CN118653095B - 一种14.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种14.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条及其制造方法，基于微合金、高碳化学成分吐丝为盘条后，盘条先经过在线熔盐等温，使盘条以≥42℃/s的冷速降温至珠光体相区进行等温相变，促进高温奥氏体向索氏体组织转变，盘条再经过在线熔盐析出控制，升高熔盐温度促进Nb、V弥散析出，促进索氏体和珠光体进行初步球化转变和熔断，最后经过热风辊道强缓冷，制为显微组织包括体积百分比≥88%的回火索氏体、体积百分比≥5%的回火珠光体、其余为熔断珠光体的冷镦钢盘条，兼顾盘条强度、塑性和材料抗延迟断裂性能，抗拉强度为1350~1400MPa，断面收缩率为42%~48%，适用于14.9级非调质型螺栓高效绿色生产。

Description

一种14.9级非调质型螺栓用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14.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条及其制造方法。

背景技术

螺栓连接作为工业机械设备重要的连接部件、应用广泛，螺栓强度等级的提高不仅可实现工业机械设备轻量化目标，同时可提升其在高频应力加载等复杂服役环境下的设备性能及使用寿命。螺栓用冷镦钢盘条作为螺栓制造母材，其性能不足将导致螺栓制造的效率低下、能耗及成本提高，甚至严重制约螺栓的进一步发展，而随着强度等级的提高，材料的延迟断裂性能突出，目前国内14.9级螺栓用冷镦钢盘条还主要集中在调制型，非调质型螺栓用冷镦钢盘条开发甚少，例如：专利CN116083806A公开的一种耐延迟断裂14.9级调质螺栓用冷镦钢热轧盘条及其制备方法，采用C-Si-Mn-Al-B成分设计，经低温控轧、轧后水冷热卷曲再保温冷却获得盘条，再经过拉拔、冷镦、调质热处理生产螺栓，但一方面，所得盘条的强塑性不足，还需要用调制热处理改善材料的综合力学性能，同时带来工序多、能耗大、效率低的问题；另一方面，成分体系中含有较高的Mn含量，材料成本和淬透性较高，也增加了钢的粗晶风险、冷加工硬化敏感性和回火脆性，在冷速不足时易生产块状碳化物沿晶界析出使钢变脆，且轧后开坯耗时长，虽然低温减定径后即采用水冷热卷曲，但水冷过程中会产生大量气泡附着于盘条表面影响传热，会导致盘条冷速极差较大，进一步增大了异常组织的析出风险，导致力学性能波动增加、影响成材率，盘条热卷曲的温度较高、盘条较软，也会有盘条表面易擦伤、表面质量降低的风险，限制了冷镦钢盘条的生产及应用。

现有非调质冷镦钢盘条由于需省却球化退火和调质工序，通过拉拔和冷镦达到最终性能等级，故对强度和塑性的要求均较高，目前主要集中在8.8~10.9级非调螺栓用盘条的研发，在吐丝后斯太尔摩风冷线的控冷能力限制下，一般采用中低碳钢降低塑性提升难度，增加合金含量提高材料淬透性、添加微合金成分强化基体，结合吐丝后在斯太尔摩线上快冷获得全部或掺杂贝氏体或马氏体的显微组织来提高基体强度，但一方面，过高的淬透性合金或微合金含量带来材料成本压力，为了获得一定比例的硬脆相组织，拉高冷速下微合金成分和析出相析出粗化或不能大量析出，使得微合金并不能得到有效利用，对强度和抗延迟断裂性能的提升有限，另一方面，产生的贝氏体或马氏体组织畸变较高，极大地劣化了盘条塑性，盘条过脆使得盘条在下游放卷、钢厂向下游运输甚至钢厂集卷工序中断裂，造成原材料浪费、成材率不高，也极大地增加了免调质工艺下的拉拔断裂和冷镦开裂风险。

碳元素作为钢中提高钢种强度较廉价的元素，替代合金成分有利于降低材料成本，但现有高碳钢种盘条主要通过提高组织中的索氏体含量，来提强和改善拉拔性能，用在帘线、桥索等应用领域，一方面，斯太尔摩风冷线采用保温或延迟冷却来促进索氏体孕育，但经过二次渗碳体的析出温度区间的时间较长，网状碳化物级别较高，破坏了基体连续性，增加了材料脆性，使得拉拔和冷镦过程中易开裂，另一方面，由于过冷度较小、盘条经过索氏体相区的时间较短，在保温持续冷却下、经索氏体孕育后的盘条已处于低温状态，故所得索氏体组织的片层间距较大、组织应力和位错密度较高，使得盘条最终塑性不足、冷变形能力较差、容易拉拔硬化，无法满足拉拔冷镦需求，而提高组织中的铁素性含量则会造成盘条强度的明显损失，对免调质下达到14.9级紧固件的性能等级不利。

