℃/秒或更小冷却至400℃。
此外，根据本发明的一个实施方案，在热轧中，刚好在精轧之前的奥氏体晶粒尺寸可以为10μm或更小。
此外，根据本发明的一个实施方案，在热轧中，精轧期间的变形量可以为0.4或更大。
此外，根据本发明的一个实施方案，对钢件进行加热可以通过在90分钟以内保持在900℃至1050℃下来进行。
根据本公开的另一方面，涉及使用线材的加工产品的制造方法，所述线材以全部组成的重量百分比(％)计包含C：0.15％至0.5％，Si：0.1％至0.4％，Mn：0.3％至1.5％，Cr：0.1％至1.5％，Al：0.02％至0.05％，N：0.004％至0.02％，选自Nb：0.001％至0.03％、V：0.01％至0.3％、Mo：0.01％至0.5％、Ti：0.001％至0.03％中的至少一者，以及剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质，并且包括珠光体团中的渗碳体的长短轴之比为200:1或更小的显微组织，所述制造方法包括：以50℃/小时至100℃/小时的加热速率在650℃至780℃下加热6小时至10小时；以及以10℃/小时至20℃/小时的冷却速率进行软化热处理。
此外，根据本发明的一个实施方案，长短轴之比为5:1或更小的渗碳体相对于总面积的面积分数可以为80％或更大。
此外，根据本发明的一个实施方案，内部碳氮化物的含量可以为总量的80％或更大。
有益效果
根据本公开的一个实施方案的用于冷镦的线材和使用其的加工产品可以缩短球化热处理时间，从而降低成本。
附图说明
图1(a)是示出开始精轧之前的比较例1的显微组织的照片，图1(b)是示出开始精轧之前的作为本公开的一个实施方案的发明例2的显微组织的照片。
图2(a)是示出紧接在精轧之后的冷却的初期中的比较例1的显微组织的照片，图2(b)是示出紧接在精轧之后的冷却的初期中的作为本公开的一个实施方案的发明例2的显微组织的照片。
图3(a)是示出通过缓慢冷却获得的比较例3的线材的显微组织的照片，图3(b)是通过缓慢冷却获得的作为本公开的一个实施方案的发明例4线材的显微组织。
图4(a)是示出球化热处理之后的比较例3的显微组织的照片，图4(b)是示出球化热处理之后的作为本公开的一个实施方案的发明例4的显微组织的照片。
具体实施方式
根据本公开的一个方案的用于冷镦的线材以全部组成的重量百分比(％)计包含C：0.15％至0.5％，Si：0.1％至0.4％，Mn：0.3％至1.5％，Cr：0.1％至1.5％，Al：0.02％至0.05％，N：0.004％至0.02％，选自Nb：0.001％至0.03％、V：0.01％至0.3％、Mo：0.01％至0.5％、Ti：0.001％至0.03％中的至少一者，以及剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质，线材的显微组织中珠光体团中存在的渗碳体的长短轴之比为200:1或更小。
发明实施方式
在下文中，将参照附图详细地描述本公开的实施方案。提供以下实施方案以向本领域普通技术人员传达本公开的技术构思。然而，本公开不限于这些实施方案，并且可以以另外的形式来实施。在附图中，可能未示出与描述无关的部分以阐明本公开，并且另外，为了易于理解，或多或少地夸大地示出了部件的尺寸。
根据本公开的一个实施方案的用于冷镦的线材以全部组成的重量百分比(％)计包含C：0.15％至0.5％，Si：0.1％至0.4％，Mn：0.3％至1.5％，Cr：0.1％至1.5％，Al：0.02％至0.05％，N：0.004％至0.02％，选自Nb：0.001％至0.03％、V：0.01％至0.3％、Mo：0.01％至0.5％、Ti：0.001％至0.03％中的至少一者。
根据本公开的用于冷镦的线材中包含的各组分的作用和含量如下。以下组分的百分比是指重量百分比。
