Ｉ热处理 ｌ Ｈ‰㈨ 高强度螺栓用ＭＬ ２ ５Ｂ钢的热处理工艺 付平安，罗艳冰，张先鸣 摘要：ＭＬ２５Ｂ；￣．．ＧＢ／Ｔ ６４７８－－２０１５《冷镦和冷挤压用钢》新标准中的一个新牌号，探讨了ＭＬ２５Ｂ碳硼钢的热处理淬火方法以 及进行的热处理工艺试验。 关键词：碳硼铜；淬火；热处理工艺 、 题的提 钢相同的硬度、强度时，合金钢 、试验材料 办法 的回火温度应较高，从而应力消 ＧＢ／Ｔ ３０９８．】～２０ｌ０（（紧固件 机械性能螺栓、螺钉和螺柱 规 除较彻底。 从冷水江钢铁有限责任公司 定，螺栓用钢材是碳素钢和为增 加强度、淬透性而添加铬、铜、 镍、锰等合金元素的合金钢，以 及耐蚀为主的不锈钢等。此外， 还有添加微量硼使淬透性大幅度 提高的碳硼钢。而钢材的淬透性 越好，调质后的屈强比也越大， 屈强比的增大意味着能更好地发 近ｌ０年来，市场卜大力开发 了节约合金元素的低碳高强度 冷镦硼钢，其成分设计的基本原 购进的冷镦钢ＭＬ２５Ｂ盘条，考 虑到化学成分的影响，根据ＧＢ／ Ｔ ６４７８－－２０ｌ５标准中选择对碳、 硅、锰、硼等元素优化控制，用 直读式光谱仪对样件进行化学成 分分析，如表Ｉ所示。 ０是降低含碳量、改善冷镦钢 的冷变形能力，加入０．０００８％～ ０．００３５％的硼，以弥补因降碳而 造成ｒ强度和淬透性的损失。冷 镦硼钢热轧线材可以直接拉拔和 冷镦加工，不需要预先球化退 （１）碳：碳是影响钢材冷 塑性变形的最主要元素。含碳量 越高，钢的强度越高，而塑性越 挥钢材的潜力，这对于满足产品 规定的抗拉强度和屈强比的高强 火处理，节约了螺栓的制造成 本。ＭＬ２５Ｂ是ＧＢ／Ｔ ６４７８～２０ｌ５ （（冷镦和冷挤压用钢 新标准中 的一个新牌号，用于制造８．８、 ９．８级Ｄ≤１６ｍｍ螺栓和８、１０级 Ｄ≤２４ｒａｍ螺母。 低。钢中含碳量对于钢材的冷镦 性能是影响最大的，在生产实际 中，含碳量大干０．２８％时，要求 钢在拉拔前要进行球化退火。含 碳量过低对淬透性也有重要影 度螺栓，就更有实际意义。 高强度螺拴调质用合金钢与 相同含碳量的碳素钢相比，往往 在相同强度下具有较高的塑性、 响。为此，含碳量控制在０．２５％ ～韧性；或在相同的塑性下具有较 高的强度；或强度、塑性、韧性 都较高，且耐热、耐５００℃以Ｆ 高温环境服役。因为在调质状态 下，合金元素除固溶强化铁素体 外，更主要的是提高了钢的回火 下面简述ＭＬ２５Ｂ碳硼钢的热 处理淬火方法以及进行的热处理 ０．２８％，尽量不考虑退火工艺 处理。 工艺试验，供参考。 （２）硅：ｓｊ对冷镦性能的 （％） Ｂ Ａｌｔ≥ 表１ ＭＬ２５Ｂ钢的化学成分（质量分数） 化学成分 Ｃ Ｓｊ Ｍｎ Ｐ≤ Ｓ≤ 稳定性，在相同温度回火后，合 金钢的碳化物比较弥散，从而使 钢的强度较高。如果回火到与碳 标准值 ０．２３～０ ２８ （）．１０～０．３０ ０．６０—０．９０ ０．０３５ ０．０３５ ０．０００８～０．