汽車緊固件用SCM435盤條工藝開發(fā)

彭學(xué)藝，王 楊，鄭宏偉

(南京鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京 210035)

SCM435熱軋盤條作為10.9～12.9級高強(qiáng)度級別緊固件用鋼，廣泛應(yīng)用于軌道交通、汽車、工程機(jī)械等領(lǐng)域[1-2]。目前國內(nèi)生產(chǎn)高速線材的鋼鐵企業(yè)基本上都有SCM435盤條生產(chǎn)線。南京鋼鐵股份有限公司高速線材廠有1條高速線材(線徑φ5～22 mm)和1條大盤卷生產(chǎn)線(線徑φ23～40 mm)，主要用于生產(chǎn)制作汽車緊固件。為滿足下游拉絲廠及緊固件廠家的不同需求，鋼廠需結(jié)合下游用戶加工工藝特點(diǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量特性，從原材料生產(chǎn)到緊固件制造，精準(zhǔn)識別熱軋盤條生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵點(diǎn)，進(jìn)行SCM435盤條的工藝開發(fā)。

1 產(chǎn)品路線

1.1 原材料生產(chǎn)

根據(jù)不同用戶需求，目前SCM435盤條有2條生產(chǎn)路徑，分別為：

1)一火材：EAF→LF→VD→CCM(150×150 mm)→高線軋制；

2)二火材：EAF→LF→VD→CCM(320×480 mm)→開坯→高線軋制。

1.2 緊固件制造

根據(jù)緊固件不同的應(yīng)用領(lǐng)域及其服役條件，下游緊固件廠精線改制工藝也不盡相同，常規(guī)工藝大體可以分為以下3種：

1)一球一拉：盤條→拋丸/酸洗→球化退火→酸洗→磷皂化→拉拔；

2)一球兩拉：盤條→拋丸/酸洗→磷皂化→粗拉→球化退火→酸洗→磷皂化→精拉；

3)兩球兩拉：盤條→拋丸/酸洗→球化退火→酸洗→磷皂化→粗拉→球化退火→酸洗→磷皂化→精拉。

2 盤條工藝開發(fā)

王世芳等[3]測定了SCM435鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線和等溫轉(zhuǎn)變曲線，試樣化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為：0.36C，0.20Si，0.73Mn，0.011P，0.007S，1.05Cr，0.03Ni，0.07Cu，0.22Mo。以10 ℃/s加熱至1100 ℃保溫10 min后以5 ℃/s降溫至960 ℃保溫5 s，以 3 s-1變形速率發(fā)生60%變形，然后在6 s內(nèi)冷卻至850 ℃，再以不同冷速冷卻。結(jié)果表明：冷速為0.15～0.25 ℃/s時(shí)，組織為F+P；冷速為0.4～1 ℃/s時(shí)，組織為F+P+B+少量M；冷速為3～10 ℃/s時(shí)，組織為B+M。

徐東等[4]研究了SCM435鋼奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變行為，試樣化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為：0.35C， 0.17Si，0.75Mn，1.02Cr，0.19Mo。加熱到1200 ℃保溫5 min后以10 ℃/s冷卻至850 ℃保溫10 s，再以不同冷速冷卻。結(jié)果表明：Ac1=745 ℃，Ac3=796 ℃，冷速為0.05 ℃/s時(shí)，組織為F+P+少量B；冷速達(dá)到0.5 ℃/s時(shí)，組織為B+少量F；冷度為1 ℃/s時(shí)，組織為B+少量M；冷速達(dá)到5 ℃/s時(shí)，組織為M。

楊靜等[5]研究了SCM435冷鐓鋼奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線，將試樣以10 ℃/s升溫至1150 ℃保溫

5 min后，以5 ℃/s降溫至1020 ℃，以10 ℃/s、30%變形量壓縮試樣后再以5 ℃/s降溫至950 ℃，以 10 ℃/s、30%變形量壓縮試樣后再以5 ℃/s降溫至800 ℃保溫2 s，再以不同冷速冷卻。結(jié)果表明：Ms=340 ℃，冷速<0.5 ℃/s時(shí)，組織為F+P+少量B；冷速≥3 ℃/s時(shí)，組織為B+M；冷速≥10 ℃/s時(shí)，組織為B+少量M。