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14.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条及其制造方法，能够提高碳元素和微合金成分的使用价值，兼顾盘条强度、塑性和材料抗延迟断裂性能，适用于14.9级非调质型螺栓高效绿色生产，有利于提高成材率、降低拉拔断丝和冷镦开裂风险。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种14.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条，所述冷镦钢盘条的化学成分及质量百分比包括：C：0.80％~0.84％、Si：0.20％~0.40％、Mn：0.45％~0.55％、Cr：0.10％~0.30％、Nb：0.030％~0.050％、V：0.040％~0.050％、Mo：0.37％~0.50％、P≤0.015％、S≤0.015％，其余为Fe和不可避免杂质；其显微组织包括体积百分比≥88%的回火索氏体、体积百分比≥5%的回火珠光体、其余为熔断珠光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元素作为主要添加元素，替代合金成分的添加有利于降低材料成本，通过固溶强化与析出强化以保证钢的基体强度和高淬透性，以便在省去退火和调质工序后通过拉拔冷镦能达到14.9级螺栓的性能等级，但同时增加了脱碳风险和渗碳体沿晶界呈网状分布风险，且C元素含量过高，贝氏体相变温度区间升高，对组织调控不利，因此为了便于组织调控、兼顾冷镦钢盘条冷变形性能和强度特征，C的质量百分比控制为0.80％~0.84％。

（2）硅：Si元素是炼钢过程中的脱氧剂，能溶于奥氏体中提高钢的硬度和强度，可以抑制在线熔盐等温过程的晶粒粗化，但硅过量会增加非金属夹杂和脱碳风险，降低钢的塑性和韧性，因此Si的质量百分比控制为0.20％~0.40％。

（3）锰：Mn元素在冶炼过程中常作为脱氧剂加入钢中，固溶于奥氏体中可以提高钢的强度和淬透性，但Mn含量过高会加剧钢坯凝固过程中的偏析，导致钢的均匀性变差，增加材料加热过程中的晶粒粗化倾向，Mn过高也会带来材料成本的增加，因此Mn的质量百分比控制为0.45％~0.55％。

（4）铬：Cr元素作为铁素体形成元素，可强烈提升材料的淬透性，经在在线熔盐析出控制析出细小弥散的碳化物颗粒，可以提高材料强度，对细化珠光体片层间距和珠光体片层熔断有利，但Cr含量过高容易出现淬火组织，不利于组织控制，会增加钢的回火脆性倾向，且Cr的析出粗化对盘条强塑性不利，因此Cr的质量百分比控制为0.10％~0.30％。

（5）铌：Nb元素作为微合金化元素，可在高温轧制时析出钉扎晶界、细化晶粒，同时降低钢的过热敏感性，可在高温等温区间弥散析出，进而提升材料的强度和抗延迟断裂性能，但成本相对较高，基于Nb元素的作用和成本考虑，Nb的质量百分比控制为0.030％~0.050％。

（6）矾：V元素作为微合金化元素，可在高温等温区间大量弥散析出，极大提升材料的强度、韧性和抗延迟断裂性能，但成本相对较高，基于V元素的作用和成本考虑，V的质量百分比控制为0.040％~0.050％。

（7）钼：Mo元素可提高材料的回火温度，在等温区间可抑制析出相的粗化，从而提升材料的强度和抗延迟断裂性能，但Mo的成本较高，会促进脱碳，基于Mo元素的作用和成本考虑，Mo的质量百分比控制为0.37％~0.50％。

（8）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≤0.015％。

上述冷镦钢盘条采用C-Si-Mn-Cr-Nb-V-Mo的微合金、高碳化学成分设计，Mn、Cr含量相对较低，相较于现有控轧控冷后获得的全部或掺杂贝氏体或马氏体的非调质钢盘条，所述冷镦钢盘条中显微组织包括较高比例的回火索氏体组织，索氏体相较珠光体组织的片层间距更细、强度更高，索氏体相较贝氏体或马氏体组织畸变和位错密度更小、塑韧性能更好，经过熔断并初步向球化转变为回火索氏体后，位错密度进一步降低，使回火索氏体保留索氏体的强度特征且塑性得以进一步改善，配合高碳的固溶强化和微合金的弥散析出强化，弥补了降低淬透性合金和微合金成分含量带来的强度损失，提供了较高的基体强度和材料抗延迟断裂性能。

所述冷镦钢盘条组织中还包括较少量的回火珠光体和熔断珠光体组织，珠光体相较索氏体组织的片层间距更粗、塑性更高，相较铁素体组织具有更高的强度，珠光体组织进行熔断和初步球化转变为熔断珠光体和回火珠光体组织，组织应力和位错密度进一步降低，使回火珠光体保留了珠光体强度适中、塑性更高的特征，避免增加铁素体导致对盘条强度的过分劣化，同时相较现有高碳钢盘条的高索氏体化率显微组织，用索氏体与珠光体组织的回火态调控使得盘条充分软化，在避免盘条强度过度损失的基础上，有效地拉高了盘条塑韧性和冷变形性能，更便于拉拔和冷镦，降低拉拔断丝和冷镦开裂风险以及获得较高的强度和塑性。

在优选的实施例中，所述回火索氏体的片层间距为55~95nm，所述回火珠光体的片层间距为155~185nm，回火索氏体和回火珠光体的片层间距相对较细，更便于提高盘条强度、促进熔断回火。

在优选的实施例中，所述冷镦钢盘条的网状碳化物级别为0级，能够有效消除网状碳化物恶化相的不利影响，提升碳元素的使用价值。

在优选的实施例中，所述冷镦钢盘条的直径为10.0~26.0mm，抗拉强度为1350~1400MPa，断面收缩率为42%~48%，具有较高的抗拉强度和断面收缩率匹配，使得冷镦钢盘条在省却球化退火和调质工序下，通过减面拉强即可达到14.9级螺栓的性能等级，避免拉拔硬化和过程中对塑性的过度损失，进而能够降低拉拔断丝和冷镦开裂风险，简化螺栓制造工艺流程。

