[发明专利]一种高强度耐极寒环境冲击螺栓用钢及其生产方法

说明书

本发明公开了一种高强度耐极寒环境冲击螺栓用钢及其生产方法，所述螺栓用钢化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.40～0.43%、Si：0.20～0.25%、Mn：0.85～0.90%、Cr：1.05～1.10%、Mo：0.20～0.22%、Ni：0.20～0.25%、Al：0.025～0.030%、P≤0.018%、S≤0.010%、Nb：0.03～0.04%、N：0.0050～0.0070%，余量为Fe和不可避免的杂质；生产方法包括冶炼、连铸、加热、连轧、热处理工序。本发明螺栓用钢抗拉强度Rm：1080～1400MPa，屈服强度σs：945～1065MPa，‑120℃冲击功Akv2≥47J。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种高强度耐极寒环境冲击螺栓用钢及其生产方法。

背景技术

高强度螺栓是工程机械安装和整体连接中至关重要的连接件，其质量是否能达到设计需要直接影响整体结构的承载能力、使用寿命与安全性能。高强度螺栓脆性断裂是一种危险性非常大的破坏形式，因此提供高质量的高强度螺栓成为保证机械性能和安全的必然要求，要求晶粒度≥8.5级，抗拉强度Rm：1080～1400MPa，屈服强度σs：945～1065MPa，尤其承载大载荷的螺栓在极寒环境下服役时在具有高强度同时兼具良好的低温冲击韧性，-120℃冲击功Akv2≥47J，才能保证工件的安全工作。

目前传统的35CrMo、42CrMo等牌号的螺栓，力学性能达不到高强度，同时不具备良好的低温冲击韧性要求。因此，迫切需要开发一种兼具高强度和耐极寒环境冲击的螺栓用钢。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高强度耐极寒环境冲击螺栓用钢及其生产方法。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：一种高强度耐极寒环境冲击螺栓用钢，所述螺栓用钢化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.40～0.43%、Si：0.20～0.25%、Mn：0.85～0.90%、Cr：1.05～1.10%、Mo：0.20～0.22%、Ni：0.20～0.25%、Al：0.025～0.030%、P≤0.018%、S≤0.010%、Nb：0.03～0.04%、N：0.0050～0.0070%，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明各化学成分在钢中的作用机理为：

C：随着碳含量的增高，材料屈服点和抗拉强度会逐渐提高，但是塑性和冲击韧性却会降低。因此碳含量需要根据不同的材料用途而量身定做。

Si：硅元素能显著提升钢的弹性极限、屈服点和抗拉强度，显著强化铁素体，是保证强度的必须元素，过低强度不够；过高引起铁素体基体变脆，韧性下降。

Mn：锰和铁形成的固溶体，提高钢中铁素体和的硬度和强度；同时又是碳化物形成的元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子，锰在钢中由于降低临界转变温度，起到细化珠光体的作用，也间接地起到提高珠光体钢强度的作用。锰稳定组织的能力仅次于镍，也强烈增加钢的淬透性。

Cr：降低珠光体转变温度的合金元素，本发明中Cr、Mn同时加入，可有效降低珠光体片层间距，提高钢材强度和韧性；但Cr含量过高则容易生成贝氏体，降低钢材组织及硬度均匀性。

N：最经济有效的合金化元素，可以通过与Al结合形成AlN加强沉淀强化及细化晶粒效果；但是N含量过高容易生成较多的AlN增大连铸坯裂纹敏感性，同时增加钢中TiN夹杂的含量及尺寸，损害钢材韧性。

Al：与N结合细化晶粒，利于提高强韧性；但Al含量过高容易引起连铸时流动性变差，连铸坯容易产生裂纹，增大钢的冶炼难度。

S：元素控制过高会降低钢的洁净度，恶化钢的性能。

P：增加钢的脆性，降低冲击性能，将P元素含量控制在不超过0.018%，可以防止降低钢的综合性能。