CN118186310A - 12.9级免调质高淬透性热轧复相冷镦钢盘条及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种12.9级免调质高淬透性热轧复相冷镦钢盘条及其制造方法，采用C‑Si‑Mn‑Cr‑Mo高淬透性成分设计，结合在线熔盐强淬火及强回火生产工艺设计和辊道慢冷技术，先促使吐丝后盘条中的奥氏体组织淬火为以淬火马氏体为主、包括少量淬火贝氏体的混合组织，再强回火为回火马氏体和回火贝氏体组织，降低组织畸变和位错密度，促进碳化物往球化组织转变，最后制为显微组织包括以回火马氏体为主、少量回火贝氏体、其余为准球化碳化物所组成复相组织的冷镦钢盘条，抗拉强度可达1066~1120MPa，断面收缩率可达56%~62%，可用于12.9级超高强度紧固件螺栓等免调质高效绿色制造，降低冷镦开裂风险。

Description

12.9级免调质高淬透性热轧复相冷镦钢盘条及其制造方法

技术领域

本发明属于热轧冷镦钢盘条技术领域，具体涉及一种12.9级免调质高淬透性热轧复相冷镦钢盘条及其制造方法。

背景技术

8.8级及以上高强度紧固件生产通常需进行两球两拉或一球两拉工序后，再经调质工序即可达到相应强度等级的高强度紧固件生产，然而在螺栓制造厂螺栓制造过程中，球化退火和调质热处理工序不仅耗时长，且带来的生产成本和排放较高。开发免调质处理的冷镦钢盘条高强度紧固件的绿色高效生产具有重要意义，但现有技术中的免调质冷镦钢盘条集中在8.8~10.9级紧固件用热轧盘条的研发，对于12.9级超高强度免调质紧固件螺栓用热轧盘条报道较少，现有技术中的冷镦钢盘条难以满足12.9级免调质紧固件生产的技术难点和成因包括：

相较于低级别的紧固件用盘条，为了满足免退火和调质处理、仅通过时效处理达到最终12.9级的性能等级，需要在高强成分体系下同时提高盘条的强度和塑性，例如：C元素作为非调质钢主要的强化元素能够提高基体强度，Cr作为中强碳化物形成元素能够强化铁素体相，但C和Cr的增加会明显增加盘条塑性的提升难度，而热轧吐丝后的盘条经过斯太尔摩风冷线保温缓冷，以增加盘条组织中铁素体含量来改善盘条塑性的方法，会引起盘条强度显著下降。因此目前，12.9级非调质紧固件用热轧盘条通过低C低Cr微合金化学成分设计和斯太尔摩风冷线快冷控冷工艺设计，形成以淬火贝氏体为主要组织的高强盘条，用作12.9级高强紧固件原料进行生产，例如：专利CN116162853A公开的一种12.9级非调质长杆螺栓用钢及其制备方法，采用C-Mn-Cr-V-Nb-Al成分设计，结合吐丝后低速风冷、打捆后空冷工艺，获得贝氏体组织占95%以上的热轧盘条，热轧态抗拉强度可达1020MPa。

但一方面，V、Nb作为贵金属成分，价格是C的10倍左右，降C和Cr引起盘条的淬透性损失对免调后紧固件的断裂韧性和抗断裂能力不利，且由于V在斯太尔摩风冷线控冷通过VC析出强化基体，在螺栓制造过程中，冷加工开裂风险高；以降低材料成本、提高冷镦性能为目的的省却V、Nb微合金会限制风冷贝氏体基体组织盘条强度的提升。

另一方面，高温打捆时盘条较软，加剧了盘条擦伤引起表面缺陷的风险；且由于风冷贝氏体畸变高、强度高而塑性差，因此在上游钢厂向下游运输盘卷过程中，或下游紧固件制造用户在盘卷放卷过程中易发生断裂，同时风冷贝氏体组织位错密度极高，冷加工开裂风险高。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一，本发明提供一种12.9级免调质高淬透性热轧复相冷镦钢盘条及其制造方法，结合高淬透性成分设计并调控热轧盘条组织性能，用于12.9级超高强度紧固件螺栓高效绿色制造，降低冷镦开裂风险。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种12.9级免调质高淬透性热轧复相冷镦钢盘条的制造方法，所述冷镦钢盘条的化学成分及质量百分比包括：C：0.32％~0.37％、Si：0.35％~0.55％、Mn：0.85％~1.05％、Cr：0.65％~0.85％、P≤0.015％、S≤0.008％、Mo：0.35％~0.55％，其余为Fe和不可避免杂质；其制造方法包括：

