一种钢结构螺栓用钢制造技术

一种钢结构螺栓用钢，钢材料按质量百分比含有C：0.1~0.3、Si：0.10~0.35、Mn：≤1.5、S≤0.01、P≤0.015、Cr：0.5~1.4、Mo：0.6~1.2、其余为Fe、不可避免的杂质，钢材料最终热处理时回火温度≥600℃。本发明专利技术根据实际钢结构应用环境和现有应用延迟断裂断口分析断口形貌出发，通过优化合金成分，改善晶界碳化物析出数量和析出形态，提高材料的抗延迟断裂性能。发明专利技术的钢结构螺栓用钢经热处理后抗拉强度可达1040MPa以上，上限可达1240MPa。紧固件性能等级满足GB/T1231‑2006标准10.9S级，具有优异的抗延迟断裂性能。

Steel for bolt of steel structure

A kind of steel used for steel structure bolt. The steel material contains C: 0.1 ~ 0.3, Si: 0.10 ~ 0.35, Mn: \u2264 1.5, s \u2264 0.01, P \u2264 0.015, Cr: 0.5 ~ 1.4, Mo: 0.6 ~ 1.2 according to the mass percentage. The rest is Fe and inevitable impurities. The tempering temperature of steel material during the final heat treatment is \u2265 600 \u2103. According to the actual steel structure application environment and the existing application of the delayed fracture fracture analysis fracture morphology, the invention improves the precipitation quantity and precipitation morphology of the carbide at the grain boundary and improves the delayed fracture resistance of the material by optimizing the alloy composition. After heat treatment, the tensile strength of the steel used for steel structure bolt can reach above 1040mpa, and the upper limit can reach 1240mpa. The performance grade of fastener meets the 10.9s standard of GB / t1231-2006, and has excellent delayed fracture resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种钢结构螺栓用钢
本专利技术属于紧固件材料领域，具体说的是一种具有良好抗延迟断裂性能和成型性能的高强度钢结构螺栓用钢，适用于钢结构用大六角头螺栓及法兰面螺栓的制造和应用。
技术介绍
钢结构大六角头螺栓尺寸规格大，六角对边尺寸大，镦锻成型头部变形量大，对螺栓材料塑性要求高。如铁路钢结构桥梁大六角头螺栓常用尺寸为M22～M30。如GB/T1231-2006标准中10.9S级螺栓材料为：20MnTiB、ML20MnTiB、35VB等。中低碳B钢由于合金元素含量低，塑性成型性能好，成本低廉在紧固件领域获得广泛应用。但随着经济的高速发展，交通运输、海洋工程等产业的快速发展对大型钢结构提出了更高的要求，桥梁跨度、应用安全性要求不断提高。对钢结构连接用高强度紧固件的强度、抗延迟断裂性能也提出了更高的要求。交通运输、海洋工程等行业钢结构等设施上的高强度螺栓，由于长期处于野外暴露环境，尤其是钢结构桥梁和海洋工程，通常位于江、河、湖、海等水面上，湿度高、环境恶劣，现有高强度紧固件表面容易产生电化学腐蚀吸氢而导致延迟开裂，影响结构应用安全。研究表明，随着材料强度的增加，延迟断裂敏感性显著增加，对于高强度紧固件。其抗拉强度通常在1000MPa以上，且在使用过程中承受极高的预紧应力，在野外环境暴露使用时，发生延迟断裂的可能性比较高。因此，对于高强度紧固件，需要具有良好的抗延迟断裂性能。现有我国钢结构用高强度紧固件为避免应用过程大量发生延迟断裂，强度等级上限限制为10.9级，抗拉强度范围为1040-1240MPa。但实际应用中螺栓延迟断裂仍时有发生。现有改善高强度材料抗氢致延迟断裂性能的技术众多，主要可分为：1）减少外部活性氢的形成和吸附，如改善环境条件，采用缓蚀剂调整环境介质PH值和表面吸附状态；采用耐蚀材料避免腐蚀氢的产生。2）采用阻氢隔离层避免环境氢的进入，如采用高分子材料包覆，表面涂镀渗金属隔离层或陶瓷隔离层实现氢的屏蔽。3）减小内氢含量并避免内氢的聚集，如采用V、Ti、Nb等合金元素碳化物析出形成氢陷阱，固定内氢避免氢的聚集；通过结构设计减小材料应力集中，避免氢在应力诱导下的扩散、聚集；通过降低材料氢扩散系数，减缓材料的氢聚集速度。如：专利CN108070796A通过添加Cr、Ni、Cu合金元素，提高了材料耐蚀性能，进而提高材料的延迟断裂性能；CN109161794A中通过添加Cr、Ni、Cu和Nb:0.02～0.06和V:0.25～0.45元素提高材料的耐候性能、细化晶粒和形成氢陷阱提高材料的抗延迟断裂性能；CN108220809A通过添加Cr:0.80-1.60，Ni:3.50-5.50，Mo:0.80-1.20，V:0.10-0.25通过采用形成氢陷阱和残余奥氏体等措施提高材料的抗延迟断裂性能；CN107429352A通过添加Si:1.0-3.0,增加Si添加量而使ε碳化物等过渡碳化物稳定化等手段提高材料的抗延迟断裂性能。