[发明专利]一种高强度紧固件制备方法

说明书

一种高强度紧固件制备方法，对紧固件原材料进行热处理与冷变形，得到抗拉强度上限1400 MPa、性能等级为10.9‑12.9的紧固件，步骤一、对紧固件原材料进行淬火加高温回火热处理，热处理后紧固件原材料的抗拉强度为Rm≥650MPa；步骤二、采用冷拔或冷轧工艺对步骤一热处理后的紧固件原材料进行减面率60%以上的冷变形，得到紧固件毛坯；步骤三、对步骤二得到的紧固件毛坯进行螺纹加工或/表面处理，得到紧固件，紧固件抗拉强度大于1300 MPa。本发明通过在现有材料基础上，改进紧固件制备和热处理工艺，改变高强度紧固件微观组织结构形态，将常规的调质组织等轴晶粒通过本发明制备工艺获得具有纤维状晶粒组织。有效提高材料的抗延迟断裂性能。

技术领域

本发明属于零件制造领域，具体说的是一种高强度紧固件制备方法。

背景技术

随着经济的高速发展，交通运输、海洋工程等产业的快速发展对大型钢结构提出了更高的要求，桥梁跨度、应用安全性要求不断提高。对钢结构连接用高强度紧固件的强度、抗延迟断裂性能提出了更高的要求。

交通运输、海洋工程等行业钢结构等设施上的高强度紧固件，由于长期处于野外暴露环境，尤其是钢结构桥梁和海洋工程，通常位于江、河、湖、海等水面上，湿度高、环境恶劣，高强度紧固件表面容易产生电化学腐蚀吸氢而导致延迟开裂，影响结构应用安全。

通常研究表明，随着材料强度的增加，延迟断裂敏感性显著增加，对于高强度紧固件。其抗拉强度通常在1000MPa以上，且在使用过程中承受极高的预紧应力，在野外环境暴露使用时，发生延迟断裂的可能性比较高。因此，对于高强度紧固件，需要具有良好的抗延迟断裂性能。现有我国钢结构用高强度紧固件为避免在应用过程大量发生延迟断裂，强度等级上限限制为10.9级，抗拉强度范围为1040-1240MPa。但螺栓延迟断裂仍时有发生。

现有通常改善材料延迟断裂性能的技术主要有：1）抑制钢材的腐蚀，减小氢渗入；2）降低材料的氢扩散系数，抑制氢的扩散聚集；3）降低预紧应力；4）减小应力集中；5）使用阻氢涂层；6）纯净化材料，净化晶界，提高晶界抗力；7）增加材料中作为氢陷阱的碳化物含量，降低可扩散氢含量。现有抗延迟断裂材料主要也是采用以上方法提高材料的抗延迟断裂性能。如：日本住友金属开发的1300MPa级耐延迟断裂的高强度螺栓钢ADS3(鉄と鋼，1996,82:297)；日本公开专利公报第2003-321743号及中国专利CN 109161794 A 、CN107641771 A等发明的抗延迟断裂材料及其制备方法均是通过添加Cr、Mo、V等贵重合金元素，提高材料回火温度、提高氢陷阱含量等手段来改善材料的抗延迟断裂性能。但大量增加合金元素不但增加了材料的成本，材料的工艺性也急剧恶化，限制了材料的推广使用。通过采用制备纤维状晶粒组织提高紧固件延迟断裂性能的专利尚未见报告。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明通过在现有材料基础上，改进紧固件制备和热处理工艺，改变高强度紧固件微观组织结构形态，将常规的调质组织等轴晶粒通过本发明制备工艺获得具有纤维状晶粒组织。有效提高材料的抗延迟断裂性能。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种高强度紧固件制备方法，对紧固件原材料进行热处理与冷变形，得到抗拉强度上限1400 MPa、性能等级为10.9-12.9的紧固件，其具体制备步骤为：

步骤一、对紧固件原材料进行淬火加高温回火热处理，热处理后紧固件原材料的抗拉强度为Rm≥650MPa；

步骤二、采用冷拔或冷轧工艺对步骤一热处理后的紧固件原材料进行减面率60%以上的冷变形，得到紧固件毛坯；

步骤三、对步骤二得到的紧固件毛坯进行螺纹加工，得到紧固件。

紧固件原材料为紧固件钢棒，紧固件钢棒按按质量百分比含有C：0.1~0.8%、Si：≤3%、Mn：≤2%、S≤0.025%、P≤0.025%、Cr：≤2%、Ni：≤5%、 Mo：≤3%、其余为Fe以及不可避免的杂质。