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控冷工艺对ML20MnTiB冷镦性能的影响

发布时间:

第37 卷 Vol. 37

第1 期 No. 1

金 属 制 品 Metal Products

2011 年 2 月 February 2011

doi: 10. 3969 / j. issn. 1003 - 4226. 2011. 01. 020

控 冷 工艺 对 ML20MnTiB 冷 镦 性 能 的 影响
张全刚, 翟林甫, 李印长, 龙广超
( 安阳钢铁股份有限公司, 河南 摘 要 安阳 455004 )

用 ML20MnTiB 替代 ML40Cr 作为冷镦钢盘条, 以 减 少 冷镦 前 退 火处 理 工 序。 介 绍 ML20MnTiB 盘条 化学

成 分及轧制工艺流程, 斯太尔摩线长度 104 m, 盘条在斯太尔摩线上的运行时间由 290 s 提高到 373 s, 在保温罩内的 运行时间由 179 s 增加到 271 s, 在保温罩内的*均冷却速度由 0. 44 ℃ / s 降到 0. 38 ℃ / s。工艺调整后, 盘条屈服强 度和抗拉强度均降低约 30 ~ 40 MPa, 组织全部为铁素体加珠光体, 心部不存在粒状贝氏体, 心部晶粒 度 由 8. 5 级 增 1 /3 冷镦合格率由原来的 75% 提高到 100% 。 大到 7. 5 级, 关键词 ML20MnTiB; 控冷工艺; 冷镦钢; 斯太尔摩线 TG 335. 6 + 3 中图分类号

Influence of controlled cooling on ML20 MnTiB cold heading property
ZHANG Quangang,ZHAI Linfu,LI Yinchang,LONG Guangchao
( Anyang Iron & Steel Co. , Ltd. ,Anyang 455004 ,China) Abstract Annealing treatment process before cold heading is reduced while ML40Cr is replaced by ML20MnTiB to act as

cold heading steel wire rod. ML20MnTiB wire rod rolling process flow and chemical composition are introduced. Stelmor line length is 104 m,running time of wire rod on Stelmor line is increased from 290 s to 373 s,running time in heat holding cover is increased from 179 s to 271 s. The average cooling speed in heat holding cover is decreased from 0. 44 ℃ / s to 0. 38 ℃ / s. The yield strength and tensile strength of wire rod are decreased about 30 ~ 40 MPa after process adjusting. Structure are ferrite and pearlite,there is no granular bainite in center. Central grain size is larged from grade 8. 5 to grade 7. 5. 1 /3 cold heading pass percent is increased from 75% to 100% . Keywords ML20MnTiB; controlled cooling process; cold heading steel; Stelmor line

ML20MnTiB 冷镦钢盘条 主要 用 于 生产 螺栓、 螺 母等 标准 件, 目前 用 户 使 用 该 钢 种 替 代 ML40Cr, 以 减少冷镦前退 火处 理 工 序, 降 低 生产 成 本。 冷镦后 利用 该 钢 种 合 金 含 量 高 及 含 B 的 特 点, 通过调整热 处理 工 艺 , 使成品标准件达到 10. 9 级要求。由于 使 用前不进 行 退 火, 所 以 对 盘条 的 组织、 性 能 要求较 , 、 , , 高 除要求 强 度 硬 度低 塑 性 好 外 不 能 出 现 贝 氏

安阳钢铁股份有限公司 ( 简 称 安 钢 ) 生产 该 钢 种已有多年, 但在生产初期, 客户反映该钢种的冷镦 性能 差 , 不利于后 续 加 工。 由于该 钢 种 在使 用时 一 般不经过球化退火而直接生产使用, 因此, 盘条的冷 镦性能直接影响后续的加工性能。 1 生产工艺流程及化学成分

