[發明專利]12.9級抗延遲斷裂耐候螺栓鋼及制備方法

在審

• 申請號: 202011342627.7
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112695241A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 張瑞;徐樂;李英奎;文輝;朱思遠
• 申請（專利權）人: 南京鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/42;C22C38/46;C22C38/48;C22C38/50;C22C38/44;C22C38/06;C22C33/04;C21D8/06;C21D1/25;C21D9/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 陳秋明

本發明公開了一種12.9級抗延遲斷裂耐候螺栓鋼及制備方法，該鋼的成分以質量百分比計，包括C：0.35～0.45％、Si：0.10～0.40％、Mn：0.50～0.90％、P≤0.012％、S≤0.005％、Cr：0.80～1.20％、Cu：0.20～0.50％、Ni：0.80～1.20％、V+Nb+Ti：0.10～0.50％、Mo：0.10～0.50％、Alt：0.015～0.045％、余量的Fe和不可避免的雜質。通過對成分和制備工藝參數的設計，使得該鋼強度達到12.9級的同時具有優異的耐大氣腐蝕性能及抗延遲斷裂性能。

技術領域

本發明涉及一種螺栓鋼及制備方法，具體涉及一種12.9級抗延遲斷裂耐候螺栓鋼及制備方法。

背景技術

在鋼結構橋梁和建筑的制造安裝過程中，高強度螺栓由于其連接形式具有施工工藝簡單、安裝拆卸方便以及承受力大、不易松動等技術特點，廣泛應用于橋梁和建筑中，單橋或單個建筑的用量達到了數十萬至數百萬套，因此，高強度螺栓的設計、原材料的生產及高強度螺栓產品的制造在世界范圍內都得到了極大重視。

國內外公路橋梁最高采用8.8級螺栓，鐵路橋最高采用10.9級螺栓。上世紀日本曾采用11.9和13.9級橋梁螺栓，但因延遲斷裂而遭棄用。12.9級及以上螺栓，目前已應用于發動機，但未見應用于橋梁的報道。國內有一些耐候螺栓的報道，但是均在10.9級以下。隨著橋梁荷載與跨徑的提高以及鋼結構建筑的輕量化發展，對螺栓也提出了更高設計應力和輕量化的要求，最有效的措施是螺栓的進一步高強化，應用12.9級抗延遲斷裂耐候螺栓是橋梁工程和建筑工程發展的必然趨勢，對橋梁和建筑行業的發展具有重要意義。

12.9級高強度螺栓在鋼結構服役過程中是極為重要的受力結構，但是長年在自然環境中服役，會發生嚴重的腐蝕現象，包括上述的均勻腐蝕、縫隙腐蝕及電偶腐蝕，這些都會使高強度螺栓的形狀尺寸發生變化，進而導致受力發生變化，給橋梁的服役帶來隱患，因此，高強度螺栓亟需解決耐大氣腐蝕問題。12.9級高強度螺栓在鋼結構上的應用的另一個瓶頸是延遲斷裂問題。高強度螺栓的延遲斷裂主要是由于原材料本身中存在的氫、螺栓制造過程中進入的氫以及螺栓服役過程中侵入的氫造成的，同時由于螺栓是缺口零件，具有很高的缺口敏感性，極易在螺紋根部或者螺桿與頭部的過渡處產生突發性的脆斷，這會給安全帶來嚴重的安全隱患。目前，由于并沒有工業化的去氫標準及檢測標準，因此，國內外對于抗延遲斷裂的高強度螺栓的開發主要集中在材料研究領域，研究表明加入適量的微合金化元素V、Ti、Nb等，形成細小的碳氮化物，除細化催貨前奧氏體晶粒外，還可以作為氫陷阱，抑制氫的擴散和使氫分布均勻，這一成分設計在10.9級抗延遲斷裂螺栓鋼中應用，但隨著橋梁輕量化的要求，螺栓強度提高，其延遲斷裂風險增加，需要進一步在材料方面開展系列研究，提高高強螺栓鋼的抗延遲斷裂性能。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術的缺陷，本發明提供一種12.9級抗延遲斷裂耐候螺栓鋼，該鋼具有較好的耐大氣腐蝕性能及抗延遲斷裂性能，能夠應用于橋梁，替代現有10.9級橋梁用螺栓鋼。

本發明的另一目的是提供一種上述12.9級抗延遲斷裂耐候螺栓鋼的制備方法。

技術方案：本發明所述的一種12.9級抗延遲斷裂耐候螺栓鋼，成分以質量百分比計，包括C：0.35～0.45％、Si：0.10～0.40％、Mn：0.50～0.90％、P≤0.012％、S≤0.005％、Cr：0.80～1.20％、Cu：0.20～0.50％、Ni：0.80～1.20％、V+Nb+Ti：0.10～0.50％、Mo：0.10～0.50％、Alt：0.015～0.045％、余量的Fe和不可避免的雜質。

具體的，該鋼的耐腐蝕指數I≥6.5，其中：

I＝26.01(％Cu)+3.88(％Ni)+1.20(％Cr)+1.49(％Si)+17.28(％P)-7.29(％Cu)(％Ni)-9.10(％Ni)(％P)-33.39(％Cu)²。

成分設計機理如下：