一種具有優良拉拔性能的免退火合金鋼線材及其生產方法與流程

2023-04-25 03:49:31 1

本發明屬於冶金技術領域，具體涉及一種具有優良拉拔性能的免退火合金鋼線材及其生產方法。

背景技術：

合金鋼線材往往通過在鋼中添加鉻、錳、鈦、鉬、釩等合金元素而增加鋼的淬透性能，使加工的零部件在調質處理後具有良好的綜合力學性能。合金元素的添加在增加淬透性的同時也增加了線材的強度和硬度，惡化了拉拔性能，在進行成型加工前需要進行球化或軟化退火，增加了工序能耗。

本發明所述合金鋼線材主要用於製備各類軸類零件，要求較高的強度和韌性。由於合金鋼線材強度、硬度高，首先需要對線材進行球化退火處理，隨著節能環保的要求及下遊客戶降低成本的需求，可以省略退火直接拉拔且具有優良拉拔性能的線材是客戶所希望獲得的產品。

專利號cn1313913a公布了一種「具有優良拉拔性能和拉拔後疲勞抗力的高碳鋼線材」，其針對的主要是用於生產橋梁纜索的高碳鋼線材，與本發明不符，本發明主要針對中碳合金鋼線材。

專利號為cn102416411b公開了「一種疲勞性能優良的直接拉拔彈簧鋼線材的製造方法」，但其主要針對彈簧鋼而言，與本

技術實現要素：
不符。

針對客戶實際問題，本發明開發了一種具有優良拉拔性能的免退火合金鋼線材，可以實現省略退火直接拉拔的目的，且拉拔性能優良，盤條拉拔變形減面率可達到50%而不斷絲。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種具有優良拉拔性能的免退火合金鋼線材；本發明還提供了一種具有優良拉拔性能的免退火合金鋼線材的生產方法。

為解決上述技術問題，本發明所採取的技術方案是：一種具有優良拉拔性能的免退火合金鋼線材,所述線材化學成分組成及質量百分含量為：c：0.20～0.35%，mn：0.85～1.55%，si：0.25～0.50%，p≤0.01%，s≤0.01%，cr：1.00～1.50%，ti：0.05～0.15%，其餘為fe和不可避免的雜質元素。

本發明免退火合金鋼線材的化學成分組成說明：

c：0.20～0.35%，碳對鋼的機械性能有巨大的影響，為了保證成品零件調質後的強度水平，碳含量需控制在0.20%以上，另一方面，若碳含量過高，則影響加工成型性能，因此將碳含量的上限設定為0.35%。

mn：0.85～1.55%，錳可提高鋼的淬透性，為了發揮錳的作用，將錳含量下限設定為0.85%，另一方面，若錳含量過高，則易發生偏析，具備產生馬氏體等淬火態組織，對拉拔性能不利，因此錳含量上限設定為1.55%。

si：0.25～0.50%，矽是脫氧元素，同時適量的矽含量可使線材表面生成fe2sio4，有利於機械除磷性能改善，因此將矽的下限設定為0.25%，另一方面若矽含量過剩，則fe2sio4生成量較大，反而使機械除磷性能變差，同時會造成表面脫碳傾向加大，因此矽含量的上限設定為0.50%。

p≤0.01%，磷會使鋼的韌性、拉拔性能惡化，因此為了防止拉拔過程斷絲的發生，將磷的上限設定為0.01%。

s≤0.01%，硫也會使鋼的韌性、拉拔性能惡化，因此將硫的上限也限定為0.01%。

cr：1.00～1.50%，鉻可顯著提高鋼的淬透性，為了發揮其作用，將下限設定為1.00%，另一方面，鉻含量過高，易生產馬氏體組織以及緻密的氧化鐵皮結構，不利於拉拔性能，因此將上限設定為1.50%。

ti：0.05～0.15%，鈦在鋼中會形成碳氮化物，有利於鋼的強度提高，為了發揮其作用將下限設定為0.05%，另一方面，鈦含量過高，會使拉拔性能變差，因此其上限設定為0.15%。

