CN112813346A

CN112813346A - 适用于6.8和8.8级耐候紧固件的冷镦钢及生产方法

Info

Publication number: CN112813346A
Application number: CN202011594474.5A
Authority: CN
Inventors: 陈红卫; 赵海涛; 刘泳; 齐建军; 田志强; 李光; 刘大为; 徐德录; 张华�; 常建伟; 马超; 孙剑; 任刚; 焦雪城
Original assignee: HBIS Co Ltd; Beijing Guowang Fuda Technology Development Co Ltd
Current assignee: HBIS Co Ltd; Beijing Guowang Fuda Technology Development Co Ltd
Priority date: 2020-12-29
Filing date: 2020-12-29
Publication date: 2021-05-18

Abstract

本发明公开了一种适用于6.8和8.8级耐候紧固件的冷镦钢及生产方法，其成分按重量百分比计如下：C 0.09%～0.13%、Si 0.32%～0.5%、Mn 0.7%～1.2%、P≤0.020%、S≤0.010%、Cr 0.50%～0.75%、Ni 0.15%～0.3%、Cu 0.25%～0.4%、V 0.06～0.11%、Al≥0.010%、N 0.009%～0.013%，其它为Fe和不可避免杂质元素。本冷镦钢所制备的紧固件与耐候角钢的电位差低于50mv，不存在电偶腐蚀，可有效保证输电耐候铁塔在大气中长期使用的安全性；本冷镦钢采用低碳设计，具有良好的加工性能，1/3冷顶锻试验试样完好率100%。本冷镦钢具有良好的力学性能，可用于生产6.8级、8.8级两个强度级别紧固件，且所生产的紧固件与耐候角钢的电位差很低，有效地避免了电偶腐蚀导致的安全隐患。

Description

适用于6.8和8.8级耐候紧固件的冷镦钢及生产方法

技术领域

本发明涉及一种冷镦钢，尤其是一种适用于6.8和8.8级耐候紧固件的冷镦钢及生产方法。

背景技术

我国输电铁塔以角钢塔为主，而角钢塔加工采用酸洗+热浸锌工艺，该工艺对环境污染严重；在该工艺逐渐受限及环境需求的情况下，耐候角钢已开始在工程上进行应用；但与角钢塔配套的6.8级、8.8级以上Ф20以下耐候螺栓用钢的开发总体滞后。目前基于桥梁建筑的耐候螺栓用钢的研究较多，大多考虑10.9级以上Ф30以上大规格螺栓，大规格高强度螺栓考虑高强度势必增加C含量及合金元素；而铁塔耐候角钢为Q420以下的低碳钢，如与角钢塔连接存在电偶腐蚀导致安全隐患，且成本较高。

申请号为201610129356.4的中国专利申请，公开了一种耐大气腐蚀冷镦钢热轧盘条及其生产方法，其成分按重量百分含量为：C 0.12～0.18％、Si 0.15～0.35％、Mn 0.60～0.90％、P≤0.030％、S≤0.030％、Cr 0.70～0.90％、Ni 0.20～0.50％、Cu 0.20～0.50％，其余为铁和微量杂质。该技术所述的成分范围中考虑了提高钢的耐候性，较常见的8.8级冷镦钢盘条中的C、Mn元素含量降低，但未添加增加淬透性的元素如B、Mo、V，在满足8.8级紧固件对强度的要求方面存在困难，特别的是对于Ф20及以上规格满足能力较低。

申请号：201310290465.0的中国专利申请，公开了一种耐大气腐蚀的高强度免退火冷镦钢的制备方法，其制备方法包括熔化、氧化、检测合金成分并调整、精炼、浇铸、热轧、热处理，其化学元素重量的百分比为：C 0.35-0.50、Si 0.45-0.55、Mn 0.25-0.356、P0.005-0.025、S 0.005-0.02、Cr 0.35-0.55、Cu 0.65-0.80、Zn 1.0-1.2、W 0.2-0.3、Bi0.19-0.22、Yb 0.01-0.02、Ni 0.08-0.12、Sn 0.01-0.03、Gd 0.02-0.04、Dy 0.12-0.18、余量为铁。该冷镦钢在大气和水环境下，材料表面耐氧化腐蚀，具有较长的使用寿命，冷墩成型无须退火，进行热处理，金属消耗小，但强度高，可用于加工8.8级螺栓及配套螺母。与普通中高强度冷墩钢比，含碳量降低，具有优良的焊接性能。不足之处在于，该技术提供的的材料可满足8.8级螺栓及配套螺母的强度要求，但相比普通8.8级冷镦钢盘条来说，C含量有较大幅度的提高，在铁塔应用存在更大的电偶腐蚀；另外，该技术大量添加了贵金属和稀土元素，必将大大提高材料的生产成本，增加材料推广的难度，限制材料的使用范围。

