本发明属于热轧盘条，具体涉及一种免退火8.8级螺栓用热轧冷镦钢盘条及其制造方法。
背景技术：
1、螺栓连接作为新能源汽车主要的连接方式，其紧固件强度关乎整体安全性能。目前，8.8级高强度紧固件螺栓需经过多次热处理：“一球一拉”或“二球二拉”工艺，即热轧盘条→(球化退火)→拉拔→球化退火→拉拔→冷镦的工艺处理，球化退火的主要目的是使钢材中的微观组织碳化物球化，降低材料硬度和变形抗力，提高材料塑性便于加工成形，最后还需经调质处理才能达到8.8级螺栓性能等级要求。然而随着钢材制造热处理工序的碳排放要求不断提高，需要开发一种高塑性热轧盘条用于制造免退火8.8级螺栓，以满足绿色制造需求。
2、现有8.8级螺栓用热轧冷镦钢盘条主要采用斯太尔摩冷却工艺设计，其免退火后难以达到8.8级螺栓性能等级要求的技术难点和成因在于：
3、现有高强度冷镦钢在碳素钢基础上，通过添加mn和微量cr、b、ti等元素，以提高材料热轧后金相组织中铁素体的含量，并保证钢材经用户调质处理后的强度和淬透性，例如专利 cn114752847b公开的一种免退火高强度冷镦钢及其制造方法，采用c-si-mn-cr-ti-b成分设计，以及低温轧制和斯太尔摩冷保温冷却工艺设计，获得铁素体和退化的珠光体组织，铁素体的相比例≥55％，抗拉强度≤560mpa，且面缩率≥50％。
4、一方面，斯太尔摩冷却线的最高冷却能力有限，只能获得以铁素体珠光体为主的显微组织，以提高高速线材轧制速度、降低高速线材轧机磨损为目的的提高轧制温度，会进一步减少铁素体和珠光体的孕育时间，免退火调质后不能达到8.8级螺栓性能等级要求，而提高冷速则会引起马氏体等硬脆组织生成，造成盘条塑性显著下降。
5、另一方面，斯太尔摩冷却线的最低冷却能力有限，例如专利cn113025917a公开的一种具有低强度高塑性免退火冷镦钢用盘条及其制造方法，采用c-mn-cr-ti-al-b成分设计，采用低温大变形轧制后利用保温棉覆盖保温罩缝隙，缓慢冷却获得细小的铁素体和点状或短杆状形状的碳化物，达到抗拉强度460~540mpa，断面收缩率≥67%；由于盘条在持续的缓慢冷却过程中，仍难以长时间维持高温状态，晶粒粗化、渗碳体形成和渗碳体片层厚度的增加会加剧珠光体熔断难度，且盘条经过珠光体孕育后已处于无法熔断球化珠光体的低温状态，会导致材料塑性不足，不能达到免退火需求，在冷镦加工过程中开裂。
技术实现思路
1、本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一，本发明提供一种免退火8.8级螺栓用热轧冷镦钢盘条及其制造方法，用于制造免退火8.8级螺栓，实现高强度紧固件螺栓绿色制造，以满足市场使用需求。
2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、一种免退火8.8级螺栓用热轧冷镦钢盘条，所述冷镦钢盘条的化学成分及质量百分比为：c：0.20％～0.36％、mn：0.55％～0.85％、al：0.15％～0.35％、cr：0.05％～0.25％、p≤0.020％、s≤0.020％、b：0.0005％～0.0015％，其余为fe和不可避免杂质；所述冷镦钢盘条的组织包括体积百分比占65％~70％的回火贝氏体、体积百分比占30％~35％的珠光体、含有/不含有准球化碳化物所组成的混合组织。
4、上述冷镦钢盘条的化学成分及质量百分比设计依据包括：
5、（1）碳：c是钢中最基本有效的强化元素，但随着其含量增大，会导致基体强度过高、材料变脆，增加拉拔断丝和冷镦开裂风险，为了兼顾钢的高冷镦性能和高塑性、保证紧固件的最终强度级别，因此c的质量百分比控制为0.20％～0.36％。
