[发明专利]一种高强度高韧性螺栓用钢及生产方法

说明书

一种高强度高韧性螺栓用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.25‑0.33％，Si：1.00‑1.30％，Mn：0.90‑1.10％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Cr：0.85‑1.20％，V：0.12‑0.22％，B：0.0005‑0.0015％，其余为铁和不可避免的夹杂。生产方法：冶炼；在钢包炉中脱氧和合金化；在RH真空炉真空处理，连铸或模铸；对铸坯常规加热；轧制成盘条；采用斯太尔摩方式冷却。本发明在保证抗拉强度不低于1400MPa及添加昂贵元素相对少的情况下，无需改造任何设备，即可使钢的延伸率A不低于18%，断面收缩率Z不低于60%，常温下冲击功A_kv不低于60J，生产成本较低，并完全满足汽车和航空对高强度螺栓的需求。

技术领域

本发明涉及一种紧固件用钢及生产方法，具体属于螺栓用钢及生产方法，特别适用于航空及汽车工业用的高强度高韧性螺栓用钢及生产方法。

背景技术

近年来，随着我国汽车、机械、风电、桥梁、航空等各个行业的高速发展，对制造各类紧固件等零件使用的材料提出了更高的要求，如在汽车的高性能和轻量化、大桥的超长化和耐久性、风电行业的大规格化以及航空行业的高强化和耐高温等方面，对作为联接部件的紧固件以及其他冷镦成型零件提出了高应力和轻量化的要求，在这方面尤以汽车制造业的要求最强烈，原有的汽车用紧固件等，尤其是发动机螺栓已难以满足汽车发动机高应力化的要求。对此，最有效的措施便是紧固件用冷镦钢的高强度化。随着紧固件产品结构调整加快，8.8级和8.8以上级产品用材比例提高，由以前的30％左右上升到45-50％。

目前，在国内高强度紧固件螺栓用钢领域，多为传统的调质钢，如35、40、45、40Cr、35CrMo、40MnB、42CrMo等中碳钢，这些钢种存在需要经过球化退火、酸洗磷化、冷拔、滚丝、成形、调质、去氢退火等工艺，其强度级别主要在8.8级～12.9级。而对于汽车、航空等行业则需求大于12.9级高强度紧固件螺栓，由于缺口敏感性、冲击韧性低、延迟断裂等原因而无法满足这些领域的应用。

国外高强度紧固件螺栓用钢以日本住友金属的ADS系列为主，其开发的ADS系列紧固件用钢具有高强度和耐延迟断裂等优点，在相同的强度水平下，开发钢的延迟断裂抗力明显高于JIS SCM440。其成分体系是在Cr-Mo钢的基础上添加适量的V和Nb元素。由于含Mo量较高，可以适当提高其回火温度，从而具有较好的其耐延迟断裂性能，但其由于C、Cr、Mo含量高，致其缺口敏感性较强而使应用范围受到限制。

经检索：中国专利公开号为CN1275632A的文献，公开了一种抗拉强度为1300～1500MPa的高强度耐延迟断裂紧固件螺栓用钢，其具体化学成分(重量％)为：C0.25～0.50，Si0.10～0.4，Mn≤0.5，Cr0.50～1.50，Mo0.30～1.50，V0.10～0.40，RE0.001～0.05，Al0.005～0.10，N≤0.02，P≤0.015，S≤0.01，根据需求还可加入0.005～0.1的Ti、Nb中的一种或两种之和，其余为Fe及不可避免的杂质。该钢冶炼后浇铸成钢锭或连铸成坯，经开坯后轧制成棒线材等产品，它不仅抗拉强度高，而且耐延迟断裂性能优良。该高强度螺栓钢成分设计特点为Mo含量高，不仅增加了贵重合金成本，而且高Mo含量易在钢坯或钢材晶界偏聚，形成裂纹。

中国专利公开号为CN1329179A的文献，公开了一种强度为1400～1600MPa耐延迟断裂的高强度螺栓用钢。该钢的具体成分(重量％)为：C0.35～0.5，Si0.01～0.09，Mn≤0.30，P≤0.010，S≤0.008，Cr0.5～1.5，Mo0.7～1.5，V0.20～0.50，Nb0.01～0.08，RE0.002～0.04，Al0.005～0.05，N0.006～0.015，Ti和Zr中的任意一种或两种之和为0.01～0.15，其余为Fe及不可避免的杂质。该螺栓用钢成分也含有Cr、Mo合金钢，包含V、Nb、RE等，成本高，且影响了其成型加工性能，增加了热处理工序。