汽车紧固件用SCM435盘条工艺开发

2021-08-31彭学艺郑宏伟

热处理技术与装备 2021年4期

彭学艺，王杨，郑宏伟

(南京钢铁股份有限公司，江苏南京 210035)

SCM435热轧盘条作为10.9～12.9级高强度级别紧固件用钢，广泛应用于轨道交通、汽车、工程机械等领域[1-2]。目前国内生产高速线材的钢铁企业基本上都有SCM435盘条生产线。南京钢铁股份有限公司高速线材厂有1条高速线材(线径φ5～22 mm)和1条大盘卷生产线(线径φ23～40 mm)，主要用于生产制作汽车紧固件。为满足下游拉丝厂及紧固件厂家的不同需求，钢厂需结合下游用户加工工艺特点及产品质量特性，从原材料生产到紧固件制造，精准识别热轧盘条生产工艺的关键点，进行SCM435盘条的工艺开发。

1 产品路线

1.1 原材料生产

根据不同用户需求，目前SCM435盘条有2条生产路径，分别为：

1)一火材：EAF→LF→VD→CCM(150×150 mm)→高线轧制；

2)二火材：EAF→LF→VD→CCM(320×480 mm)→开坯→高线轧制。

1.2 紧固件制造

根据紧固件不同的应用领域及其服役条件，下游紧固件厂精线改制工艺也不尽相同，常规工艺大体可以分为以下3种：

1)一球一拉：盘条→抛丸/酸洗→球化退火→酸洗→磷皂化→拉拔；

2)一球两拉：盘条→抛丸/酸洗→磷皂化→粗拉→球化退火→酸洗→磷皂化→精拉；

3)两球两拉：盘条→抛丸/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 盘条工艺开发

王世芳等[3]测定了SCM435钢连续冷却转变曲线和等温转变曲线，试样化学成分(质量分数，%)为：0.36C，0.20Si，0.73Mn，0.011P，0.007S，1.05Cr，0.03Ni，0.07Cu，0.22Mo。以10 ℃/s加热至1100 ℃保温10 min后以5 ℃/s降温至960 ℃保温5 s，以 3 s-1变形速率发生60%变形，然后在6 s内冷却至850 ℃，再以不同冷速冷却。结果表明：冷速为0.15～0.25 ℃/s时，组织为F+P；冷速为0.4～1 ℃/s时，组织为F+P+B+少量M；冷速为3～10 ℃/s时，组织为B+M。

徐东等[4]研究了SCM435钢奥氏体连续冷却转变行为，试样化学成分(质量分数，%)为：0.35C， 0.17Si，0.75Mn，1.02Cr，0.19Mo。加热到1200 ℃保温5 min后以10 ℃/s冷却至850 ℃保温10 s，再以不同冷速冷却。结果表明：Ac1=745 ℃，Ac3=796 ℃，冷速为0.05 ℃/s时，组织为F+P+少量B；冷速达到0.5 ℃/s时，组织为B+少量F；冷度为1 ℃/s时，组织为B+少量M；冷速达到5 ℃/s时，组织为M。

杨静等[5]研究了SCM435冷镦钢奥氏体连续冷却转变曲线，将试样以10 ℃/s升温至1150 ℃保温

5 min后，以5 ℃/s降温至1020 ℃，以10 ℃/s、30%变形量压缩试样后再以5 ℃/s降温至950 ℃，以 10 ℃/s、30%变形量压缩试样后再以5 ℃/s降温至800 ℃保温2 s，再以不同冷速冷却。结果表明：Ms=340 ℃，冷速<0.5 ℃/s时，组织为F+P+少量B；冷速≥3 ℃/s时，组织为B+M；冷速≥10 ℃/s时，组织为B+少量M。

李恒坤等[6]研究了冷镦钢SCM435奥氏体连续冷却转变过程，试样化学成分(质量分数，%)为： 0.35C，0.20Si，0.70Mn，0.96Cr，0.21Mo。以20 ℃/s加热至900 ℃保温5 min后以不同冷速冷却至300 ℃。结果表明：Ac1=737 ℃，Ac3=804 ℃，冷速为0.1 ℃/s时，组织主要为F+P；冷速达到0.5 ℃/s时，组织为F+P+少量B；冷速达到1 ℃/s时，组织为F+P+B；冷速达到5 ℃/s时，组织为B+M；冷速达到10 ℃/s时，组织为M+少量B。

肖红亮等[7]研究了SCM435钢高温相变过程，试样化学成分(质量分数，%)为：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加热至850 ℃保温5 min后以不同冷速冷却，测定了连续冷却转变曲线。结果表明：Ac1=746 ℃，Ac3=804 ℃，Ms=335 ℃，冷速≤0.5 ℃/s时，组织为F+P+B；冷速为1～2 ℃/s时，组织为B+F；冷速为5～10 ℃/s时，组织为B+M；冷速≥15 ℃/s时，组织为M。

