1.本发明属于冶金技术领域，涉及到一种10.9级免退火冷镦钢及其轧制方法。
背景技术：
2.目前10.9级螺栓、螺母等紧固件用户主要加工工艺为一球两抽或两球两抽，即酸洗磷皂化
→
拉拔
→
退火
→
拉拔
→
冷成型
→
热处理
→
表面处理，或者退火
→
酸洗磷皂化
→
拉拔
→
退火
→
拉拔
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冷成型
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热处理
→
表面处理。该钢种由于含c量较高，因此材料硬度较高，塑性变形能力差。紧固件厂商在冷镦加工之前需进行球化退火处理，以软化材料，降低材料的硬度，减少冷镦过程中可能造成的开裂，且制作较大规格10.9级螺栓时，容易出现的淬透性不足问题。为此，本发明通过以下手段对材料进行优化，使材料可以减少退火工序：
3.1)通过合理的化学成分设计来控制材料的强度、硬度、塑性、淬透性等性能指标：如适当降低mn的含量，来降低材料的强度和硬度；组合加入一定配比的nb、v、ni、稀土元素等微合金元素，通过微合金化以及组合元素之间的共同作用，来细化组织中的铁素体和珠光体组织的晶粒度，为珠光体球化提供前提条件，提高材料的塑性；同时加入的稀土元素能起到精炼脱硫、中和低熔点有害杂质的作用，并可以降低钢的加工硬化性能；通过添加适量的cr、b、ti元素，从而提高材料的淬透性。
4.2)通过低温加热阻止钢坯原始奥氏体晶粒长大；通过超高的除鳞水压，充分除去钢坯表面的氧化铁皮，保证钢坯的表面质量良好；钢坯在粗、中轧阶段采用大变形量使奥氏体组织充分破碎，从而得到细小而弥散的奥氏体晶粒；从粗中轧、精轧到减定径轧制过程中，钢坯在较低温度及较大变形量下进行轧制，使钢在γ+a两相区快速变形，诱导奥氏体在剧烈变形过程中发生动态相变，析出细小而分布均匀铁素体，使组织中铁素体比例增加。通过调整保温罩开闭、辊道速度等手段，使材料的最终组织中铁素体比例提高，珠光体中碳化物偏球化，从而达到降低材料的硬度、提高材料塑性的目的。
5.下游用户减少了退火工序后，节省了时间成本，又降低了能耗成本，同时响应了国家的节能环保政策。随着社会经济的可续发展，能源、环保问题越来越得到国家的重视，而免退火冷镦钢产品则具有广阔的发展前景。
技术实现要素：
6.针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种10.9级免退火冷镦钢及其轧制方法，通过降低盘条的抗拉强度和硬度，提高塑性和淬透性，提高材料的最终组织中铁素体比例及珠光体中碳化物球化比例，使材料在经过酸洗磷皂化后可不退火直接拉拔或者由两次退火工艺减少为一次退火工艺。
7.本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
8.本发明的10.9级免退火冷镦钢，各化学成分以及百分含量为：c：0.42
‑
0.44％，si：0.10
‑
0.30％，mn：0.35
‑
0.60％，p：≤0.030％，s：≤0.030％，cr：0.30
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0.40％，alt：0.020
‑
0.055％，ti：0.020
‑
0.050％，b：0.0015
‑
0.0035％，v：0.005
‑
0.010％，nb：0.010
‑
0.020％、
ni：0.005
‑
0.010％，稀土元素：0.010
‑
0.020％，其余为fe及不可避免的杂质。
9.相比于10.9级普通冷镦钢，该10.9级免退火冷镦钢成分设计具有以下优势：降低了mn元素的含量，以降低热轧态硬度和冷加工硬化指数，减少盘条拉拔归圆过程中的硬度增加；少量的稀土元素可在精炼过程中起到脱硫、中和低熔点有害杂质的作用，从而改善钢的加工性能，减少材料冷镦开裂的可能性；少量nb、v、ni等微合金元素的加入，在加热过程中可以起到抑制奥氏体晶粒的长大，在控轧控冷过程中可以起到抑制再结晶及再结晶晶粒的长大，同时配合低温轧制，使得材料的组织晶粒度细小，铁素体含量比例达60％以上，得到与退火状态下相接近的粒状珠光体；加入cr、b元素可以增加淬透性，并使用ti元素固化n元素，以保证自由b元素的含量≥0.0005％；
