[发明专利]一种耐延迟断裂的高强度螺栓用钢的制备方法

说明书

本发明公开了一种耐延迟断裂的高强度螺栓用钢的制备方法，按质量百分数计，其原料由如下成分组成：C0.2‑0.3％、Mn7‑12％、Al1.5‑3％、V0.1‑0.25％、Ti0.03‑0.05％、Cr0.3‑0.8％、Mo0.2‑0.5％、Nb0.05‑0.10％、Si0.8‑1.6％、B0.001‑0.002％P0.005％、S0.005％、O0.002％、N0.004％，其余为Fe和其它不可避免的杂质；本发明具有良好的强度和塑性，且具有优良的耐延迟断裂性能。

技术领域

本发明涉及金属加工技术领域，具体是一种耐延迟断裂的高强度螺栓用钢的制备方法。

背景技术

螺栓是建筑、桥梁等钢结构常用紧固件(如螺栓、螺母等)衔接方式之一，承接力强，耐受性高且安装简便。随着大型建筑、桥梁的增多及轻量化要求，高强度螺栓需求日益增多。

高强度螺栓常采用合金碳钢制造，常见强度级别为10.9、12.9等级，对应抗拉强度分别为1000MPa和1200MPa。近年，国内在ADF系列基础上研制出了14.9级别以上的高强度螺栓用钢。但高强度螺栓对氢致延迟断裂现象更敏感，长时服役易出现螺栓断裂、松动、掉落等现象，大大影响了高强度螺栓的实用化。因此，提升高强度螺栓的强度，同时改善其耐延迟断裂性能是目前建筑、桥梁行业的研究重点，具有迫切的现实意义与市场前景。

目前，提升螺栓强度、改善延迟断裂性能的方法主要是：增加碳、微合金化元素(如V、Ti、Ni等)含量，通过淬火、高温回火等热处理工艺，在基体中形成弥散细小的碳化物析出相。一方面，析出相可强化基体、细化组织；一方面，析出相可形成“氢陷阱”吸氢，以此降低氢致延迟断裂敏感性。但析出相数量有限，“氢陷阱”吸氢量有极限值，氢侵入量超过极限值后，延迟断裂问题仍很严重。

专利CN105579603A公开了一种耐延迟断裂性高强度螺栓用钢，成分为低碳合金钢，添加了Si、V、Ni、Cu等元素，通过轧制、淬火、高温回火处理，成形Mo、Ti、V碳化物和氮化物析出相，以此提升强度、塑性，形成“氢陷阱”吸氢，提升耐延迟断裂性能。螺栓强度为1400MPa左右，小于1500MPa级别，Cu、Ni虽然可抑制氢侵入，但成本较高。

专利CN1329179A公开了一种高强度耐延迟断裂螺栓用钢，成分为中碳合金钢，含有Cr、V、Nb、Ti等元素，并添加了稀土元素Re。同样，通过淬火、高温回火处理，成形Mo、Ti、V、Re的碳化物和氮化物，起到析出强化、提升耐延迟断裂性能的目的。螺栓抗拉强度可达1400-1600MPa。稀土元素价格高，烧损大，导致成本增加。

专利CN114058974A、专利CN114107822A公开了一种15.9级耐腐蚀高强度螺栓用钢及其生产方法和热处理方法，成分为高碳合金钢，C含量0.5％(质量分数)，含有Si、Cr、Mo、V、Nb、Ti、Al等元素，经过热轧、热处理、拉拔、退火、变热处理、高频回火等工序制备螺栓，基体内部形成Ti、V、Nb的碳化物，起到细化晶粒及氢陷阱的作用，从而提升强度与延迟断裂性能，螺栓抗拉强度为1500MPa。该方法碳含量高，钢的韧性和工艺性会降低，并增加延迟断裂敏感性。

专利CN 113881895A公开了一种超高强度耐延迟断裂螺栓用钢的生产方法，成分为中高碳合金钢，C含量0.4％(质量分数)，含有Si、Cr、V、Al等元素，采用低温轧制、延迟冷却控制技术，基体组织为贝氏体、珠光体，材料抗拉强度为1400MPa。该方法轧制抗力大，延迟冷却工艺时间长。

专利CN 113604646 A、CN 111363893 A、CN 113604640 A本发明公开了一种超高强度紧固件的制造工艺，针对国产现有50CrVA、2CrMo、20MN2和30MN2钢材，采用马氏体转变温度区间淬火，而后回火，螺栓抗拉强度为1200MPa，低于1400MPa。

综上可见，目前高强度螺栓级别可达15.9级，主要采用析出相“氢陷阱”的方法捕获氢，数量有限定值，为增加“氢陷阱”数量与能力，或增加碳稀土元素，或增加热处理时长，会增加制备难度与成本。