CN118345307B - 10.9级热轧碳素非调冷镦钢盘条及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种10.9级热轧碳素非调冷镦钢盘条及其制造方法，基于C‑Si‑Mn碳素钢成分按≥900℃的吐丝温度吐丝为盘条，盘条先经过在线盐浴控温前段按≥34℃/s降温，促使盘条组织中的高温奥氏体转变为细片层间距的珠光体和魏氏体所组成的复相组织，再经过在线盐浴控温后段升温回火，使复相组织转变为回火珠光体和回火魏氏体，同时促使珠光体渗碳体片层逐步熔断并向球化渗碳体转变，最后经过辊道缓冷，制为显微组织包括由回火珠光为主、少量回火魏氏体、准球化渗碳体所组成的混合组织的冷镦钢盘条，抗拉强度可达920~950MPa，断面收缩率可达60%~65%，用于制造10.9级高强度非调紧固件螺栓等应用领域。

Description

10.9级热轧碳素非调冷镦钢盘条及其制造方法

技术领域

本发明属于热轧碳素盘条技术领域，具体涉及一种10.9级热轧碳素非调冷镦钢盘条及其制造方法。

背景技术

紧固件作为汽车工业的主要连接部件，随汽车工业的绿色轻量化发展备受关注，冷镦钢盘条作为紧固件的生产原料，要求也不断提高。10.9级紧固件的生产需将冷镦钢盘条用多次拉拔、球化及冷镦成型后，经调质处理才能达到高强紧固件的性能等级要求，虽然通过球化退火可以改善盘条塑性，降低了拉拔断丝和冷镦开裂风险，但与调质热处理均带来了能耗高、成本高、效率低、工业适应窄的问题。碳素成分钢种具有冶炼简便的优势，但普通碳素成分体系的材料通常需经合金化后方可提升盘条的强度和塑性匹配，以达到高强紧固件非调质绿色生产需求，与此同时，冷镦钢盘条经合金化后，不仅原材料成本提升，而且经合金化强化后盘条在冷加工过程中更易导致冷加工开裂风险，因此基于碳素成分设计，开发一种高强塑性的10.9级热轧碳素非调冷镦钢盘条及其制造方法，来实现高强度紧固件螺栓非调质绿色制造，以满足市场使用需求，是目前急需解决的问题。

目前，热轧碳素冷镦钢盘条较现有10.9级非调合金化冷镦钢盘，难以满足非调生产的技术难点和成因在于：

（1）经过热轧吐丝后的盘条采用斯太尔摩风冷工艺，最高冷速仅在10℃/s左右，只能获得以铁素体和珠光体组成的软相组织，而10.9级紧固件较9.8级等以下的性能等级要求更高，风冷冷速的继续提高，则会显著增加盘条表面和芯部温差、带来较高的同圈力学性能波动以及马氏体缺陷，因此为了在非调质处理下达到10.9级紧固件的最终强度等级，现有技术中有的会在低碳成分下添加强淬透性和强化合金元素，以便在风冷工艺下更易获得强化贝氏体组织并用掺杂贝氏体组织来提高盘条强度，例如：专利CN115386802B公开的一种10.9级大规格风电螺栓用非调质钢及其生产方法，采用高Mn的C-Si-Mn-Cr-Mo-Nb-Ti-B-Al多种合金化成分设计，在低温轧制后的强风冷下获得全粒状贝氏体；这种组织中的贝氏体虽然强度较高，但位错密度高、冲击韧性差，易造成下游放卷、运输甚至钢厂集卷过程中的断裂问题，引起成材率明显下降和紧固件制造过程中的损耗，而碳素冷镦钢在省去Cr、Mo、B等成分基础上，盘条强度明显降低，需进行30%及以上大拉拔变形、冷变形强化强度才能实现非调质紧固强度等级提高，冷镦开裂风险极高，为了保持成材强度等级，碳含量有所提高，碳含量的增加虽然能够提高盘条强度，但敏感性随之增加，即使在低温轧制吐丝和保温缓冷或延迟冷却工艺下，因持续冷却和钢种热敏感性，未完全转变为铁素体和珠光体的奥氏体组织，在冷却线后期仍会转变为贝氏体异常组织，导致成材率下降和冷镦开裂风险。

（2）对于合金化成分含量相对较少的中碳钢种，现有技术中有的还会以增加组织中的铁素体比例来改善盘条塑性和/或细化组织至索氏体来改善盘条强度，例如：专利CN117265362A公开的一种10.9级高塑性标准件用非调质盘条的生产方法，采用C-Si-Mn-Cr-V成分设计、结合低温吐丝后缓慢冷却和盐浴冷却工艺，获得细索氏体/屈氏体和铁素体组织，达到抗拉强度为1020-1060MPa，断面收缩率≥50％；专利CN116904877A公开的一种用于10.9级非调质U型螺栓的冷拉钢丝及其制造方法，采用C-Si-Mn-Cr-Nb成分设计，结合低温吐丝后水浴冷却工艺，获得铁素体+索氏体组织，达到抗拉强度为1000-1100MPa，断面收缩率为55-60％；而碳素冷镦钢在省去合金化成分后盘条强度明显降低，同时基体组织塑性上升有限，上述先用铁素体增塑再用索氏体提强的技术路线，若用进一步降低组织中铁素体占比来弥补强度损失，则会导致盘条塑性的明显下降，引起非调质下的冷加工开裂风险。