以上专利的核心基本为提高耐候性，降低腐蚀速率，增加氢陷阱等手段提高抗延迟断裂性能。对于钢结构用高强度螺栓，由于长期暴露于户外环境，应用部位分散，难以通过环境改善来避免延迟断裂发生，且钢结构用高强度螺栓属于长期暴露应用，延迟断裂主要是由于外界腐蚀氢的持续进入导致，通过氢陷阱难以有效解决该类苛刻环境的延迟断裂问题。表面涂/镀/渗层隔离具有一定的可行性，但由于现有钢结构高强度紧固件均为摩擦预紧型紧固件，对轴力控制要求严格，涂/镀/渗层不但会导致螺栓扭矩系数分散，施工困难。同时涂/镀/渗层的蠕变、嵌合等会导致预紧轴力发生剧烈衰减，影响钢结构连接副的应用安全性。因此现阶段钢结构螺栓尚未开发出合适的氢隔离涂/镀/渗层。在改善材料基体抗延迟断裂性能中，针对实际应用中延迟断裂螺栓裂纹源区均呈现沿晶断裂形貌，现有专利鲜有针对性解决措施。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种钢结构螺栓用钢，提高现有高强度紧固件的的抗延迟断裂性能并具有较低的生产成本。本专利技术根据实际钢结构应用环境和现有应用延迟断裂断口分析断口形貌出发，通过优化合金成分，改善晶界碳化物析出数量和析出形态，提高材料的抗延迟断裂性能。专利技术的钢结构螺栓用钢经热处理后抗拉强度可达1040MPa以上，上限可达1240MPa。紧固件性能等级满足GB/T1231-2006标准10.9S级，具有优异的抗延迟断裂性能。为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种钢结构螺栓用钢，钢材料按质量百分比含有C：0.1~0.3、Si：0.10~0.35、Mn：≤1.5、S≤0.01、P≤0.015、Cr：0.5~1.4、Mo：0.6~1.2、其余为Fe、不可避免的杂质，钢材料最终热处理时回火温度≥600℃；且钢材料需满足以下条件:（1）指数1：[Mo]/8+[Cr]/4.4-[C]≥0.01（2）指数2：3.5[C]+0.18[Si]+0.45[Mn]+0.4[Cr]+1.17[Mo]+1.5[C]*[Mo]-0.32[Cr]*[Mo]≥1.9（3）指数3：30[C]+[Si]+1.5[Mn]+1.5[Cr]+1.6[Mo]≤13。优选的，钢材料按质量百分比含有C：0.15~0.25、Si：0.15~0.25、Mn：0.4~1.0、S≤0.01、P≤0.015、Cr：0.6~0.9、Mo：0.7~1.1、其余为Fe、不可避免的杂质。钢材料最终热处理时回火温度为600℃-700℃。优选的，钢材料最终热处理时回火温度为640℃-680℃。本专利技术有益效果是：1、选择了0.1~0.3的C，优选0.15~0.25C。C低于0.1材料淬透性过低，无法适应大规格螺栓制造需要，且过低的C会导致材料强度降低，不可避免的影响材料回火温度、析出相种类及形态，恶化材料抗延迟断裂性能。0.3以上的C会导致材料的塑性恶化，变形抗力增加，严重影响钢结构螺栓的成型工艺性能。同时C含量的增加会导致析出相种类和体积分数发生变化，恶化材料抗延迟断裂性能。通过C的合理选择实现了碳化物析出数量、析出形态和材料强度的平衡搭配。有利于连续低能晶界的形成。有效避免晶界碳化物和杂质元素偏析呈连续状分布恶化材料抗延迟断裂性能。2、由于Si属于强烈恶化材料冷镦性能元素，因此材料的Si含量控制在较低的水平，但Si属于提高淬透性元素，且过低的Si含量对冶炼炉料提出了极高的要求，大幅增加材料成本，因此Si含量选择0.10~0.35。优选0.15~0.25，3、Mn可以提高材料的淬透性，利用Mn合金化可以有效降低材料成本，但Mn对抑制晶界析出有不利的效果，因此Mn不宜过高，优选0.4~1.0。4、Cr可有效提高回火温度，改善材料碳化物分布，但过高的Cr含量对材料的冷成型性能和成本均带来不利影响，且过高的Cr含量会导致大量M23C6相的析出，恶化材料抗延迟断裂性能。Cr优选0.6~0.9。5、Mo可以有效改善晶界元素偏聚和碳化物析出形态，通过添加0.6%以上的Mo，可以实现C的充分析出和固化，且可以大幅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢结构螺栓用钢，其特征在于：钢材料按质量百分比含有C：0.1~0.3、Si：0.10~0.35、Mn：≤1.5、S≤0.01、P≤0.015、Cr：0.5~1.4、Mo：0.6~1.2、其余为Fe、不可避免的杂质，钢材料最终热处理时回火温度≥600℃。/n

【技术特征摘要】
1.一种钢结构螺栓用钢，其特征在于：钢材料按质量百分比含有C：0.1~0.3、Si：0.10~0.35、Mn：≤1.5、S≤0.01、P≤0.015、Cr：0.5~1.4、Mo：0.6~1.2、其余为Fe、不可避免的杂质，钢材料最终热处理时回火温度≥600℃。


2.如权利要求1一种钢结构螺栓用钢，其特征在于：所述的钢材料需满足以下条件:
（1）指数1：[Mo]/8+[Cr]/4.4-[C]≥0.01
（2）指数2：3.5[C]+0.18[Si]+0.45[Mn]+0.4[Cr]+1.17[Mo]+1.5[C]*[Mo]-0.32[Cr]*[Mo]≥1.9
（3）...

【专利技术属性】
技术研发人员：范芳雄，陈继志，杨俊峰，孙永伟，
申请(专利权)人：洛阳双瑞特种装备有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41