[发明专利]一种耐延迟断裂性能优异的高强度螺栓用钢及其制备方法

说明书

一种耐延迟断裂性能优异的高强度螺栓用钢及其制备方法，其成分重量百分比为：碳：0.35～0.50％，锰：0.20～0.70％，铬：0.75～1.35％，钼：0.55～1.45％，钒：0.10～0.50％，铝：0.005～0.10％，硫：0～0.005％，硅：0.02～0.05％，钛：0.005～0.15％，氧：0.0005～0.003％，氮：0.001～0.007％，其余为铁及其它不可避免的杂质；且，所述钛的含量≥氮含量的3.5倍；铬、钼、钒三种元素含量之和不低于1.75％；硫、氧、氮三种元素含量之和不高于0.01％。本发明所述高强度螺栓用钢钢质纯净度高，晶粒细化，可用于制造抗拉强度不低于1400MPa的高强度螺栓，断面收缩率不低于50％，并具有优异的耐延迟断裂性能，可用于汽车及机械零部件。

技术领域

本发明涉及螺栓用钢，特别涉及一种耐延迟断裂性能优异的高强度螺栓用钢及其制备方法。

背景技术

螺纹和螺栓连接是汽车及机械零部件之间最常见的连接方式之一。螺纹连接又具有拆装方便、结构简单、连接可靠等优点。根据国家标准GB/T3098.1《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》的规定，目前常用的紧固件多为8.8级～12.9级(相当于800MPa～1200MPa抗拉强度级别)。最新修订的标准中高强紧固件的适用最高强度等级为12.9级，更高强度级别的紧固件尚未形成标准。目前，各个钢厂以及紧固件生产企业制造12.9级螺栓的冷镦钢钢种一般采用35CrMo(SCM435)和42CrMo(SCM440)，经过相应的热处理工艺得到满足强度等级要求的螺栓。

12.9级及以下的螺栓采用的35CrMo、42CrMo材料并未规定添加Ti、V、Nb等微合金元素，主要利用添加Cr、Mo元素可以增加钢材的淬透性原理保证成型的零件在调制热处理过程中的心部显微组织可以淬成马氏体，并经过回火得到综合力学性能。同时0.35％～0.42％碳元素的添加以及Cr、Mo等合金元素的添加可以保证钢材在淬火后得到满足硬度要求的马氏体组织，并在回火后形成细小的碳化物析出起到弥散强化作用。

随着汽车、机械、建筑、轻工等各个生产部门的发展，对制造各类紧固件(螺栓、螺钉、螺母等)的材料提出了更高的要求。如在汽车的高性能化和减轻重量化、建筑结构的高层化以及大桥的超长化等方面，对作为联接部件的螺栓提出了高设计应力和轻重量的要求。对此最有效的措施便是螺栓钢的高强度化。目前，一些汽车、建设机械用螺栓已经提出了抗拉强度大于1400MPa的要求。

螺栓上起到连接和紧固作用的是螺纹，但螺纹的结构相当于在均匀的材料和形状上开缺口。螺栓在装配服役过程中会受到持续的拉应力或者交变拉应力形成应力集中，在螺纹处会形成应力集中和交变疲劳载荷的作用。螺栓的抗拉强度超过1000MPa时，会发生加载(装配、拧紧)后经过一段时间发生突然断裂的情况，间隔时间短则数小时，长则数天数月不等，此现象被称为高强度螺栓的延迟断裂现象。目前普遍认为延迟断裂现象与材料中氢元素的偏聚、析出有关系。所以，在开发高强度螺栓时避免或减轻材料延迟断裂现象是必须考虑的。

中国专利CN00105872.X中公开的耐延迟断裂性能优良的高强度螺栓钢合金成分为：C0.25～0.50，Si0.10～0.40，Mn≤0.50，Cr0.50～1.50，Mo0.30～1.50，V0.10～0.40，RE0.001～0.05，Al0.005～0.10，N≤0.020，P≤0.015，S≤0.010，根据需求还可加入0.005～0.10的Ti、Nb中的一种或两种之和，余为Fe及不可避免的不纯物。此专利未控制Si元素的含量到极低的水平，在冷镦过程中会降低模具寿命，降低材料的低温冲击性能，对螺栓在高强度下的性能是不利的。