一种大规格风电螺栓用冷镦钢热轧盘条及其制备方法技术

本发明专利技术属于冷镦钢热轧线材领域，涉及一种大规格风电螺栓用冷镦钢热轧盘条及其制备方法，所述盘条化学成分及其重量百分含量为：C 0.38～0.43%，Si 0.21‑0.35%，Mn 0.80～1.00%，P≤0.020%，S≤0.010%，Cr 0.80～1.10%，Mo 0.15‑0.25%，Al 0.020‑0.050%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；所述制备方法，大方坯加热工序，钢坯加热至1230～1260℃，保温时间340～380min，加热炉残氧量0.5%～2.5%；热轧坯加热工序，钢坯加热至1100～1140℃，保温时间90～120min，加热炉残氧量1.0%～4.0%；控制轧制工序，进精轧温度910～940℃，吐丝温度750～790℃；控制冷却工序，吐丝后盘条采用吹风冷却，以1.0～2.0℃/s冷却至550～570℃，然后进入盖有保温罩的运行通道内缓冷，缓冷时间25～40min；该盘条用于生产10.9级高强度风电螺栓，具有良好的低温冲击韧性。

【技术实现步骤摘要】
一种大规格风电螺栓用冷镦钢热轧盘条及其制备方法
本专利技术属于冷镦钢热轧线材领域，涉及一种大规格风电螺栓用冷镦钢热轧盘条及其制备方法。
技术介绍
紧固件作为各行业最基础的零部件，在工作时除受到轴向预紧拉伸载荷的作用外，还会受到附加的拉伸交变载荷、横向剪切交变载荷或由此复合而成的弯曲载荷的作用。而风电螺栓除上述受力条件外，还随主机一起常年经受酷暑严寒和极端温差、盐雾腐蚀等的侵蚀和考验。因此，在保证风电螺栓具有足够的强度和塑性外，还要求有足够的低温冲击韧性。目前，国内高强度风电螺栓大部分选择10.9级，一般情况下高强度风电螺栓采用碳含量为0.30%～0.55%的中碳合金结构钢制造；对于≥M30螺栓一般选用35CrMo、42CrMo、B7、SCM440、40CrNiMoA钢，少量产品也允许使用30CrMnSiA钢。10.9级高强度风电螺栓，其硬度值33～39HRC，抗拉强度Rm≥1040MPa，断后伸长率A≥9%，断面收缩率Z≥48%，低温冲击吸收能量（-40℃）KV2≥27J。采用热轧盘条生产风电螺栓时，冷镦前需要进行拉拔和退火处理，以满足螺栓尺寸精度和冷镦变形能力要求，冷镦成型后进行调质处理，以达到10.9级风电螺栓的力学性能要求。然而在实际生产时，常出现因原料化学成分、偏析或热处理工艺或化学成分与热处理工艺搭配设计不当，造成螺栓热处理后低温冲击功不满足要求，需要进行二次热处理来改善产品的低温冲击韧性。为解决上述问题，专利技术了一种Φ30～42mm的大规格风电螺栓用冷镦钢热轧盘条，用于生产10.9级高强度风电螺栓，该产品具有良好的低温冲击韧性。授权公告号为CN103952633B公开了《具有良好低温冲击韧性的高强度钢盘条及其生产方法》，其采用较低加热温度，降低原始奥氏体晶粒，避免混晶；另外，在低的进精轧温度及冷却初始温度下，控制材料在奥氏体未再结晶区精轧，弥散析出、细化晶粒，通过降低韧脆转变温度实现低温冲击韧性的提高。其采用较低的进精轧温度在实际生产时存在轧机负荷过载问题。申请公布号为CN110643881A公开了《一种大规格风电紧固件用钢及其制造方法》，通过优化合金元素成分设计，解决大规格风电螺栓热处理后的性能波动，同时利用优化的淬透性计算方法确定专利技术中C、Mn、Si、Mo、Cr、Ni元素的含量，保证J25处的淬透性，实现淬透性带宽小于3HRC，满足48-65mm的大规格风电紧固件对材料的性能要求。该产品加入了Ni和Nb贵重合金元素，且产品为棒材，与热轧盘条的制造方法不同。申请公布号为CN107299278A公开了《一种耐超低温冲击风电高强螺栓用钢制造方法》，该专利技术产品含有1.73%的Ni，采用转炉双渣操作及LF钢包精炼高碱度渣系，实现低P、S控制；采用VD真空脱气和全程氩气保护浇铸，对O、N、H等杂质含量进行控制，减少钢中非金属夹杂物数量，促进微细分散化，改善钢的低温韧脆转变温度；连铸采用电磁搅拌技术改善钢材致密度和成分偏析。授权公告号为CN103526004B公开了《一种保证低温紧固件冲击韧性的方法》，该专利技术原材料选择35CrMoA和42CrMoA，35CrMoA化学成分满足GB/T3077的要求，42CrMoA满足ASME/ASTM标准A320L7的要求。淬火温度为810℃－870℃，淬火保温时间15－40分钟：用10#或20#机械油或用盐水溶液对紧固件双头螺柱进行冷却；回火温度590℃－670℃，保温时间90－120分钟，在室温下进行冷却；所述紧固件双头螺柱热处理后的洛氏硬度为：HRC26－30，其产品硬度不满足10.9级风电螺栓要求，且回火冷却采用是室温下冷却方式，不利于避免高温回火脆性。申请公告号为CN110157980A公开了《一种具有优异低温冲击性能的钻杆接头用钢》，本专利技术的钻杆接头用钢通过添加Nb元素，形成具有弥散且溶解温度很高的NbC碳化物来“钉扎”奥氏体晶界来细化奥氏体晶粒度，奥氏体晶粒度从原SAE4137H的5级提高到7.5级以上，提高了材料低温冲击性能；通过添加Ni元素增加材料的层错能来改材料的低温缺口敏感性，从而提高材料的低温冲击性能。采用这两项措施后，钻杆接头调质热处理后冲击AKV(纵向，-20℃)可以达到90J以上，可以满足低温环境使用的钻杆接头设计要求。现有专利技术，或通过低温轧制+低温吐丝控制实现晶粒细小控制，但部分轧钢设备存在低温轧制负荷过载问题；或通过添加贵重合金Ni、Nb，通过细晶控制和增加材料层错能，降低低温缺口敏感性等，但所研究产品要么是棒材要么是热处理性能不符合10.9级风电螺栓性能；或通过改变热处理工艺来提升钢的低温冲击性能，但所述紧固件双头螺柱热处理后的洛氏硬度为：HRC26－30，其产品硬度不满足10.9级风电螺栓要求，且回火后冷却为室温冷却方式，不利于避免高温回火脆性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种大规格风电螺栓用冷镦钢热轧盘条及其制备方法，该盘条用于生产10.9级高强度风电螺栓，具有良好的低温冲击韧性。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：所述大规格风电螺栓用冷镦钢热轧盘条化学成分及其重量百分含量为：C0.38～0.43%，Si0.21-0.35%，Mn0.80～1.00%，P≤0.020%，S≤0.010%，Cr0.80～1.10%，Mo0.15-0.25%，Al0.020-0.050%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。各元素的作用及配比依据如下：C含量过低，如0.30%，淬火后硬度较低，同样生产10.9级紧固件时，回火时需要采用更低的回火温度，不利于提高材料的韧性；但若碳含量过高，如0.50%，则因碳含量增加带来的韧性损失较大，材料淬火后硬度过高，淬裂风险大，所以将C含量设计为0.38～0.43%。Mn具有较强的提高淬透性作用，且有利于使钢的调质组织均匀、细化，且在一定范围内提高Mn含量有利于削弱S对冲击韧性的不利影，因此Mn含量下限控制在0.80%，但当锰含量过高时，会加剧钢的偏析，使盘条纵向形成明显带状组织，恶化韧性，因此锰含量设计为0.80～1.00%；Si具有一定提高淬透性作用，但固溶强化效果较强，且硅过高不利于冷镦成型，因此不易加入过高含量Si，其成分范围为0.21-0.35%。Cr在合金结构钢中起到提高淬透性作用，与碳形成各种碳化物，提高钢抗回火软化能力，但Cr亦增加钢的回火脆性倾向，因此Cr含量设计为0.80～1.10%。Mo在调质钢中，能使较大断面的零件淬深、淬透，提高钢的抗回火性或回火稳定性，使零件可在较高温度下回火；与Cr、Mn等并存，可降低或抑制因其他元素所导致的回火脆性；Mo元素为贵重合金，且在世界范围内的储量并不丰富，因此Mo含量设计为0.15～0.25%。Al在钢中与N结合形成AlN，可有效防止零件在淬火时奥氏体晶粒长大，但与N结合的Al含量及分布受总Al含量及冷加工、热处理影响，过低的Al含量，在淬火加热时不能保证阻止晶粒长大，容易产生奥氏体混晶，过高的Al含量，则容易引起大尺寸非金属夹杂物数量偏多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大规格风电螺栓用冷镦钢热轧盘条，其特征在于，所述盘条化学成分及其重量百分含量为：C 0.38～0.43%，Si 0.21-0.35%，Mn 0.80～1.00%，P ≤0.020%，S ≤0.010%，Cr 0.80～1.10%，Mo 0.15-0.25%，Al 0.020-0.050%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。/n