C(碳)的含量为0.15％至0.5％。
当C的含量为0.5％或更大时，几乎所有组织都由珠光体构成，使得难以确保铁素体晶粒。相反，当C少于0.15％时，由于基材强度的降低而难以确保最终淬火和回火热处理之后的足够的强度。因此，根据本公开的一个实施方案，C的含量为0.15％至0.5％。
Si(硅)的含量为0.1％至0.4％。
Si是确保钢的强度的重要元素。当Si少于0.1％时，难以确保钢的强度和足够的淬透性。相反，当Si超过0.4％时，在软化热处理之后的冷锻期间，冷加工性劣化。因此，根据本公开的一个实施方案，Si含量为0.1％至0.4％。
Mn(锰)的含量为0.3％至1.5％。
Mn形成固溶体以替代基体，并且细化珠光体层间间距。当Mn以超过1.5％包含在内时，由于由Mn偏析引起的组织不均匀性而可能出现裂纹。此外，在钢凝固时可能发生宏观偏析或微观偏析，并且与其他元素相比，Mn偏析具有相对低的扩散系数，从而促进偏析区域并改善淬透性。这是形成芯部冷组织(芯部马氏体)的主要原因。相反，当添加Mn少于0.3时，难以确保足够的淬透性以确保淬火和回火热处理之后的马氏体组织。因此，根据本公开的一个实施方案，Mn的含量为0.3％至1.5％。
Cr(铬)的含量为0.1％至1.5％。
当Cr少于0.1％时，难以充分确保用于在最终淬火和回火热处理期间获得马氏体的淬透性。相反，当Cr多于1.5％时，产生中心偏析，并且存在线材中的低温组织的高可能性。因此，根据本公开的一个实施方案，Cr的含量为0.1％至1.5％。
Al(铝)的含量为0.02％至0.05％。
Al是作为脱氧剂的重要元素。当Al少于0.02时，难以确保脱氧能力。相反，当Al超过0.05％时，硬质夹杂物例如Al2O3可能增加，因此，在连续铸造期间可能发生由于夹杂物而引起的水口堵塞。因此，根据本公开的一个实施方案，将Al含量设定为0.02％至0.05％。
N(氮)的含量为0.004％至0.02％。
当N为0.004％或更少时，难以确保氮化物，并且Ti、Nb、V等的析出量可能减少。相反，当N为0.02％或更多时，由于固溶氮不结合至析出物而可能使线材的韧性和延展性劣化。因此，根据本公开的一个实施方案，N的含量为0.004％至0.02％。
根据本公开的一个实施方案，其包含选自Nb：0.001％至0.03％、V：0.01％至0.3％、Mo：0.01％至0.5％和Ti：0.001％至0.03％的一者或更多者。
Nb(铌)的含量为0.001％至0.03％。
Nb可以形成碳氮化物例如Nb(C,N)以在轧制期间细化铁素体和珠光体线材组织。然而，如果含量小于0.001％，则无法充分实现析出。相反，当Nb的含量超过0.03％时，析出效果可能被析出粗化不利地影响。因此，当根据本公开的一个实施方案包含Nb时，其含量为0.001％至0.03％。
Ti(钛)的含量为0.001％至0.03％。
Ti是有助于在炉中细化晶粒的强效的碳氮化物形成元素。然而，当Ti少于0.001％时，析出量小，并且效果降低。相反，当Ti以超过0.03％的量包含在内时，韧性和延展性可能由于析出物的粗化而降低。因此，当根据本公开的一个实施方案包含Ti时，将Ti的含量设定为0.001％至0.03％。
V(钒)的含量为0.01％至0.3％。
V形成VC、VN、V(C,N)等，并且是在轧制期间引起铁素体和珠光体线材组织细化的元素。当V的含量小于0.01％时，V析出物在基材中的分布小，并因此可能无法固定铁素体晶界，因此对韧性的效果较小。相反，当V含量超过0.3％时，形成粗碳氮化物，这不利地影响韧性。因此，当根据本公开的一个实施方案包含V时，V的含量为0.01％至0.3％。
Mo(钼)的含量为0.01％至0.5％。