由控轧工序吐丝生产的盘条，先经过在线熔盐强淬火，盘条以≥35℃/s的冷速降温，促使奥氏体组织淬火为以淬火马氏体为主、包括少量淬火贝氏体的混合组织，再经过在线熔盐强回火，使淬火马氏体组织等温回火为回火马氏体组织，淬火贝氏体等温回火为回火贝氏体组织，同时促进碳化物向球化组织转变，最后经辊道慢冷，制为显微组织包括以回火马氏体为主、少量回火贝氏体、其余为准球化碳化物所组成复相组织的冷镦钢盘条。

上述冷镦钢盘条的化学成分及质量百分比设计依据包括：

（1）碳：C元素是钢中最基本且廉价的强化元素，随着碳含量增大，能提高钢的淬透性、强度和硬度，有利于促进奥氏体向淬火马氏体转变，但含量过高会导致钢脱碳敏感性增大，恶化钢的抗疲劳性能和加工性能，因此为了使冷镦钢盘条在免调质工艺下能通过时效处理达到最终强度等级，同时兼顾钢的塑性、冷镦性能，适当提高C含量，C的质量百分比控制为0.32％~0.37％。

（2）硅：Si元素是钢中主要的脱氧元素，也可以作为固溶体硬化元素提高钢的强度和硬度；但硅过量使冶炼困难和易形成夹杂物，增加钢在轧制加热过程中的脱碳和石墨化倾向，同时提高会钢的变形抗力，使冷镦成形难度加大，因此Si的质量百分比控制为0.35％~0.55％。

（3）锰：Mn元素是强淬透性及提高钢件耐磨性能的元素，可以促进淬火马氏体转变，并起固溶强化作用以弥补钢中因C含量降低而引起的强度损失，但Mn含量过高容易加剧钢坯凝固过程中的偏析，导致钢的均匀性变差，增加晶粒粗大倾向，对材料的塑性及韧性不利，因此Mn的质量百分比控制为0.85％~1.05％。

（4）铬：Cr元素是中强碳化物形成元素，能够通过固溶强化提高基体强度；同时是淬透性提高元素，可以强烈推迟珠光体转变和淬火贝氏体转变，进而有效调控基体高淬火马氏体含量，但Cr含量过高对韧性和冷加工性不利，增加材料成本，为了提高材料淬透性和基体强度，同时兼顾钢的塑性，因此适当增加Cr含量，Cr的质量百分比控制为0.65％~0.85％。

（5）磷、硫：P元素和S元素属于杂质元素，越低越好，因此控制P≤0.015％、S≤0.008％。

（6）钼：Mo元素是淬透性提高元素，能强烈推迟珠光体转变和淬火贝氏体转变，进而可有效调控基体得到高马氏体含量；同时Mo 元素可降低碳化物粗化速率、有利于提高回火稳定性，对促进碳化物往球化组织有利，但含量过高则材料成本过高，因此控制Mo 的质量百分比控制为0.35％~0.55％。

上述冷镦钢盘条采用C-Si-Mn-Cr-Mo高淬透性成分设计，不含V、Nb等贵金属微合金，可以避免VC析出强化带来的冷镦开裂风险，用高淬透成分提高盘条强度，具有更高的断裂韧性和抗断裂能力，能够承受更大的冲击载荷，可以在免退火和调质处理，仅时效处理后满足超高强紧固件性能等级，同时对在线熔盐强淬火和回火后，在较大的截面上获得均匀组织有利，可以强烈推迟珠光体转变和淬火贝氏体转变，以便调控基体高回火马氏体含量，具体的：

一方面，热轧吐丝后的盘条直接经过熔盐进行在线熔盐强淬火，较现有斯太尔摩风冷强冷工艺具有更强的冷却能力，进而可以快速跳过软相铁素体和珠光体的相变温度区间，在以淬火马氏体为主的相变温度区间快速降温淬火，使盘条中的高温奥氏体组织转变为以淬火马氏体为主、包括少量淬火贝氏体的混合组织，提供基体超高强度，进而相较现有以淬火贝氏体为主要组织的高强盘条具有更高的抗拉强度。

另一方面，相较风冷与空冷结合获得的贝氏体组织，本发明的盘条经过在线熔盐强淬火后再经过熔盐进行在线熔盐强回火，能够在等温条件下，使淬火马氏体组织强回火为回火马氏体组织，同时回火马氏体经强回火后，组织畸变降低、位错密度降低、碳化物往球化组织进一步转变，少量的淬火贝氏体在强回火下转变为回火贝氏体，组织畸变和位错密度降低，既保留了淬火马氏体与淬火贝氏体的高强度特征，又用回火组织明显改善了淬火组织的塑性和位错，即保证基体强度，同时也提高了材料塑性，能够有效降低因风冷贝氏体组织位错密度极高引起的冷加工开裂风险。