ML20MnTiB 冷镦钢盘条生产流程: 120 t 转炉冶 体、 马氏体等过冷组织, 避免冷镦开裂。 櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔
2000. 出版社, [ 6] 全国海 洋 船 舶 标准化技 术 委员 会 船 用 材料 应 用 工 艺 分技术委员会. GB / T 15749 —2008 定 量 金 相 测 定 方 法 [ S] . 北京: 中国标准出版社, 2008. [ 7] 林慧国,傅代直. 钢的奥氏体转变曲线 - 原理、 测试与 M] . 北京: 机械工业出版社, 1988 : 230 - 232. 应用[ ( 收稿日期: 2010 - 11 - 14 ) 作者简介 王瑞敏 1987 年生, 武汉科技大学硕士生。 刘宏玉 1966 年生, 武汉科技 大学, 冶 金 工业 过 程 系统 科学 湖北省重点实验室教授, 硕士生导师。 王洪利 1986 年生, 武汉科技大学硕士生。 周 鹏 1985 年生, 武汉科技大学硕士生。

第1 期

张全刚, 等: 控冷工艺对 ML20MnTiB 冷镦性能的影响

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LF 炉精 炼、 炼、 六 机 六 流 连 铸 机 连 铸 成 150 mm × 150 mm 方坯, 再经过先进的摩根六代高 速 线材 无 扭 轧机轧制成 ?6. 5 ~ 20 mm 热轧盘条, 最后经斯太尔 摩风冷 线控 制 冷 却。 ML20MnTiB 冷镦 钢 盘条 轧 制 工艺 流 程 如图 1 所示。 化学 成 分 根 据 GB / T 6478 《冷镦 和 冷 挤 压 用 钢 》 及 用 户 要 求, 安钢在冶炼 ML20MnTiB 时的化学成分控制见表 1 。 2 控冷工艺结果及分析 ML20MnTiB 合 金元 素 含 量 较 高, 若控冷工艺不

图1 Fig. 1

ML20MnTiB 冷镦钢盘条轧制工艺流程 Rolling process flow of ML20 MnTiB cold heading steel wire rod

当, 易产生过冷组织( 如粒状贝氏体) , 使盘条强度、
表1 Table 1 控制要求 C Si ≤0. 30 0. 15 ~ 0. 25 Mn 1. 30 ~ 1. 60 1. 35 ~ 1. 55

ML20MnTiB 化学成分 w/% B Ti

ML20 MnTiB chemical composition P ≤0. 035 ≤0. 025 S ≤0. 035 ≤0. 025 Al ≥0. 02 ≥0. 02

GB / T 6478 0. 19 ~ 0. 24 实际 0. 19 ~ 0. 22

0. 000 5 ~ 0. 003 5 0. 04 ~ 0. 10 0. 001 5 ~ 0. 003 0 0. 04 ~ 0. 10

硬度升高, 冷镦性能变差, 甚至冷镦开裂, 因此, 组织 控制是关键, 生产中主要通过调整轧制温度、 吐丝温 度、 冷却速度等工艺参数来控制。 2. 1 控冷工艺 安钢斯太尔摩线长度 104 m, 分 入口 段、 出口段 和 10 个冷却段, 是 控 冷 工 艺 的 关 键, 直接影响盘条 的组织和性能。对 ML20MnTiB 冷镦钢, 应尽可能 使 [1 ] 盘条在斯太尔摩线 内 以 较 低 冷 速 完 成 相 变 , 获得 等轴粗大 的 F + P * 衡 组织, 以 降 低盘条 的 强 度、 硬 度, 得到良好的 冷镦 性 能。 但 由于受 斯 太 尔 摩 线 长 度的限制, 盘条 不 可 能 完 全 实 现 * 衡 组织 转 变。 实 际生产时通过调整 斯 太 尔 摩 线 辊 道 速 度, 风 机和 保
表2 Table 2 工艺 制度 调整前 调整后 吐丝温度 / ℃ 860 861