一种14.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条的制造方法，其方法包括：按上述所述14.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条的化学成分控轧生产线材，线材按≥900℃的吐丝温度吐丝为盘条后，盘条先经过在线熔盐等温，使盘条以≥42℃/s的冷速降温至珠光体相区进行等温相变，促进高温奥氏体向索氏体组织转变，盘条再经过在线熔盐析出控制，升高熔盐温度促进Nb、V弥散析出，促进索氏体和珠光体进行初步球化转变和熔断，最后经过热风辊道强缓冷，制为显微组织包括体积百分比≥88%的回火索氏体、体积百分比≥5%的回火珠光体、其余为熔断珠光体所组成混合组织的冷镦钢盘条。

上述制造方法采用通过微合金、高碳化学成分设计结合在线熔盐等温及析出控制和辊道强缓冷技术，一方面，避免吐丝温度过低而不利于Nb在控轧阶段的诱导析出，吐丝后直接进行在线盐浴等温，相较斯太尔摩风冷快冷，能够利用熔盐的高换热能力，使盘条以更快的冷速快速略过二次渗碳体的析出区间，消除网状碳化物，通过在线熔盐超快速冷却技术抑制网碳恶化相影响，提升碳元素的使用价值，同时获得较大的过冷度，在线熔盐等温相对于在线熔盐析出控制的熔盐温度更低，在较低的珠光体相区等温温度下可以促进高温奥氏体向索氏体组织转变，提高组织中的索氏体比例、降低索氏体片层间距，以保证基体强度和塑性，为后续升高的熔盐温度后索氏体初步球化转变作组织上的准备，相较风冷与水冷工艺，盘条穿过熔盐时熔盐能覆盖盘条表面，无风量差异影响或气泡干扰，使得传热更为均匀，也避免组织转变为贝氏体或马氏体异常组织的风险。

另一方面，盘条继续经过更高温度的熔盐进行在线熔盐析出控制时，相较斯太尔摩线的持续冷却降温，能够利用较高的析出控制温度，促进Nb、V元素在高温等温区间的大量弥散析出，同时用Mo抑制析出相的粗化，使得Cr、Nb、V的析出更为细小，以充分发挥微合金强化作用，提升基体强度及材料抗延迟断裂性能，同时相较斯太尔摩保温冷却，能够使盘条温度与熔盐温度保持一致而非保温冷却的持续缓慢冷却，进而保持盘条处于更长时间的高温等温状态，盘条组织中的少量残余奥氏体组织变为珠光体组织，高的熔盐温度又促进索氏体、珠光体进行熔断、初步球化转变，转变为回火索氏体、回火珠光体和熔断珠光体组织，降低组织应力与位错密度，再以热风辊道强缓冷延续盘条经过在线熔盐析出控制后的高温状态，促进组织进一步软化，以调整材料的整体强塑性匹配，相较于现有相变前的高温集卷，相变后经过热风辊道强缓冷后集卷温度相对更低，可以避免盘条过软引起的表面擦伤问题，提高表面质量，相较贝氏体或马氏体盘条组织塑性得到明显改善，盘条集卷、开卷不易脆断，盘条成材率得以保障。

在优选的实施例中，所述控轧时，轧制前控制加热炉均热温度为1100~1150℃，均热时间为2~3h，在炉时间≥4h，选用较高的加热炉均热温度和时间，促进材料化学成分均匀化，也避免均热时间过长引起烧损或脱碳风险。

在优选的实施例中，所述控轧时，控制初轧温度为1080~1130℃，初轧压下量为26%~33%，选用适当的初轧温度控制后续轧制温度，配合适当的初轧压下量，促进Nb元素在初轧阶段的诱导析出钉扎晶界，避免初轧压下量过高、初轧压下量多大引起终轧阶段Nb的析出配分过小而粗化，为细化晶粒作准备。

在优选的实施例中，所述控轧时，控制终轧温度≥920℃，终轧压下量为35%~45%，选用较高的终轧温度和终轧压下量促进Nb元素在终轧阶段的诱导析出，细化晶粒，强韧化基体。

在优选的实施例中，所述吐丝温度为900~930℃，可以进一步避免吐丝温度过高引起晶粒粗化。

在优选的实施例中，所述在线熔盐等温的熔盐温度为455~500℃，处理时间为30~70s，在线熔盐等温的熔盐温度越低、处理时间越长，则奥氏体转变为索氏体组织的量越多，索氏体片层间距越细，盘条强度上升、塑性下降，但熔盐温度过低有析出贝氏体异常组织的风险，处理时间过长不利于基体塑性调控，反之熔盐温度过高、处理时间过短，对形成较高的过冷度不利，索氏体组织相变减少、所得索氏体组织片层间距较粗，对高温软化向球化转变不利，因此可以进一步控制在线熔盐等温的熔盐温度和处理时间，促进高温奥氏体向片距更细的索氏体组织转变，为组织和基体强塑性能调控作准备。