再进一步采用辊道慢冷，可以利用盘条出熔盐时的高温状态，延续在线熔盐强回火后期的回火软化效果，进一步提高盘条塑性，进而弥补高淬透性成分带来的塑性损失，同时相较直接延长在线熔盐强回火的处理时间，辊道慢冷方式能够能耗更低、使生产更经济，经过辊道慢冷后相较现有高温捆扎的延迟冷却工艺，盘条具有更低的集卷温度，有利于降低盘条擦伤等表面缺陷；进而综上，通过高淬透性成分设计、结合在线熔盐强淬火及强回火生产工艺设计和辊道慢冷技术，实现冷镦钢盘条的组织性能调控，使盘条的强度和塑性得以兼顾和突破。

优选的，所述控轧工序控制初轧温度为980~1030℃，初轧压下量为38%~48%，初轧温度相对较高，可以降低轧机磨损，并可以用大初轧压下量破碎钢坯柱状晶，并形成众多晶粒形核质点，为细化晶粒作准备。

优选的，所述控轧工序控制终轧温度为880~920℃，终轧压下量为33%~43%，采用大压下量，尽可能提高晶粒细化效果，对冷镦钢盘条最终获得较细的晶粒组织，以及促进碳化物向球化组织转变有利，进一步提高基体强度。

优选的，所述控轧工序轧制前控制钢坯均热温度≤1080℃，钢坯均热时间≤1.5小时，由于初轧温度和含C量相对较高，进一步避免均热温度和均热时间过高，可以降低脱碳风险。

优选的，所述在线熔盐强淬火的温度控制在320~370℃，强淬火时间控制在25~45s；在线熔盐强淬火的温度越低、强淬火时间越长，则混合组织中的淬火马氏体的含量越高，复相组织中的回火马氏体占比越大，盘条强度上升、塑性下降，但温度过低，将高温奥氏体全部转变为淬火马氏体对免调质冷镦钢盘条的塑性不利；反之，在线熔盐强淬火的温度越高、强淬火时间越短，则混合组织中的淬火贝氏体的含量越高、甚至在温度过高时无法淬火为淬火马氏体，引起盘条强回火时回火贝氏体的占比升高甚至出现珠光体，引起冷镦钢盘条的强度下降，因此控制在线熔盐淬火的温度和强淬火时间，可以进一步控制淬火以淬火马氏体相变为主，提供基体超高强度，为后续强回火作组织上的准备。

优选的，所述在线熔盐强淬火的熔盐循环量为480~680t/h，熔盐温升≤12℃，由于盘条由吐丝温度降至强淬火温度的温差较大，可以采用较高的熔盐循环量降低熔盐温升，进一步控制强淬火精度。

优选的，所述在线熔盐强回火的温度控制在585~635℃，强回火时间控制在360~560s，在线熔盐强回火的温度越高、强回火时间越长，则回火马氏体和回火贝氏体经强回火后组织畸变和位错密度降低的效果越明显，利于碳化物往球化组织转变，但温度过高、强回火时间过长则强度损失较大、能耗较高，使生产不够经济；反之，温度过低、强回火时间过短，则回火软化效果下降，甚至淬火马氏体无法完全转变为回火马氏体，造成盘条塑性显著下降，因此进一步控制在线熔盐强回火的温度和强回火时间，控制组织转变、球化和软化效果，促进冷镦钢盘条的强塑性能匹配。

优选的，所述在线熔盐强回火的熔盐循环量为310~410t/h，熔盐温升≤7℃，由于盘条由在线熔盐强淬火升温至在线熔盐强回火的温差相对较小，可以用较小的熔盐循环量兼顾熔盐温升、提高强回火处理精度的同时，减小能耗和成本。

优选的，所述辊道慢冷采用辊道输送盘条进入保温罩，使盘条以0.3~0.6℃/s冷却速度慢冷300~620s后进行集卷；盘条经过在线熔盐强回火后还处于高温状态，用较低的冷却速度缓冷可以在兼顾经济生产的基础上，利用缓慢冷却提高盘条回火效果、实现盘条进一步软化，同时避免冷却速度过低影响生产效率，经过至少300s的缓冷后盘条集卷温度在410℃以下，可以避免集卷温度过高、盘条较软引起的擦伤风险，对盘条保持较高的表面质量、较低的通条力学性能波动有利，进一降低拉拔断丝和冷镦开裂风险。

