[发明专利]具有优异耐氢致延迟断裂性的线材、制造所述线材的方法、使用所述线材的高强度螺栓和制造螺栓的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于汽车发动机螺栓等的线材，更具体而言，涉及耐氢致延迟断裂性（hydrogen delayed fracture resistance）提高的线材、制造所述线材的方法、使用所述线材的高强度螺栓和制造所述螺栓的方法。

背景技术

与当前汽车重量减少和高功能化的趋势一致，为了减少能量消耗，对驱动部件尤其是发动机部件(如螺栓等)具有高强度的要求已有所增加。目前使用的高强度螺栓使用合金钢(如SCM435、SCM440等)通过淬火及回火工艺制造，具有的拉伸强度为1200MPa。然而，在拉伸强度为1200MPa以上的螺栓中，因为可轻易地由氢引起延迟断裂，所以使用线材制造超高强度螺栓的应用仍然不充分。

根据螺栓制造方法，在以定型为目的进行拉线之后，通过低温退火，拉制线材可进行球形化热处理、螺栓成型、淬火及回火过程，最终获得具有包含回火马氏体(tempered martensite)的单相结构的钢材。因此，所述螺栓的强度可由在其上进行的组成调整、淬火、回火及热处理过程决定。然而，所述线材作为原材料需具有尽可能小的强度以方便螺栓成型。

为了高度强化具有包含回火马氏体的单相结构的钢材，合金元素(尤其是碳元素)的加入已被认为是最有效的方法；然而，碳的加入会迅速升高线材的韧脆转变温度(DBTT)以及增加所述线材的强度，并显著恶化耐氢致延迟断裂性。此外，加工硬化性会增加，导致不利于螺栓成型，可能需要单独的软化热处理。

如上所述制造的螺栓通常可具有回火马氏体结构，其中碳化物沉淀分布在晶界或晶粒中，且在其基底材料中，沉淀物分布在板条马氏体（lath martensite）中。阻碍基底材料的高强化的主要原因可能是由于氢的引入造成的耐延迟断裂性的下降，且已知因为氢的引入会使晶界强度变差。为了使用钢材中存在的回火马氏体以获得高强度螺栓，需要提高耐延迟断裂性的操作。

因此，为了实现螺栓的高强化，不可避免地需要提高耐延迟断裂性以提高临界延迟断裂强度，为此，存在通过加入某些元素产生能够俘获扩散氢的沉淀物或控制微结构同时最大化抑制溴化奥氏体晶界的磷(P)和硫(S)等的方法。

提高耐氢致延迟断裂性的相关技术可包括1)钢材的腐蚀抑制，2)引入氢的量最小化，3)导致延迟断裂的扩散氢的抑制，4)其中包含高浓度有限扩散氢的钢材的使用，5)拉伸应力的最小化，6)应力集中的减小，7)奥氏体晶界尺寸的微型化等。作为实现耐氢致延迟断裂性提高的方法，已主要使用实施高度合金化的方法，或表面涂覆方法或防止外部氢引入的电镀方法。

然而，大多数国内和国外设计的发明会存在缺点，如高制造成本和因此所需的复杂工艺，并且在制造钢材时需要极度精确的轧制和冷却条件。例如，为了提高拉伸强度为1600MPa的高强度线材的延迟断裂特性，已存在下列技术：加入0.5重量%钛(Ti)、铌(Nb)和钒(V)，其为晶粒细化元素，随后加入抗腐蚀元素，如钼(Mo)、镍(Ni)、铜(Cu)、钴(Co)等，和碳元素，但是因此需要的生产成本会极其高。此外，存在使用提取自晶界的铁素体结构改善氢致脆性的方法，但是所述方法不包括化学结合物，且由于相当大量的钼(Mo)的加入，产品的制造成本也会增加。

此外，存在使用完整珠光体改善拉伸强度为1600MPa以上的高强度线材的延迟断裂特性的技术。然而，在这项技术中，为了在生产线材之后通过拉线提高拉伸强度和保证以定型为目的的拉线过程中的可拉伸性，需要加入0.2重量%以上的铬，且有必要要求用于等温转变的铅浴等温淬火（lead patenting）。因此，所述技术会存在缺点，如高制造成本和复杂的工艺，且具有局限性，如制造钢材时需要极度精确的轧制和冷却条件。

此外，与其它技术不同，通过用铁素体-珠光体双相微结构最终保证拉伸强度为1200至1500MPa的技术，没有最终热处理也可保证拉伸强度。然而，由于所述技术主要旨在通过加入大量的钼(Mo)来提高耐氢致延迟断裂性，因此就高制造成本而言其可能是不利的。

如上所述，与热处理和非热处理碳钢材(拉伸强度为1200MPa以上)的拉伸强度的提高相比，耐氢致延迟断裂性下降的局限还没有被解决，由于昂贵合金元素的加入，可能无法保证价格竞争力，特别地，关于由氢引起的延迟断裂特性的数据的稳定保证可能存在缺陷。

发明内容

技术问题

本发明一方面提供了一种线材，其具有优异耐氢致延迟断裂性同时通过热处理保证超高强度，以及制造所述线材的方法。