一种耐低温高强度螺帽及其生产方法技术

本发明专利技术公开了一种耐低温高强度螺帽，所述螺帽的化学成分按质量百分比计为：C：0.21～0.28，Si：0.6～0.9，Mn：2～2.5，P：≤0.015，S：≤0.02，Ni：0.3～0.45，Cr：0.15～0.47，Ti：0.14～0.26，Al：≤0.012，Mo：0.08～0.12，Cu：0.08～0.13，N：0.012～0.023，Nb：0.035～0.066，V：0.042～0.12，B：0.01～0.015，余量Fe和不可避免杂质。本发明专利技术的耐低温高强度螺帽，适用于‑20～‑60℃低温冲击、弯扭和高载荷等特殊场合。本发明专利技术还公布了一种耐低温高强度螺帽的生产方法。

【技术实现步骤摘要】
一种耐低温高强度螺帽及其生产方法
本专利技术涉及机械紧固件
，具体的说涉及一种耐低温高强度螺帽及其生产方法。
技术介绍
低温钢指的是在零下几十度范围(通常指-15℃以下)环境下满足使用性能要求并能长久保持其性能而不发生脆性断裂破坏的特殊钢。如在我国三北地区、俄罗斯西伯利亚地区(低温可达-60℃)以及高纬度海洋复杂苛刻环境所使用的钢种必须满足环境因素，防止钢结构材料的脆性破坏。Q345E钢材通过采取Nb、Ti、V等元素进行微合金化，使钢种具有良好的耐环境腐蚀能力和优异的低温冲击性能，可用于锻造加工成各种配件。但是Q345E钢材抗拉强度和屈服强度较低，难以满足高负荷低温场合的使用环境。现有工艺主要通过控轧控冷的工艺和添加保证低温冲击韧性的镍、钼等合金成分来达到低温冲击韧性高的目的。现有技术生产的耐低温螺帽，由于其所选材料和生产工艺不同，所生产的螺帽各有其不同的优点，但是仍存在不同程度的缺陷。
技术实现思路
鉴于以上现有技术的不足之处，本专利技术的主要目的之一在于提供一种耐低温高强度螺帽，目的之二在于提供一种新的生产耐低温高强度螺帽的方法，克服现有技术存在的不足之处，以便满足特殊场合使用的高温高强度螺帽的使用要求。为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案为：一种耐低温高强度螺帽，所述螺帽的化学成分按质量百分比计为：C：0.21～0.28，Si：0.6～0.9，Mn：2～2.5，P：≤0.015，S：≤0.02，Ni：0.3～0.45，Cr：0.15～0.47，Ti：0.14～0.26，Al：≤0.012，Mo：0.08～0.12，Cu：0.08～0.13，N：0.012～0.023，Nb：0.035～0.066，V：0.042～0.12，B：0.01～0.015，余量Fe和不可避免杂质。优选的，所述螺帽的化学成分按质量百分比计为：C：0.24，Si：0.7，Mn：2.2，P：0.01，S：0.01，Ni：0.35，Cr：0.28，Ti：0.17，Al：0.01，Mo：0.095，Cu：0.11，N：0.018，Nb：0.045，V：0.068，B：0.012，余量Fe和不可避免杂质。优选的，所述螺帽的化学成分按质量百分比计为：C：0.26，Si：0.8，Mn：2.4，P：0.007，S：0.015，Ni：0.4，Cr：0.36，Ti：0.22，Al：0.007，Mo：0.115，Cu：0.12，N：0.021，Nb：0.058，V：0.085，B：0.013，余量Fe和不可避免杂质。C、Si等固溶体强化元素能使合金的低温韧性降低，P、S则能在钢的晶界上形成脆性相会显著降低钢的低温韧性，少数合金元素如Ni和Mn等则能改善钢的低温韧性，控制C含量在0.17％～0.3％，辅以少量Nb、Ti、V并通过快速冷却等工艺手段可获得具有良好强韧性的铁素体加珠光体细晶组织。相应的，一种耐低温高强度螺帽的生产方法，包括以下步骤：S1熔炼：按螺帽各化学成分的质量百分比称取所需原料，高温熔化后在中频感应炉中进行熔炼；S2精炼：加入脱氧剂进行预脱氧，随后送入精炼炉精炼，强化脱氧，再在-0.08MPa的真空度下进行真空脱气处理，得到精炼钢水；所述脱氧剂由Mn、Si和Al组成，其质量百分含量的比例为15～20：55～60：20～30；S3浇铸：精炼钢水在超声波作用下进行浇铸，浇铸温度为1520～1570℃，保温30～60min，得到浇铸坯体，其中超声波的功率为500～1000W，控制浇铸坯体的晶粒度等级为6～8级；在精炼钢水浇铸凝固过程中，施加超声波辅助作用，主要利用超声振动的高能量及其空化效应，通过振动效应极大的提高了浇铸坯体的晶粒细化程度、并且使得组织均匀化和净化的效果更好；S4轧制：将高温浇铸坯体控制在1400～1450℃的温度条件下，然后进行三道次热轧，控制冷却速度2～3℃/min使其降温至550～650℃，自然空冷降至室温；通过高温轧制的方式，可以破坏浇铸坯体的铸造组织，细化晶粒，并消除显微组织的缺陷，从而使钢材组织密实，力学性能得到改善；S5酸洗：浸入体积百分含量为20～25％的三个盐酸槽10～30min，除去表面的氧化膜，再分别采用清水和草酸清洗表面，将成品螺帽浸渍在磷酸盐缓冲溶液中进行表面活化；S6成型：将轧制完后的坯料切断、五模五冲和攻牙后，得到成型螺帽；S7固溶：将成型螺帽在920±30℃的温度下进行固溶处理，保温1.5～3h，然后空气冷却，得到过饱和固溶体；低温固溶处理，不仅有强化相的溶解作用，同时可以获得更加细小的晶粒度；S8再结晶退火：将S7处理后的成型螺帽放在真空加热炉中按3～5℃/min加热至650℃，保温30～60min，往真空加热炉中通入惰性气体和氢气组成的混合气，控制真空加热炉内的压力为50～80Pa，在所述混合气的气氛下按1～2℃/min继续加热至720℃，保温8～12h，随炉冷却至450℃，放入20～30℃的水浴中，浸渍30min后；S9稳定化处理：其处理温度为600～650℃，保温4～8h；S10时效处理：其处理温度为710～750℃，保温6～12h，得到耐低温高强度螺帽。优选的，所述步骤S5中的磷酸盐缓冲溶液由草酸、磷酸一钠和磷酸二钠组成，其中草酸、磷酸一钠和磷酸二钠重量份数的比例为15～25：2～5：2～5。优选的，所述步骤S8中的惰性气体为氮气或氩气，且惰性气体与氢气的体积比为1～4：1。本专利技术的有益效果：本专利技术通过严苛的实验，优选螺帽各元素的含量，采用超声辅助高温浇铸、精炼、低温固溶及多步热处理的方法，强化了各元素在螺帽合金钢中的作用，细化了晶粒度，在保持螺帽合金钢强度的前提下，提高了螺帽合金钢的低温冲击韧性，得到的螺帽适用于耐低温冲击、弯扭和高载荷等特殊场合，长期使用温度在-20～-60℃的条件下螺帽综合性能不会发生明显变化。具体实施方式以下描述用于揭露本专利技术以使本领域技术人员能够实现本专利技术。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。实施例1一种耐低温高强度螺帽，所述螺帽的化学成分按质量百分比计为：C：0.24，Si：0.7，Mn：2.2，P：0.01，S：0.01，Ni：0.35，Cr：0.28，Ti：0.17，Al：0.01，Mo：0.095，Cu：0.11，N：0.018，Nb：0.045，V：0.068，B：0.012，余量Fe和不可避免杂质。相应的，一种耐低温高强度螺帽的生产方法，包括以下步骤：S1熔炼：按螺帽各化学成分的质量百分比称取所需原料，高温熔化后在中频感应炉中进行熔炼；S2精炼：加入脱氧剂进行预脱氧，随后送入精炼炉精炼，强化脱氧，再在-0.08MPa的真空度下进行真空脱气处理，得到精炼钢水；所述脱氧剂由Mn、Si和Al组成，其质量百分含量的比例为15：56：29；S3浇铸：精炼钢水在超声波作用下进行浇铸，浇铸温度为1520℃，保温30min，得到浇铸坯体，其中超声波的功率为600W，控制浇铸坯体的晶粒度等级为8级；S4轧制：将高温浇铸坯体控制在1420℃的温度条件下，然后进行三道次热轧，控制冷却速度2℃/min使其降温至550℃，自然空冷降至室温；S5酸洗：浸入体积百分含量为20％的三个盐酸槽30min，除去表面的氧化膜，再分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐低温高强度螺帽，其特征在于，所述螺帽的化学成分按质量百分比计为：C：0.21～0.28，Si：0.6～0.9，Mn：2～2.5，P：≤0.015，S：≤0.02，Ni：0.3～0.45，Cr：0.15～0.47，Ti：0.14～0.26，Al：≤0.012，Mo：0.08～0.12，Cu：0.08～0.13，N：0.012～0.023，Nb：0.035～0.066，V：0.042～0.12，B：0.01～0.015，余量Fe和不可避免杂质。