申请号为201711333523.8的中国专利申请，公开了一种800MPa级紧固件用耐候冷镦钢盘条及其生产方法，其成分含量为：C 0.15％～0.30％、Si 0.10％～0.40％、Mn0.80％～1.20％、P≤0.035％、S≤0.040％、Cr 0.30％～0.70％、Ni 0.25％～0.55％、Cu0.15％～0.40％、V 0.02％～0.10％，其它为Fe和不可避免杂质元素。该冷镦钢中C含量从低碳到中碳，其他成分也覆盖较大的范围，当都在成分下限时很难满足8.8级性能的要求；特别对于该文件中所提到适用Ф15-Ф24规格，满足淬透性的能力不足；同时从其实施例也可看出，即使碳含量控制在中限，所得的螺栓性能821MPa\817MPa\826MPa也没有达到GB/T1231的8.8级要求的830MPa-1030MPa的要求，也即不能满足相应的拉力载荷的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种性能优良的适用于6.8和8.8级耐候紧固件的冷镦钢；本发明还提供了一种适用于6.8和8.8级耐候紧固件的冷镦钢的生产方法。

为解决上述技术问题，本发明成分按重量百分比计如下：C 0.09％～0.13％、Si0.32％～0.5％、Mn 0.7％～1.2％、P≤0.020％、S≤0.010％、Cr 0.50％～0.75％、Ni0.15％～0.3％、Cu 0.25％～0.4％、V 0.06～0.11％、Al≥0.010％、N 0.009％～0.013％，其它为Fe和不可避免杂质元素。

本发明所述冷镦钢线材规格为Ф13～Ф20mm。

本发明所述冷镦钢冷镦成型为6.8级紧固件；所述冷镦钢先冷镦成型再热处理为8.8级紧固件。

本发明成分设计说明如下：

C：C是钢中固溶强化作用最明显、提高强度最有效的元素，但随C含量增加，钢的强度、硬度上升，塑性、韧性下降。本发明针对6.8冷镦成型螺栓及8.8调质螺栓，为满足两种不同工艺的螺栓的的强度需要，与其他元素的合理匹配，并考虑与耐候角钢的耐候匹配，因此将其范围定为0.09～0.13％；

Si：Si是铁素体固溶强化元素，是有效提高钢抗弹性减退能力的元素，为了提高螺栓的屈服强度及抗弹减性能，故本发明Si的范围为0.32％～0.5％。

Mn：Mn起固溶强化和细晶强化的作用，并推迟珠光体和铁素体转变，同时是提高淬透性的有效合金元素，但该元素在高温时存在过热倾向。本发明Mn的范围为0.70％～1.2％。

P、S：P、S都是以偏析的杂质元素，为提高冷镦钢组织和性能的均匀性，考虑S的加工性能，本发明中P≤0.020％、S≤0.010％。

Cr：Cr可以显著提高钢的淬透性，同时Cr元素可以提高材料的耐腐蚀能力。综合考虑强度、组织控制和耐腐蚀能力等因素，确定Cr的成分范围为0.50％～0.75％。

Ni：Ni是奥氏体形成元素，与铬配合改善钢的高温抗氧化、应力腐蚀能力，并可改善冲击韧性。故Ni的成分范围为0.15％～0.3％。

Cu：Cu能显著提高钢的抗大气腐蚀性能，同时可提高钢的淬透性，在C低的情况下可有效提高钢的淬透性Cr的配合使用可以促进表面钝化膜的形成，降低钢基体的腐蚀诱发敏感性，提高钢材的耐蚀性能。故Cu的成分设计为0.25％～0.4％。

V：V在轧制过程中能抑制奥氏体的再结晶并阻止经理长大，VN细化铁素体晶粒，改善钢的强韧性。另外，V有效固溶后可以增加钢的淬透性，改善调质后组织的均匀性，将V的范围定为0.06～0.11％。

Al：Al作为合金化元素加入钢中时，与N结合可以明显细化晶粒，，从而显著提高钢的强韧性，同时还能降低冷脆倾向和时效倾向性，与Cu、Si、Cr等元素配合使用，还能提高钢的耐腐蚀性能。但过高的Al含量将影响钢的热加工性能和切削加工性能，因而Al含量控制为≥0.010％，最好为0.010～0.025％。

N：V需要依靠与N的结合形成VN，在高温时有效固溶并通过冷却控制来提高钢的淬透性和强韧性，同时N和Al结合细化晶粒，因此控制N 0.009％～0.013％。

本发明方法包括转炉冶炼、LF精炼、软吹处理、连铸和线材轧制工序；

所述线材轧制工序包括加热、轧制和冷却过程；所述加热过程中，加热时间为90min～120min、加热段温度为920～1150℃，均热段温度为1080～1130℃；所述轧制过程中，控制进精轧温度为830～850℃，控制吐丝温度为820～840℃；所述冷却过程中，斯太尔摩控冷工序入口辊道速度14～16m/min，各段递增0.6m/min，保温罩全部打开、风机全部关闭。