6、（2）锰：mn元素可通过固溶强化作用提高盘条的强度级别，但mn含量过高会增加钢的过热敏感性和粗晶风险，对钢的塑性、组织控制均产生不利影响，因此mn的质量百分比控制为0.55％～0.85％。
7、（3）铝：al元素在钢中通过al原子固溶于基体实现固溶强化，可抑制在线熔盐控冷处理前段的晶粒粗化，起到细化晶粒作用，以及起到抑制渗碳体形成和抑制渗碳体粗化作用，有利于片层珠光体熔断，进而有助于通过等温回火使珠光体组织向球化组织转变，提高盘条的塑性；但铝过量会导致增加非金属夹杂和脱碳风险，因此al的质量百分比控制为0.15％～0.35％。
8、（4）铬：cr元素能够有效地提高钢的淬透性和回火抗力，以便调质后获得8.8级螺栓性能等级要所需的高强度要求，但cr含量过大会恶化钢的韧性和冷加工性，因此cr的质量百分比控制为0.05％～0.25％。
9、（5）硼：b元素可提高材料的淬透性，保证材料的基体强度，提高热轧时的材料强度，但硼含量过高易生产非金属夹杂，会引起脆性和粗晶风险，因此b的质量百分比控制为0.0005％～0.0015％。
10、（6）磷、硫：p元素和s元素属于杂质元素，越低越好，因此控制p≤0.020％、s≤0.020％。
11、上述冷镦钢盘条在采用c-mn成分设计、添加适宜的al、cr、b合金元素基础上，相较现有以铁素体为主、少量珠光体组织的斯太尔摩风冷盘条，通过盘条组织调控，回火贝氏体相较软相铁素体组织能够保留淬火贝氏体强度特性，且能显著改善淬火贝氏体的塑性，相较片层珠光体组织，片层珠光体熔断球化形成的准球化碳化物，作为回火组织能够进一步改善盘条塑性，进而能够以回火贝氏体和珠光体为主、含有/不含有准球化碳化物所组成的混合组织，保证盘条的强度和塑性匹配，特别是能够显著提高冷镦钢盘条的塑性，用于制造8.8级高强度紧固件螺栓等应用领域。
12、优选的，所述冷镦钢盘条的直径为5.5～12.0mm，抗拉强度rm为580~650mpa，断面收缩率z为78~86%，所述冷镦钢盘条的用途包括用于在省却多次球化退火处理下，经调质处理后达到8.8级螺栓性能等级要求。
13、一种免退火8.8级螺栓用热轧冷镦钢盘条的制造方法，基于如上所述免退火8.8级螺栓用热轧冷镦钢盘条的化学成分热轧吐丝生产盘条，盘条先经过在线熔盐控冷处理前段，使盘条按≥30℃/s的冷速降温淬火，形成以淬火贝氏体为主的组织，再经过在线熔盐控冷处理后段，使盘条升温进行等温回火软化，最后保温缓冷，制为包括体积百分比占65％~70％的回火贝氏体、体积百分比占30％~35％的珠光体、含有/不含有准球化碳化物所组成混合组织的冷镦钢盘条。
14、上述制造方法在c-mn-al-cr-b化学成分设计的基础上，采用吐丝后直接进行熔盐处理实现在线熔盐控冷，相较现有吐丝后进行斯太尔摩风冷处理，一方面：经过在线熔盐控冷处理前段，可以显著提高冷速，使盘条按≥30℃/s的冷速降温淬火，形成以淬火贝氏体为主的组织，为后续回火作组织上的准备；另一方面：经过在线熔盐控冷处理后段升温回火，可以使淬火贝氏体回火转化为回火贝氏体，通过回火改善淬火贝氏体的塑性，且在高温下回火贝氏体可以进一步软化提高塑性，淬火后组织中的残余奥氏体经过高温转换为珠光体组织，且由于在线熔盐控冷处理可以利用熔盐的高换热特性使盘条与熔盐温度保持一致，形成温度不变的等温处理，而非现有斯太尔摩风冷线保温缓冷时的持续缓慢冷却，可以使珠光体组织在长时间高温等温处理下进一步熔断球化，形成准球化碳化物进一步提高盘条塑性，经过高温回火后进一步保温缓冷，可以利用经过在线熔盐控冷处理后段后盘条的高温状态，延续回火贝氏体的软化和珠光体熔断球化软化作用，进而实现盘条组织调控，成功开发了一种免退火8.8级螺栓用热轧冷镦钢盘条的制造方法，具有良好工业适应性。
15、优选的，所述热轧生产前将钢坯送入加热炉加热，钢坯均热温度为1060~1150℃，总加热时间＜6h，可以以较高的均热温度促进成分均匀化，同时避免均热温度过高、总加热时间过长引起脱碳、过烧风险。