在优选的实施例中，所述在线熔盐等温的熔盐循环量为500~650t/h，熔盐温升≤10℃，选用较大的熔盐循环量降低熔盐温升，可以提高在线熔盐等温的温度精度，避免产生异常组织。

在优选的实施例中，所述在线熔盐析出控制的熔盐温度为575~625℃，处理时间为500~700s，在线熔盐析出控制的熔盐温度越低，则相变后的珠光体组织片层间距越细，对熔断和回火调控有利，但熔盐温度过低，对Nb、V微合金元素的析出不利，反之在线熔盐析出控制的熔盐温度越高，则相变后的珠光体组织片层间距越粗，盘条强度下降、塑性上升，但熔盐温度过高，超过Nb、V微合金元素的析出温度区间，甚至增加铁素体组织，会导致盘条强塑性能下降，处理时间越长，则索氏体与珠光体的回火软化效果越明显，熔断珠光体组织增多，盘条强度下降、塑性上升，但处理时间过长，有Cr、Nb、V析出粗化的风险，将明显劣化盘条的强塑性能，反之处理时间过短，则索氏体和珠光体组织未得到充分软化，基体强度较高但塑性不足，对拉拔和冷镦不利，故可以进一步控制在线熔盐析出控制的熔盐温度和处理时间，进一步调控基体强塑性能匹配并使得Nb、V元素在高温等温区间大量弥散析出，提高微合金元素的利用价值，进而极大地提升材料的强度和抗延迟断裂性能。

在优选的实施例中，所述在线熔盐析出控制的熔盐循环量为300~450t/h，熔盐温升≤3℃，选用适当的熔盐循环量，在保持熔盐温度和析出控制精度的同时，避免熔盐循环量过大增加生产能耗。

在优选的实施例中，所述热风辊道强缓冷采用关闭保温罩，将320℃以上的热风吹向保温辊道，控制盘条以0.10~0.30℃/s冷却速度冷却至300℃以下，由于辊道输送的长度有限，采用保温罩关闭与热风输入进一步降低盘条经过在线熔盐析出控制后的冷却速度，延续高温软化效果，调控盘条强塑性能，冷却至300℃以下再集卷也降低了盘条表面擦伤风险，使得集卷后盘卷的同圈度和表面质量较好。

在优选的实施例中，所述热风源自在线熔盐等温和在线熔盐析出控制的盐浴槽上方的热空气，由于高温盘条穿过高温熔盐后盐浴槽上方产生热空气，利用其进行热风辊道强缓冷处理可以进一步回收利用热能，降低生产能耗。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：

（1）针对国内14.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条开发甚少，母材性能不足导致螺栓制造的效率低下、能耗及成本提高的现状，本发明的冷镦钢盘条采用微合金、高碳化学成分设计，显微组织包括高比例的回火索氏体、较少量回火珠光体与熔断珠光体组织，配合高碳的固溶强化和微合金的弥散析出强化，弥补了降低淬透性合金和微合金成分含量带来的强度损失，提供了较高的基体强度和材料抗延迟断裂性能，通过回火态组织调控明显改善盘条塑性，可达产品抗拉强度Rm为1350~1400MPa，断面收缩率Z为42%~48%，用于制造14.9级非调质型螺栓等应用领域，能够提高成材率、降低拉拔断丝和冷镦开裂风险，实现工业机械设备领域螺栓强度等级的提高，具有良好的市场应用前景。

（2）本发明的制造方法采用微合金、高碳化学成分设计结合在线熔盐等温及析出控制和辊道强缓冷技术工艺设计，通过在线熔盐超快速冷却技术，抑制网碳恶化相影响，提升碳元素的使用价值，利用较大的过冷度和冷速促进高温奥氏体向片层间距更细的索氏体组织转变，再经在线熔盐析出控制，用升高的熔盐温度促进材料索氏体、珠光体进行初步球化转变，在调控组织的同时配合Mo抑制析出相的粗化，利用Nb、V在高温等温区间大量弥散析出，提高碳元素和微合金成分的使用价值，极大提升材料的强度和抗延迟断裂性能，实现组织调控和强塑性匹配，能明显提高成材率，降低表面质量劣化风险，具有良好的工业适应性。

（3）本发明的制造方法选用较高的加热温度和时间，促进材料化学成分均匀化，控制轧制不同的压下量，促进Nb元素的轧制诱导析出钉扎晶界，细化晶粒，可以进一步强韧化基体，也适应在线熔盐等温及析出控制调控，还能够回收利用在线熔盐处理后的空气热能，降低能耗，具有良好的工业适应性。

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。

实施例1：

本发明所述14.9级非调质型螺栓用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：0.83％、Si：0.38％、Mn：0.45％、Cr：0.1％、Nb：0.03％、V：0.04％、Mo：0.41％、P：0.015％、S：0.014％，其余为Fe和不可避免杂质；其制造方法按照控轧→吐丝→在线熔盐等温→在线熔盐析出控制→热风辊道强缓冷→集卷的工艺流程制造，具体的：