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10.9级热轧碳素非调冷镦钢盘条及其制造方法，采用碳素成分设计，调控冷镦钢盘条的组织及性能，用于10.9高强度紧固件螺栓非调质绿色制造，以满足市场使用需求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种10.9级热轧碳素非调冷镦钢盘条，所述冷镦钢盘条的化学成分及质量百分比包括：C：0.45％～0.49％、Si：0.3％～0.45％、Mn：0.55％～0.85％、P≤0.018％、S≤0.018％，其余为Fe和不可避免杂质；其显微组织包括由体积百分比≥90%的回火珠光体、少量回火魏氏体和准球化渗碳体所组成的混合组织。

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是钢中最基本有效且经济的强化元素，随着碳含量增大，能显著提高钢材的抗拉强度，但会导致钢材塑性和冲击性降低，同时热敏感性增大，以降低材料成本为目的，不添加Cr、V、Ti、A1、B、Mo等强化合金元素的基础上，为了保证10.9级非调紧固件的最终强度级别，适当提高碳含量，因此C的质量百分比控制为0.45％～0.49％。

（2）硅：Si元素能溶于奥氏体中提高钢的硬度和强度，促使奥氏体晶粒粗化，对生成魏氏体组织有利并能增加钢的淬透性和回火稳定性，但硅过量将增加过热敏感性、加热时的脱碳倾向，提升钢的冷加工硬化程度而使钢的冷塑性变形和韧性降低，因此适当提高Si含量，Si的质量百分比控制为0.3％～0.45％。

（3）锰：Mn元素是良好的脱氧剂和脱硫剂，能消除或减弱由于硫引起的钢的热脆性，Mn与铁形成固溶体还可以提高钢中奥氏体的强度并作为碳化物的形成元素进入渗碳体中，稳定奥氏体并增加了钢的淬透性和耐磨性，同时由于Mn的增加降低了临界转变温度，可以起到细化珠光体的作用而提高回火珠光体的强度，对在线盐浴控温回火过程中珠光体渗碳体片层熔断有利，但Mn含量过高会加剧钢的偏析，增加钢的回火脆性敏感性，对钢的塑性产生不利影响，为了兼顾钢的强度、组织控制和冷加工性能，适当提高Mn含量，因此Mn的质量百分比控制为0.55％～0.85％。

（4）磷、硫：P元素和S元素属于杂质元素，偏聚在晶界会降低钢的韧性，越低越好，因此控制P≤0.018％、S≤0.018％。

在上述不采用Cr、V、Ti、A1、B、Mo等强化合金元素的基础上，调控C-Si-Mn碳素钢成分的C、Si、Mn含量，降低了临界转变温度，对组织形成细片层间距的回火珠光体、少量回火魏氏体、珠光体渗碳体片层熔断并形成准球化渗碳体有利，相较于现有掺杂或以贝氏体为主的风冷盘条组织，或者铁素体+珠光体/索氏体的盘条组织，所述冷镦钢盘条混合组织中的回火珠光体由珠光体回火转变而来，保留了强度高于铁素体、塑性高于贝氏体的珠光体的强度和塑性较好的特征，混合组织中的回火魏氏体由魏氏体回火转变而来，相较传统将这种硬度高、塑性和韧性差的魏氏体组织视为异常组织，所述冷镦钢盘条利用了碳素钢奥氏体晶粒长大而在冷却后形成的魏氏体组织，保留魏氏体强度高于铁素体和珠光体的高强特征，经过回火降低魏氏体位错密度，形成既强又韧的回火魏氏体，使得以回火珠光体为主的组织、掺杂少量回火魏氏体提供了基体强度，弥补了碳素钢在省略其他强化合金元素后强度不足的问题，也通过组织的有利转化避免了增碳带来的少量贝氏体异常析出而影响冷镦钢盘条塑性的问题，同时回火珠光体较珠光体组织经过回火后降低了组织应力，随着珠光体渗碳体内存储的变形能不断增加，使得珠光体渗碳体片层逐步熔断并向球化渗碳体转变，为组织提供一定塑性，进而较合金化钢种明显改善了冷镦钢盘条塑性，综合提升了碳素冷镦钢盘条的强度和塑性匹配，用以达到10.9级高强紧固件非调质绿色生产需求。

优选的，所述回火珠光体的片层间距越小、则冷镦钢盘条强度上升、塑性下降，因此可以进一步控制回火珠光体的片层间距，所述回火珠光体的片层间距为110~140nm，来调控冷镦钢盘条的强塑性能。

优选的，所述回火魏氏体的占比越低、则冷镦钢盘条强度下降、塑性上升，因此可以进一步控制回火珠光体、回火魏氏体和准球化渗碳体的占比，所述回火魏氏体的体积百分比为3%~9%，来调控冷镦钢盘条的强塑性能。

优选的，所述冷镦钢盘条的直径为6.0～17.0mm，盘条抗拉强度Rm为920~950MPa，断面收缩率Z为60%~65%，相较现有碳素钢盘条具有较高的强度和塑性，表现为较高的抗拉强度和断面收缩率，可以用于制造10.9级高强度紧固件螺栓等应用领域。