16、优选的，所述钢坯出加热炉后，用压力为15~20mpa的除鳞水去除钢坯表面鳞，用于尽可能的去除出炉后钢坯表面氧化形成的一次鳞，避免氧化层在后续轧制过程中被压入钢坯中影响线材表面质量。
17、优选的，所述热轧生产时控制精轧入口温度为920~950℃，精轧变形量为6~10%，且精轧出口温度≥900℃，由于在线熔盐控冷处理前段较斯太尔摩冷却可以以更快的冷速，淬火为淬火贝氏体，不必考虑提高轧制温度对减少铁素体和珠光体的孕育时间、以及易产生硬脆相马氏体的影响，因此可以打破现有低温轧制的限制，以相对更高的精轧温度和小的精轧变形量快速轧制，减少高速线材轧机的磨损，提高热轧生产效率。
18、优选的，所述在线熔盐控冷处理前段淬火温度控制在380～480℃，淬火处理时间控制在20~40s；在淬火温度范围内淬火温度越高、淬火处理时间越长，则淬火贝氏体含量越高，但淬火温度过高则淬火贝氏体含量下降甚至不出现淬火贝氏体，淬火温度过低则出现淬火马氏体，影响盘条塑性，通过控制在线熔盐控冷处理前段的淬火温度和淬火处理时间可以尽可能多的形成淬火贝氏体，为后续回火作组织上的准备。
19、优选的，所述在线熔盐控冷处理后段等温温度控制在560～630℃，等温处理时间控制在300~700s；在等温温度范围内，等温温度越高、等温处理时间越长，则回火贝氏体软化和碳化物球化加快，准球化碳化物含量增加，盘条塑性提高、强度下降，但等温温度过高、等温处理时间过长则会增加能耗负担，影响生产效率，而等温温度过低、等温处理时间过短则降低回火效果，引起塑性降低，因此通过进一步控制在线熔盐控冷处理后段的等温温度和等温处理时间，可以在兼顾生产成本和效率的基础上，实现盘条的强度和塑性匹配。
20、优选的，所述在线熔盐控冷处理前段的熔盐循环量为300~600t/h，所述在线熔盐控冷处理后段的熔盐循环量为100~300t/h；由于盘条经过在线熔盐控冷处理前段时能够与熔盐快速换热，前段以较大的熔盐循环量可以降低熔盐温升，控制淬火精度，盘条由在线熔盐控冷处理前段到后端升温时，熔盐降温损失较少，在线熔盐控冷处理后段在控制等温精度的基础上，可以以相对较小的熔盐循环量降低处理能耗。
21、优选的，所述保温缓冷控制盘条缓冷速率为0.2~2℃/s，由于盘条经过在线熔盐控冷处理后段后还处于回火等温温度的高温状态，通过进一步控制保温缓冷的冷速，可以使盘条在高温下持续软化，直至集卷。
22、优选的，所述保温缓冷采用辊道输送盘条进入保温罩，在盘条进辊道保温罩后，可以进一步将辊道速度降低至0.1~0.3m/s，达到缓冷速率的控制效果。
23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
24、（1）针对现有冷镦钢热轧盘条在提升强度的同时，导致塑性提升难度大，不足以满足8.8级螺栓免退火加工制造的现状，本发明的免退火8.8级螺栓用热轧冷镦钢盘条，采用c-mn成分设计、添加适宜的al、cr、b合金元素，显微组织类型包括回火贝氏体为主、少量珠光体、含有/不含有准球化碳化物所组成的混合组织，产品抗拉强度rm可以达到580~650mpa，断面收缩率可以达到78~86%，用于制造8.8级高强度紧固件螺栓等应用领域时免去球化退火工序，实现高强度紧固件螺栓绿色制造，具有良好的市场应用前景。
25、（2）本发明的制造方法在c-mn-al-cr-b化学成分设计的基础上，结合在线熔盐控冷和保温缓冷技术，使盘条经过在线熔盐控冷前段形成以淬火贝氏体为主的组织，再经过在线熔盐控冷后段升温等温回火，使以淬火贝氏体为主的组织转化为回火贝氏体和珠光体为主、含有/不含有准球化珠光体所组成的混合组织，并软化基体组织，在保温缓冷下持续软化，实现盘条的强度和塑性匹配，成功开发了一种免退火8.8级螺栓用热轧冷镦钢盘条，具有良好工业适应性。