００３５ ０．０２０ 内控值 ０．２５～０．２８ ≤０．１５ ０．７０～０．９０ ０．０２５ ０．０２５ ０．０ｏｏ８～０，００３５ ０．０２０ 实测『直 Ｏ．２６～（）．２７５ Ｏ．１０～Ｏ．ｉ５ ０ ７５～０．８５ Ｏ．０２ ０．（）Ｉ５ ０．ＯＯｌ（）～０．００２５ ００２０ 舔压矾蔼 ：ｏｌ７ ｔ蔓 垮４７磊 工 热加工 转斑嘲 ｗｗｗ．ｍｅｔｏｌｗｏｒｋｌｎＥｌ９５Ｕ．ＣＯｒｎ Ｈ Ｉ热处理 影ｎ向仪次ｆ碳， 是铡化冶炼时 脱氧齐『】的残余物。当钢ｌ１ｌ】含硅 超过０．１％ＩＩ“１，抗托强度提高，ｆｌ＿【 影响冷ＪＪｌＩ Ｉ：性能。 此，卞张控 冷镦钢硅含量≤０．１５％。 、计， 徽组织检验使用例 式金 棚显微镜肢图像采集系统。 试验结果与分析 （３）锰：Ｍｎ能提高钢的淬 透・Ｐｔ－，使得钢的抗拉强度和抗弯 强度 所提高， 性钉所降低， 埘ｒ铡ｎ勺冷 变形是 利的。 １．不同加热温度对组织及 性能的影响 ＭＬ２５Ｂ属于ｆ 碳合 冷镦 铡。８．８级Ｉ岛强度螺伦之所以选 图１ ８３０。Ｃ加热淬火显微组织 Ｍ Ｌ２５Ｂ钢的含锰量，１ 宜超过 ０．９％，热处理水淬易 裂，锰恢 择川ＭＬ２５Ｂ，是…Ｊ 对螺伦淬 透・ 及服役条件的考虑。 碳 怀准要求的Ｉ－Ｉ （）．７５％～０．９０％挖 ｌ。 ￣Ｅｏ．３２％～０．３８％之 的ＭＬ３５、 ＳＷＲＣＨ３５Ｋ冷镦钢，对下Ｍ ｌ ６以 图２ ８６０ Ｃ加热淬火显微组织 （４）硎：Ｂ能 酱提高钢 ｌ 螺栓热处耶往 仃 淬／ｆ 透， 心 未溶铁素体增多，住服役过 程造成－ 期，火效的问题。 的淬透性，但 时义会导敛钢 材晚性增加。Ｂ含量最人值为 ０．００３５％，硼 钢中氧、氮有很 性的米合 ， ・ｌ｛ 它们结合，． 成氧化硼成氮化硼时，刚的作ＪＩ Ｊ ＭＬ２５Ｂ￥１￣Ｉ中的含锰嚣，考虑 热处理用水淬易７ｆ：裂，锰含精按 ０．７５％～０．８５％控制，虽然含量 就｝ｆＬｉ失，即只彳 酸溶硼／ｊ一能使钢 的淬透 Ｉ１－：￣Ｐ，加，控制为０．Ｏ０ｌ０％ ～高，但锰 ｒ扩火ｌ奥氏体卡¨ｌ 元 素，使 ｆ 点 移，他钢化较低 温度加热，即可完全奥氏体化， 女ｌＩ仟８３０℃加热淬火显微组织中 图３ ８８０。Ｃ加热淬火显微组织 ０．００２５％。 试验加热采｝ｆ］连续式网带 ， ，卜Ｊ 线，依据现场实际，卜』舭产 ＧＢ／Ｔ５７８２一Ｍｌ６ Ｘ ｌ００高强度８．８ 已展本看 到铁素体组织， 图 ｌ；８６０℃加热淬火显微组织为淬 级／＿ 角火螺栓制定热处理温度， 选取４组加热濉度，分圳为： ８３０℃、８６０Ｃ、８８０℃和１９００℃。 火屿氏体＋少量先ｊ 析铁素体组 ｝，见图２；８８０Ｃ加热淬火 微 图４ ９００。Ｃ加热淬火显微组织 Ｌ织为淬火马氏体＋兜共析铁素 体组纵， 图３；９００ Ｃ加热淬火 硎（≥０．０００７％）姚【ＩＪ‘使冷镦 觚绀试样力ｌ１热保温时 按网带加 热炉运转速度为８５ｍｉｎ，加热后 ＩＩ Ｊ２．