本发明专利技术公开了一种耐大气腐蚀及耐延迟断裂性能优良的高强度螺栓钢，其特征在于，按质量百分比，其组成包含：C：0.30～0.45％，Si：d 0.25％，Mn：0.40～1.40％，P：d 0.012％，S：d 0.008％，Cr：0.40～1.20％，Mo：0.15～0.50％，Ni：0.30～1.20％，Cu：0.20～0.60％，V：0.05～0.20％，Re：0.005～0.030％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。本发明专利技术提供的耐大气腐蚀及耐延迟断裂性能优良的高强度螺栓钢与现有技术相比，不仅强度水平高，而且具有优异的耐大气腐蚀及耐延迟断裂性能，可用来制作桥梁等钢结构用12.9级高强度螺栓；并且成本低。
A high strength bolt steel with excellent atmospheric corrosion resistance and delayed fracture resistance
The invention discloses a high strength bolt steel with excellent atmospheric corrosion resistance and delayed fracture resistance. Its characteristics are as follows: C:0.30-0.45%, Si:d 0.25%, Mn:0.40-1.40%, P:d 0.012%, S:d 0.008%, Cr:0.40-1.20%, Mo:0.15-0.50%, Ni:0.3 according to mass percentage. 0-1.20%, Cu: 0.20-0.60%, V: 0.05-0.20%, Re: 0.005-0.030%, the rest are Fe and inevitable impurity elements. Compared with the existing technology, the high strength bolt steel with excellent atmospheric corrosion resistance and delayed fracture resistance provided by the invention not only has high strength level, but also has excellent atmospheric corrosion resistance and delayed fracture resistance, which can be used to make 12.9 grade high strength bolts for steel structures such as bridges, and has low cost.
【技术实现步骤摘要】
一种耐大气腐蚀及耐延迟断裂性能优良的高强度螺栓钢
本专利技术涉及合金钢领域。更具体地，涉及一种耐大气腐蚀及耐延迟断裂性能优良的高强度螺栓钢。
技术介绍
钢结构因其具有强度高、自重轻、施工周期短、基础造价低及抗震性较好等系列有点儿被广泛应用于基础建设。然而，钢结构在各种大气环境中使用会产生腐蚀，对此国内钢结构基本均采用涂装的方式进行防腐。但表面喷涂等方法的防腐年限一般为5～10年，因涂层的老化和分化，必须进行定期维护和重新防腐涂装，涂装过程会造成环境污染，且增加成本。因此，国外特别是美国等早在上世纪六十年代即开始了免涂装耐候钢板的应用。我国近年来在耐候钢的应用方面取得了重要进展，越来越多的桥梁建设开始选用耐候桥梁钢。桥梁结构使用的板材和型钢的一个主要连接方式是高强度螺栓连接，起连接作用的高强度螺栓同样面临着大气腐蚀方面的问题，对此全部采用涂层法解决。然而，随着免涂装的耐候钢桥梁的建设，对耐候高强度螺栓的需求剧增。目前，桥梁等钢结构用高强度螺栓的强度水平最高为10.9级，随着大跨度桥梁等钢结构的发展和更高强度级别耐候钢的应用，对连接使用的材料提出了更高强度水平的要求，以满足结构轻量化和高安全性等的要求。然而，大量使用结果表明，当用调质处理的低合金钢制造的螺栓的抗拉强度超过约1000～1200MPa时，延迟断裂问题就变得十分突出。因此，对于桥梁等钢结构用高强度螺栓钢，不仅要求其具有优良的耐大气腐蚀性能，而且还要求其具有优异的耐延迟断裂性能。近年来，国际上开展了耐候性及耐延迟断裂高强度螺栓钢的研究开发。如日本专利JP2014-1442提出了兼备耐候性与耐延迟断裂的一种高强度螺栓钢，但其强度水平为1000～1200MPa级，仅可用来制作10.9级高强度螺栓。中国申请专利2017101375650.8、201710375670.5分别提出了免涂装钢结构用耐工业大气腐蚀高强度螺栓钢及制造方法、免涂装桥梁结构用耐工业大气腐蚀高强度螺栓钢及制造方法，其调质处理后的抗拉强度水平为1000～1200MPa级，同样仅可用来制造10.9级高强度螺栓，难以满足大跨度免涂装桥梁对12.9级高强度螺栓的要求；此外，钢中的杂质元素P含量较高，尽管具有改善耐候性的良好作用，但严重恶化钢的耐延迟断裂性能。此外，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)及中国专利CN00105872.X专利技术的一种抗拉强度1300～1500MPa的耐延迟断裂螺栓钢，尽管可用来制造12.9级及其以上强度级别的高强度螺栓，但其均没有考虑耐候性，同样难以满足桥梁等钢结构对高强度螺栓耐大气腐蚀性能的要求。
技术实现思路
基于以上
技术介绍