本發明所述線材顯微組織由鐵素體+珠光體組成，鐵素體比例≥50%，晶粒度10～12級。

本發明所述線材抗拉強度600～660mpa，伸長率≥30%，面縮率≥70%。

本發明還提供了一種具有優良拉拔性能的免退火合金鋼線材的生產方法，所述方法包括加熱、軋制和冷卻工序；所述冷卻工序採用先快冷後慢冷的冷卻工藝。

本發明所述加熱工序，鋼坯加熱至1150～1250℃，保溫時間100～150min，殘氧量≤5%。

加熱溫度的設定充分考慮微合金元素的固溶和奧氏體組織的均勻化，減輕偏析；同時為了避免奧氏體晶粒過於粗大和脫碳層的增加，嚴格控制加熱時間在100～150min，控制殘氧量≤5%。

本發明所述軋制工序，精軋溫度780～850℃；吐絲溫度750～800℃。

採取較低的精軋變形溫度，使鋼在奧氏體未再結晶區進行軋制變形，變形奧氏體晶界或亞晶界等位置儲存大量能量，在後續的相變過程會優先形核，相變後得到均勻細小的晶粒；吐絲溫度和精軋溫度形成有效配合，同時，低的吐絲溫度有利於控制盤條表面氧化鐵厚度，利於後續拉拔性能。

本發明所述冷卻工序，採用先快冷後慢冷的冷卻工藝；盤卷溫度≥600℃時冷卻速度為3～8℃/s，盤卷溫度＜600℃時，冷卻速度為0.5～2℃/s。

冷卻工藝中採取先適當快冷後慢冷的工藝設計，主要也是控制晶粒的長大，減輕鐵素體-珠光體帶狀偏析，同時避免出現異常淬火組織（如貝氏體、馬氏體）而造成強度過高惡化冷加工性能。

本發明所述線材免退火條件下可直接拉拔，拉拔減面率達50%不斷絲。

本發明所述線材規格為φ6.5mm。

採用上述技術方案所產生的有益效果在於：1、本發明通過優化化學成分及加熱、軋制、冷卻工藝，獲得了理想的組織性能指標，具備了省略退火直接拉拔且拉拔減面率可達50%不斷絲的效果，滿足了客戶需求。2、本發明線材顯微組織由鐵素體+珠光體組成，鐵素體比例≥50%，晶粒度10～12級。3、本發明

線材抗拉強度600～660mpa，伸長率≥30%，面縮率≥70%。

附圖說明

圖1為實施例1合金鋼線材顯微組織圖；

圖2為對比例1合金鋼線材顯微組織圖。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步詳細的說明。

實施例1

本實施例免退火合金鋼線材化學成分組成及其質量百分含量為：c：0.20%，mn：1.55%，si：0.25%，p：0.008%，s：0.004%，cr：1.10%，ti：0.08%，其餘為鐵和不可避免的雜質元素。

本實施例免退火合金鋼線材的生產方法包括加熱、軋制和冷卻工序，具體工藝步驟如下所述：

（1）加熱工序：鋼坯在加熱爐中加熱，加熱溫度1210℃，殘氧量1.5%，在爐時間135min；

（2）軋制工序：鋼坯經高速軋製成盤條，精軋溫度850℃，吐絲溫度780℃；

（3）冷卻工序：盤條進入冷卻輥道，盤卷溫度≥600℃時冷卻速度為7℃/s，盤卷溫度＜600℃時，冷卻速度為1.2℃/s。

本實施例φ6.5mm規格的合金鋼線材，組織為鐵素體+珠光體，鐵素體比例52%，晶粒度10.5級，抗拉強度640mpa，伸長率31%，面縮率70%；該線材在不退火條件下連續拉拔至φ4.58mm不斷絲，拉拔減面率50%；合金鋼線材顯微組織見圖1。（實施例2-7合金鋼線材顯微組織圖與圖1相似，故省略。）

實施例2

本實施例免退火合金鋼線材化學成分組成及其質量百分含量為：c：0.22%，mn：1.35%，si：0.41%，p：0.007%，s：0.003%，cr：1.08%，ti：0.05%，其餘為鐵和不可避免的雜質元素。