Mo是用于抑制回火软化的有效元素，其通过在淬火和回火热处理期间在回火期间形成Mo2C的析出物而降低回火期间的强度。然而，当Mo含量小于0.01％时，难以看到足够的回火软化效果。相反，当Mo的含量超过0.5％时，以线材状态产生低温组织，并且可能需要用于除去低温组织的另外的热处理成本。因此，当根据本公开的一个实施方案包含Mo时，Mo的含量为0.01％至0.5％。
根据本公开的一个实施方案的用于冷镦的线材的显微组织的珠光体团中存在的渗碳体的长短轴之比为200:1或更小。
此外，珠光体中分段的渗碳体的面积分数为5％至50％。
此外，珠光体团的最大尺寸为5μm或更小。
此外，铁素体晶粒尺寸的最大尺寸为5μm或更小。
此外，根据本公开的一个实施方案的用于冷镦的线材可以在内部包含基于Al的碳氮化物、基于Nb的碳氮化物、基于V的碳氮化物、基于Mo的碳氮化物和基于Ti的碳氮化物中的至少一种析出物。
此外，使用满足上述组分的线材制造的加工产品的显微组织的渗碳体的长短轴之比为5:1或更小。
在下文中，将详细地描述根据本公开的一个实施方案的制造用于冷镦的线材的方法。
对满足上述组分的钢件进行加热。此时，加热温度为900℃至1050℃，并且保持90分钟以内。
对经加热的钢件进行热轧，其中在700℃至780℃下进行精轧。在热轧步骤中，刚好在精轧之前的奥氏体晶粒尺寸可以为10μm或更小。此外，在热轧步骤中，精轧期间的变形量可以为0.4或更大。
在热轧之后，进行冷却步骤，从而以5℃/秒至20℃/秒的冷却速率冷却至600℃，以及以5℃/秒或更小的冷却速率冷却至400℃。5℃/秒至20℃/秒的冷却以快速冷却来终止转变以使珠光体晶粒尺寸为5μm或更小的组织中的渗碳体厚度最小化。低于5℃/秒的缓慢冷却旨在诱导珠光体片段(pearlite segment)。
使用以上述方式制造的线材来制造加工产品。加工产品通过如下过程来制备：以50℃/小时至100℃/小时的加热速率在650℃至780℃下加热6小时至10小时，以及以10℃/小时至20℃/小时的冷却速率进行软化热处理。以这种方式制造的加工产品的渗碳体的长短轴之比为5:1或更小。此外，碳氮化物可以为总量的大于80％。
在下文中，将通过实施例详细地描述本公开，但以下实施例仅旨在更详细地举例说明本公开，并且本公开的权利范围不限于这些实施例。
实施例
制备具有下[表1]的组成并且在所描述的制造条件下制造的钢。所有比较例和发明例都为轧制至9mm的线材。对各轧制条件下的显微组织进行比较。
[表1]
Figure BDA0002553038550000081
Figure BDA0002553038550000091
图1(a)是示出开始精轧之前的比较例1的显微组织的照片，图1(b)是示出开始精轧之前的作为本公开的一个实施方案的发明例2的显微组织的照片。
在根据作为本公开的一个实施方案的发明例2的图1(b)的情况下，可以确定奥氏体晶粒尺寸小于作为比较例1的图1(a)的奥氏体晶粒尺寸。轧制之前的小奥氏体晶粒可以在轧制期间在晶界处引起许多变形以使轧制和冷却期间铁素体成核位点最大化。这使先共析铁素体的分数最大化，并且允许通过使材料软化来省略热处理。此外，其具有有助于晶粒的细化和增加轧制完成之后的扩散速率的优点。
图2(a)是示出紧接在精轧之后的冷却的初期中的比较例1的显微组织的照片，图2(b)是示出紧接在精轧之后的冷却的初期中的作为本公开的一个实施方案的发明例2的显微组织的照片。
在根据作为本公开的一个实施方案的发明例2的图2(b)的情况下，可以确定铁素体晶粒尺寸小于根据比较例1的图2(a)的铁素体晶粒尺寸。因此，高速扩散是可能的。根据本公开的一个实施方案，在轧制期间快速冷却可以抑制先共析铁素体的生长，从而细化珠光体晶粒尺寸并且使珠光体中的片状渗碳体(plate-like cementite)的厚度最小化。
图3(a)是示出通过缓慢冷却获得的比较例3的线材的显微组织的照片，图3(b)是通过缓慢冷却获得的作为本公开的一个实施方案的发明例4线材的显微组织。