，本专利技术提供一种抗拉强度1200MPa以上、且具有优良的耐大气腐蚀及耐延迟断裂性能的高强度螺栓钢，可用来制作抗拉强度1200MPa以上的12.9级钢结构用高强度螺栓。为了实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：一种耐大气腐蚀及耐延迟断裂性能优良的高强度螺栓钢，按质量百分比，其组成包含：C：0.30～0.45％，Si：≤0.25％，Mn：0.40～1.40％，P：≤0.012％，S：≤0.008％，Cr：0.40～1.20％，Mo：0.15～0.50％，Ni：0.30～1.20％，Cu：0.20～0.60％，V：0.05～0.20％，Re：0.005～0.030％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。优选地，所述螺栓钢组成还包含：质量百分比为0.01～0.08％的Nb和Zr中的任一种或两种之和。优选地，所述螺栓钢的组成中V、Mo、Nb或Zr元素的质量百分比满足关系式：0.20≤V(％)+0.5Mo(％)+0.5Nb(Zr)(％)≤0.30。其中V(％)、Mo(％)分别表示V和Mo的质量百分比；Nb(Zr)(％)表示Nb和Zr元素中的任一种或两种之和的质量百分比。优选地，所述螺栓钢的耐大气腐蚀性指数I≥6.5。本专利技术技术方案中各元素的作用及配比依据如下：C：为了在淬火+高温回火后获得所需的强度水平，C含量须在0.30％以上；但增加C含量对钢的塑韧性、耐候性、耐延迟断裂性能及冷加工性能将有较大的损害，因此C含量应控制在0.45％以下。Si：钢中常用的脱氧剂；此外Si元素显著恶化钢的冷加工性能，同时还促进杂质元素P和S的晶界偏聚，对钢的耐延迟断裂性能有恶化作用，因而控制其含量不超过0.25％。Mn：是脱氧和脱硫的有效元素，还可以提高钢的淬透性和强度，但淬火钢高温回火时，Mn和P有强烈的晶界共偏聚倾向，促进回火脆性，且过高的Mn含量会恶化钢的耐候性，因而控制Mn含量在0.40～1.40％。P：P尽管能够较为明显地改善低合金结构钢的耐候性，但由于P能在钢液凝固时形成微观偏析，随后在高温加热时偏聚在晶界，使钢的脆性显著增大，从而较为明显地增加钢的延迟断裂敏感性。此外，降低P含量可降低钢的变形抗力，所以控制P的含量在0.012％以下。S：不可避免的不纯物，形成MnS夹杂和在晶界偏聚会恶化钢的冷加工性能、耐延迟断裂性能及耐候性，降低钢中S含量可提高钢的变形能力和减少钢中的非金属夹杂物数量，同时还可减少S在晶界的偏聚而减轻晶界脆化，改善钢的冷加工性能、韧性、耐延迟断裂性能及耐候性，因而控制其含量在0.008％以下。Cr：能够有效地提高钢的淬透性和回火抗力，以获得所需的高强度；同时与Cu复合加入，能够明显地提高钢的耐候性。含量小于0.40％难以起到上述作用，但含量超过1.20％则会恶化钢的韧性和冷加工性。Mo：Mo在有效地提高钢的淬透性和回火抗力的同时，还能够强化晶界，改善钢的耐延迟断裂性能。含量小于0.15％难以起到上述作用，但含量超过0.50％则上述作用效果饱和，且增加成本。Ni：Ni能够提高钢的淬透性和改善低温韧性。加Ni能够使钢的自腐蚀电位向正方向变化，因而提高钢的稳定性；此外，Ni还能够提高钢的腐蚀抗力，抑制氢的吸附，进而对改善耐延迟断裂性能有益。含量小于0.30％难以起到上述作用，但含量超过1.20％则上述作用效果饱和，且增加成本，因而控制Ni含量在0.30～1.20％。Cu：Cu元素能够显著地改善钢的耐候性，其效果在含量0.20％以上比较明显，但含量超过0.60％则作用饱和，且会降低钢的高温塑性，在热加工过程中易产生裂纹，因而控制Cu含量在0.20～0.60％。V：V能够细化晶粒，在较高温度回火时析出的碳氮化钒除可产生二次硬化进一步提高钢的强度外，还由于碳氮化钒具有较强的陷阱能，能够捕集氢使其均匀地分散在晶内，抑制氢的扩散和晶界偏聚，从而改善钢的耐延迟断裂性能。V含量小于0.05％难以起到上述作用，但含量超过0.20％则作用饱和且增加成本。Re：Re具有脱氧脱硫和对非金属夹杂物变性处理的作用，改善钢的冷加工性能和降低腐蚀源点。此外，还能够有效地捕集氢，减少氢和其它有害元素在晶界上的偏聚，降低氢的渗透扩散，可进一步降低钢的延迟断裂的敏感性。Re含量小于0.005％起不到上述作用，但含量超过0.030％，则由于夹杂物增多，反而恶化钢的耐候性和耐延迟断裂性能，因而控制其含量在0.005～0.030％。Nb：能够明细地细化晶粒，提高钢的韧性，同时其碳化物为很强的氢陷阱，可进一步改善钢的耐延迟断本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种耐大气腐蚀及耐延迟断裂性能优良的高强度螺栓钢，其特征在于，按质量百分比，其组成包含：C：0.30～0.45％，Si：≤0.25％，Mn：0.40～1.40％，P：≤0.012％，S：≤0.008％，Cr：0.40～1.20％，Mo：0.15～0.50％，Ni：0.30～1.20％，Cu：0.20～0.60％，V：0.05～0.20％，Re：0.005～0.030％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。
【技术特征摘要】
1.一种耐大气腐蚀及耐延迟断裂性能优良的高强度螺栓钢，其特征在于，按质量百分比，其组成包含：C：0.30～0.45％，Si：≤0.25％，Mn：0.40～1.40％，P：≤0.012％，S：≤0.008％，Cr：0.40～1.20％，Mo：0.15～0.50％，Ni：0.30～1.20％，Cu：0.20～0.60％，V：0.05～0.20％，Re：0.005～0.030％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所述耐大气腐蚀及耐延迟断裂性能优...
【专利技术属性】
技术研发人员：张永健，惠卫军，赵晓丽，李昊，王娇娇，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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