【技术特征摘要】
1.一种耐低温高强度螺帽，其特征在于，所述螺帽的化学成分按质量百分比计为：C：0.21～0.28，Si：0.6～0.9，Mn：2～2.5，P：≤0.015，S：≤0.02，Ni：0.3～0.45，Cr：0.15～0.47，Ti：0.14～0.26，Al：≤0.012，Mo：0.08～0.12，Cu：0.08～0.13，N：0.012～0.023，Nb：0.035～0.066，V：0.042～0.12，B：0.01～0.015，余量Fe和不可避免杂质。2.如权利要求1所述的耐低温高强度螺帽，其特征在于，所述螺帽的化学成分按质量百分比计为：C：0.24，Si：0.7，Mn：2.2，P：0.01，S：0.01，Ni：0.35，Cr：0.28，Ti：0.17，Al：0.01，Mo：0.095，Cu：0.11，N：0.018，Nb：0.045，V：0.068，B：0.012，余量Fe和不可避免杂质。3.如权利要求1所述的耐低温高强度螺帽，其特征在于，所述螺帽的化学成分按质量百分比计为：C：0.26，Si：0.8，Mn：2.4，P：0.007，S：0.015，Ni：0.4，Cr：0.36，Ti：0.22，Al：0.007，Mo：0.115，Cu：0.12，N：0.021，Nb：0.058，V：0.085，B：0.013，余量Fe和不可避免杂质。4.一种如权利要求1所述的耐低温高强度螺帽的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：S1熔炼：按螺帽各化学成分的质量百分比称取所需原料，高温熔化后在中频感应炉中进行熔炼；S2精炼：加入脱氧剂进行预脱氧，随后送入精炼炉精炼，强化脱氧，再在-0.08MPa的真空度下进行真空脱气处理，得到精炼钢水；S3浇...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘剑波，
申请(专利权)人：宁波市镇海甬鼎紧固件制造有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33