一种12.9级免调质高淬透性热轧复相冷镦钢盘条，所述冷镦钢盘条由上述任意一项所述的12.9级免调质高淬透性热轧复相冷镦钢盘条的制造方法制备获得。

优选的，所述回火马氏体的体积百分比占85%~90%，所述回火贝氏体的体积百分比占9%~14%，回火马氏体和回火贝氏体具有较铁素体和珠光体组织明显提高的强度，具有较淬火马氏体和淬火贝氏体明显提高的塑性、更低的畸变和位错密度，且回火马氏体的强度优于回火贝氏体，回火贝氏体的塑性优于回火马氏体，因此进一步调控回火马氏体和回火贝氏体的占比，可以进一步调控复相冷镦钢盘条的强塑性能。

优选的，所述冷镦钢盘条的直径为6.5~22.0mm，抗拉强度为1066~1120MPa，断面收缩率为56%~62%；具有较现有风冷铁素体与珠光体组织明显提高的抗拉强度，具有较现有风冷贝氏体组织更高的抗拉强度和明显提高的塑性，表现为更高的断面收缩率，有利于在免调质工艺下降低冷加工开裂风险。

上述12.9级免调质高淬透性热轧复相冷镦钢盘条的用途，包括将所述冷镦钢盘条用于在免调质条件下制造12.9级紧固件，进而在免去退火和调质处理下，仅通过时效处理获得相应性能等级，进而降低超高强度紧固件制造过程的生成周期和成本。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）针对现有12.9级非调质紧固件用热轧盘条通过化学成分设计和斯太尔摩风冷线控冷工艺设计，形成以淬火贝氏体为主要组织的高强盘条用作12.9级高强紧固件原料进行生产时，在紧固件制造过程中，冷加工开裂风险高的现状，本发明采用C-Si-Mn-Cr-Mo高淬透性成分设计，不含V、Nb等贵金属微合金，结合在线熔盐强淬火及强回火生产工艺设计和辊道慢冷技术，调控热轧盘条组织性能，获得显微组织包括以回火马氏体为主、少量回火贝氏体、其余为准球化碳化物所组成复相组织，能够保证基体强度，同时也提高材料塑性，较现有风冷贝氏体组织降低畸变和位错密度，可以有效避免在上游钢厂向下游运输盘卷过程中，或下游紧固件制造用户在盘卷放卷过程中发生断裂的问题，提高冷加工性能，具有良好的工业适应性。

（2）本发明的制造方法通过控轧降低脱碳风险，以大压下量尽可能提高晶粒细化效果，用辊道慢冷进一步软化盘条，可以在兼顾经济生产的基础上，进一步提高盘条强塑性匹配，同时避免高温集卷带来的表面缺陷问题，具有良好的工业适应性。

（3）本发明成功开发了一种12.9级免调质高淬透性热轧复相冷镦钢盘条，能够达到抗拉强度为1066~1120MPa，断面收缩率为56%~62%，用于12.9级超高强度紧固件螺栓等应用领域的高效绿色制造，能够降低冷镦开裂风险，降低超高强度紧固件制造过程的生成周期和成本，具有良好工业适应性和应用前景。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例1的金相组织图；

图2是本发明实施例2的金相组织图；

图3是本发明实施例3的金相组织图。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，旨在用于解释本发明，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明，而不能理解为对本发明的范围有任何限制，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。

实施例1：

本发明所述12.9级免调质高淬透性热轧复相冷镦钢盘条的制造方法的一种较佳实施方式，所述冷镦钢盘条的化学成分及质量百分比包括：C：0.33％、Si：0.35％、Mn：0.87％、Cr：0.75％、P：0.015％、S：0.006％、Mo：0.39％，其余为Fe和不可避免杂质；其制造方法按照控轧→吐丝→在线熔盐强淬火及强回火→辊道慢冷→集卷的工艺流程制造，具体的：

所述控轧用于将规格为220mm×220mm的钢坯通过加热炉，加热为达到可轧制塑性的高温钢坯，严格控制脱碳，再通过轧制线将从加热炉出来的钢坯轧制为规格为12mm的线材，用高温大压下量尽可能破碎柱状晶，为细化晶粒作准备，具体的：加热炉加热时控制钢坯均热温度为1065℃，钢坯均热时间为1.4小时，初轧温度为1015℃，初轧压下量为44%，终轧温度为910℃，终轧压下量为40%；所述吐丝工序用于将出轧制线的线材，经过吐丝机制为盘条，控制吐丝温度为895℃，奥氏体化为后续作组织上的准备，盘条散布在辊道上沿辊道输送。

