一种高强度合金钢螺栓及其制备方法技术

本发明专利技术涉及合金钢螺栓技术领域，具体为一种高强度合金钢螺栓及其制备方法，包括以下工艺：(1)取螺栓用钢，依次进行挤细、热镦、热处理和螺纹加工，得到螺栓坯；(2)将螺栓坯依次进行渗锌和锌铝涂覆，得到高强度螺栓；螺栓用钢包括以下重量组分：C：≤0.12％，Nb：0.021～0.025％，Ni：1.8～2.0％，Mo：0.5～1.0％，B：0.0008～0.0012％，Si：0.10～0.35％，Mn：0.60～0.90％，P：≤0.030％，S：≤0.030％，N：≤0.0001％，余量为Fe。本发明专利技术通过对螺栓用钢中碳、合金元素的含量和冷变形、热处理等工艺控制，实现螺栓用钢的形变强化、细化强化、析出强化、氢陷阱等作用，使得螺栓用钢能够具有优秀的力学性能、耐蚀性和延迟断裂性能。耐蚀性和延迟断裂性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度合金钢螺栓及其制备方法


[0001]本专利技术涉及合金钢螺栓
，具体为一种高强度合金钢螺栓及其制备方法。

技术介绍

[0002]众所周知，在各类机械构件中，紧固件所发挥的作用主要为联接、定位以及密封等作，是一种用途极为广泛的机械基础零部件。其中，螺栓在各类紧固件中用量最大，并且是机器制造中被大量使用的基础类零件。随着工业水平的不断提高，各类机械设备以及土木建设设备逐渐向大型化发展，相关设备的功率、转速也随之不断得到提升，导致螺栓类零部件的工作条件变得越来越苛刻，其所需承受的工作应力也有显著地提升，尤其是由于螺栓是机械结构件中小尺寸部件，往往要承担很大的应力，这对螺栓提出了不断高强度化的要求。且螺栓作为基础零部件，常受制备工艺和外部环境影响，如在酸洗、电镀等工艺中受氢的侵入而导致的延迟断裂，在暴露、潮湿等环境中发生的腐蚀，使得螺栓无法长久的保持高强度特性。因此，我们提出一种高强度合金钢螺栓及其制备方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种高强度合金钢螺栓及其制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种高强度合金钢螺栓的制备方法，包括以下工艺：
[0005](1)取螺栓用钢，依次进行挤细、热镦、热处理和螺纹加工，得到螺栓坯；
[0006](2)将螺栓坯依次进行渗锌和锌铝涂覆，得到高强度螺栓。
[0007]进一步的，所述螺栓用钢包括以下重量组分：C：≤0.12％，Nb：0.021～0.025％，Ni：1.8～2.0％，Mo：0.5～1.0％，B：0.0008～0.0012％，Si：0.10～0.35％，Mn：0.60～0.90％，P：≤0.030％，S：≤0.030％，N：≤0.0001％，余量为Fe。
[0008]螺栓用钢的热处理工艺为：1200～1300℃预处理45min，空冷；940～950℃淬火处理40min，油淬；610～620℃回火60min，空冷。
[0009]进一步的，C、N总含量为Nb含量的0.4～0.8倍。
[0010]在上述技术方案中，螺栓用钢中较低的碳C含量，能够有效改善其冷变形能力，适量的硼能够改善低碳造成的强度、淬透性的降低。通过减少螺栓用钢中杂质元素磷P、硫S的含量，能够有效降低其在腐蚀环境下对氢的吸收，缓解磷、硫元素在原奥氏体晶界的偏聚现象，提高螺栓用钢晶界间的结合强度，延缓断裂裂纹的产生，实现所制高强度螺栓抗断裂性能及延迟断裂性能的改善，并能够提高螺栓用钢的力学性能和耐蚀性。螺栓用钢中还含有铌Nb、镍Ni、钼Mo等合金元素，铌能够与碳、氮形成碳氮合物，发挥氢陷阱的作用，抑制氢在钢中的扩散，使其分布均匀，将入侵的氢无害化；同时这些碳氮化物还能够促进原奥氏体晶粒的变形、位错的产生，并能够钉扎晶界，使得晶粒细化，改善螺栓用钢的延迟断裂性能。镍使得螺栓用钢具有良好的强度和塑韧性，作为奥氏体形成元素，在热处理后获得回火马氏
体的同时，使得螺栓用钢中具有一定的残余奥氏体组织，将氢固溶，作为强且不可逆的氢陷阱，能够有效阻碍氢向马氏体组织中的扩散，显著降低裂纹的产生，提高螺栓用钢的延迟断裂性能。钼元素能够在保持强度的同时，提高螺栓用钢的回火温度，使得碳化物球化，避开Ni元素的偏析温度，减少马氏体硬脆相的产生和晶界的脆化，进一步提高螺栓用钢的延迟断裂能力。螺栓用钢在淬火前进行了正火预处理，合金元素能够充分分散于原奥氏体中，空冷至室温后更多的碳氮化物析出，加强弥散强化作用，有效阻碍淬火工艺中晶粒的长大，将奥氏体晶粒细化，并产生尺寸细小且数量更多的碳氮化物。最后进行回火工艺，进行奥氏体向回火马氏体的转变，增加位错密度，提高螺栓用钢的强度。