一种10.9级热轧碳素非调冷镦钢盘条的制造方法，其制造方法包括：基于上述10.9级热轧碳素非调冷镦钢盘条的化学成分生产线材，将线材按≥900℃的吐丝温度吐丝为盘条，盘条先经过在线盐浴控温前段，使盘条按≥34℃/s的冷却速度降至熔盐温度，促使盘条组织中的高温奥氏体转变为细片层间距的珠光体和魏氏体所组成的复相组织，再经过在线盐浴控温后段升温回火，使复相组织转变为回火珠光体和回火魏氏体，同时促使珠光体渗碳体片层逐步熔断并向球化渗碳体转变，最后经过辊道缓冷，制为显微组织包括由体积百分比≥90%的回火珠光体、少量回火魏氏体和准球化渗碳体所组成的混合组织的冷镦钢盘条。

上述制造方法在中碳C-Si-Mn碳素钢成分基础上，用适当的吐丝温度使盘条奥氏体晶粒适当长大，吐丝后盘条直接经过盐浴进行在线盐浴控冷，相较斯太尔摩风冷，盘条可以以更快的冷却速度由吐丝的奥氏体化高温快速降温，略过铁素体的相变温度区间，由于熔盐具有高换热能力且盘条穿过熔盐时熔盐能够覆盖盘条表面，特别是在盘条规格增加时，相较风冷，可以有效地减小盘条表面和芯部温差，相较水冷，可以避免水冷产生大量气泡附着在盘条表面而引起性能极差增大，相较合金化钢种，能够使得盘条组织中少量粗晶奥氏体在高冷速下，由部分渗碳体从晶界向晶粒内部或在晶粒内部独自呈针、片状析出形成少量魏氏体组织，大部分高温奥氏体经过在线盐浴控温前段，在较在线盐浴控温后段更低的温度下，先转变为细片层间距的珠光体，为后续升温回火时形成细片层间距的回火珠光体，以及细片层间距更便于珠光体渗碳体在高温下熔断向球化转变作组织上的准备，提供基体强度，来弥补钢种成分省略合金元素带来的强度损失，较铁素体+珠光体/索氏体具有更高的基体强度，通过奥氏体组织的充分转变避免了后续析出贝氏体影响盘条塑性的问题。

经过在线盐浴前段的低温熔盐的盘条在经过在线盐浴后段的高温熔盐处理时，一方面，相较保温或延迟冷却处理，盘条可以经过升温回火，使细片层间距的珠光体和魏氏体转变为回火珠光体和回火魏氏体，降低魏氏体组织的位错密度进行韧化，改善珠光体组织的塑性，特别是明显改善魏氏体组织的塑性，为组织提供一定塑性，另一方面，相较于现有缓冷处理时盘条孕育珠光体的时间较短、相变后已处于无法熔断球化的低温状态，盘条经过在线熔盐后段可以保持与熔盐温度一致，进行更长时间的高温等温处理而非缓慢降温，在细片层间距的珠光体渗碳体逐步储能熔断下，碳原子由高浓度区域向低浓度区域扩散过中使得片层渗碳体向球化渗碳体转变，进一步提高组织塑性，最后经过辊道缓冷，可以利用盘条出盐浴的高温状态，延续在线熔盐后段后期的回火软化作用，进一步调控碳素冷镦钢盘条的强塑性匹配。

优选的，所述线材采用低温控轧生产，控制初轧温度为1050~1080℃，初轧压下量为50%~60%，由于碳硅含量增加，低温初轧可以防止高温下加速脱碳而降低材料组织均匀性，较高的初轧压下量可以使芯部变形均匀。

优选的，控制终轧温度为920~940℃，终轧压下量为25%~45%，线材晶粒度≤10级，选用合适的终轧温度和线材晶粒度，控制吐丝温度和后续组织中魏氏体的形成，较高的终轧压下量使奥氏体更易均匀化，可以增加形核率，有利于促进珠光体渗碳体片层向球化组织转变。

优选的，吐丝温度越高，则盘条复相组织中的魏氏体占比越高、混合组织中的回火魏氏体占比越高，盘条强度上升、塑性下降，因此可以进一步控制吐丝温度，所述吐丝温度≤920℃，来调控组织中的回火珠光体与回火魏氏体占比，进而调控盘条组织与强塑性能。

优选的，所述在线盐浴控温前段的低温熔盐温度越高，处理时间越长，则复相组织中的珠光体片层间距越大，使得回火珠光体的片层间距越大导致盘条强度下降、塑性上升，增加珠光体渗碳体片层的熔断球化难度，熔盐温度再高则会析出铁素体组织影响基体强度，反之，熔盐温度越低、处理时间越短，则复相组织中的珠光体片层间距越小，使得回火珠光体的片层间距越小导致盘条强度上升、塑性下降，而熔盐温度过低则会析出贝氏体异常组织，处理时间过短则会因高温奥氏体组织转变过少，使得盘条经过在线熔盐控温后段时回火珠光体的片层间距调控不稳、对盘条的强度和均匀性不利，因此可以进一步控制在线盐浴控温前段的熔盐温度和处理时间，优选在线盐浴控温前段的熔盐温度为455~490℃，处理时间为25~40s，调控组织转变，提供基体强度，为后续升温回火作组织上的准备。