李恒坤等[6]研究了冷鐓鋼SCM435奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過程，試樣化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為： 0.35C，0.20Si，0.70Mn，0.96Cr，0.21Mo。以20 ℃/s加熱至900 ℃保溫5 min后以不同冷速冷卻至300 ℃。結(jié)果表明：Ac1=737 ℃，Ac3=804 ℃，冷速為0.1 ℃/s時(shí)，組織主要為F+P；冷速達(dá)到0.5 ℃/s時(shí)，組織為F+P+少量B；冷速達(dá)到1 ℃/s時(shí)，組織為F+P+B；冷速達(dá)到5 ℃/s時(shí)，組織為B+M；冷速達(dá)到10 ℃/s時(shí)，組織為M+少量B。

肖紅亮等[7]研究了SCM435鋼高溫相變過程，試樣化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為：0.36C，0.179Si，0.68Mn，0.014P，0.0037S，0.0053Al，0.98Cr，0.0196Ni，0.18Mo，0.0022Nb，0.0076V，0.0019Ti，0.0359Cu。以10 ℃/s加熱至850 ℃保溫5 min后以不同冷速冷卻，測定了連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線。結(jié)果表明：Ac1=746 ℃，Ac3=804 ℃，Ms=335 ℃，冷速≤0.5 ℃/s時(shí)，組織為F+P+B；冷速為1～2 ℃/s時(shí)，組織為B+F；冷速為5～10 ℃/s時(shí)，組織為B+M；冷速≥15 ℃/s時(shí)，組織為M。

楊佳等[8]研究了35CrMo鋼熱變形奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變，試樣化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為：0.35C，0.26Si，0.75Mn，0.016P，0.01S，1.15Cr，0.21Cu，0.23Mo。以10 ℃/s升溫至1050 ℃保溫10 min后以5 ℃/s降溫至900 ℃保溫5 s，以5 s-1變形速率發(fā)生30%變形然后以10 ℃/s降溫至850 ℃，再以不同冷速冷卻。結(jié)果表明：Ac1=760 ℃，Ac3=840 ℃，Ms=365 ℃，冷速為0.05～0.4 ℃/s時(shí)，組織為F+P；冷速為0.5 ℃/s時(shí)，組織為F+P+少量B；冷速為1 ℃/s時(shí)，組織為少量F+P+B。

李為龍等[9]在開發(fā)SCM435貝氏體冷鐓鋼盤條的過程中測定了連續(xù)冷卻曲線，試樣化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為：0.36C，0.179Si，0.68Mn，0.014P，0.0037S，0.98Cr，0.0196Ni，0.18Mo，0.0022Nb，0.0076V，0.0019Ti，0.0359Cu。結(jié)果表明：Ac1=746 ℃，Ac3=804 ℃， Ms=335 ℃，冷速≤0.5 ℃/s時(shí)，組織為F+P+少量S；冷速達(dá)到1～2 ℃/s時(shí)，組織為粒狀B+少量F；冷速>2 ℃/s時(shí)，組織為B+M；冷速≥15 ℃/s時(shí)，組織為M。

鑒于前人研究成果，結(jié)合高速線材廠軋線特點(diǎn)及裝備能力，針對SCM435盤條制定不同的生產(chǎn)工藝，開發(fā)出(鐵素體+珠光體)型和貝氏體型兩款產(chǎn)品，滿足用戶不同精線改制工藝的要求。

2.1 (鐵素體+珠光體)型產(chǎn)品

針對(鐵素體+珠光體)型產(chǎn)品，采用低溫終軋+低溫吐絲+斯太爾摩風(fēng)冷線延遲型冷卻工藝，熱軋盤條組織如圖1所示，其中圖1(a)為搭接點(diǎn)位置組織，由F+P組成；圖1(b)為非搭接點(diǎn)位置組織，主要由F+P+B組成。