所述控轧用于将规格为180mm×180mm的钢坯，通过加热炉加热为达到可轧制塑性的高温钢坯，选用较高的加热温度和时间，促进材料化学成分均匀化后，再通过轧制线将从加热炉出来的钢坯，轧制为直径规格为10mm的线材，采用适当的轧制温度、初轧与终轧不同的压下量，促进Nb元素的轧制诱导析出钉扎晶界，细化晶粒，强韧化盘条基体，具体的：加热炉加热程序为依次升温的预热段、加热段和均热段，加热炉均热温度为1110℃，均热时间为2h，在炉时间为4h，初轧温度为1080℃，初轧压下量为33%，终轧温度为920℃，终轧压下量为45%；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，盘条散布在辊道上沿辊道输送，选用较高的吐丝温度，利于控制盘条二次网碳析出和形成较大的过冷度，促进索氏体形核，具体的：控制吐丝温度为900℃。

所述在线熔盐等温采用内设熔盐的盐浴槽A，吐丝后的盘条先经辊道输送穿过盐浴槽A，快速降温至熔盐温度，使盘条以44℃/s的冷速降温，快速通过二次网碳析出区间进入珠光体相区进行等温相变，用较高的过冷度促进高温奥氏体向索氏体组织转变、细化索氏体片层间距，具体的：所述在线熔盐等温的熔盐温度为455℃，处理时间为70s，熔盐循环量为650t/h，熔盐温升≤10℃。

所述在线熔盐析出控制采用内设熔盐的盐浴槽B，经过在线熔盐等温的盘条由辊道输送穿过盐浴槽B，快速转变至熔盐温度，利用熔盐温度升高促进Nb、V大量弥散析出，盘条组织中的少量残余奥氏体组织变为珠光体组织，促进索氏体和珠光体进行初步球化转变和熔断，具体的：所述在线熔盐析出控制的熔盐温度为604℃，处理时间为500s，熔盐循环量为400t/h，熔盐温升≤3℃。

所述热风辊道强缓冷工序采用关闭保温罩，用保温辊道输送从盐浴槽B出来的盘条进入保温罩，将盐浴槽A与盐浴槽B上方的热空气汇集，作为320℃以上的热风吹向保温辊道，对盘条进行强缓冷处理，促进盘条组织的进一步软化，具体的：控制盘条以0.25℃/s冷却速度冷却至290℃，随后进行集卷；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所示。

对比例1：

一种盘条的制造方法，其制造方法与实施例1的区别在于，其制造方法按照控轧→低温吐丝→斯太尔摩保温缓冷→集卷的工艺流程制造，具体的：控制加热炉均热温度为1060℃，均热时间为3.5h，在炉时间为4.5h，初轧温度为1035℃，终轧温度为875℃，吐丝温度为855℃，所述斯太尔摩保温缓冷采用关闭全部风机和保温罩，用辊道输送盘条，盘条在罩内以1.5℃/s的冷速完成相变，集卷下线后获得盘条成品。

对比例2：

一种盘条的制造方法，其制造方法与实施例1的区别在于，其制造方法按照控轧→低温吐丝→空冷→斯太尔摩保温缓冷→集卷的工艺流程制造，具体的：控制加热炉均热温度为1075℃，均热时间为2.5h，在炉时间为4.5h，初轧温度为1050℃，终轧温度为890℃，吐丝温度为870℃，所述空冷采用开启保温罩、关闭风机，用辊道输送盘条，使盘条按2.3℃/s的冷速冷却至690℃，所述斯太尔摩保温缓冷采用关闭风机和保温罩，用辊道输送盘条，盘条在罩内以1.2℃/s的冷速完成相变，集卷下线后获得盘条成品。

对比例3：

一种盘条的制造方法，其制造方法与实施例1的区别在于，其制造方法按照控轧→吐丝→斯太尔摩快冷+保温缓冷的工艺流程制造，具体的：控制加热炉均热温度为1130℃，初轧温度为1105℃，终轧温度为935℃，吐丝温度为915℃，所述斯太尔摩快冷+保温缓冷采用1~7#风机按70%开启，使盘条按7.5℃/s的冷速冷却至680℃，之后关闭后方风机和保温罩，用辊道输送盘条，盘条在罩内以1℃/s的冷速完成相变，下线后获得盘条成品。

对上述实施例1和对比例1~3所得盘条进行组织与性能检测：拉伸测试采用《GB-T228 .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.不同制造方法的盘条组织性能的对比结果

由实施例1与对比例1的对比结果可见，相较于低温吐丝下，轧制温度过低，对析出Nb细化晶粒不利，斯太尔摩保温冷却后，网状碳化物级别较高，在保温持续冷却下、经索氏体孕育后的盘条已处于低温状态，故所得索氏体组织的片层间距较大、组织应力和位错密度较高，盘条强度提升有限但塑性明显不足，本发明采用微合金、高碳化学成分设计，通过在线熔盐超快速冷却技术，抑制网碳恶化相影响，提升碳元素的使用价值，利用较大的过冷度和冷速促进高温奥氏体向片层间距更细的索氏体组织转变，再经在线熔盐析出控制，利用Nb、V在高温等温区间大量弥散析出，提高碳元素和微合金成分的使用价值，极大提升材料的强度和抗延迟断裂性能，实现组织调控和强塑性匹配，能明显提高盘条塑性。

由实施例1与对比例2的对比结果可见，相较于低温吐丝下，轧制温度过低，对析出Nb细化晶粒不利，空冷后获得含有贝氏体的组织虽然能提高盘条强度，但塑性明显不足，成材率不高，本发明不含有贝氏体异常组织，通过回火态组织调控明显改善了网状碳化物级别和盘条塑性。