优选的，所述在线盐浴控温前段的熔盐循环量为600~850t/h，熔盐温升≤12℃，由于盘条由高温吐丝降至熔盐温度的温差较大，用较大的熔盐循环量降低在线盐浴控温前段的熔盐温升，可以控制组织转变精度，避免出现马氏体或贝氏体等异常组织。

优选的，所述在线盐浴控温后段的熔盐温度越高、处理时间越长，则混合组织中的回火珠光体片层间距越大、准球化渗碳体占比越高，盘条强度下降、塑性上升，但熔盐温度过高、处理时间过长则会增加能耗、盘条强度损失过大甚至析出少量铁素体，反之，在线盐浴控温后段的熔盐温度越低、处理时间越短，则混合组织中的回火珠光体片层间距越小、准球化渗碳体占比下降，盘条强度上升、塑性下降，但熔盐温度过低则无法熔断珠光体渗碳体片层，处理时间过短，则会因未充分回火软化和向球化转变，导致盘条塑性明显下降，因此可以进一步控制在线盐浴控温后段的熔盐温度和处理时间，优选在线盐浴控温后段的熔盐温度为525~565℃，处理时间为300~550s，进一步使细片层间距的珠光体和魏氏体充分转变为细片层间距的回火珠光体和回火魏氏体，同时促使珠光体渗碳体片层逐步熔断并向球化渗碳体转变，为组织提供一定塑性。

优选的，所述在线盐浴控温后段的熔盐循环量为240~440t/h，熔盐温升≤5℃，由于在线熔盐控温前段与后段的熔盐温差相对较小，可以用较小的熔盐循环量降低能耗并控制熔盐温升，控制在线盐浴控温后段的处理精度。

优选的，所述辊道缓冷采用使盘条以0.15~0.55℃/s的冷却速度冷却至340~440℃，之后使盘条以1~3℃/s的冷却速度缓冷直至集卷，相较延长在线盐浴控温后段的处理时间，辊道缓冷可以以更低的能耗使盘条在输送过程中缓慢降温，利用经过在线盐浴控温后段的盘条温度至340~440℃之间的高温状态，促进盘条进行进一步回火软化，之后软化效果降低，可以适当提高辊道速度来提高冷却速度，使得盘条快速到达集卷位置集卷下线，来提高生产效率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）针对现有冷镦钢盘条经合金化后，不仅原材料成本提升，同时经合金化强化后盘条在冷加工过程中更易导致冷加工开裂风险的现状，本发明的10.9级热轧碳素非调冷镦钢盘条，采用C-Si-Mn碳素化学成分设计，显微组织类型包括以回火珠光为主、少量回火魏氏体、准球化渗碳体所组成的混合组织，可以达到产品抗拉强度Rm为920~950MPa，断面收缩率Z为60%~65%，用于制造10.9级高强度紧固件螺栓等应用领域。

（2）针对现有10.9级非调冷镦钢盘条经合金化后，采用掺杂贝氏体、或以铁素体+珠光体/索氏体方可提升盘条的强度和塑性匹配，不能适用于碳素冷镦钢盘条制造的现状，本发明的10.9级热轧碳素非调冷镦钢盘条的制造方法，采用碳素化学成分设计、结合在线盐浴控温和辊道缓冷工艺设计，先促使组织转变为细片层间距的珠光体和魏氏体组成的复相组织，提供基体强度，再使细片层间距的珠光体变为回火珠光体，降低魏氏体组织的位错密度，使魏氏体组织转变为既强又韧的回火魏氏体组织，同时促使珠光体渗碳体片层逐步熔断并向球化渗碳体转变，为组织提供塑性，以先提强再软化增塑的设计思路调控热轧碳素冷镦钢盘条的组织性能，具有良好工业适应性。

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3的金相组织图；

图3是本发明对比例5的金相组织图；

图4是本发明实施例4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10.9级热轧碳素非调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：0.48％、Si：0.45％、Mn：0.55％、P：0.017％、S：0.018％，其余为Fe和不可避免杂质；其制造方法按照低温控轧→吐丝→在线盐浴控温→辊道缓冷→集卷的工艺流程制造，具体的：

所述低温控轧工序用于先将规格为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，通过轧制线以低温轧制为规格为14mm的线材，防止高温下加速脱碳而降低材料组织均匀性，同时选用合适的终轧温度，调控线材晶粒度，通过适当粗化的晶粒为后续析出少量魏氏体作组织上的准备，通过大压下量增加形核率，对珠光体渗碳体片层向球化组织转变有利，具体的：控制初轧温度为1080℃，初轧压下量为52%，终轧温度为940℃，终轧压下量为29%，线材晶粒度≤10级；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920℃，奥氏体化为后续在线盐浴控温时，调控珠光体与魏氏体组织占比作组织上的准备，盘条散布在辊道上沿辊道输送。

