[发明专利]具有极佳耐延迟断裂性能的超高强度钢丝及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于制备需要超高强度的汽车引擎螺栓的钢线材，更具体而言，涉及具有极佳耐氢致延迟断裂性能的钢线材及其制备方法。

背景技术

近年来，随着轻型和高性能汽车的需求的增加，对引擎部件（例如螺栓）的高强度需求也随之增加，以降低能量消耗。目前由合金钢（例如SCM435或SCM440）通过淬火和回火所制备的高强度螺栓为具有约1200MPa强度的螺栓。但是，具有1300MPa拉伸强度的钢可能会发生氢致延迟断裂，因此无法用于制备超高强度的螺栓。

对开发高强度螺栓而言需考虑的最大问题是延迟断裂。术语延迟断裂是指当对螺栓施用某一特定拉伸强度（约1200MPa）时螺栓突然断裂的现象。该现象主要发生在螺栓的凹槽或端部，且已知这归因于在三向应力状态下的氢致脆变。因此，在开发具有约1200MPa或更高强度的高强度螺栓中，需要通过增加螺栓的耐延迟断裂性能来确保其安全性。

一家日本钢公司已开发出了一种基于珠光体的高强度珠光体钢，其通过在珠光体/渗碳体处形成的氢捕获位点而具有改进的耐延迟断裂性能，并保持珠光体的特征强度。该珠光体钢被供应给一些汽车公司。

但是，在上述珠光体钢中，在制得该钢之后的依尺寸制造的拉拔（drawing）过程中，应添加多于0.2wt%的Cr，以改进拉伸强度和确保其拉拔性能，且必需进行等温转化。因此，该珠光体钢的缺点为，生产成本高，制备过程复杂。另一缺点为，制备该钢需要极精确的冷却条件。

此外，在改进具有1200MPa或更高强度的高强度钢线材的耐延迟断裂性能的尝试中，存在一项技术，其中添加0.5wt%或更多量的每一种晶粒细化元素，包括Ti、Nb和V，并且其中添加耐腐蚀元素（例如Ni、Cu、Co等）和碳化物元素。但是，该项技术的缺点是钢的制备成本极高，因为必需进行铅淬火，以确保珠光体的转化稳定性。

同时，对代替迄今在汽车引擎中一直使用的螺栓合金钢的微合金钢，在通过省去热处理来降低制备成本方面，已进行了大量研究。但是，近年来，为赋予汽车以轻型和高强度性能和为降低汽车部件的数目，使用了复杂的锻造设计，当应用常规退火和回火操作时，这种复杂的锻造设计可能导致微合金钢变形。为此，基本无法应用微合金钢。

因此，对通过降低C含量和添加痕量Ti的奥氏体晶粒细化技术来改进韧度的方法进行了研究，并对通过添加少量Mo形成针状铁素体来达到高强度的方法进行了研究。但是，这些方法存在的问题是，由于添加相对昂贵的合金元素而增加了制备成本。

此外，提出了通过将C含量降低至0.1%并添加Cr和Mo来改进韧度的方法以及将钢的微结构通过可控冷却转化成马氏体的方法。但是，这些方法在韧度的降低、昂贵元素（例如Cr和Mo）的添加以及用于可控冷却的具体设备方面存在问题。

同时，如上所述，在进一步改进拉伸强度约为1200MPa的合金钢的拉伸强度方面的限制因素尚未被克服。此外，虽然在日本已提出了一些关于超高强度线材的技术，但是这些技术必需添加昂贵的合金元素和进行铅淬火，无法确保价格竞争力。特别是，实际上难以确保关于氢致延迟断裂特征的稳定数据。

因此，需要一种制备超高强度钢线材的技术，该技术通过省去基本的热处理而减少了必需操作的数目（如在微合金钢的情况下），通过使用痕量合金元素确保了价格竞争力，且确保了耐延迟断裂的性能。

发明内容

技术问题

本发明的一个方面提供了一种既具有超高强度又具有极佳耐延迟断裂性能的钢线材，及其制备方法。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种具有极佳耐延迟断裂性能的超高强度钢线材，该钢线材包含以wt%计的0.7-1.2%C、0.25-0.5%Si、0.5-0.8%Mn、0.02-0.1%V和余量的Fe，以及不可避免的杂质。

本发明的另一个方面提供了一种制备具有极佳耐延迟断裂性能的超高强度钢线材的方法，该方法包括以下步骤：将钢加热至1000-1100℃，该钢含有以wt%计的0.7-1.2%C、0.25-0.5%Si、0.5-0.8%Mn、0.02-0.1%V和余量的Fe及不可避免的杂质；将经加热的钢在900-1000℃的温度下进行热轧；将该经轧制的钢以5-10℃/s的速率冷却至600-650℃；和以60-80%的减面率（reduction ratio）冷拉该经冷却的钢。

有益效果