10.一种10.9级免退火冷镦钢的轧制方法，步骤如下：
11.(1)钢坯在加热炉内经过三段加热：预热段温度为700
‑
800℃，保温时间20
‑
40min，加热段温度为800
‑
850℃，保温时间30
‑
60min，均热段温度为900
‑
950℃，保温时间80
‑
110min；
12.(2)经高压水除磷，除磷水压要求≥20mpa，开轧温度为820
‑
870℃；
13.(3)钢坯进行粗、中轧，轧制变形量控制在70％
‑
90％；之后进入精轧机，进精轧温度为750
‑
800℃，轧制变形量控制在20％
‑
40％；再进入减定径轧机，减定径入口温度为740～790℃，轧制变形量控制在20％
‑
40％；出吐丝机，吐丝温度为720～750℃；
14.(4)出吐丝机后盘条在斯太尔摩冷却线缓冷，风机全部关闭，前4个保温罩开启，其余18个保温罩关闭，辊道速度控制在0.12
‑
0.20m/s。
15.进一步地，步骤(1)中，预热段温度为745
‑
753℃，保温时间30
‑
34min；加热段温度为825
‑
836℃，保温时间32
‑
45min，均热段温度为924
‑
932℃，保温时间100
‑
105min。
16.进一步地，步骤(2)中，除磷水压为20
‑
22mpa。
17.进一步地，步骤(2)中，开轧温度为844
‑
860℃。
18.进一步地，步骤(3)中，进精轧温度为773
‑
777℃；减定径入口温度为754
‑
768℃；吐丝温度为736
‑
738℃。
19.相比于10.9级普通冷镦钢，该10.9级免退火冷镦钢轧制方法具有以下优势：钢坯在加热炉中需经过预热段、加热段、均热段三段加热，预热段对钢坯进行预热，使组织部分奥氏体化，加热段和均热段充足的保温时间使组织奥氏体均匀化，较低的温度阻止奥氏体晶粒长大；钢坯经20mpa以上的超高的除鳞水压，充分除去钢坯表面的氧化铁皮，保证钢坯的表面质量良好；钢坯在粗、中轧阶段采用大变形量使奥氏体组织充分破碎，从而得到细小而弥散的奥氏体晶粒；从粗中轧、精轧到减定径轧制过程中，钢坯在较低温度及较大变形量下进行轧制，使钢在γ+a两相区快速变形，诱导奥氏体在剧烈变形过程中发生动态相变，析出细小而分布均匀铁素体，使组织中铁素体比例增加；打开前4个保温罩，使得超细化的铁素体晶粒适当粗化，使材料的强度和硬度降低；采用0.12
‑
0.20m/s的慢辊道速度，控制冷却速度小于0.3m/s，使得盘条形成较细且偏球化的珠光体组织，减少贝氏体组织的生成，从而保证了盘条具有较低的硬度和较高的塑性。
20.本发明主要用于轧制规格为5.5
‑
26.0mm的免退火冷镦钢盘条。按照本发明轧制的热轧盘条的抗拉强度在550
‑
650mpa范围内，断面收缩率≥40％，硬度≤80hrb，盘条组织中铁素体比例在60％以上，用户拉拔成精线的硬度≤85hrb，而同工艺普通产品精线硬度可达
100hrb以上。
21.本发明的有益效果为：
22.通过对合金成分及轧制工艺的合理化设计，降低了盘条的抗拉强度和硬度，提高了塑性和淬透性，用户可不退火直接拉拔或减少一道退火工序，既免除了退火工序的时间和成本，又减少了因退火造成的环境污染，从而达到降本增效、节能环保的目的。
具体实施方式
23.下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
24.实施例1：
25.本实施例连铸坯化学成分按重量百分比为：c：0.44％，si：0.15％，mn：0.38％，p：0.015％，s：0.003％，cr：0.35％，alt：0.031％，ti：0.034％，b：0.0022％，v：0.006％，nb：0.019％、ni：0.007％，稀土元素：0.012％，其余为fe及不可避免的杂质。