５％～３％ＰＡＧ水溶液冷却， 水温 制 ３０～３２ Ｃ， 火温度 显微组织为料１大淬火乌氏体＋ 钢调质的性能ＨＪ｛ 提高，使川少 状铁集体组织， 【划４。 钢中力』Ｉ入微量删，能弥补冈 降碳『衔造成的强度 淬透州蚋勺损 失，改善钢的冷变肜能力。硼住 量硼代替合金 素生 螺栓川的 ＭＬ２５Ｂ钢，能６Ｊ多降低成本。硎 量控制大干０．００ ｌ０％，叮他淬透 性达到最大。 ２所示为ＭＬ２５Ｂ钢淬火７Ｊ ｌ ｌ中温『ＩＪｌ火的力 ‘ ・Ｈ－：能馀洲结果。 分ＩｊｌＪ为４ｌ０℃、４２０℃￣１１４３０℃， 温时 １十安 帮』Ｊｌ１热炉运转速度 为９０ｍｉｎ。 钏・ｆ１的十 作用是提高淬透・ ， 硎提高淬透性的饥制是硎 嗅氏 体 界的偏聚，降低ｒ奥氏体品 界能，从而使奥氏体稳定，铁 火后ｌ 样』ＪＩ１ ｌ二成 １０ｉｎｍ Ｘ ｌＯｍｍ×５５ｍｍ柄 准冲击 Ｉ 样， －｝ｌ 试验按照ＧＢ／Ｔ２２９ ２００７ 材料复比摆锤冲击 箭为数 州 倍畎 从表３所列４纰试验结 来吞，『『ｌ ｌ火后力学 ｋ能聪本 书 准范 ｌ， 只有８ ３０℃淬火所得ｆ ｆ 击吸收 能量偏低（低Ｊ 标ｆ化 ２７Ｊ）， ８６０℃相１９００ Ｃ淬火所 ｔ１．１ 口搜收 素体新相 界处形核困难。只 跌验方法 ， 有㈣溶住钢 ｛ｌＪ＇自ＩｌＩ硼（或称有 效硎）才埘提高淬透性有 ，微 机。硬度榆洲使片Ｊ洛氏硬度 ４８ ２ｗｏ ｌｗｗ， ｍｅ ３ｔｕｌｗ 。ｏｒＭｎ掬娃辨 ？ ｇｌｇ￥Ｏ． 分 加工热ｍ１。 …。 … Ｈ ｅｎａｔ Ｉ热处理 能量数据比较分敞，８８０℃淬火 为理想的淬火加热温度。 从淬火显微组织表明，若 ＭＬ２５Ｂ￣Ｉ＊Ｉ采用铝脱氧时，铝和硼 钢的切削加１二性与含碳量棚近 ～４３０℃回火， 力学性能均可 或经调质的Ｍ Ｌ２ ５、Ｍ Ｌ３ ５、 ＳＷＲＣＨ３５Ｋ钢相似。埘于９．８级 的异形件螺柃的机办¨工生产证实 ｒ这一点，硼对切削］３１１１￣性的影 满足８．８级螺拴的技术要求，从 高强度螺栓综合力学性能考虑， 回火温度以４３０Ｃ为佳；但对９．８ 钢中残留ｆｔＯＴｉ将对钢的奥氏体晶 度产，ｌ：－影响，同时起细化品粒 级螺栓，不能满足标准中的最低 同火温度４２５℃的要求。 （３）ＭＬ２５Ｂ钢为了避免淬 响｝皮认为是不用考虑的。 （４）焊接性ＭＬ２５Ｂ钢是 的作川。钢中的铝质量分数控制 在０．０２％～０．０５％｛残留Ｔｉ质量分 数在≥０．０３％时，淬透性效果最 佳。 很容易焊接的，热处理凋质后 火开裂，对于Ｍ ｌ０以下规格的高 强度螺栓可油淬，油淬后硬度也 可达４４～４５ＨＲＣ。ＭＬ２５Ｂ钢吲 也一样，通常不用预热和后热， 当然最好是低氢处 工艺，热影 响区的硬度则略低］：低合金钢。 ２．不同热处理回火温度下 火稳定性较差，故可适当降低回 火温度，如调质时应提高淬火温 度５℃左右，降低回火温度５℃ 的冲击吸收能量 按ＧＢ／Ｔ ３０９８．