杨佳等[8]研究了35CrMo钢热变形奥氏体连续冷却转变，试样化学成分(质量分数，%)为：0.35C，0.26Si，0.75Mn，0.016P，0.01S，1.15Cr，0.21Cu，0.23Mo。以10 ℃/s升温至1050 ℃保温10 min后以5 ℃/s降温至900 ℃保温5 s，以5 s-1变形速率发生30%变形然后以10 ℃/s降温至850 ℃，再以不同冷速冷却。结果表明：Ac1=760 ℃，Ac3=840 ℃，Ms=365 ℃，冷速为0.05～0.4 ℃/s时，组织为F+P；冷速为0.5 ℃/s时，组织为F+P+少量B；冷速为1 ℃/s时，组织为少量F+P+B。

李为龙等[9]在开发SCM435贝氏体冷镦钢盘条的过程中测定了连续冷却曲线，试样化学成分(质量分数，%)为：0.36C，0.179Si，0.68Mn，0.014P，0.0037S，0.98Cr，0.0196Ni，0.18Mo，0.0022Nb，0.0076V，0.0019Ti，0.0359Cu。结果表明：Ac1=746 ℃，Ac3=804 ℃， Ms=335 ℃，冷速≤0.5 ℃/s时，组织为F+P+少量S；冷速达到1～2 ℃/s时，组织为粒状B+少量F；冷速>2 ℃/s时，组织为B+M；冷速≥15 ℃/s时，组织为M。

鉴于前人研究成果，结合高速线材厂轧线特点及装备能力，针对SCM435盘条制定不同的生产工艺，开发出(铁素体+珠光体)型和贝氏体型两款产品，满足用户不同精线改制工艺的要求。

2.1 (铁素体+珠光体)型产品

针对(铁素体+珠光体)型产品，采用低温终轧+低温吐丝+斯太尔摩风冷线延迟型冷却工艺，热轧盘条组织如图1所示，其中图1(a)为搭接点位置组织，由F+P组成；图1(b)为非搭接点位置组织，主要由F+P+B组成。

(a)搭接点；(b)非搭接点图1 (铁素体+珠光体)型产品金相组织 500×(a) lap joint; (b) non-lap jointFig.1 The (ferrite+pearlite) type product 500 ×

经取样进行同圈机械性能测试，结果如表1所示。同圈抗拉强度最大值855 MPa，最小值720 MPa，平均值765 MPa，极差135 MPa；同圈断面收缩率最大值65%，最小值53%，平均值60.75%，极差12%。

表1 (铁素体+珠光体)型热轧盘条同圈机械性能Table 1 Mechanical properties of the (ferrite+pearlite)type hot rolled strip

2.2 贝氏体型产品

针对贝氏体型产品，采用中温终轧+中温吐丝+斯太尔摩风冷线常规冷却工艺，热轧盘条组织如图2所示，其中图2(a)为搭接点位置组织，由B+少量F组成；图2(b)为非搭接点位置组织，主要由B组成。

(a)搭接点；(b)非搭接点图2 贝氏体型产品金相组织500×(a) lap joint; (b) non-lap jointFig.2 The bainitic type product 500 ×

经取样进行同圈机械性能测试，结果如表2所示。同圈抗拉强度最大值995 MPa，最小值950 MPa，平均值970 MPa，极差45 MPa；同圈断面收缩率最大值50%，最小值44%，平均值46.5%，极差6%。

表2 贝氏体型热轧盘条同圈机械性能Table 2 Mechanical properties of the bainitic type hot rolled strip

3 适用性讨论与分析

本文结合钢厂、拉丝厂、紧固件厂整个产业链工业化生产实践，对(铁素体+珠光体)型和贝氏体型产品适用性进行了归纳总结，具体如下：

针对(铁素体+珠光体)型产品：①由于整体抗拉强度较低，断面收缩率较高，在精线改制过程中可直接先进行拉拔再球化退火，满足用户一球两拉工艺；②由于同圈组织及机械性能差异较大，会影响球化退火后组织均匀性，不适用于生产复杂零件。此外，相对于贝氏体组织，珠光体组织在同等球化退火工艺处理后球化效果较差。因此，(铁素体+珠光体)型产品不适用于首道拉拔减面率较小的精线改制工艺。

针对贝氏体型产品：①由于整体抗拉强度较高，断面收缩率较低，在精线改制过程中需先进行球化退火再拉拔，适用于用户首道拉拔减面率较大的两球两拉工艺，也适用于首道拉拔减面率较小的一球两拉的精线改制工艺；②由于同圈组织及机械性能差异较小，球化退火后组织均匀性较好，适用于生产复杂零件。