由实施例1与对比例3的对比结果可见，相较于适当轧制和吐丝温度下提高吐丝后的风冷速度，导致组织中含有马氏体硬脆相且珠光体片层间距较粗，应力和位错密度较高，极易断裂，本发明不含有马氏体异常组织，显微组织包括高比例的回火索氏体、较少量回火珠光体与熔断珠光体组织，配合高碳的固溶强化和微合金的弥散析出强化，弥补了降低淬透性合金和微合金成分含量带来的强度损失，能明显提高成材率。

实施例2：

本发明所述14.9级非调质型螺栓用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：0.82％、Si：0.4％、Mn：0.51％、Cr：0.15％、Nb：0.033％、V：0.043％、Mo：0.45％、P：0.012％、S：0.013％，其余为Fe和不可避免杂质；其制造方法按照控轧→吐丝→在线熔盐等温→在线熔盐析出控制→热风辊道强缓冷→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，选用较高的加热温度和时间，促进材料化学成分均匀化后，再通过轧制线将从加热炉出来的钢坯，轧制为直径规格为26mm的线材，采用适当的轧制温度、初轧与终轧不同的压下量，促进Nb元素的轧制诱导析出钉扎晶界，细化晶粒，强韧化盘条基体，具体的：加热炉加热程序为依次升温的预热段、加热段和均热段，加热炉均热温度为1125℃，均热时间为2.5h，在炉时间为4.5h，初轧温度为1100℃，初轧压下量为26%，终轧温度为930℃，终轧压下量为35%；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，盘条散布在辊道上沿辊道输送，选用较高的吐丝温度，利于控制盘条二次网碳析出和形成较大的过冷度，促进索氏体形核，具体的：控制吐丝温度为910℃。

所述在线熔盐等温采用内设熔盐的盐浴槽A，吐丝后的盘条先经辊道输送穿过盐浴槽A，快速降温至熔盐温度，使盘条以44℃/s的冷速降温，快速通过二次网碳析出区间进入珠光体相区进行等温相变，用较高的过冷度促进高温奥氏体向索氏体组织转变、细化索氏体片层间距，具体的：所述在线熔盐等温的熔盐温度为468℃，处理时间为58s，熔盐循环量为610t/h，熔盐温升≤10℃。

所述在线熔盐析出控制采用内设熔盐的盐浴槽B，经过在线熔盐等温的盘条由辊道输送穿过盐浴槽B，快速转变至熔盐温度，利用熔盐温度升高促进Nb、V大量弥散析出，盘条组织中的少量残余奥氏体组织变为珠光体组织，促进索氏体和珠光体进行初步球化转变和熔断，具体的：所述在线熔盐析出控制的熔盐温度为625℃，处理时间为620s，熔盐循环量为450t/h，熔盐温升≤3℃。

所述热风辊道强缓冷工序采用关闭保温罩，用保温辊道输送从盐浴槽B出来的盘条进入保温罩，将盐浴槽A与盐浴槽B上方的热空气汇集，作为320℃以上的热风吹向保温辊道，对盘条进行强缓冷处理，促进盘条组织的进一步软化，具体的：控制盘条以0.3℃/s冷却速度冷却至285℃，随后进行集卷；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所示。

对比例4：

一种盘条的制造方法，其制造方法与实施例2的区别在于，控制加热炉均热温度为1070℃，均热时间为3h，在炉时间为5h，初轧温度为1045℃，终轧温度为885℃，吐丝温度为865℃，所述在线熔盐等温使盘条以38℃/s的冷速降温，集卷下线后获得盘条成品。

对比例5：

一种盘条的制造方法，其制造方法与实施例2的区别在于，所述在线熔盐等温使盘条以45℃/s的冷速降温，熔盐温度为450℃，处理时间为75s，熔盐循环量为700t/h，集卷下线后获得盘条成品。

对比例6：

一种盘条的制造方法，其制造方法与实施例2的区别在于，所述在线熔盐等温使盘条以39℃/s的冷速降温，熔盐温度为505℃，处理时间为25s，集卷下线后获得盘条成品。

实施例3：

本发明所述14.9级非调质型螺栓用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：0.8％、Si：0.2％、Mn：0.55％、Cr：0.26％、Nb：0.05％、V：0.05％、Mo：0.5％、P：0.013％、S：0.015％，其余为Fe和不可避免杂质；其制造方法按照控轧→吐丝→在线熔盐等温→在线熔盐析出控制→热风辊道强缓冷→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，选用较高的加热温度和时间，促进材料化学成分均匀化后，再通过轧制线将从加热炉出来的钢坯，轧制为直径规格为20mm的线材，采用适当的轧制温度、初轧与终轧不同的压下量，促进Nb元素的轧制诱导析出钉扎晶界，细化晶粒，强韧化盘条基体，具体的：加热炉加热程序为依次升温的预热段、加热段和均热段，加热炉均热温度为1150℃，均热时间为3h，在炉时间为5h，初轧温度为1130℃，初轧压下量为28%，终轧温度为955℃，终轧压下量为42%；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，盘条散布在辊道上沿辊道输送，选用较高的吐丝温度，利于控制盘条二次网碳析出和形成较大的过冷度，促进索氏体形核，具体的：控制吐丝温度为930℃。