本发明方法所述连铸工序，全程氩气保护，控制过热度15～30℃，二冷比水量0.8～1.1L/kg，控制拉速1.70～2.0m/min。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明采用低碳高硅并添加V，V有效固溶并与Cr、Ni、Cu共同作用起到提高淬透性的作用，确保了冷镦钢所制备的紧固件能满足6.8级、8.8级两个强度级别紧固件的性能；本发明中，提高Si的含量可提高螺栓的屈服强度，提高其抗弹性减退的能力；本发明采用低碳设计并与Al、Cr、Ni、Cu匹配，使之具有良好的耐候性；本发明钢的点蚀电位≥-0.3V，72h周期浸润试验的腐蚀失重率≤3g/(m²*h)；本发明所制备的紧固件与耐候角钢的电位差低于50mv，不存在电偶腐蚀，可有效保证输电耐候铁塔在大气中长期使用的安全性；本发明采用低碳设计，具有良好的加工性能，1/3冷顶锻试验试样完好率100％。本发明具有良好的力学性能，可用于生产6.8级、8.8级两个强度级别紧固件，且所生产的紧固件与耐候角钢的电位差很低，有效地避免了电偶腐蚀导致的安全隐患。

本发明方法所得冷镦钢能满足6.8、8.8级耐候螺栓用材的需要，节约了生产成本，同时最大程度保证了冷镦钢的质量稳定性。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1-7：本适用于6.8和8.8级耐候紧固件的冷镦钢的生产方法包括转炉冶炼、LF精炼、软吹处理、连铸和线材轧制工序；各工序工艺如下所述：

(1)转炉冶炼工序：冶炼原料铁水中V≥0.06wt％，废钢(参考GB4223废钢铁)占入炉原料比例控制在10～12wt％；采用复吹转炉冶炼，全程底吹采用100％氩，并且采用控制转炉冶炼脱碳期和下渣，保持冶炼终点C≥0.08wt％。出钢时采用挡渣帽挡前期渣，挡渣球或挡渣塞挡后期渣，为提高挡渣效果，要加强对出钢口的维护；保证出钢时间≥4分钟。采用硅铁1.5～2.0kg/t钢和铝1.5～2.0kg/t钢进行沉淀脱氧；出钢1/3～1/2时，顺钢流加入钢合成精炼渣以及镍板2.0～3.0kg/t钢和铜板3.0～4.0kg/t钢，钢合成精炼渣为：冶金灰3.5～4.5kg/t钢、铝矾土2.0～3.0kg/t钢。各实施例所述转炉冶炼的工艺参数见表1。

表1：转炉冶炼的工艺参数

(2)LF精炼工序：采用铝粒3.0～4.0kg/t钢进行扩散脱氧，LF精炼全程底吹氩气；加入活性石灰1.5～2.5kg/t钢，萤石0～1.5kg/t钢、最好为0.8～1.5kg/t钢，进行造渣；终渣碱度：3.5～4.5；保持白渣时间≥20min，送电时间≥30min；白渣期加入氮化钒铁(FeV77N12)100～150kg。各实施例所述LF精炼的工艺参数见表2。

表2：LF精炼的工艺参数

(3)软吹处理工序：钢包进入吊包位进行吹氩处理，吹氩时间≥20min，出站加入≥1.5kg钢包覆盖剂、最好为1.5～2.0kg。

(4)连铸工序：采用150mm×150mm方坯，全程氩气保护，大包下渣检测；控制过热度15～30℃、目标过热度△T＝20℃，二冷比水量0.8～1.1L/kg，控制拉速1.70～2.0m/min、目标拉速1.85m/min。各实施例所述软吹处理和连铸的工艺参数见表3。

表3：软吹处理和连铸的工艺参数

(5)线材轧制工序：采用150mm×150mm连铸坯，包括加热、轧制和冷却过程；所述加热过程中，加热时间为90min～120min、加热段温度为920～1150℃，均热段温度为1080～1130℃，高压水除鳞压力≥18MPa；所述轧制过程中，控制进精轧温度为830～850℃，控制吐丝温度为820～840℃；所述冷却过程中，斯太尔摩控冷工序入口辊道速度14～16m/min，各段递增0.6m/min，保温罩全部打开、风机全部关闭。轧后即可得到规格为Ф13～Ф20mm的冷镦钢热轧盘条。各实施例所述线材轧制的工艺参数见表4。