(a)搭接點(diǎn)；(b)非搭接點(diǎn)圖1 (鐵素體+珠光體)型產(chǎn)品金相組織 500×(a) lap joint; (b) non-lap jointFig.1 The (ferrite+pearlite) type product 500 ×

經(jīng)取樣進(jìn)行同圈機(jī)械性能測試，結(jié)果如表1所示。同圈抗拉強(qiáng)度最大值855 MPa，最小值720 MPa，平均值765 MPa，極差135 MPa；同圈斷面收縮率最大值65%，最小值53%，平均值60.75%，極差12%。

表1 (鐵素體+珠光體)型熱軋盤條同圈機(jī)械性能Table 1 Mechanical properties of the (ferrite+pearlite)type hot rolled strip

2.2 貝氏體型產(chǎn)品

針對貝氏體型產(chǎn)品，采用中溫終軋+中溫吐絲+斯太爾摩風(fēng)冷線常規(guī)冷卻工藝，熱軋盤條組織如圖2所示，其中圖2(a)為搭接點(diǎn)位置組織，由B+少量F組成；圖2(b)為非搭接點(diǎn)位置組織，主要由B組成。

(a)搭接點(diǎn)；(b)非搭接點(diǎn)圖2 貝氏體型產(chǎn)品金相組織500×(a) lap joint; (b) non-lap jointFig.2 The bainitic type product 500 ×

經(jīng)取樣進(jìn)行同圈機(jī)械性能測試，結(jié)果如表2所示。同圈抗拉強(qiáng)度最大值995 MPa，最小值950 MPa，平均值970 MPa，極差45 MPa；同圈斷面收縮率最大值50%，最小值44%，平均值46.5%，極差6%。

表2 貝氏體型熱軋盤條同圈機(jī)械性能Table 2 Mechanical properties of the bainitic type hot rolled strip

3 適用性討論與分析

本文結(jié)合鋼廠、拉絲廠、緊固件廠整個產(chǎn)業(yè)鏈工業(yè)化生產(chǎn)實(shí)踐，對(鐵素體+珠光體)型和貝氏體型產(chǎn)品適用性進(jìn)行了歸納總結(jié)，具體如下：

針對(鐵素體+珠光體)型產(chǎn)品：①由于整體抗拉強(qiáng)度較低，斷面收縮率較高，在精線改制過程中可直接先進(jìn)行拉拔再球化退火，滿足用戶一球兩拉工藝；②由于同圈組織及機(jī)械性能差異較大，會影響球化退火后組織均勻性，不適用于生產(chǎn)復(fù)雜零件。此外，相對于貝氏體組織，珠光體組織在同等球化退火工藝處理后球化效果較差。因此，(鐵素體+珠光體)型產(chǎn)品不適用于首道拉拔減面率較小的精線改制工藝。

針對貝氏體型產(chǎn)品：①由于整體抗拉強(qiáng)度較高，斷面收縮率較低，在精線改制過程中需先進(jìn)行球化退火再拉拔，適用于用戶首道拉拔減面率較大的兩球兩拉工藝，也適用于首道拉拔減面率較小的一球兩拉的精線改制工藝；②由于同圈組織及機(jī)械性能差異較小，球化退火后組織均勻性較好，適用于生產(chǎn)復(fù)雜零件。

4 結(jié)論

為滿足下游用戶不同精線改制工藝的需求，本文基于SCM435連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線，采取不同的控軋控冷工藝成功開發(fā)出(鐵素體+珠光體)型和貝氏體型兩款產(chǎn)品。并通過對比兩種類型產(chǎn)品組織性能差異，為下游用戶選擇產(chǎn)品類型提供依據(jù)。

1)(鐵素體+珠光體)型產(chǎn)品組織和性能均勻性略差，可用于一球兩拉精線改制工藝，但不適用于生產(chǎn)復(fù)雜零件；

2)貝氏體型產(chǎn)品組織和性能均勻性較優(yōu)，可用于兩球兩拉或首道拉拔減面率較小的一球兩拉工藝，可用于生產(chǎn)復(fù)雜零件。