１ ２０１０，螺栓 但是，恰当地设计螺怜焊接组合 什，可以防ｌｆ：对性能的很多有害 作用。 左右。若力学性能不达标时有出 现， 要是对热处理工艺控制不 冲击ｕ搜收能量征一２０℃进行，检 测取 均值，表３所示为ＭＬ２５Ｂ 钢淬火力Ｊ】中温回火的冲击吸收能 量与硬度。从表３来看，４３０℃同 火，？巾击吸收能量值最高，也符 四、结语 （１）ＭＬ２５Ｂ钢高强度螺栓 适宜的淬火温度为８７５～８８５℃， 淬火后硬度人于４４ＨＲＣ。 严，特圳是保温时间不足所敛， 只要保证加热奥氏体化均匀，就 能保 高强度螺栓具有良好的综 合力学性能，至于淬火冷爿】介质 合标准￣．ｊ－８．８级螺柃的最低州火 温度４２５ Ｃ的要求。 （２）ＭＬ２５Ｂ￣凋质后在４１０ 温度肢回火工艺等都是次要的。 表２ ＭＬ２５Ｂ￣ｇＪ淬火加中温回火的力学性能 ３．ＭＬ２５Ｂ钢的工艺特性及 对性能的影响 （１）冷成形性 由于在 ＭＬ２５Ｂ￣Ｉｘｌ中的硼埘阎溶、沉淀和 冷加ｆ：硬化增强很小，因而很适 热处理工艺 ８３０℃淬火 ＋４１０Ｃ Ｉ删火 抗拉强度 断后伸长率 断面收缩率 －２０℃冲击 表面硬度 ，ＭＰａ ９０（）～（％） ｌ２～ｌ４．５ （％） ５２～５８ 吸收能量 ｆ ２５．５～５０ ＨＲＣ ２６．５～３２ ９７０ ８６０℃０淬火 ＋４１０℃回火 ９ｌ０～９７０ Ｊ２～ｌ４．５ ５３～５８ ３５～６６ ２７～３１．５ 宜干冷挤压、冷镦和温锻，典型 车辆车轮的轮胎螺栓，此类异形 件可任多工位冷镦机上加＿［。 （２）抗淬裂性淬火开裂 ８８０℃淬火 ＋４２０Ｃ叫火 ９００——９５５ １３～ｌ５．５ ５４ ５～６０ ３８．５～５５ ２８～３ｌ ９００℃淬火 ＋４２０Ｃ回火 ９２（）～９８（） Ｉ３～ｌ４．５ ５２．５～６０ ２８．５～６７ ２７．５～３１ 可以由 一或多种因素而引起。 表３ ＭＬ２５Ｂ钢回火后的冲击吸收能量与硬度（８８０。Ｃ淬火） 热处理工艺 ８８０℃淬火＋４１０℃ 回火 然而，对于高强度螺栓来说， 淬裂倾向是Ｍｓ点温度的逆向函 数，与碳和其他合金元素相比， 硼有独特的性能，它可增大淬透 抗拉强度／ －２０＂Ｃ冲击吸收 一２０Ｃ冲击吸收能 表面硬度 ＭＰａ ９００——能量／Ｊ ３２．２８，４４ 量平均值／Ｊ ３４．５ ＨＲＣ ２８．５～３２ ９８０ ８８０℃ｉ卒火＋４２０℃ 回火 ９ｌ（】～９７０ ４２．５，５３．４８．５ ４８ ２７～３１．５ 性而／ｆ 使Ｍｓ点有明显降低。因 ８８０℃淬火＋４３０Ｃ 匝Ｉ火 ８８０——此，对螺拴异形ｆｌ：ｆｌ＇，ｊ锐边、螺伶 孔等对淬裂敏感处，用ＭＬ２５Ｂ钢 制造要可靠得多。 （３）切削加ｒ性Ｍ Ｌ２５Ｂ ９５５ ５３．６８，４２．５ ５４．５ ２６～３Ｏ 作者简介：付平安、罗艳冰、张先鸣，冷水江天宝实业有限公 司。 参磊 工 热加工 ｔ３１Ｏｔ ４９。飑。锻瞄鹊 ２ ｉ ｗｗｗ，ｍｅｔｏ／ｗｏｒ／￣ｌｎＥ／ｙｊ ＣＯｒｎ １ ，