所述在线熔盐强淬火及强回火采用内设熔盐的两段盐浴槽，吐丝后的盘条经辊道输送穿过第一段盐浴槽，快速降温至熔盐温度进行在线熔盐强淬火，盘条以35℃/s的冷速降温，促使奥氏体组织淬火为以淬火马氏体为主、包括少量淬火贝氏体的混合组织，提供基体超高强度；盘条再经辊道输送穿过第二段盐浴槽，快速升温至熔盐温度进行在线熔盐强回火，使淬火马氏体组织等温回火为回火马氏体组织，同时回火马氏体经强回火后，组织畸变降低、位错密度降低、碳化物往球化组织进一步转变，少量淬火贝氏体等温回火为回火贝氏体组织，既保证基体强度又提高材料塑性，具体的：所述在线熔盐强淬火的温度控制在370℃，强淬火时间控制在25s，熔盐循环量为480t/h，熔盐温升≤12℃；所述在线熔盐强回火的温度控制在585℃，强回火时间控制在360s，熔盐循环量为310t/h，熔盐温升≤7℃。

所述辊道慢冷工序将从第二段盐浴槽出来的盘条，用辊道输送进入保温罩进行慢冷处理，提高盘条回火效果，实现盘条进一步软化，具体的：使盘条以0.6℃/s冷却速度慢冷300s，直至集卷；所述集卷工序用于通过集卷筒将盘条集卷为盘卷，集卷温度为405℃，包装入库后获得冷镦钢盘条成品，其金相组织图如图1所示。

对比例1：

一种冷镦钢盘条的制造方法，其与实施例1的区别在于：其制造方法按照控轧→吐丝→斯太尔摩先快后慢冷却→集卷的工艺流程制造，具体的：所述斯太尔摩先快后慢冷却采用将吐丝后的盘条经过斯太尔摩风冷线，前段1~4#风机开启65%，控制盘条的冷却速度为7℃/s，后段关闭全部风机和保温罩，盘条进罩温度为670℃，使盘条在罩内以1.1℃/s的冷速完成相变，集卷下线后获得冷镦钢盘条成品。

对比例2：

一种冷镦钢盘条的制造方法，其与实施例1的区别在于：其制造方法按照控轧→吐丝→在线熔盐强淬火→辊道慢冷的工艺流程制造，具体的：所述在线熔盐强淬火采用内设熔盐的盐浴槽，吐丝后的盘条经辊道输送穿过盐浴槽，快速降温至熔盐温度进行在线熔盐强淬火，温度控制在50℃，强淬火时间控制在25s，下线后获得冷镦钢盘条成品。

实施例2：

本发明所述12.9级免调质高淬透性热轧复相冷镦钢盘条的制造方法的一种较佳实施方式，所述冷镦钢盘条的化学成分及质量百分比包括：C：0.35％、Si：0.55％、Mn：0.95％、Cr：0.85％、P：0.013％、S：0.006％、Mo：0.55％，其余为Fe和不可避免杂质；其制造方法按照控轧→吐丝→在线熔盐强淬火及强回火→辊道慢冷→集卷的工艺流程制造，具体的：

所述控轧用于将规格为220mm×220mm的钢坯通过加热炉，加热为达到可轧制塑性的高温钢坯，严格控制脱碳，再通过轧制线将从加热炉出来的钢坯轧制为规格为16mm的线材，用高温大压下量尽可能破碎柱状晶，为细化晶粒作准备，具体的：加热炉加热时控制钢坯均热温度为1050℃，钢坯均热时间为1.3小时，初轧温度为1000℃，初轧压下量为40%，终轧温度为900℃，终轧压下量为36%；所述吐丝工序用于将出轧制线的线材，经过吐丝机制为盘条，控制吐丝温度为882℃，奥氏体化为后续作组织上的准备，盘条散布在辊道上沿辊道输送。

所述在线熔盐强淬火及强回火采用内设熔盐的两段盐浴槽，吐丝后的盘条经辊道输送穿过第一段盐浴槽，快速降温至熔盐温度进行在线熔盐强淬火，盘条以37℃/s的冷速降温，促使奥氏体组织淬火为以淬火马氏体为主、包括少量淬火贝氏体的混合组织，提供基体超高强度；盘条再经辊道输送穿过第二段盐浴槽，快速升温至熔盐温度进行在线熔盐强回火，使淬火马氏体组织等温回火为回火马氏体组织，同时回火马氏体经强回火后，组织畸变降低、位错密度降低、碳化物往球化组织进一步转变，少量淬火贝氏体等温回火为回火贝氏体组织，既保证基体强度又提高材料塑性，具体的：所述在线熔盐强淬火的温度控制在350℃，强淬火时间控制在30s，熔盐循环量为530t/h，熔盐温升≤12℃；所述在线熔盐强回火的温度控制在635℃，强回火时间控制在560s，熔盐循环量为410t/h，熔盐温升≤7℃。