本實施例免退火合金鋼線材的生產方法包括加熱、軋制和冷卻工序，具體工藝步驟如下所述：

（1）加熱工序：鋼坯在加熱爐中加熱，加熱溫度1160℃，殘氧量3.5%，在爐時間140min；

（2）軋制工序：鋼坯經高速軋製成盤條，精軋溫度800℃，吐絲溫度760℃；

（3）冷卻工序：盤條進入冷卻輥道，盤卷溫度≥600℃時冷卻速度為5℃/s，盤卷溫度＜600℃時，冷卻速度為1.0℃/s。

本實施例φ6.5mm規格的合金鋼線材，組織為鐵素體+珠光體，鐵素體比例50%，晶粒度11級，抗拉強度635mpa，伸長率30%，面縮率71%；該線材在不退火條件下連續拉拔至φ4.58mm不斷絲，拉拔減面率50%。

實施例3

本實施例免退火合金鋼線材化學成分組成及其質量百分含量為：c：0.25%，mn：1.15%，si：0.30%，p：0.010%，s：0.004%，cr：1.34%，ti：0.11%，其餘為鐵和不可避免的雜質元素。

本實施例免退火合金鋼線材的生產方法包括加熱、軋制和冷卻工序，具體工藝步驟如下所述：

（1）加熱工序：鋼坯在加熱爐中加熱，加熱溫度1190℃，殘氧量2.8%，在爐時間120min；

（2）軋制工序：鋼坯經高速軋製成盤條，精軋溫度780℃，吐絲溫度800℃；

（3）冷卻工序：盤條進入冷卻輥道，盤卷溫度≥600℃時冷卻速度為8℃/s，盤卷溫度＜600℃時，冷卻速度為0.5℃/s。

本實施例φ6.5mm規格的合金鋼線材，組織為鐵素體+珠光體，鐵素體比例53%，晶粒度12級，抗拉強度660mpa，伸長率33%，面縮率72%；該線材在不退火條件下連續拉拔至φ4.58mm不斷絲，拉拔減面率50%。

實施例4

本實施例免退火合金鋼線材化學成分組成及其質量百分含量為：c：0.28%，mn：1.05%，si：0.35%，p：0.008%，s：0.010%，cr：1.20%，ti：0.06%，其餘為鐵和不可避免的雜質元素。

本實施例免退火合金鋼線材的生產方法包括加熱、軋制和冷卻工序，具體工藝步驟如下所述：

（1）加熱工序：鋼坯在加熱爐中加熱，加熱溫度1180℃，殘氧量5%，在爐時間130min；

（2）軋制工序：鋼坯經高速軋製成盤條，精軋溫度820℃，吐絲溫度770℃；

（3）冷卻工序：盤條進入冷卻輥道，盤卷溫度≥600℃時冷卻速度為5℃/s，盤卷溫度＜600℃時，冷卻速度為1.0℃/s。

本實施例φ6.5mm規格的合金鋼線材，組織為鐵素體+珠光體，鐵素體比例52%，晶粒度10級，抗拉強度600mpa，伸長率34%，面縮率72%；該線材在不退火條件下連續拉拔至φ4.58mm不斷絲，拉拔減面率50%。

實施例5

本實施例免退火合金鋼線材化學成分組成及其質量百分含量為：c：0.30%，mn：0.85%，si：0.45%，p：0.006%，s：0.002%，cr：1.00%，ti：0.15%，其餘為鐵和不可避免的雜質元素。

本實施例免退火合金鋼線材的生產方法包括加熱、軋制和冷卻工序，具體工藝步驟如下所述：

（1）加熱工序：鋼坯在加熱爐中加熱，加熱溫度1250℃，殘氧量2.5%，在爐時間100min；

（2）軋制工序：鋼坯經高速軋製成盤條，精軋溫度830℃，吐絲溫度780℃；

（3）冷卻工序：盤條進入冷卻輥道，盤卷溫度≥600℃時冷卻速度為3℃/s，盤卷溫度＜600℃時，冷卻速度為2℃/s。

本實施例φ6.5mm規格的合金鋼線材，組織為鐵素體+珠光體，鐵素體比例54%，晶粒度10.5級，抗拉強度640mpa，伸長率33%，面縮率73%；該線材在不退火條件下連續拉拔至φ4.58mm不斷絲，拉拔減面率50%。