在根据作为本公开的一个实施方案的发明例4的图3(b)的情况下，可以确定与根据比较例3的图3(a)不同，产生分段的渗碳体，而不是片状渗碳体。此外，可以看出，铁素体显微组织还生长为有利于冷镦的粗晶粒。
下面的[表2]描述了在[表1]的条件和[表1]的制造条件下制造的线材的铁素体晶粒尺寸、珠光体团尺寸、线材渗碳体长短轴之比、线材分段的渗碳体分数。此外，[表2]是描述加热速率、保持时间、冷却速率和加工产品的5:1或更小的渗碳体比率以将这样的线材制造为加工产品的表。
[表2]
Figure BDA0002553038550000101
图4(a)是示出球化热处理之后的比较例3的显微组织的照片，图4(b)是示出球化热处理之后的作为本公开的一个实施方案的发明例4的显微组织的照片。
在根据作为本公开的一个实施方案的发明例4的图4(b)的情况下，可以看出球化比根据比较例3的图4(a)更超前。在图4(a)的情况下，球化进行了约70％，在图4(b)的情况下，球化进行了约90％。
虽然已参照示例性实施方案具体描述了本公开，但本领域技术人员应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以做出形式和细节上的各种改变。
工业适用性
根据本发明的用于冷镦的线材具有优异的强度和延展性，并且可以用作用于紧固的高强度螺栓。

Claims (6)

1.一种用于冷镦的线材，以全部组成的重量百分比(％)计包含C：0.15％至0.5％，Si：0.1％至0.4％，Mn：0.3％至1.5％，Cr：0.1％至1.5％，Al：0.02％至0.05％，N：0.004％至0.02％，Nb：0.001％至0.03％，选自V：0.01％至0.3％、Mo：0.01％至0.5％、Ti：0.001％至0.03％中的至少一者，以及剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质，
其中所述线材包括珠光体团作为显微组织，
其中所述珠光体团中存在的渗碳体的长短轴之比为200:1或更小，以及
其中所述珠光体中分段的渗碳体的面积分数为5％至50％，
其中所述珠光体团的最大尺寸为5μm或更小，
其中所述线材包括铁素体作为显微组织，以及
所述铁素体晶粒尺寸的最大尺寸为5μm或更小。
2.根据权利要求1所述的线材，其中所述线材包含基于V的碳氮化物、基于Mo的碳氮化物和基于Ti的碳氮化物中的至少一种析出物，以及基于Al的碳氮化物和基于Nb的碳氮化物。
3.一种用于冷镦的线材的制造方法，所述制造方法包括：
对以全部组成的重量百分比(％)计包含以下成分的钢件进行加热：C：0.15％至0.5％，Si：0.1％至0.4％，Mn：0.3％至1.5％，Cr：0.1％至1.5％，Al：0.02％至0.05％，N：0.004％至0.02％，选自Nb：0.001％至0.03％、V：0.01％至0.3％、Mo：0.01％至0.5％、Ti：0.001％至0.03％中的至少一者，以及剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质；
通过在700℃至780℃下对经加热的钢件进行精轧来对所述经加热的钢件进行热轧；
在所述热轧之后，以5℃/秒至20℃/秒冷却至600℃，然后以5℃/秒或更小冷却至400℃。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其中，在所述热轧中，刚好在所述精轧之前的奥氏体晶粒尺寸为10μm或更小。
5.根据权利要求3所述的制造方法，其中，在所述热轧中，精轧期间的变形量为0.4或更大。
6.根据权利要求3所述的制造方法，其中对所述钢件进行加热通过在90分钟以内保持在900℃至1050℃来进行。
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