所述在线盐浴控温采用内设熔盐的两段盐浴槽，用于将吐丝后的盘条先经辊道输送穿过第一段盐浴槽的熔盐，即在线盐浴控温前段，使盘条按38℃/s的冷却速度降至熔盐温度，以较快的冷却速度快速略过铁素体的相变温度区间，促使盘条组织中的高温奥氏体转变为细片层间距的珠光体和魏氏体所组成的复相组织，提供基体强度，盘条再经过辊道输送穿过第二段盐浴槽的熔盐，即在线盐浴控温后段，使复相组织转变为回火珠光体和回火魏氏体，降低魏氏体组织的位错密度，同时促使珠光体渗碳体片层逐步熔断并向球化渗碳体转变，形成准球化渗碳体，为组织提供一定塑性，具体的：在线盐浴控温前段的熔盐温度为455℃，处理时间为25s，熔盐循环量为850t/h，熔盐温升≤12℃；在线盐浴控温后段的熔盐温度为525℃，处理时间为300s，熔盐循环量为240t/h，熔盐温升≤5℃。

所述辊道缓冷工序采用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缓冷处理，利用在线盐浴控温后段处理后盘条的高温状态，促进回火珠光体和回火魏氏体进一步回火软化，珠光体渗碳体片层继续向准球化渗碳体转变，具体的：控制盘条进保温罩后，在保温罩内以0.15℃/s的冷却速度冷却至440℃，之后使盘条以3℃/s的冷却速度缓冷，直至运输至集卷工位；所述集卷工序用于通过集卷筒将盘条集卷为盘卷，包装入库后获得冷镦钢盘条成品，其金相组织图如图1中所示。

对比例1：

一种热轧碳素冷镦钢盘条的制造方法，其制造方法与实施例1的区别在于：其制造方法按照低温控轧→低温吐丝→保温缓冷→集卷的工艺流程制造，具体的：所述低温控轧工序的初轧温度为940℃，终轧温度为812℃，轧后线材晶粒度为11级，所述低温吐丝工序的吐丝温度为795℃，所述保温缓冷采用将吐丝后的盘条经过辊道输送进入保温罩，在罩内以1.8℃/s的冷速完成相变，集卷下线后获得冷镦钢盘条。

对比例2：

一种热轧碳素冷镦钢盘条的制造方法，其制造方法与实施例1的区别在于：其制造方法按照热轧→吐丝→斯太尔摩快速风冷→保温冷却→集卷的工艺流程制造，具体的：所述热轧工序的初轧温度为1100℃，终轧温度为970℃，轧后线材晶粒度为8级，所述低温吐丝工序的吐丝温度为950℃，所述斯太尔摩快速风冷采用1~3#风机按80%开启，控制盘条按6.2℃/s的速度冷却至720℃，所述保温冷却采用风机关闭、关闭保温罩，由辊道输送盘条进入保温罩，在罩内以0.7℃/s的冷却速度运行直至集卷，集卷下线后获得冷镦钢盘条。

实施例2：

本发明所述10.9级热轧碳素非调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：0.49％、Si：0.42％、Mn：0.62％、P：0.018％、S：0.017％，其余为Fe和不可避免杂质；其制造方法按照低温控轧→吐丝→在线盐浴控温→辊道缓冷→集卷的工艺流程制造，具体的：

所述低温控轧工序用于先将规格为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，通过轧制线以低温轧制为规格为17mm的线材，防止高温下加速脱碳而降低材料组织均匀性，同时选用合适的终轧温度，调控线材晶粒度，通过适当粗化的晶粒为后续析出少量魏氏体作组织上的准备，通过大压下量增加形核率，对珠光体渗碳体片层向球化组织转变有利，具体的：控制初轧温度为1070℃，初轧压下量为50%，终轧温度为935℃，终轧压下量为25%，线材晶粒度≤10级；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915℃，奥氏体化为后续在线盐浴控温时，调控珠光体与魏氏体组织占比作组织上的准备，盘条散布在辊道上沿辊道输送。

所述在线盐浴控温采用内设熔盐的两段盐浴槽，用于将吐丝后的盘条先经辊道输送穿过第一段盐浴槽的熔盐，即在线盐浴控温前段，使盘条按35℃/s的冷却速度降至熔盐温度，以较快的冷却速度快速略过铁素体的相变温度区间，促使盘条组织中的高温奥氏体转变为细片层间距的珠光体和魏氏体所组成的复相组织，提供基体强度，盘条再经过辊道输送穿过第二段盐浴槽的熔盐，即在线盐浴控温后段，使复相组织转变为回火珠光体和回火魏氏体，降低魏氏体组织的位错密度，同时促使珠光体渗碳体片层逐步熔断并向球化渗碳体转变，形成准球化渗碳体，为组织提供一定塑性，具体的：在线盐浴控温前段的熔盐温度为479℃，处理时间为36s，熔盐循环量为640t/h，熔盐温升≤12℃；在线盐浴控温后段的熔盐温度为551℃，处理时间为466s，熔盐循环量为290t/h，熔盐温升≤5℃。

所述辊道缓冷工序采用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缓冷处理，利用在线盐浴控温后段处理后盘条的高温状态，促进回火珠光体和回火魏氏体进一步回火软化，珠光体渗碳体片层继续向准球化渗碳体转变，具体的：控制盘条进保温罩后，在保温罩内以0.35℃/s的冷却速度冷却至420℃，之后使盘条以2.3℃/s的冷却速度缓冷，直至运输至集卷工位；所述集卷工序用于通过集卷筒将盘条集卷为盘卷，包装入库后获得冷镦钢盘条成品。