所述在线熔盐等温采用内设熔盐的盐浴槽A，吐丝后的盘条先经辊道输送穿过盐浴槽A，快速降温至熔盐温度，使盘条以42℃/s的冷速降温，快速通过二次网碳析出区间进入珠光体相区进行等温相变，用较高的过冷度促进高温奥氏体向索氏体组织转变、细化索氏体片层间距，具体的：所述在线熔盐等温的熔盐温度为500℃，处理时间为30s，熔盐循环量为500t/h，熔盐温升≤10℃。

所述在线熔盐析出控制采用内设熔盐的盐浴槽B，经过在线熔盐等温的盘条由辊道输送穿过盐浴槽B，快速转变至熔盐温度，利用熔盐温度升高促进Nb、V大量弥散析出，盘条组织中的少量残余奥氏体组织变为珠光体组织，促进索氏体和珠光体进行初步球化转变和熔断，具体的：所述在线熔盐析出控制的熔盐温度为584℃，处理时间为700s，熔盐循环量为300t/h，熔盐温升≤3℃。

所述热风辊道强缓冷工序采用关闭保温罩，用保温辊道输送从盐浴槽B出来的盘条进入保温罩，将盐浴槽A与盐浴槽B上方的热空气汇集，作为320℃以上的热风吹向保温辊道，对盘条进行强缓冷处理，促进盘条组织的进一步软化，具体的：控制盘条以0.2℃/s冷却速度冷却至280℃，随后进行集卷；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3所示。

对比例7：

一种盘条的制造方法，其制造方法与实施例3的区别在于，所述在线熔盐析出控制的熔盐温度为570℃，处理时间为450s，集卷下线后获得盘条成品。

对比例8：

一种盘条的制造方法，其制造方法与实施例3的区别在于，所述在线熔盐析出控制的熔盐温度为630℃，处理时间为750s，熔盐循环量为370t/h，集卷下线后获得盘条成品。

对比例9：

一种盘条的制造方法，其制造方法与实施例3的区别在于，所述在线熔盐析出控制的处理时间为850s，集卷下线后获得盘条成品。

实施例4：

本发明所述14.9级非调质型螺栓用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：0.84％、Si：0.27％、Mn：0.52％、Cr：0.3％、Nb：0.045％、V：0.046％、Mo：0.37％、P：0.013％、S：0.013％，其余为Fe和不可避免杂质；其制造方法按照控轧→吐丝→在线熔盐等温→在线熔盐析出控制→热风辊道强缓冷→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，选用较高的加热温度和时间，促进材料化学成分均匀化后，再通过轧制线将从加热炉出来的钢坯，轧制为直径规格为15mm的线材，采用适当的轧制温度、初轧与终轧不同的压下量，促进Nb元素的轧制诱导析出钉扎晶界，细化晶粒，强韧化盘条基体，具体的：加热炉加热程序为依次升温的预热段、加热段和均热段，加热炉均热温度为1135℃，均热时间为2.5h，在炉时间为5.5h，初轧温度为1110℃，初轧压下量为31%，终轧温度为945℃，终轧压下量为37%。

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，盘条散布在辊道上沿辊道输送，选用较高的吐丝温度，利于控制盘条二次网碳析出和形成较大的过冷度，促进索氏体形核，具体的：控制吐丝温度为920℃。

所述在线熔盐等温采用内设熔盐的盐浴槽A，吐丝后的盘条先经辊道输送穿过盐浴槽A，快速降温至熔盐温度，使盘条以43℃/s的冷速降温，快速通过二次网碳析出区间进入珠光体相区进行等温相变，用较高的过冷度促进高温奥氏体向索氏体组织转变、细化索氏体片层间距，具体的：所述在线熔盐等温的熔盐温度为483℃，处理时间为46s，熔盐循环量为550t/h，熔盐温升≤10℃。

所述在线熔盐析出控制采用内设熔盐的盐浴槽B，经过在线熔盐等温的盘条由辊道输送穿过盐浴槽B，快速转变至熔盐温度，利用熔盐温度升高促进Nb、V大量弥散析出，盘条组织中的少量残余奥氏体组织变为珠光体组织，促进索氏体和珠光体进行初步球化转变和熔断，具体的：所述在线熔盐析出控制的熔盐温度为575℃，处理时间为575s，熔盐循环量为330t/h，熔盐温升≤3℃。

所述热风辊道强缓冷工序采用关闭保温罩，用保温辊道输送从盐浴槽B出来的盘条进入保温罩，将盐浴槽A与盐浴槽B上方的热空气汇集，作为320℃以上的热风吹向保温辊道，对盘条进行强缓冷处理，促进盘条组织的进一步软化，具体的：控制盘条以0.1℃/s冷却速度冷却至295℃，随后进行集卷；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10：

一种盘条的制造方法，其制造方法与实施例4的区别在于，其制造方法按照控轧→吐丝→在线熔盐等温→在线熔盐析出控制→辊道缓冷→集卷的工艺流程制造，具体的：所述辊道缓冷采用关闭保温罩，用辊道输送从盐浴槽B出来的盘条进入保温罩，控制盘条以1.2℃/s冷却速度冷却至280℃，随后进行集卷，集卷下线后获得盘条成品。

