一种轻质高强免退火螺栓母材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种轻质高强免退火螺栓母材及其制备方法，所述螺栓母材具有下列重量百分比的化学成分：C 0.28

【技术实现步骤摘要】
一种轻质高强免退火螺栓母材及其制备方法


[0001]本专利技术属于冶金
，具体涉及一种轻质高强免退火螺栓母材及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，国内外对轻质高强免退火特种螺栓用材料的试验研究和应用范围在逐渐扩大，轻质高强免退火特种螺栓在航空、汽车、核电、火电、水电等领域有广泛的应用潜力，特别是航空、汽车等领域对材料的轻量化高强度提出了更高要求，及时开展这类先进钢铁新材料生产应用的研发及产业化，对提升先进钢铁新材料领域研发技术水平并在该领域获得核心竞争优势具有十分重要的意义。已有专利和论文报道研究和生产出低密度强韧性钢报道，但强度和韧性匹配难以用于冷镦成型免退火螺栓。如中国专利CN103820735A公开了一种超高强度C
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Al
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Mn
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Si系低密度钢及其制备方法，化学成分组成的质量百分比为：C：0.28～1.15％，Al：3.0～12.0％，Mn：6.9～27.60％，Si：0.01~2.0%，Cr：0.01~0.80%，Ni：0.01~0.60%，Mo：0.01~0.30%，V：0.001~0.10%，Nb：0.001~0.06%，Ti：0.001~0.02%，其他为Fe和不可避免的杂质。其抗拉强度≥800MPa，密度≤7.4g/cm3。该专利仅仅考虑通过Nb、V、Ti碳化物析出元素，达到析出相强化的效果，作用效果较单一，强度和塑韧性难以平衡，其在保证强度的基础上，塑韧性将会较差。另外，中国专利CN104674109A公开的一种低密度冷轧汽车用钢板及制备方法，该密度冷轧汽车用钢板化学成分组成的质量百分比为：0.65％～0.75％C、14.0％～19.0％Mn、7.0％～10.5％Al、P<0.003％、S<0.002％,余量为Fe及不可避免杂质，其密度为6.65～7.05g/cm3，强塑积＞40 GPa
·
％，通过冶炼、锻造、热轧变形、固溶处理、冷轧变形、退火处理获得。该专利由于未添加其他合金元素调控晶界析出物，使得试验钢未达该Al范围下的最低密度值，同时未能满足该成分条件下最优的塑韧性。
[0003]本专利技术旨在提供一种密度约为7.2g/cm3、抗拉强度900MPa以上的特种免退火螺栓母材，冷镦成型的螺栓不需要经过退火热处理工艺就具备优良的机械物理性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的第一目的是提供一种轻质高强免退火螺栓母材，本专利技术的第二目的是提供所述轻质高强免退火螺栓母材的制备方法。
[0005]本专利技术的第一目的是这样实现的，一种轻质高强免退火螺栓母材，具有下列重量百分比的化学成分 ：C 0.28
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0.32wt %、Si 0.18
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0.25wt%、Mn 21.0
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23.0wt%、Al 6.5
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7.0wt%、B 0.0074
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0.0087wt%、Ti 0.80
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0.95wt%、P≤0.010wt%、S≤0.010wt%，其余为Fe 和不可避免的杂质 ；所述螺栓母材具有下列工艺力学性能：屈服强度ReL为 910
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950MPa，断面收缩率Z 为51
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55%，密度为7.11
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7.23g/cm3。
[0006]本专利技术的第二目的是这样实现的，所述轻质高强免退火螺栓母材的制备方法是将精废钢、纯铝、电解锰、石墨、废钢、精炼渣粉、FeB17和FeTi30作为原料加入至真空中频感应熔炼炉中进行熔炼和浇铸，最后对出炉后的铸件进行热处理；
其中，热处理是采用1200℃
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950℃快锻工艺快锻，将得到的锻件放入水槽以≥50℃/s的冷速进行淬火固溶至室温，最后将锻打成型的母材放入有氩气保护的350℃保温箱中保温10h退火处理。
[0007]本专利技术的有益效果为：（1）本专利技术轻质高强免退火螺栓母材的原料通过铝元素较低的原子系数，降低钢的密度，合理调配Al、C、Si等轻量化元素以及Ti、Mn等强化元素，有效降低了钢的密度，同时保证试验钢钢具有较高强度，防止过度使用铝造成材料热处理导致性能突变，并兼顾塑韧性，使钢具有良好的综合力学性能。
[0008]（2）本专利技术轻质高强免退火螺栓母材原料中利用较高的Mn含量，基于析出强化机理起到固溶强化提高材料力学性能，晶界析出碳化物降低晶粒尺寸，提高材料的屈服强度。采用C和Mn强度元素补偿过度使用铝带来γ
→
α相变作用时形成K碳化物（即(Fe、Mn)3AlC相）量，阻碍k碳化物生成趋势，改善晶界碳化物的析出情况，促进轻质高强免退火螺栓母材强度和塑韧性的配合。
[0009]（3）本专利技术螺栓母材的制备采用1200℃
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950℃快锻工艺，均匀碎化细化晶粒，950℃后，奥氏体晶界处碳化物析出限制奥氏体晶粒的长大，≥50℃/s水淬快速冷却，确保晶粒细小均匀，奥氏体晶粒尺寸细小，具有较高的塑性延伸强度与抗拉强度。将锻打成型的母材放入有氩气保护的350℃保温箱中保温10h退火处理，用母材冷镦成型的螺栓，不用再进行退火处理即可得到组织比较均匀,晶粒比较细小而且均匀、内部应力较小的轻质高强免退火螺栓。
