汽車緊固件用SCM435盤條工藝開發

彭學藝，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級高強度級別緊固件用鋼，廣泛應用于軌道交通、汽車、工程機械等領域[1-2]。目前國內生產高速線材的鋼鐵企業基本上都有SCM435盤條生產線。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條大盤卷生產線(線徑φ23～40 mm)，主要用于生產制作汽車緊固件。為滿足下游拉絲廠及緊固件廠家的不同需求，鋼廠需結合下游用戶加工工藝特點及產品質量特性，從原材料生產到緊固件制造，精準識別熱軋盤條生產工藝的關鍵點，進行SCM435盤條的工藝開發。

1 產品路線

1.1 原材料生產

根據不同用戶需求，目前SCM435盤條有2條生產路徑，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

根據緊固件不同的應用領域及其服役條件，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

王世芳等[3]測定了SCM435鋼連續冷卻轉變曲線和等溫轉變曲線，試樣化學成分(質量分數，%)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變形速率發生60%變形，然后在6 s內冷卻至850 ℃，再以不同冷速冷卻。結果表明：冷速為0.15～0.25 ℃/s時，組織為F+P；冷速為0.4～1 ℃/s時，組織為F+P+B+少量M；冷速為3～10 ℃/s時，組織為B+M。

徐東等[4]研究了SCM435鋼奧氏體連續冷卻轉變行為，試樣化學成分(質量分數，%)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。結果表明：Ac1=745 ℃，Ac3=796 ℃，冷速為0.05 ℃/s時，組織為F+P+少量B；冷速達到0.5 ℃/s時，組織為B+少量F；冷度為1 ℃/s時，組織為B+少量M；冷速達到5 ℃/s時，組織為M。

楊靜等[5]研究了SCM435冷鐓鋼奧氏體連續冷卻轉變曲線，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。結果表明：Ms=340 ℃，冷速<0.5 ℃/s時，組織為F+P+少量B；冷速≥3 ℃/s時，組織為B+M；冷速≥10 ℃/s時，組織為B+少量M。

李恒坤等[6]研究了冷鐓鋼SCM435奧氏體連續冷卻轉變過程，試樣化學成分(質量分數，%)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 ℃。結果表明：Ac1=737 ℃，Ac3=804 ℃，冷速為0.1 ℃/s時，組織主要為F+P；冷速達到0.5 ℃/s時，組織為F+P+少量B；冷速達到1 ℃/s時，組織為F+P+B；冷速達到5 ℃/s時，組織為B+M；冷速達到10 ℃/s時，組織為M+少量B。

肖紅亮等[7]研究了SCM435鋼高溫相變過程，試樣化學成分(質量分數，%)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，測定了連續冷卻轉變曲線。結果表明：Ac1=746 ℃，Ac3=804 ℃，Ms=335 ℃，冷速≤0.5 ℃/s時，組織為F+P+B；冷速為1～2 ℃/s時，組織為B+F；冷速為5～10 ℃/s時，組織為B+M；冷速≥15 ℃/s時，組織為M。

楊佳等[8]研究了35CrMo鋼熱變形奧氏體連續冷卻轉變，試樣化學成分(質量分數，%)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變形速率發生30%變形然后以10 ℃/s降溫至850 ℃，再以不同冷速冷卻。結果表明：Ac1=760 ℃，Ac3=840 ℃，Ms=365 ℃，冷速為0.05～0.4 ℃/s時，組織為F+P；冷速為0.5 ℃/s時，組織為F+P+少量B；冷速為1 ℃/s時，組織為少量F+P+B。

李為龍等[9]在開發SCM435貝氏體冷鐓鋼盤條的過程中測定了連續冷卻曲線，試樣化學成分(質量分數，%)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。結果表明：Ac1=746 ℃，Ac3=804 ℃， Ms=335 ℃，冷速≤0.5 ℃/s時，組織為F+P+少量S；冷速達到1～2 ℃/s時，組織為粒狀B+少量F；冷速>2 ℃/s時，組織為B+M；冷速≥15 ℃/s時，組織為M。

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

2.1 (鐵素體+珠光體)型產品

針對(鐵素體+珠光體)型產品，采用低溫終軋+低溫吐絲+斯太爾摩風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)為搭接點位置組織，由F+P組成；圖1(b)為非搭接點位置組織，主要由F+P+B組成。

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

經取樣進行同圈機械性能測試，結果如表1所示。同圈抗拉強度最大值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)型熱軋盤條同圈機械性能Table 1 Mechanical properties of the (ferrite+pearlite)type hot rolled strip

2.2 貝氏體型產品

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

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

經取樣進行同圈機械性能測試，結果如表2所示。同圈抗拉強度最大值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

本文結合鋼廠、拉絲廠、緊固件廠整個產業鏈工業化生產實踐，對(鐵素體+珠光體)型和貝氏體型產品適用性進行了歸納總結，具體如下：

針對(鐵素體+珠光體)型產品：①由于整體抗拉強度較低，斷面收縮率較高，在精線改制過程中可直接先進行拉拔再球化退火，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，不適用于生產復雜零件。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。

針對貝氏體型產品：①由于整體抗拉強度較高，斷面收縮率較低，在精線改制過程中需先進行球化退火再拉拔，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由于同圈組織及機械性能差異較小，球化退火后組織均勻性較好，適用于生產復雜零件。

4 結論

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

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

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