对上述实施例2~4和对比例4~10所得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2所示：

表2.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~实施例4的结果可见，采用微合金、高碳化学成分设计结合在线熔盐等温及析出控制和辊道强缓冷技术工艺设计，可达产品抗拉强度Rm为1350~1400MPa，断面收缩率Z为42%~48%，用于制造14.9级非调质型螺栓等应用领域，能够提高成材率、降低拉拔断丝和冷镦开裂风险，实现工业机械设备领域螺栓强度等级的提高。

由实施例2与对比例4的对比结果可见，吐丝温度和轧制温度较低，不利于Nb元素在控轧阶段的诱导析出，冷速降低后不利于索氏体形核，所得回火索氏体较少且片层间距较大，对冷镦钢盘条强度不利；由实施例2与对比例5的对比结果可见，在线熔盐等温的熔盐温度越低、处理时间越长，则奥氏体转变为索氏体组织的量越多，索氏体片层间距越细，盘条强度上升、塑性下降，但熔盐温度过低、处理时间过长，回火索氏体较多，回火珠光体过少，对盘条塑性不利；由实施例2与对比例6的对比结果可见，熔盐温度过高、处理时间过短，对形成较高的过冷度不利，索氏体组织相变减少、所得索氏体组织片层间距较粗，造成强度损失。

由实施例3与对比例7的对比结果可见，在线熔盐析出控制的熔盐温度越低，则相变后的珠光体组织片层间距越细，但熔盐温度过低，对Nb、V微合金元素的析出不利，处理时间过短，则索氏体和珠光体组织未得到充分软化，对冷镦钢盘条塑性不利；由实施例3与对比例8的对比结果可见，在线熔盐析出控制的熔盐温度越高，则相变后的珠光体组织片层间距越粗，处理时间越长，则索氏体与珠光体的回火软化效果越明显，熔断珠光体组织增多，盘条强度下降、塑性上升，但熔盐温度过高，超过Nb、V微合金元素的析出温度区间，处理时间过长，太过软化对冷镦钢盘条强度不利；由实施例3与对比例9的对比结果可见，处理时间过长，有Cr、Nb、V析出粗化的风险，将明显劣化盘条的强塑性能。

由实施例4与对比例10的对比结果可见，以热风辊道强缓冷延续盘条经过在线熔盐析出控制后的高温状态，可以促进组织进一步软化，还能够回收利用在线熔盐处理后的空气热能，降低能耗，具有良好的工业适应性。

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：钢坯可以由炼钢原料依次进行转炉冶炼、精炼、连铸工序获得，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 (8)

1.一种14.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条，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：0.80％~0.84％、Si：0.20％~0.40％、Mn：0.45％~0.55％、Cr：0.10％~0.30％、Nb：0.030％~0.050％、V：0.040％~0.050％、Mo：0.37％~0.50％、P≤0.015％、S≤0.015％，其余为Fe和不可避免杂质；其显微组织包括体积百分比≥88%的回火索氏体、体积百分比≥5%的回火珠光体、其余为熔断珠光体所组成的混合组织；所述回火索氏体的片层间距为55~95nm，所述回火珠光体的片层间距为155~185nm，所述冷镦钢盘条的网状碳化物级别为0级。

2.根据权利要求1所述的14.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条，其特征在于，所述冷镦钢盘条的直径为10.0~26.0mm，抗拉强度为1350~1400MPa，断面收缩率为42%~48%。

3.一种14.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，其方法包括：按权利要求1所述14.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条的化学成分控轧生产线材，线材按≥900℃的吐丝温度吐丝为盘条后，盘条先经过在线熔盐等温，使盘条以≥42℃/s的冷速降温至珠光体相区进行等温相变，促进高温奥氏体向索氏体组织转变，盘条再经过在线熔盐析出控制，升高熔盐温度促进Nb、V弥散析出，促进索氏体和珠光体进行初步球化转变和熔断，最后经过热风辊道强缓冷，制为显微组织包括体积百分比≥88%的回火索氏体、体积百分比≥5%的回火珠光体、其余为熔断珠光体所组成混合组织的冷镦钢盘条，所述在线熔盐等温的熔盐温度为455~500℃，处理时间为30~70s；所述在线熔盐析出控制的熔盐温度为575~625℃，处理时间为500~700s。

4.根据权利要求3所述的14.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，所述控轧时，轧制前控制加热炉均热温度为1100~1150℃，均热时间为2~3h，在炉时间≥4h。

5.根据权利要求3所述的14.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，所述控轧时，控制初轧温度为1080~1130℃，初轧压下量为26%~33%，终轧温度≥920℃，终轧压下量为35%~45%。

6.根据权利要求3所述的14.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，所述在线熔盐等温的熔盐循环量为500~650t/h，熔盐温升≤10℃；所述在线熔盐析出控制的熔盐循环量为300~450t/h，熔盐温升≤3℃。

7.根据权利要求3所述的14.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，所述热风辊道强缓冷采用关闭保温罩，将320℃以上的热风吹向保温辊道，控制盘条以0.10~0.30℃/s冷却速度冷却至300℃以下。

8.根据权利要求7所述的14.9级非调质型螺栓用冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，所述热风源自在线熔盐等温和在线熔盐析出控制的盐浴槽上方的热空气。