[發明專利]一種耐延遲斷裂性能優異的高強度螺栓用鋼及其制備方法

有效

• 申請號: 202010130887.1
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN113322410B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 金峰;趙浩洋;翟瑞銀;姚贊
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/06;C22C38/22;C22C38/24;C22C38/28;C21D8/06;C21D1/74;C21D1/32;C21D1/25
• 代理公司: 上海開祺知識產權代理有限公司 31114
• 代理人: 竺明

一種耐延遲斷裂性能優異的高強度螺栓用鋼及其制備方法，其成分重量百分比為：碳：0.35～0.50％，錳：0.20～0.70％，鉻：0.75～1.35％，鉬：0.55～1.45％，釩：0.10～0.50％，鋁：0.005～0.10％，硫：0～0.005％，硅：0.02～0.05％，鈦：0.005～0.15％，氧：0.0005～0.003％，氮：0.001～0.007％，其余為鐵及其它不可避免的雜質；且，所述鈦的含量≥氮含量的3.5倍；鉻、鉬、釩三種元素含量之和不低于1.75％；硫、氧、氮三種元素含量之和不高于0.01％。本發明所述高強度螺栓用鋼鋼質純凈度高，晶粒細化，可用于制造抗拉強度不低于1400MPa的高強度螺栓，斷面收縮率不低于50％，并具有優異的耐延遲斷裂性能，可用于汽車及機械零部件。

技術領域

本發明涉及螺栓用鋼，特別涉及一種耐延遲斷裂性能優異的高強度螺栓用鋼及其制備方法。

背景技術

螺紋和螺栓連接是汽車及機械零部件之間最常見的連接方式之一。螺紋連接又具有拆裝方便、結構簡單、連接可靠等優點。根據國家標準GB/T3098.1《緊固件機械性能螺栓、螺釘和螺柱》的規定，目前常用的緊固件多為8.8級～12.9級(相當于800MPa～1200MPa抗拉強度級別)。最新修訂的標準中高強緊固件的適用最高強度等級為12.9級，更高強度級別的緊固件尚未形成標準。目前，各個鋼廠以及緊固件生產企業制造12.9級螺栓的冷鐓鋼鋼種一般采用35CrMo(SCM435)和42CrMo(SCM440)，經過相應的熱處理工藝得到滿足強度等級要求的螺栓。

12.9級及以下的螺栓采用的35CrMo、42CrMo材料并未規定添加Ti、V、Nb等微合金元素，主要利用添加Cr、Mo元素可以增加鋼材的淬透性原理保證成型的零件在調制熱處理過程中的心部顯微組織可以淬成馬氏體，并經過回火得到綜合力學性能。同時0.35％～0.42％碳元素的添加以及Cr、Mo等合金元素的添加可以保證鋼材在淬火后得到滿足硬度要求的馬氏體組織，并在回火后形成細小的碳化物析出起到彌散強化作用。

隨著汽車、機械、建筑、輕工等各個生產部門的發展，對制造各類緊固件(螺栓、螺釘、螺母等)的材料提出了更高的要求。如在汽車的高性能化和減輕重量化、建筑結構的高層化以及大橋的超長化等方面，對作為聯接部件的螺栓提出了高設計應力和輕重量的要求。對此最有效的措施便是螺栓鋼的高強度化。目前，一些汽車、建設機械用螺栓已經提出了抗拉強度大于1400MPa的要求。

螺栓上起到連接和緊固作用的是螺紋，但螺紋的結構相當于在均勻的材料和形狀上開缺口。螺栓在裝配服役過程中會受到持續的拉應力或者交變拉應力形成應力集中，在螺紋處會形成應力集中和交變疲勞載荷的作用。螺栓的抗拉強度超過1000MPa時，會發生加載(裝配、擰緊)后經過一段時間發生突然斷裂的情況，間隔時間短則數小時，長則數天數月不等，此現象被稱為高強度螺栓的延遲斷裂現象。目前普遍認為延遲斷裂現象與材料中氫元素的偏聚、析出有關系。所以，在開發高強度螺栓時避免或減輕材料延遲斷裂現象是必須考慮的。

中國專利CN00105872.X中公開的耐延遲斷裂性能優良的高強度螺栓鋼合金成分為：C0.25～0.50，Si0.10～0.40，Mn≤0.50，Cr0.50～1.50，Mo0.30～1.50，V0.10～0.40，RE0.001～0.05，Al0.005～0.10，N≤0.020，P≤0.015，S≤0.010，根據需求還可加入0.005～0.10的Ti、Nb中的一種或兩種之和，余為Fe及不可避免的不純物。此專利未控制Si元素的含量到極低的水平，在冷鐓過程中會降低模具壽命，降低材料的低溫沖擊性能，對螺栓在高強度下的性能是不利的。