对比例3：

一种热轧碳素冷镦钢盘条的制造方法，其制造方法与实施例2的区别在于：所述初轧温度为1030℃，终轧温度为900℃，所述吐丝温度为880℃，集卷下线后获得冷镦钢盘条。

对比例4：

一种热轧碳素冷镦钢盘条的制造方法，其制造方法与实施例2的区别在于：所述初轧温度为1090℃，终轧温度为950℃，所述吐丝温度为930℃，集卷下线后获得冷镦钢盘条。

实施例3：

本发明所述10.9级热轧碳素非调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：0.45％、Si：0.3％、Mn：0.79％、P：0.016％、S：0.018％，其余为Fe和不可避免杂质；其制造方法按照低温控轧→吐丝→在线盐浴控温→辊道缓冷→集卷的工艺流程制造，具体的：

所述低温控轧工序用于先将规格为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，通过轧制线以低温轧制为规格为6mm的线材，防止高温下加速脱碳而降低材料组织均匀性，同时选用合适的终轧温度，调控线材晶粒度，通过适当粗化的晶粒为后续析出少量魏氏体作组织上的准备，通过大压下量增加形核率，对珠光体渗碳体片层向球化组织转变有利，具体的：控制初轧温度为1050℃，初轧压下量为60%，终轧温度为920℃，终轧压下量为45%，线材晶粒度≤10级；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℃，奥氏体化为后续在线盐浴控温时，调控珠光体与魏氏体组织占比作组织上的准备，盘条散布在辊道上沿辊道输送。

所述在线盐浴控温采用内设熔盐的两段盐浴槽，用于将吐丝后的盘条先经辊道输送穿过第一段盐浴槽的熔盐，即在线盐浴控温前段，使盘条按36℃/s的冷却速度降至熔盐温度，以较快的冷却速度快速略过铁素体的相变温度区间，促使盘条组织中的高温奥氏体转变为细片层间距的珠光体和魏氏体所组成的复相组织，提供基体强度，盘条再经过辊道输送穿过第二段盐浴槽的熔盐，即在线盐浴控温后段，使复相组织转变为回火珠光体和回火魏氏体，降低魏氏体组织的位错密度，同时促使珠光体渗碳体片层逐步熔断并向球化渗碳体转变，形成准球化渗碳体，为组织提供一定塑性，具体的：在线盐浴控温前段的熔盐温度为461℃，处理时间为29s，熔盐循环量为770t/h，熔盐温升≤12℃；在线盐浴控温后段的熔盐温度为539℃，处理时间为374s，熔盐循环量为440t/h，熔盐温升≤5℃。

所述辊道缓冷工序采用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缓冷处理，利用在线盐浴控温后段处理后盘条的高温状态，促进回火珠光体和回火魏氏体进一步回火软化，珠光体渗碳体片层继续向准球化渗碳体转变，具体的：控制盘条进保温罩后，在保温罩内以0.22℃/s的冷却速度冷却至395℃，之后使盘条以1.5℃/s的冷却速度缓冷，直至运输至集卷工位；所述集卷工序用于通过集卷筒将盘条集卷为盘卷，包装入库后获得冷镦钢盘条成品，其金相组织图如图2中所示。

对比例5：

一种热轧碳素冷镦钢盘条的制造方法，其制造方法与实施例3的区别在于：在线盐浴控温前段的熔盐温度为450℃，处理时间为18s，集卷下线后获得冷镦钢盘条。

对比例6：

一种热轧碳素冷镦钢盘条的制造方法，其制造方法与实施例3的区别在于：所述在线盐浴控温采用内设熔盐的盐浴槽，用于将吐丝后的盘条经辊道输送穿过盐浴槽的熔盐控温处理，具体的：熔盐温度为570℃，处理时间为800s，集卷下线后获得冷镦钢盘条，其金相组织图如图3中所示。

实施例4：

本发明所述10.9级热轧碳素非调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：0.46％、Si：0.36％、Mn：0.85％、P：0.017％、S：0.015％，其余为Fe和不可避免杂质；其制造方法按照低温控轧→吐丝→在线盐浴控温→辊道缓冷→集卷的工艺流程制造，具体的：

所述低温控轧工序用于先将规格为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，通过轧制线以低温轧制为规格为10mm的线材，防止高温下加速脱碳而降低材料组织均匀性，同时选用合适的终轧温度，调控线材晶粒度，通过适当粗化的晶粒为后续析出少量魏氏体作组织上的准备，通过大压下量增加形核率，对珠光体渗碳体片层向球化组织转变有利，具体的：控制初轧温度为1065℃，初轧压下量为56%，终轧温度为932℃，终轧压下量为32%，线材晶粒度≤10级；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910℃，奥氏体化为后续在线盐浴控温时，调控珠光体与魏氏体组织占比作组织上的准备，盘条散布在辊道上沿辊道输送。