温罩开启情况来改善盘条的组织和性能。 2] 根据文献[ 提 供 的 ML20MnTiB 临 界 点温 度: A c1 为 720 ℃ , A c3 为 843 ℃ , A r1 为 625 ℃ , A r3 为 795 ℃, 经过试验, 调整前后的 控 冷 工 艺 参数 见 表 2 。 调 整后 保 温 罩 由 原 来 开 启 4 个 变 成 开 启 2 个 , 风机全 关, 采用缓冷的 工 艺 制 度。 控 冷 工 艺 调 整 前 后 盘条 时 间 与 位置 的 关 系 在斯太尔摩线上运 行 时的 温 度、 如图 2 所示, 盘条在 斯 太 尔 摩 线 上 的 运 行 时 间 由 原 来的 290 s 提高到 373 s, 其 中 盘条在 保 温 罩 内 的 运 行时间由原来的 179 s 增 加 到 271 s, 罩内保温时间 增加后, 盘条在斯 太 尔 摩 线保 温 罩 内 的 * 均冷 却速 度由原来的 0. 44 ℃ / s 降到 0. 38 ℃ / s。

调整前后的控冷工艺参数

The controlled cooling process parameters before and after adjustment 保温罩 开启 1A ~ 2B 1A ~ 1B 入保温罩 温度 / ℃ 719 777 出保温罩 温度 / ℃ 640 674 集卷温度 / ℃ 608 630 保温罩内 时间 / s 179 271 运行时间 / s 290 373

入口辊道速度 / ( m·min - 1 ) 16 14

2. 2

性能检验

2. 3

金相组织检验

控冷工艺调整前后的盘条 性 能 对 比 见 表 3 。 从 表 3 可以看出, 工艺调整后盘条性能得到明显改 善。 屈服强度和抗拉强度均 降 低 约 30 ~ 40 MPa, 屈强比 也有了一定的下降, 延 伸 率 和 断 面 收缩 率 有 了 明 显 提高, 特别 是 硬 度 显著 降 低, 改 善 了 盘条 的 冷镦 性 , 1 /3 75% 能 冷镦合格率由 上升到 100% 。

金相组织是盘条力学性能的内 在表现。金 相组 织 的 类 型 和 晶粒 度 的 大 小 直接影响盘条 的 强 度、 硬 度。控冷工艺调整前后盘条的金相组织如图 3 所示。 由图 3 可 以 看出, 调 整 前 盘条 横 截 面 组织 以 铁 素体 + 珠 光体 为 主, 心 部 存 在体 积 分 数约 5% 的 粒 , 1 /2 状贝氏体 半径处晶粒度为 9. 5 级, 心部 8. 5 级,

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第 37 卷

表3 Table 3

?20 mm ML20MnTiB 盘条控冷工艺调整前后性能对比 20 mm ML20 MnTiB wire rod

The properties contrast before and after adjustment of controlled cooling of diameter