具体实施方式
[0010]下面结合实施例对本专利技术作进一步的说明，但不以任何方式对本专利技术加以限制，基于本专利技术教导所作的任何变换或替换，均属于本专利技术的保护范围。
[0011]本专利技术一种轻质高强免退火螺栓母材，具有下列重量百分比的化学成分 ：C 0.28
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0.32wt %、Si 0.18
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0.25wt%、Mn 21.0
ꢀ‑
23.0wt%、Al 6.5
ꢀ‑
7.0wt%、B 0.0074
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0.0087wt%、Ti 0.80
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0.95wt%、P≤0.010wt%、S≤0.010wt%，其余为Fe 和不可避免的杂质 ；所述螺栓母材具有下列工艺力学性能：屈服强度ReL为 910
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950MPa，断面收缩率Z 为51
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55%，密度为7.11
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7.23g/cm3。
[0012]本专利技术还提供了所述轻质高强免退火螺栓母材的制备方法，是将精废钢、纯铝、电解锰、石墨、废钢、精炼渣粉、FeB17和FeTi30作为原料加入至真空中频感应熔炼炉中进行熔炼和浇铸，最后对出炉后的铸件进行热处理；其中，热处理是采用1200℃
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950℃快锻工艺快锻，将得到的锻件放入水槽以≥50℃/s的冷速进行淬火固溶至室温，最后将锻打成型的母材放入有氩气保护的350℃保温箱中保温10h退火处理。
[0013]10kg真空中频感应熔炼炉中加入的原料量如下：精废钢5.9
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6.1kg、电解锰1.89
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1.91kg、纯铝0.63本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轻质高强免退火螺栓母材，其特征在于，所述螺栓母材具有下列重量百分比的化学成分 ：C 0.28
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0.32wt %、Si 0.18
‑
0.25wt%、Mn 21.0
ꢀ‑
23.0wt%、Al 6.5
ꢀ‑
7.0wt%、B 0.0074
‑
0.0087wt%、Ti 0.80
ꢀ‑
0.95wt%、P≤0.010wt%、S≤0.010wt%，其余为Fe 和不可避免的杂质 ；所述螺栓母材具有下列工艺力学性能：屈服强度ReL为 910
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950MPa，断面收缩率Z 为51
‑
55%，密度为7.11
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7.23g/cm3。2.权利要求1所述轻质高强免退火螺栓母材的制备方法，其特征在于，是将精废钢、纯铝、电解锰、石墨、废钢、精炼渣粉、FeB17和FeTi30作为原料加入至真空中频感应熔炼炉中进行熔炼和浇铸，最后对出炉后的铸件进行热处理；其中，热处理是采用1200℃
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950℃快锻工艺快锻，将得到的锻件放入水槽以≥50℃/s的冷速进行淬火固溶至室温，最后将锻打成型的母材放入有氩气保护的350℃保温箱中保温10h退火处理。3.根据权利要求2所述轻质高强免退火螺栓母材的制备方法，其特征在于，10kg真空中频感应熔炼炉中加入的原料量如下：精废钢5.9
‑
6.1kg、电解锰1.89
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1.91kg、纯铝0.63
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0.65kg、98碳粉0.015
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0.017kg、FeB17 0.013
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0.015kg、FeTi30 0.032
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0.034kg、精炼渣粉 0.5kg。4.根据权利要求2所述轻质高强免退火螺栓母材的制备方法，其特征在于，原料按下述顺序布料进10kg真空中频感应熔炼炉：底部优质精废钢
→
纯铝
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电解锰
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石墨
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废钢
→
精炼渣粉，将硼铁FeB17、钛铁FeTi30装入熔炼炉内合金料槽。5.根据权利要求2所述轻质高强免退火螺栓母材的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：文玉兵，张卫强，陈伟，王卫东，苏灿东，刘林刚，邹应春，王文锋，赵亮，韩益民，李艳萍，张红斌，
申请(专利权)人：武钢集团昆明钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：