控制非调质高强螺栓钢高包辛格效应的方法与流程

本发明属于深加工拉拔技术控制领域，特别是提供了一种控制铁素体-珠光体类型非调质高强螺栓钢高Bauschinger效应的控制方法，用于生产控制非调质钢的高线控制和用户加工控制技术。

背景技术：

随着社会的高速发展，为了满足未来的可持续发展，低能耗、低污染和高性能的钢材成为发展的方向。深加工行业逐渐向高效率、低成本和加工流程减量化的方向快速发展，使得适应新流程的新材料开发迫在眉睫。

国内传统高强(8.8级及以上)螺栓，均采用中碳钢、低碳合金钢或中碳合金钢进行调质(淬火+回火)处理。而采用冷作强化非调质冷镦钢来制造高强度螺栓产品可省去钢材冷拔前的退火处理和螺栓成形后的调质处理，仅取消调质处理一项，吨钢节约成本800-1000元，在很大程度上简化了生产工序，缩短了生产周期，降低了能源消耗，同时还避免了因热处理而造成的表面氧化、脱碳及工件变形等问题，因而具有显著的经济效益和社会效益，冷作强化非调质冷镦钢是高强度紧固件的新工艺路线，是今后的发展方向。

关于冷作强化非调质钢国内外研究较多，国外日本新日铁NHF-S(Nippon Steel Low Carbon High Tensile Cold Forming Wire Rod-Special)系列钢、神户KNCH(Kobe Non Heat Treatment Cold Heading Wire Rod)、日本大同MC8以及国内马钢超细晶非调质钢等方向，成为高强冷镦钢发展的方向之一。但是制约非调质钢发展的关键环节是由于通过拉拔冷作强化后强度已经达到高强化，深加工螺栓镦头过程中强度高、磨具损耗大和易开裂等问题限制着非调质钢高强螺栓的大量使用。而传统高强螺栓是拉拔镦头成螺栓后进行调质处理获得高强性能，但存在成本高和表面脱碳、变形等问题。因此，研究非调质高强螺栓拉拔后镦头的高Bauschinger效应，降低用户镦头磨具损耗，成为非调质高强螺栓钢得到市场认可的关键技术。

关于冷作强化非调质高强螺栓钢研究较多，主要有下面几种组织类型，包括铁素体-珠光体类型、铁素体-贝氏体类型、铁素体-马氏体双相类型以及超细晶类型钢。专利200910144282.1中提出了10.9级含铬非调质冷镦钢及其热轧盘条的轧制方法，通过添加合金Cr元素的成分优化设计与750～830℃的低温轧制的方法，获得细化的粒状贝氏体组织。其技术思路是通过低温轧制获得超细晶粒贝氏体组织，从而获得良好的冷加工性和韧性。专利200910144284.0中提出了10.9级含铌非调质冷镦钢及其热轧盘条的轧制方法，提出通过添加合金Nb元素的成分优化设计与750～830℃的低温轧制的方法，获得细化的粒状贝氏体组织。其技术思路是通过低温轧制和Nb的析出细化晶粒获得超细晶贝氏体组织，从而获得良好的冷加工性和韧性。专利中201010223245.2提出了紧固件用非调质贝氏体冷镦钢及其制造方法，采用C-Mn钢基础上，通过添加微量元素B，获得贝氏体型非调质冷镦钢，以上专利均为贝氏体型非调质冷镦钢。专利201510401847.5提出了含硼非调质双相冷镦钢的高线轧制方法，采用C-Mn钢的基础上，通过添加微量B，获得铁素体-马氏体型双相冷镦钢的高线轧制方法。专利201010127852.9中提出了高强度紧固件用非调质冷镦钢及其制造方法，采用在C-Mn成分基础上添加Cr元素，通过斯太尔摩线控制获得铁素体+珠光体的常规组织，但没有研究控制高Bauschinger效应的方法。专利200710036254.9中提出了高强度紧固件用非调质双相冷镦钢及其制造方法，该专利在C-Mn元素的基础上，通过添加V、Nb或V-Nb复合的强化方式，通过斯太尔摩风冷线控制铁素体+马氏体双相组织。以上专利均为不同类型非调质钢种开发控制技术方法，本文主要通过预变形-镦头的方式研究铁素体-珠光体类型钢获得低加工硬化高Bauschinger效应的一种深加工控制方法。