工艺制度

R el / MPa 400 390

R m / MPa 590 595 590 595 565 550 555 555

R el / R m 0. 68 0. 66 0. 67 0. 71 0. 66 0. 67 0. 66 0. 67

A/% 24 23 22. 5 23 27 26 27 27

Z/% 47 51

硬度 HRB 值

1 /2 冷镦

1 /3 冷镦

调整前 395 425 375 370 调整后 365 370 67 69 53 55 66 68

94. 0 , 96. 7 91. 6 ,

合格

合格 不合格

80. 6 , 79. 4 80. 2 ,

合格

合格

1 /2 半径处晶粒度为 8. 5 级, 粒状贝氏体, 心部 7. 5 级。 2. 4 结果分析与讨论 最 合 适 的 冷镦 变 形 组织是 球 状碳 化 物 组织, 其 [3 ] 强度和硬 度低, 塑 性 好, 有 利 于冷镦 变 形 。 但 对 于热轧态的盘条来 说, 几乎不可能完全做到球化组 织, 所以 生产 中 以 追 求 * 衡 态 的 F + P 组织 为 目 标。 对比控冷工艺调整前后的组织, 晶粒增大 1 级, 心部 过冷组织消失, 组织的变化改善了冷镦性能。 由图 2 可 以 看出, 控冷工艺调整前相变转变等 温区间在 3A ~ 6A, 维 持 在 约 688 ℃ 的 等 温 段, 是相 变热 弥 补 了 这 一 段 温 降 的 热 量 损失, 到 6B 温 度低 于 688 ℃ 后, 盘条又 开 始 进 行 降 温, 说 明 到 6B 相 变 基本结束; 控 冷 工 艺 调 整 后, 相变转变等温区间在 2B ~ 8A, 维持在约 708 ℃ 的等温段, 到 8A 温 度低 于 688 ℃ , 盘条才开始降温, 相 变 结 束。 盘条在 控 冷 工 艺调整 后, 组织发生大量转变时的相变温度由约 688 ℃ 提高到 708 ℃ , 相变温度*均提高了 20 ℃ , 相 调整后盘条组织全部为铁素体 + 珠光体, 心部不存在 变转变时间由 90 s 增加到 180 s, 盘条在整个斯太尔 摩线保温罩内的冷速也由 0. 44 ℃ / s ( 下转第 83 页)

第1 期



刚: 发动机连杆螺栓及其紧固

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锁紧 方 向 , 应是螺栓回 松 时 被 拉紧 的方 向。 铁 丝 两 端应 均 匀 拉 紧, 适 当 扭 合, 并将扭合处留出 5 ~ 6 mm。铁丝不得 有 裂 纹 或 锈 蚀, 且 锁 紧 后 转 动 曲轴 时, 弯折处不得与其他零件相刮碰。 5. 3. 5 承压面自锁 它 利 用连 杆螺栓 头 部 或 螺 母 与 钢 质连 杆、 连杆 盖承压表面的表面 粗 糙 度, 来 增 大有 效 接触面 积 达 到自锁的目的。装 配 时 应 注 意: 连 杆螺 母 两 端 的 表 面粗糙度一般相差二三个档次, 必须注意正反面, 以 保证自锁效果。 5. 3. 6 自锁螺母锁紧 这种 螺 母 有 两 条 方 向 相 反 的 径 向 锁 紧 槽, 且深 度大于螺孔半 径。 当 把 螺 母 拧 紧在 螺栓 上 后, 在轴 向拉伸力作用下, 其切槽产生弹性变形使螺距减小, 从而自锁。这种螺 母 一 经 拆 卸 便 失 去 自 锁 作 用, 再 次装配前必须放在 台 钳 上 适当 夹 紧, 或用手锤沿轴 , 。 向砸一下 使锁 紧 槽 变 窄 装 配 时 锁 紧 槽 端必须 向 下( 非贴合面) ; 螺母切槽有裂纹时必须更换。 6 结语 活 塞 连 杆 机 构 是 机 器 动 力源 和 心 脏 部 位, 连杆

机构的每一个 零 件, 都 应 确 保 其 安 全 性。 由于 连 杆 , 运动的复杂性 使连杆螺栓受到复杂的弯曲、 拉压和 剪切的综合作 用。 就 其 损坏 状 态 分 析, 螺栓 的 拉 应 力是其主要因素, 而在拉应力中, 预紧力起到了主导 规范使用预紧力是人为因素, 所以规范人的操 作用, 作, 提高管理人员 的 业 务能 力 和 管 理 水 * 是 连 杆螺 栓正常工作的基本保证。
参考文献 [ 1] 肖永清. 车用柴油发 动 机 的 维修 实 例[ M] . 北京: 人 民 2007 : 160 - 165. 邮电出版社, [ 2] 杨忠敏. 现代家用汽车 故 障 诊 修 技 巧[ M] . 北京: 中国 2004 : 80 - 83. 电力出版社, [ 3] 陆刚. 现代汽车速修 巧 修 一 点 通[ M] . 北京: 中国 电 力 2006 : 30 - 32. 出版社, [ 4] 朱则刚. 工程机械车辆 使 用 与 维修[ M] . 北京: 中国 电 2007 : 210 - 213. 力出版社, [ 5] 严伯昌. 工程机械发 动 机 的 维修 技 术[ M] . 北京: 中国 2008 : 70 - 75. 轻工业出版社, ( 收稿日期: 2010 - 11 - 17 )