26、（3）本发明的制造方法可以打破现有低温轧制对8.8级螺栓免退火加工的限制，选用合适的高温控轧、在线熔盐控冷和保温缓冷工艺设计，有利于减少高速线材轧机的磨损，提高生产效率，具有良好工业适应性。
1.一种免退火8.8级螺栓用热轧冷镦钢盘条，其特征在于，所述冷镦钢盘条的化学成分及质量百分比为：c：0.20％～0.36％、mn：0.55％～0.85％、al：0.15％～0.35％、cr：0.05％～0.25％、p≤0.020％、s≤0.020％、b：0.0005％～0.0015％，其余为fe和不可避免杂质；所述冷镦钢盘条的组织包括体积百分比占65％~70％的回火贝氏体、体积百分比占30％~35％的珠光体、含有/不含有准球化碳化物所组成的混合组织。
2.根据权利要求1所述的免退火8.8级螺栓用热轧冷镦钢盘条，其特征在于，所述冷镦钢盘条的直径为5.5～12.0mm，抗拉强度为580~650mpa，断面收缩率为78~86%。
3.一种免退火8.8级螺栓用热轧冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，基于权利要求1所述免退火8.8级螺栓用热轧冷镦钢盘条的化学成分热轧吐丝生产盘条，盘条先经过在线熔盐控冷处理前段，使盘条按≥30℃/s的冷速降温淬火，形成以淬火贝氏体为主的组织，再经过在线熔盐控冷处理后段，使盘条升温进行等温回火软化，最后保温缓冷，制为包括体积百分比占65％~70％的回火贝氏体、体积百分比占30％~35％的珠光体、含有/不含有准球化碳化物所组成混合组织的冷镦钢盘条。
4.根据权利要求3所述的免退火8.8级螺栓用热轧冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，所述热轧生产前将钢坯送入加热炉加热，钢坯均热温度为1060~1150℃，总加热时间＜6h。
5.根据权利要求4所述的免退火8.8级螺栓用热轧冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，所述钢坯出加热炉后，用压力为15~20mpa的除鳞水去除钢坯表面鳞。
6.根据权利要求3所述的免退火8.8级螺栓用热轧冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，所述热轧生产时控制精轧入口温度为920~950℃，精轧变形量为6~10%，且精轧出口温度≥900℃。
7.根据权利要求3~6任意一项所述的免退火8.8级螺栓用热轧冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，所述在线熔盐控冷处理前段淬火温度控制在380～480℃，淬火处理时间控制在20~40s；所述在线熔盐控冷处理后段等温温度控制在560～630℃，等温处理时间控制在300~700s。
8.根据权利要求7所述的免退火8.8级螺栓用热轧冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，所述在线熔盐控冷处理前段的熔盐循环量为300~600t/h，所述在线熔盐控冷处理后段的熔盐循环量为100~300t/h。
9.根据权利要求3~6任意一项所述的免退火8.8级螺栓用热轧冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，所述保温缓冷控制盘条缓冷速率为0.2~2℃/s。
10.根据权利要求9所述的免退火8.8级螺栓用热轧冷镦钢盘条的制造方法，其特征在于，所述保温缓冷采用辊道输送盘条进入保温罩，辊道速度为0.1~0.3m/s。