技术实现要素：

本发明本发明的怒地在于提供一种控制铁素体-珠光体类型非调质高强螺栓钢高包辛格效应的方法，解决了铁素体-珠光体类型非调质高强螺栓钢加工过程镦头磨具损耗高、镦头容易开裂等问题，适合冷作强化非调质钢镦头低加工硬化的控制，具体工艺步骤及控制的技术参数为：

1、斯太尔摩风冷控制，通过加盖保温罩，控制轧后冷速1-3℃/s，获得铁素体含量为45-55％；

Bauschinger效应的大小与多种因素有关。对于铁素体-珠光体型钢，与增加线材轧后冷却速度和冷拉拔减面率密切相关。其中，通过控制轧后冷却速度，减少铁素体含量，使得位错密度局部增加，因而获得Bauschinger效应值的增加。

2、铁素体-珠光体类型热轧材料，经深加工拉拔处理(冷作强化)，拉拔减面率控制在20-25％；

Bauschinger效应是在金属塑性加工过程中正向加载引起的塑性应变强化导致金属材料在随后的反向加载过程中呈现塑性应变软化(屈服极限降低)的现象。当将金属材料先拉伸到塑性变形阶段后卸载至零，再反向加载，即进行压缩变形时，材料的压缩屈服极限比原始态(即未经预先拉伸塑性变形而直接进行压缩)的屈服极限明显要低。高强螺栓加工工艺为热轧材料---酸洗---拉拔变形---镦头，热轧材料拉拔过程属于正向加载引起应变强化，镦头过程属于反向加载过程。充分利用钢种包辛格特性降低镦头磨具损耗是非调质高强螺栓钢控制的关键因素。

在正向变形时，位错运动形成位错缠结或胞状组织。这种位错结构在力学上是相当稳定的，如果此时卸载并随后同向加载，位错线不能继续进行显著运动。但若卸载后施加反向载荷，位错反向运动。在反向路径上，位错阻碍数量较少，位错可以在较低应力下移动较大距离。故正、反向位错叠加或抵消是高强螺栓用非调质钢形成包辛格效应的机理。因此，拉拔过程预变性量(拉拔减面率)是控制非调质钢微观组织中正向位错量的关键因素。最佳冷拉拔减面率选取原则为包辛格效应最大而应变硬化指数尚未增加的阶段。在这阶段，微观组织上对应着位错充分增值和缠结，材料原滑移系开动困难但是还没有发生形变孪晶，或者虽有孪晶但位错没有进一步增值阶段。

控制铁素体-珠光体类型非调质高强螺栓钢拉拔预变形量为20％，Bauschinger效应值获得最大，达到200Mpa。

本发明的优点在于：控制铁素体-珠光体类型非调质高强螺栓用钢铁素体比率和冷拉拔减面率，获得组织内部最佳的正向位错密度，获得较高的包辛格效应值。

附图说明

图1为铁素体-珠光体非调质高强螺栓用钢微观组织图。

图2为铁素体-珠光体钢预变形5％的预变形与镦头压缩应力-应变曲线图。

图3为铁素体-珠光体钢预变形15％的预变形与镦头压缩应力-应变曲线图。

图4为铁素体-珠光体钢预变性25-55％后镦头模拟压缩应力-应变曲线图。

图5为铁素体-珠光体钢预变形量与包辛格效应值的关系曲线图。

具体实施方式

实施例1

本发明在高线160mm²生产Φ6.5mm盘条中得到应用，获得了性能优异的非调质钢。

1斯太尔摩风冷控制，盖保温罩5-22#，控制缓冷冷速1℃/s,获得组织中铁素体含量为50-55％；

2.热轧盘条经用户深加工拉拔处理拉拔单道次减面率控制在25％。

表1为￠6.5mm铁素体-珠光体类型钢热轧盘条的力学性能和拉拔后钢丝性能。

实施例2

本发明在首钢高线160mm²生产Φ6.5mm盘条中得到应用，获得了性能优异的非调质钢。

1斯太尔摩风冷控制，盖保温罩5-18#，控制缓冷冷速3℃/s,获得铁素体含量为45-50％；

2.将热轧材料经用户深加工拉拔处理拉拔单道次减面率控制在20％。

表1为φ6.5mm铁素体-珠光体类型钢热轧盘条的力学性能和拉拔后钢丝性能。