所述辊道慢冷工序将从第二段盐浴槽出来的盘条，用辊道输送进入保温罩进行慢冷处理，提高盘条回火效果，实现盘条进一步软化，具体的：使盘条以0.4℃/s冷却速度慢冷580s，直至集卷；所述集卷工序用于通过集卷筒将盘条集卷为盘卷，集卷温度为403℃，包装入库后获得冷镦钢盘条成品，其金相组织图如图2所示。

对比例3：

一种冷镦钢盘条的制造方法，其与实施例2的区别在于：所述在线熔盐强淬火的温度控制在295℃，强淬火时间控制在60s，集卷下线后获得冷镦钢盘条成品。

对比例4：

一种冷镦钢盘条的制造方法，其与实施例2的区别在于：所述在线熔盐强淬火的温度控制在400℃，强淬火时间控制在15s，集卷下线后获得冷镦钢盘条成品。

实施例3：

本发明所述12.9级免调质高淬透性热轧复相冷镦钢盘条的制造方法的一种较佳实施方式，所述冷镦钢盘条的化学成分及质量百分比包括：C：0.37％、Si：0.52％、Mn：0.85％、Cr：0.83％、P：0.013％、S：0.007％、Mo：0.35％，其余为Fe和不可避免杂质；其制造方法按照控轧→吐丝→在线熔盐强淬火及强回火→辊道慢冷→集卷的工艺流程制造，具体的：

所述控轧用于将规格为220mm×220mm的钢坯通过加热炉，加热为达到可轧制塑性的高温钢坯，严格控制脱碳，再通过轧制线将从加热炉出来的钢坯轧制为规格为22mm的线材，用高温大压下量尽可能破碎柱状晶，为细化晶粒作准备，具体的：加热炉加热时控制钢坯均热温度为1030℃，钢坯均热时间为1.2小时，初轧温度为980℃，初轧压下量为38%，终轧温度为880℃，终轧压下量为33%；所述吐丝工序用于将出轧制线的线材，经过吐丝机制为盘条，控制吐丝温度为864℃，奥氏体化为后续作组织上的准备，盘条散布在辊道上沿辊道输送。

所述在线熔盐强淬火及强回火采用内设熔盐的两段盐浴槽，吐丝后的盘条经辊道输送穿过第一段盐浴槽，快速降温至熔盐温度进行在线熔盐强淬火，盘条以36℃/s的冷速降温，促使奥氏体组织淬火为以淬火马氏体为主、包括少量淬火贝氏体的混合组织，提供基体超高强度；盘条再经辊道输送穿过第二段盐浴槽，快速升温至熔盐温度进行在线熔盐强回火，使淬火马氏体组织等温回火为回火马氏体组织，同时回火马氏体经强回火后，组织畸变降低、位错密度降低、碳化物往球化组织进一步转变，少量淬火贝氏体等温回火为回火贝氏体组织，既保证基体强度又提高材料塑性，具体的：所述在线熔盐强淬火的温度控制在335℃，强淬火时间控制在40s，熔盐循环量为500t/h，熔盐温升≤12℃；所述在线熔盐强回火的温度控制在612℃，强回火时间控制在505s，熔盐循环量为380t/h，熔盐温升≤7℃。

所述辊道慢冷工序将从第二段盐浴槽出来的盘条，用辊道输送进入保温罩进行慢冷处理，提高盘条回火效果，实现盘条进一步软化，具体的：使盘条以0.5℃/s冷却速度慢冷440s，直至集卷；所述集卷工序用于通过集卷筒将盘条集卷为盘卷，集卷温度为392℃，包装入库后获得冷镦钢盘条成品，其金相组织图如图3所示。

对比例5：

一种冷镦钢盘条的制造方法，其与实施例3的区别在于：所述在线熔盐强回火的温度控制在665℃，强回火时间控制在650s，集卷下线后获得冷镦钢盘条成品。

对比例6：

一种冷镦钢盘条的制造方法，其与实施例3的区别在于：所述在线熔盐强回火的温度控制在560℃，强回火时间控制在300s，集卷下线后获得冷镦钢盘条成品。

实施例4：

本发明所述12.9级免调质高淬透性热轧复相冷镦钢盘条的制造方法的一种较佳实施方式，所述冷镦钢盘条的化学成分及质量百分比包括：C：0.32％、Si：0.41％、Mn：1.05％、Cr：0.65％、P：0.014％、S：0.008％、Mo：0.53％，其余为Fe和不可避免杂质；其制造方法按照控轧→吐丝→在线熔盐强淬火及强回火→辊道慢冷→集卷的工艺流程制造，具体的：