作者简介 陆 刚 1969 年生, 广东省江门汽车维修厂工程师。

櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔 ( 上接第 78 页) 降到 0. 38 ℃ / s。相变温度的提高和 性能。( 3 ) 提 高 ML20MnTiB 盘条 的 断 面 收缩 率 和 相变 时 间 的 延 长, 增 加 了 盘条在 A + F 两 相 区 的时 F量 间, 盘条有比较充足的时间析出先共析铁素体, 增加, 先共析铁素体在保温过程中得以长大, 造成晶 粒粗大。 从 力 学 性 能 的 角 度 分 析其 对 冷镦 性 能 的 影响, [4 ] 认为屈服强度越低、 塑 性 越 高, 冷镦 性 能 越 好 , 因 此常用断面收缩率和屈强比作为衡量冷镦性能的指 标, 一般认为 合 金钢 的 断 面 收缩 率 应不 小 于 50% ,
[5 ] 屈 强 比 不 大 于 0. 70 。 控 冷 工 艺 调 整 后, ML20MnTiB 的断面收缩率明显提高, 由*均 52% 提

降低屈强比, 降低强度、 硬度, 有利于改善冷镦性能, ML20MnTiB 盘条 减少 模 具 损 耗 。 控 冷 工 艺 调 整 后 , 冷镦性能良好, 完全满足冷镦要求。
参考文献 [ 1] 戈 春 刚, Mo 冷 镦 钢 盘 条 控 冷 工 艺 研 究 刘 玉 峰. Cr、 [ J] . 包钢科技, 2006 ( 5 ) : 20. [ 2] 中国机械 工程学会 热 处 理 学会. 热 处 理 手册: 第 4 卷 [ M] . 北京: 机械工业出版社, 2008 : 612. [ 3] 先越蓉. 冷镦 钢 的生产 和 发 展[J] . 特 殊 钢, 2005 ( 3 ) : 34. [ 4] 吴迪, 李壮, 赵宪明. 免 热 处 理 高 强 度低 屈 强 比 铆 螺 钢 J] . 钢铁, 2006 ( 1 ) : 65. 的研究[ [ 5] 庞波, 高 秀 华, 邱 春 林, 等. 影响 冷镦 钢 质量 因素 的 研 J] . 金属制品, 2006 ( 6 ) : 32. 究[ ( 收稿日期: 2010 - 09 - 08 ) 作者简介 工程师, 安阳钢 铁 股份 有限公司 技术 中 张全刚 1977 年生, 心轧钢科科长。 翟林甫 1982 年生, 安阳钢铁股份有限公司助理工程师。 李印长 1978 年生, 安阳钢铁股份有限公司助理工程师。 龙广超 1972 年生, 安阳钢铁股份有限公司工程师。

高到 68% , 屈强比也降低到约 0. 67 , 强度、 硬度的降 低和延伸率、 断面收缩率的提高, 可使冷镦性能得到 明显 改 善 。 控 冷 工 艺 调 整 后 , 集 卷温 度 也 提 高 约 20 ℃ 。较高的集卷温 度 能 够 部 分 消 除 材料 内部 应 力, 同时又可避免产生 过 冷组织 和 魏 氏 组织, 有利于提 高盘条的冷镦性能。 3 结论 ( 1 ) 盘条在 保 温 罩 内 的 冷 却速 度 不 大 于 0. 38

℃ / s 时, 可以避 免 出 现过 冷组织。 ( 2 ) 适当提 高 相 变温度和保温时间 可 以 促 进 晶粒 的 长 大, 改 善 冷镦




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