表4：线材轧制的工艺参数

(6)各实施例所得冷镦钢热轧盘条的性能为：抗拉强度≥540MPa，屈服强度≥425MPa，延伸率≥25％，面缩率≥55％，1/3冷顶锻试样完好率100％；点蚀电位≥-0.3V，与耐候铁塔塔材的电位差小于50mV，72h周期浸润试验的腐蚀失重率≤3g/(m²*h)。各实施例所得冷镦钢热轧盘条的成分见表5；各实施例所得冷镦钢热轧盘条的性能见表6。

表5：所得冷镦钢热轧盘条的成分

实施例	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	Al	V	N
												1	0.130	0.450	0.70	0.008	0.004	0.50	0.24	0.25	0.015	0.09	0.0130
2	0.110	0.470	1.18	0.011	0.006	0.75	0.30	0.37	0.010	0.10	0.0092
												3	0.092	0.495	1.12	0.008	0.005	0.52	0.29	0.40	0.010	0.10	0.0103
4	0.100	0.320	0.97	0.020	0.007	0.73	0.15	0.28	0.018	0.07	0.0095
												5	0.126	0.480	0.77	0.012	0.010	0.71	0.24	0.36	0.020	0.10	0.0105
6	0.090	0.380	1.20	0.008	0.006	0.67	0.18	0.32	0.025	0.06	0.0110
												7	0.106	0.50	0.83	0.008	0.006	0.62	0.27	0.30	0.016	0.11	0.0090
对比1	0.32	0.14	0.74	0.01	0.003	0.027	0.005	0.02	0.03	0.005	0.045
												对比2	0.38	0.23	0.63	0.021	0.006	1.07	0.029	0.01	0.023	0.004	0.050

所述表5中，对比1和对比2为采用常规配比和常规工艺生产的冷镦钢热轧盘条。

表6：所得冷镦钢热轧盘条的性能

表6中，对比3为用作塔材的Q355耐候钢14mm角钢。

(7)6.8级紧固件制备：所述冷镦钢热轧盘条经冷镦成型后，即可得到所述6.8级紧固件。所述6.8级紧固件的性能为：抗拉强度≥600MPa，延伸率≥0.25％，硬度为89～99.5HRB。各实施例所得冷镦钢热轧盘条制成的6.8级紧固件的性能见表7。

表7：6.8级紧固件的性能

实施例	螺栓规格	抗拉强度MPa	面缩率％	延伸率％	硬度
						1	M12	720	--	0.3	98HRB
2	M12	710	--	0.3	97HRB
						3	M16	705	--	0.28	98HRB
4	M16	690	--	0.3	97HRB
						5	M18	690	--	0.36	96HRB
6	M20	688	--	0.35	95.5HRB
						7	M20	710	--	0.33	95HRB
对比1	M20	720	--	0.28	95HRB
						对比2	M20	710	--	0.26	94HRB

(8)8.8级紧固件制备：所述冷镦钢热轧盘条先经冷镦成型、再热处理，即可得到所述8.8级紧固件；热处理工艺为：采用淬火+回火工艺；淬火温度为900℃±20℃，介质为盐水；回火温度为450℃±20℃，回火介质为盐水。所述8.8级紧固件的性能为：抗拉强度≥870MPa，延伸率≥12％，硬度23～34HRC。各实施例所得冷镦钢热轧盘条制成的8.8级紧固件的性能见表8。

表8：8.8级紧固件的性能

Claims

1.一种适用于6.8和8.8级耐候紧固件的冷镦钢，其特征在于，其成分按重量百分比计如下：C 0.09%～0.13%、Si 0.32%～0.5%、Mn 0.7%～1.2%、P≤0.020%、S≤0.010%、Cr 0.50%～0.75%、Ni 0.15%～0.3%、Cu 0.25%～0.4%、V 0.06～0.11%、Al≥0.010%、N 0.009%～0.013%，其它为Fe和不可避免杂质元素。

2.根据权利要求1所述的适用于6.8和8.8级耐候紧固件的冷镦钢及生产方法，其特征在于：所述冷镦钢线材规格为Ф13～Ф20mm。

3.根据权利要求1所述的适用于6.8和8.8级耐候紧固件的冷镦钢及生产方法，其特征在于，所述冷镦钢冷镦成型为6.8级紧固件；所述冷镦钢先冷镦成型再热处理为8.8级紧固件。

4.权利要求1所述适用于6.8和8.8级耐候紧固件的冷镦钢的生产方法，其特征在于：其包括转炉冶炼、LF精炼、软吹处理、连铸和线材轧制工序；

5.根据权利要求4所述的适用于6.8和8.8级耐候紧固件的冷镦钢的生产方法，其特征在于：所述连铸工序，全程氩气保护，控制过热度15～30℃，二冷比水量0.8～1.1L/kg，控制拉速1.70～2.0m/min。