所述控轧用于将规格为160mm×160mm的钢坯通过加热炉，加热为达到可轧制塑性的高温钢坯，严格控制脱碳，再通过轧制线将从加热炉出来的钢坯轧制为规格为6.5mm的线材，用高温大压下量尽可能破碎柱状晶，为细化晶粒作准备，具体的：加热炉加热时控制钢坯均热温度为1080℃，钢坯均热时间为1.5小时，初轧温度为1030℃，初轧压下量为48%，终轧温度为920℃，终轧压下量为43%；所述吐丝工序用于将出轧制线的线材，经过吐丝机制为盘条，控制吐丝温度为900℃，奥氏体化为后续作组织上的准备，盘条散布在辊道上沿辊道输送。

所述在线熔盐强淬火及强回火采用内设熔盐的两段盐浴槽，吐丝后的盘条经辊道输送穿过第一段盐浴槽，快速降温至熔盐温度进行在线熔盐强淬火，盘条以40℃/s的冷速降温，促使奥氏体组织淬火为以淬火马氏体为主、包括少量淬火贝氏体的混合组织，提供基体超高强度；盘条再经辊道输送穿过第二段盐浴槽，快速升温至熔盐温度进行在线熔盐强回火，使淬火马氏体组织等温回火为回火马氏体组织，同时回火马氏体经强回火后，组织畸变降低、位错密度降低、碳化物往球化组织进一步转变，少量淬火贝氏体等温回火为回火贝氏体组织，既保证基体强度又提高材料塑性，具体的：所述在线熔盐强淬火的温度控制在320℃，强淬火时间控制在45s，熔盐循环量为680t/h，熔盐温升≤12℃；所述在线熔盐强回火的温度控制在590℃，强回火时间控制在411s，熔盐循环量为330t/h，熔盐温升≤7℃。

所述辊道慢冷工序将从第二段盐浴槽出来的盘条，用辊道输送进入保温罩进行慢冷处理，提高盘条回火效果，实现盘条进一步软化，具体的：使盘条以0.3℃/s冷却速度慢冷620s，直至集卷；所述集卷工序用于通过集卷筒将盘条集卷为盘卷，集卷温度为404℃，包装入库后获得冷镦钢盘条成品。

对比例7：

一种冷镦钢盘条的制造方法，其与实施例4的区别在于：其制造方法按照控轧→吐丝→在线熔盐强淬火及强回火→空冷→集卷的工艺流程制造，具体的：所述空冷采用打开保温罩，将从第二段盐浴槽出来的盘条用辊道输送，盘条以3.5℃/s冷却速度空冷至集卷温度，集卷下线后获得冷镦钢盘条成品。

对上述实施例和对比例所得冷镦钢盘条进行组织与性能检测：拉伸测试采用《GB-T 228 .1-2021金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行测试，获得抗拉强度和断面收缩率，按照GB/T13298标准的金属显微组织检测方法进行组织检测，获得的对比结果如下表1所示：

表1.不同冷镦钢盘条成分与制造方法的盘条组织性能的对比结果

由实施例1~4与对比例1的对比结果可见，冷镦钢盘条采用C-Si-Mn-Cr-Mo高淬透性成分设计，在采用斯太尔摩风冷强冷时加剧了冷镦钢盘条析出硬脆相马氏体而劣化塑性的风险，包括铁素体和珠光体软相组织的盘条抗拉强度较低，由实施例1~4与对比例2的对比结果可见，高淬透性成分可以强烈推迟珠光体转变和淬火贝氏体转变，通过在线盐浴强淬火获得全部淬火马氏体组织的冷镦钢盘条会导致盘条塑性的急剧下降；而本发明通过高淬透性成分设计、结合在线熔盐强淬火及强回火生产工艺设计和辊道慢冷技术，吐丝后的盘条能够在以淬火马氏体为主的相变温度区间快速降温淬火，使盘条中的高温奥氏体组织转变为以淬火马氏体为主、包括少量淬火贝氏体的混合组织，提供基体超高强度，再在升温等温条件下，使淬火马氏体组织强回火为回火马氏体组织，同时回火马氏体经强回火后，组织畸变降低、位错密度降低、碳化物往球化组织进一步转变，进一步采用辊道慢冷回火软化，调控热轧盘条组织性能，能够达到抗拉强度为1066~1120MPa，断面收缩率为56~62%，用于12.9级超高强度紧固件螺栓等应用领域的高效绿色制造，能够省却退火和调质工序，降低冷镦开裂风险，具有良好工业适应性和应用前景。