所述在线盐浴控温采用内设熔盐的两段盐浴槽，用于将吐丝后的盘条先经辊道输送穿过第一段盐浴槽的熔盐，即在线盐浴控温前段，使盘条按34℃/s的冷却速度降至熔盐温度，以较快的冷却速度快速略过铁素体的相变温度区间，促使盘条组织中的高温奥氏体转变为细片层间距的珠光体和魏氏体所组成的复相组织，提供基体强度，盘条再经过辊道输送穿过第二段盐浴槽的熔盐，即在线盐浴控温后段，使复相组织转变为回火珠光体和回火魏氏体，降低魏氏体组织的位错密度，同时促使珠光体渗碳体片层逐步熔断并向球化渗碳体转变，形成准球化渗碳体，为组织提供一定塑性，具体的：在线盐浴控温前段的熔盐温度为490℃，处理时间为40s，熔盐循环量为600t/h，熔盐温升≤12℃；在线盐浴控温后段的熔盐温度为565℃，处理时间为550s，熔盐循环量为350t/h，熔盐温升≤5℃。

所述辊道缓冷工序采用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缓冷处理，利用在线盐浴控温后段处理后盘条的高温状态，促进回火珠光体和回火魏氏体进一步回火软化，珠光体渗碳体片层继续向准球化渗碳体转变，具体的：控制盘条进保温罩后，在保温罩内以0.5℃/s的冷却速度冷却至340℃，之后使盘条以1℃/s的冷却速度缓冷，直至运输至集卷工位；所述集卷工序用于通过集卷筒将盘条集卷为盘卷，包装入库后获得冷镦钢盘条成品，其金相组织图如图4中所示。

对比例7：

一种热轧碳素冷镦钢盘条的制造方法，其制造方法与实施例4的区别在于：在线盐浴控温后段的熔盐温度为625℃，处理时间为600s，集卷下线后获得冷镦钢盘条。

对比例8：

一种热轧碳素冷镦钢盘条的制造方法，其制造方法与实施例4的区别在于：在线盐浴控温后段的熔盐温度为520℃，处理时间为260s，集卷下线后获得冷镦钢盘条。

对比例9：

一种热轧碳素冷镦钢盘条的制造方法，其制造方法与实施例4的区别在于：其制造方法按照低温控轧→吐丝→在线盐浴控温→空冷→集卷的工艺流程制造，具体的：所述空冷采用保温罩开启，用辊道输送从第二段盐浴槽出来的盘条，使盘条以3.9℃/s的冷却速度冷却，直至运输至集卷工位，集卷下线后获得冷镦钢盘条。

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，相较于碳素冷镦钢在省去合金化成分后，采用低温吐丝和保温冷却工艺获得的铁素体+珠光体组织，冷镦钢盘条强度明显降低，本发明采用碳素化学成分设计、结合适当吐丝温度和在线盐浴控温工艺设计，先促使组织转变为细片层间距的珠光体和魏氏体组成的复相组织，提供基体强度，为后续升温回火作组织上的准备，可以达到产品抗拉强度Rm为920~950MPa。

由实施例1~4与对比例2的对比结果可见，相较于为了保持成材强度等级，碳素冷镦钢在省去合金化成分后碳含量有所提高，但敏感性随之增加，在提高吐丝温度用风冷快冷和保温冷却下，在风冷快冷前期析出无法回火软化的魏氏体组织，在保温冷却后期析出了贝氏体异常组织，导致盘条塑性明显下降、成材率下降，本发明结合在线盐浴控温和辊道缓冷工艺设计，使细片层间距的珠光体变为回火珠光体，降低魏氏体组织的位错密度，使魏氏体组织转变为既强又韧的回火魏氏体组织，同时促使珠光体渗碳体片层逐步熔断并向球化渗碳体转变，为组织提供塑性，以先提强再软化增塑的设计思路调控热轧碳素冷镦钢盘条的组织性能，可以达到产品断面收缩率Z为60~65%，用于制造10.9级高强度紧固件螺栓等应用领域，具有良好工业适应性和应用前景。

由实施例1~4与对比例3的对比结果可见，较低的吐丝温度下，混合组织中的回火魏氏体占比较低，盘条强度下降、塑性上升；由实施例1~4与对比例4的对比结果可见，高温轧制和吐丝下，组织中的回火珠光体占比下降，还会带来脱碳问题，盘条强度上升、塑性下降，因此可以进一步控制吐丝温度，调控组织中的回火珠光体与回火魏氏体占比，进而调控盘条组织与强塑性能。

由实施例3与对比例5的对比结果可见，在线盐浴控温前段的熔盐温度越低、处理时间越短，则复相组织中的珠光体片层间距越小，使得回火珠光体的片层间距越小，导致盘条强度上升、塑性下降；由实施例3与对比例6的对比结果可见，相较于采用高温熔盐温度和长时间处理的在线盐浴控温，会导致得回火珠光体的片层间距粗大，增加珠光体渗碳体片层的熔断球化难度而无法获得准球化渗碳体，本发明分别控制在线盐浴控温前段与在线盐浴控温后段处理，可以通过控制在线盐浴控温前段的熔盐温度和处理时间，调控组织转变，为后续升温回火作组织上的准备。