【技术特征摘要】
1.一种大规格风电螺栓用冷镦钢热轧盘条，其特征在于，所述盘条化学成分及其重量百分含量为：C0.38～0.43%，Si0.21-0.35%，Mn0.80～1.00%，P≤0.020%，S≤0.010%，Cr0.80～1.10%，Mo0.15-0.25%，Al0.020-0.050%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。


2.一种权利要求1所述的大规格风电螺栓用冷镦钢热轧盘条的制备方法，其特征在于，制备工艺流程为：大方坯加热→开坯→缓冷→热轧坯加热→控制轧制→控制冷却→成品盘条，所述控制冷却工序，吐丝后盘条采用吹风冷却，以1.0～2.0℃/s冷却至550～570℃，然后进入盖有保温罩的运行通道内缓冷，缓冷时间25～40min。


3.根据权利要求2所述的一种大规格风电螺栓用冷镦钢热轧盘条的制备方法，其特征在于，所述大方坯加热工序，钢坯加热至1230～1260℃，保温时间340～380min，加热炉残氧量0.5%～...

【专利技术属性】
技术研发人员：王利军，胡黎宁，董庆，阮士朋，李永超，王宁涛，郭明仪，张鹏，秦树超，木永卫，王冬晨，韩广杰，
申请(专利权)人：邢台钢铁有限责任公司，
类型：发明
国别省市：河北;13