由实施例1~4的对比，实施例2与对比例3的对比结果可见，在线熔盐强淬火的温度越低、强淬火时间越长，则复相组织中的回火马氏体占比越大，盘条强度上升、塑性下降；由实施例1~4的对比，实施例2与对比例4的对比结果可见，在线熔盐强淬火的温度越高、强淬火时间越短，引起盘条强回火时回火贝氏体的占比升高，导致冷镦钢盘条的强度下降，因此控制在线熔盐淬火的温度和强淬火时间，控制淬火以淬火马氏体相变为主，提供基体超高强度，为后续强回火作组织上的准备。

由实施例1~4的对比，实施例3与对比例5的对比结果可见，在线熔盐强回火的温度越高、强回火时间越长，则回火马氏体和回火贝氏体经强回火后组织畸变和位错密度降低的效果越明显，利于碳化物往球化组织转变，但温度过高、强回火时间过长则强度损失较大、能耗较高；由实施例1~4的对比，实施例3与对比例6的对比结果可见，温度过低、强回火时间过短，则回火软化效果下降，甚至淬火马氏体无法完全转变为回火马氏体，造成盘条塑性显著下降，因此进一步控制在线熔盐强回火的温度和强回火时间，可以促进冷镦钢盘条的强塑性能匹配。

由实施例1~4与对比例7的对比结果可见，辊道缓冷可以利用盘条出熔盐时的高温状态，延续在线熔盐强回火后期的回火软化效果，进一步提高盘条塑性，盘条具有更低的集卷温度，有利于降低盘条擦伤等表面缺陷。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，例如：控轧的钢坯可以通过转炉冶炼、精炼、连铸的工艺流程生成获得，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种12.9级免调质高淬透性热轧复相冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，所述冷镦钢盘条的化学成分及质量百分比包括：C：0.32％~0.37％、Si：0.35％~0.55％、Mn：0.85％~1.05％、Cr：0.65％~0.85％、P≤0.015％、S≤0.008％、Mo：0.35％~0.55％，其余为Fe和不可避免杂质；其制造方法包括：

由控轧工序吐丝生产的盘条，先经过在线熔盐强淬火，盘条以≥35℃/s的冷速降温，促使奥氏体组织淬火为以淬火马氏体为主、包括少量淬火贝氏体的混合组织，再经过在线熔盐强回火，使淬火马氏体组织等温回火为回火马氏体组织，淬火贝氏体等温回火为回火贝氏体组织，同时促进碳化物向球化组织转变，最后经辊道慢冷，制为显微组织包括以回火马氏体为主、少量回火贝氏体、其余为准球化碳化物所组成复相组织的冷镦钢盘条。

2.根据权利要求1所述的12.9级免调质高淬透性热轧复相冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，所述控轧工序控制初轧温度为980~1030℃，初轧压下量为38%~48%；终轧温度为880~920℃，终轧压下量为33%~43%。

3.根据权利要求2所述的12.9级免调质高淬透性热轧复相冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，所述控轧工序轧制前控制钢坯均热温度≤1080℃，钢坯均热时间≤1.5小时。

4.根据权利要求1所述的12.9级免调质高淬透性热轧复相冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，所述在线熔盐强淬火的温度控制在320~370℃，强淬火时间控制在25~45s；所述在线熔盐强回火的温度控制在585~635℃，强回火时间控制在360~560s。

5.根据权利要求4所述的12.9级免调质高淬透性热轧复相冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，所述在线熔盐强淬火的熔盐循环量为480~680t/h，熔盐温升≤12℃；所述在线熔盐强回火的熔盐循环量为310~410t/h，熔盐温升≤7℃。

6.根据权利要求4所述的12.9级免调质高淬透性热轧复相冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，所述辊道慢冷采用辊道输送盘条进入保温罩，使盘条以0.3~0.6℃/s冷却速度慢冷300~620s后进行集卷。

7.一种12.9级免调质高淬透性热轧复相冷镦钢盘条，其特征在于，所述冷镦钢盘条由权利要求1~6任意一项所述的12.9级免调质高淬透性热轧复相冷镦钢盘条的制造方法制备获得。

8.根据权利要求7所述的12.9级免调质高淬透性热轧复相冷镦钢盘条，其特征在于，所述回火马氏体的体积百分比占85%~90%，所述回火贝氏体的体积百分比占9%~14%。

9.根据权利要求7所述的12.9级免调质高淬透性热轧复相冷镦钢盘条，其特征在于，所述冷镦钢盘条的直径为6.5~22.0mm，抗拉强度为1066~1120MPa，断面收缩率为56%~62%。

10.根据权利要求7所述的12.9级免调质高淬透性热轧复相冷镦钢盘条的用途，其特征在于，包括将所述冷镦钢盘条用于在免调质条件下制造12.9级紧固件。