26.将其轧制成规格为8mm的盘条，轧制工艺为：预热段温度为753℃，保温时间34min，加热段温度为836℃，保温时间45min，均热段温度为932℃，保温时间102min；经高压水除磷，除磷水压20.5mpa，开轧温度为860℃；钢坯进行粗、中轧，轧制变形量为81％；之后进入精轧机，进精轧温度为773℃，轧制变形量为31％；再进入减定径轧机，减定径入口温度为768℃，轧制变形量为30％；出吐丝机，吐丝温度为736℃；出吐丝机后盘条在斯太尔摩冷却线缓冷，风机全部关闭，前4个保温罩开启，其余18个保温罩关闭，11段辊道速度分别为0.12/0.14/0.14/0.14/0.14/0.14/0.14/0.14/0.14/0.14/0.16/0.18m/s。
27.本实施例所制盘条的抗拉强度为606mpa，断面收缩率为45％，硬度为77.8hrb，盘条组织中铁素体比例62％，其余为粒状珠光体和少量片状珠光体，用户直接拉拔成精线的硬度为80.2hrb，加工成螺栓和螺母无开裂、淬透性不足的问题。
28.实施例2：
29.本实施例连铸坯化学成分按重量百分比为：c：0.43％，si：0.14％，mn：0.39％，p：0.012％，s：0.004％，cr：0.33％，alt：0.030％，ti：0.040％，b：0.0022％，v：0.008％，nb：0.014％、ni：0.006％，稀土元素：0.015％，其余为fe及不可避免的杂质。
30.将其轧制成规格为19mm的盘条，轧制工艺为：预热段温度为745℃，保温时间30min，加热段温度为825℃，保温时间32min，均热段温度为924℃，保温时间100min；经高压水除磷，除磷水压21.0mpa，开轧温度为847℃；钢坯进行粗、中轧，轧制变形量为79％；之后进入精轧机，进精轧温度为777℃，轧制变形量为30％；再进入减定径轧机，减定径入口温度为763℃，轧制变形量为32％；出吐丝机，吐丝温度为736℃；出吐丝机后盘条在斯太尔摩冷却线缓冷，风机全部关闭，前4个保温罩开启，其余18个保温罩关闭，11段辊道速度分别为0.14/0.16/0.16/0.16/0.16/0.16/0.16/0.16/0.16/0.16/0.18/0.20。
31.本实施例所制盘条的抗拉强度为599mpa，断面收缩率为47％，硬度为75.9hrb，盘条组织中铁素体比例65％，其余为粒状珠光体和少量片状珠光体，用户直接拉拔成精线的硬度为80.1hrb，加工成螺栓和螺母无开裂、淬透性不足的问题。
32.实施例3：
33.本实施例连铸坯化学成分按重量百分比为：c：0.44％，si：0.16％，mn：0.40％，p：
0.015％，s：0.011％，cr：0.38％，alt：0.031％，ti：0.036％，b：0.0021％，v：0.010％，nb：0.013％、ni：0.009％，稀土元素：0.018％，其余为fe及不可避免的杂质。
34.将其轧制成规格为24mm的盘条，轧制工艺为：预热段温度为752℃，保温时间33min，加热段温度为829℃，保温时间35min，均热段温度为927℃，保温时间105min；经高压水除磷，除磷水压22.0mpa，开轧温度为844℃；钢坯进行粗、中轧，轧制变形量为80％；之后进入精轧机，进精轧温度为775℃，轧制变形量为33％；再进入减定径轧机，减定径入口温度为754℃，轧制变形量为29％；出吐丝机，吐丝温度为738℃；出吐丝机后盘条在斯太尔摩冷却线缓冷，风机全部关闭，前4个保温罩开启，其余18个保温罩关闭，11段辊道速度分别为0.20/0.20/0.20/0.20/0.20/0.20/0.20/0.20/0.20/0.20/0.20/m/s。
35.本实施例所制盘条的抗拉强度为612mpa，断面收缩率为44％，硬度为76.1hrb，盘条组织中铁素体比例63％，其余为粒状珠光体和少量片状珠光体，用户直接拉拔成精线的硬度为82.8hrb，加工成螺栓和螺母无开裂、淬透性不足的问题。
36.所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。