實施例6

本實施例免退火合金鋼線材化學成分組成及其質量百分含量為：c：0.35%，mn：1.00%，si：0.50%，p：0.007%，s：0.005%，cr：1.50%，ti：0.09%，其餘為鐵和不可避免的雜質元素。

本實施例免退火合金鋼線材的生產方法包括加熱、軋制和冷卻工序，具體工藝步驟如下所述：

（1）加熱工序：鋼坯在加熱爐中加熱，加熱溫度1150℃，殘氧量0.5%，在爐時間120min；

（2）軋制工序：鋼坯經高速軋製成盤條，精軋溫度810℃，吐絲溫度750℃；

（3）冷卻工序：盤條進入冷卻輥道，盤卷溫度≥600℃時冷卻速度為4℃/s，盤卷溫度＜600℃時，冷卻速度為1.5℃/s。

本實施例φ6.5mm規格的合金鋼線材，組織為鐵素體+珠光體，鐵素體比例53%，晶粒度11級，抗拉強度650mpa，伸長率30%，面縮率74%；該線材在不退火條件下連續拉拔至φ4.58mm不斷絲，拉拔減面率50%。

實施例7

本實施例免退火合金鋼線材化學成分組成及其質量百分含量為：c：0.28%，mn：1.31%，si：0.42%，p：0.003%，s：0.002%，cr：1.09%，ti：0.06%，其餘為鐵和不可避免的雜質元素。

本實施例免退火合金鋼線材的生產方法包括加熱、軋制和冷卻工序，具體工藝步驟如下所述：

（1）加熱工序：鋼坯在加熱爐中加熱，加熱溫度1210℃，殘氧量0.05%，在爐時間150min；

（2）軋制工序：鋼坯經高速軋製成盤條，精軋溫度815℃，吐絲溫度785℃；

（3）冷卻工序：盤條進入冷卻輥道，盤卷溫度≥600℃時冷卻速度為6℃/s，盤卷溫度＜600℃時，冷卻速度為1.2℃/s。

本實施例φ6.5mm規格的合金鋼線材，組織為鐵素體+珠光體，鐵素體比例55%，晶粒度11.5級，抗拉強度628mpa，伸長率35%，面縮率73%；該線材在不退火條件下連續拉拔至φ4.58mm不斷絲，拉拔減面率50%。

對比例1

本實施例合金鋼線材化學成分組成及其質量百分含量為：c：0.33%，mn：1.25%，si：0.40%，p：0.007%，s：0.005%，cr：1.30%，ti：0.09%，其餘為鐵和不可避免的雜質元素。

本對比例合金鋼線材的生產方法包括加熱、軋制和冷卻工序，具體工藝步驟如下所述：

（1）加熱工序：鋼坯在加熱爐中加熱，加熱溫度1120℃，殘氧量2.5%，在爐時間95min；

（2）軋制工序：鋼坯經高速軋製成盤條，精軋溫度900℃，吐絲溫度850℃；

（3）冷卻工序：盤條進入冷卻輥道，冷卻速度為2.5℃/s，冷卻至室溫。

本實施例φ6.5mm規格的合金鋼線材，組織為鐵素體+珠光體+貝氏體+馬氏體，鐵素體比例33%，晶粒度10級，抗拉強度745mpa，伸長率24%，面縮率61%；該線材在不退火條件下拉拔至φ4.58mm斷絲較頻繁，無法正常生產；合金鋼線材顯微組織見圖2。

以上實施例僅用以說明而非限制本發明的技術方案，儘管參照上述實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解：依然可以對本發明進行修改或者等同替換，而不脫離本發明的精神和範圍的任何修改或局部替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。