由实施例4与对比例7的对比结果可见，在线盐浴控温后段的熔盐温度越高、处理时间越长，则混合组织中的回火珠光体片层间距越大、准球化渗碳体占比越高，盘条强度下降、塑性上升；由实施例4与对比例8的对比结果可见，在线盐浴控温后段的熔盐温度越低、处理时间越短，则混合组织中的回火珠光体片层间距越小、准球化渗碳体占比下降，盘条强度上升、塑性下降，因此可以进一步控制在线盐浴控温后段的熔盐温度和处理时间，调控回火珠光体的片层间距及准球化渗碳体的占比，进而调控软化效果。

由实施例1~4与对比例9的对比结果可见，相较延长在线盐浴控温后段的处理时间，辊道缓冷可以以更低的能耗使盘条在输送过程中缓慢降温，促进盘条进行进一步回火软化。

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：热轧前的钢坯可以采用转炉冶炼、精炼和连铸的工艺流程生产获得；在线盐浴控温前段和在线盐浴控温后段可以用两个盐浴槽，分别控制各盐浴槽的熔盐循环量来提高控制精度，也可以当在线盐浴控温前段和在线盐浴控温后段熔盐温差较小时，采用一个盐浴槽，通过分别控制此盐浴槽前后的熔盐循环量来实现前后段处理控制，用于节约设备和控制成本；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10.9级热轧碳素非调冷镦钢盘条，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：0.45％～0.49％、Si：0.3％～0.45％、Mn：0.55％～0.85％、P≤0.018％、S≤0.018％，其余为Fe和不可避免杂质；其显微组织包括由体积百分比≥90%的回火珠光体、少量回火魏氏体和准球化渗碳体所组成的混合组织，其制造方法包括：

基于所述10.9级热轧碳素非调冷镦钢盘条的化学成分生产线材，将线材按≥900℃的吐丝温度吐丝为盘条，盘条先经过在线盐浴控温前段，使盘条按≥34℃/s的冷却速度降至熔盐温度，促使盘条组织中的高温奥氏体转变为细片层间距的珠光体和魏氏体所组成的复相组织，再经过在线盐浴控温后段升温回火，使复相组织转变为回火珠光体和回火魏氏体，同时促使珠光体渗碳体片层逐步熔断并向球化渗碳体转变，最后经过辊道缓冷，制为显微组织包括由体积百分比≥90%的回火珠光体、少量回火魏氏体和准球化渗碳体所组成的混合组织的冷镦钢盘条；

所述线材采用低温控轧生产，控制初轧温度为1050~1080℃，初轧压下量为50%~60%，终轧温度为920~940℃，终轧压下量为25%~45%，线材晶粒度≤10级，所述在线盐浴控温前段的熔盐温度为455~490℃，处理时间为25~40s，所述在线盐浴控温后段的熔盐温度为525~565℃，处理时间为300~550s。

2.根据权利要求1所述的10.9级热轧碳素非调冷镦钢盘条，其特征在于，所述回火珠光体的片层间距为110~140nm，所述回火魏氏体的体积百分比为3%~9%。

3.根据权利要求1所述的10.9级热轧碳素非调冷镦钢盘条，其特征在于，所述冷镦钢盘条的直径为6.0～17.0mm，盘条抗拉强度为920~950MPa，断面收缩率为60%~65%。

4.一种10.9级热轧碳素非调冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，其制造方法包括：

基于权利要求1所述10.9级热轧碳素非调冷镦钢盘条的化学成分生产线材，将线材按≥900℃的吐丝温度吐丝为盘条，盘条先经过在线盐浴控温前段，使盘条按≥34℃/s的冷却速度降至熔盐温度，促使盘条组织中的高温奥氏体转变为细片层间距的珠光体和魏氏体所组成的复相组织，再经过在线盐浴控温后段升温回火，使复相组织转变为回火珠光体和回火魏氏体，同时促使珠光体渗碳体片层逐步熔断并向球化渗碳体转变，最后经过辊道缓冷，制为显微组织包括由体积百分比≥90%的回火珠光体、少量回火魏氏体和准球化渗碳体所组成的混合组织的冷镦钢盘条。

5.根据权利要求4所述的10.9级热轧碳素非调冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，所述线材采用低温控轧生产，控制初轧温度为1050~1080℃，初轧压下量为50%~60%，终轧温度为920~940℃，终轧压下量为25%~45%，线材晶粒度≤10级。

6.根据权利要求5所述的10.9级热轧碳素非调冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，所述吐丝温度≤920℃。

7.根据权利要求4~6任意一项所述的10.9级热轧碳素非调冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，所述在线盐浴控温前段的熔盐温度为455~490℃，处理时间为25~40s。

8.根据权利要求7所述的10.9级热轧碳素非调冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，所述在线盐浴控温后段的熔盐温度为525~565℃，处理时间为300~550s。

9.根据权利要求8所述的10.9级热轧碳素非调冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，所述在线盐浴控温前段的熔盐循环量为600~850t/h，熔盐温升≤12℃；所述在线盐浴控温后段的熔盐循环量为240~440t/h，熔盐温升≤5℃。

10.根据权利要求8所述的10.9级热轧碳素非调冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，所述辊道缓冷采用使盘条以0.15~0.55℃/s的冷却速度冷却至340~440℃，之后使盘条以1~3℃/s的冷却速度缓冷直至集卷。