[0011]进一步的，挤细工艺为：室温，变形量23～25％，应变速率0.05～0.10s
‑1。
[0012]进一步的，热处理工艺为：970～980℃固溶60min，油冷；815～820℃时效8h，炉冷至615～625℃保温8h。
[0013]在上述技术方案中，选用较粗的螺栓用钢在热镦工艺前进行室温条件下的挤细工艺，变形量为23～25％，获得所需的小尺寸螺栓坯，能够有效节约材料，较小的应变速率有助于产生应变强化，提高螺栓坯的强度。在挤细冷变形强化后，进行热处理再结晶，改善螺栓坯的组织，使其晶粒得到细化，促进碳氮化物在晶界处的析出、沉淀，界面强度得到提高，位错滑移受到更大的阻碍，其硬度和强度得到有效提高，并改善了螺栓坯的力学性能、抗腐蚀性能和延迟断裂能力。
[0014]进一步的，所述渗锌工艺具体为：
[0015]取渗锌剂、螺栓坯混合均匀，置于渗锌炉的腔体中，加热温度至400～600℃，保温3～5h，渗锌炉转速5～9r/min。
[0016]渗锌剂包括以下质量组分：1400～1500份锌粉、500～600份铝粉、100份填充剂氧化铝Al2O3、180～210份甲酸镍C2H2NiO4、50份氯化铵NH4Cl、80～100份氯化镧LaCl3。
[0017]渗锌剂、螺栓坯的质量比为：(2.0～2.5):100。
[0018]进一步的，锌粉：来源于安徽科润纳米科技有限公司，粒径40～45μm；
[0019]铝粉：来源于巩义市亚铝材料有限公司，粒径为13～20μm；
[0020]氧化铝：来源于扬州帝蓝化工原料有限公司，粒径为68～99nm；
[0021]在上述技术方案中，在高温条件下，活化剂氯化铵分解产生H2、N2以及HCl气体，H2、N2为渗锌层产生提供良好的还原性气氛，HCl能够与渗锌剂中的锌粉、螺栓坯中的Fe分别发生取代反应产生Zn、Fe原子，将产生活性锌原子，活性锌原子接触、吸附于螺栓坯的表面并扩散，形成渗锌层。渗锌剂中的甲酸镍受热分解产生还原性气体CO、H2，能够净化螺栓坯表面，增强螺栓坯的表面活性，甲酸镍受热分解产生的镍，在锌原子之后进行扩散，因渗锌层的快速增厚导致镍向铁基体扩散的路径延长，使得镍与锌通过反应扩散结合形成金属间化合物，能够有效抑制腐蚀的渗透。氯化镧中的稀土元素La起到化学催渗的作用，能够改善渗锌层组织和表面质量，使得渗锌层质量均匀，表面缺陷减少、粗糙度降低，组织细化且致密，提高了高强度螺栓的硬度、塑性和抗腐蚀性能。而铝粉的加入，在渗锌工艺条件下，发生熔融氧化，在渗锌层中形成硬质相，提高其表面硬度，改善所制高强度螺栓的脆性和耐磨性能。
[0022]进一步的，所述锌铝涂覆工艺具体为：
[0023]取粘结剂、缓蚀剂、分散剂、乙二醇与去离子水、混合，加入锌粉、锌铝LDH、石墨烯，
得到涂层溶液；
[0024]涂覆，吸走多余涂液；90～120℃预烘10～20min，置于温度280～300℃、紫外光照射下，烧结固化25～30min，取出空冷；
[0025]二次涂覆，90～120℃预烘10～20min，置于温度280～300℃、紫外光照射下，烧结固化25～30min，取出空冷，得到锌铝涂层。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度合金钢螺栓的制备方法，其特征在于：包括以下工艺：(1)取螺栓用钢，依次进行挤细、热镦、热处理和螺纹加工，得到螺栓坯；(2)将螺栓坯依次进行渗锌和锌铝涂覆，得到高强度螺栓；所述螺栓用钢包括以下重量组分：C：≤0.12％，Nb：0.021～0.025％，Ni：1.8～2.0％，Mo：0.5～1.0％，B：0.0008～0.0012％，Si：0.10～0.35％，Mn：0.60～0.90％，P：≤0.030％，S：≤0.030％，N：≤0.0001％，余量为Fe。2.根据权利要求1所述的一种高强度合金钢螺栓的制备方法，其特征在于：所述挤细工艺为：室温，变形量23～25％，应变速率0.05～0.10s
‑1。3.根据权利要求1所述的一种高强度合金钢螺栓的制备方法，其特征在于：所述热处理工艺为：970～980℃固溶60min，油冷；815～820℃时效8h，炉冷至615～625℃保温8h。4.根据权利要求1所述的一种高强度合金钢螺栓的制备方法，其特征在于：所述渗锌工艺具体为：取渗锌剂、螺栓坯混合均匀，置于渗锌炉的腔体中，加热温度至400～600℃，保温3～5h，渗锌炉转速5～9r/min。5.根据权利要求4所述的一种高强度合金钢螺栓的制备方法，其特征在于：所述渗锌剂包括以下质量组分：1400～1500份锌粉、500～600份铝粉、100份氧化铝、180～210份甲酸镍、50份氯化铵、80～100份氯化镧。6.根据权利要求1所述的一种高强度合金钢螺栓的制备方法，其特征在于：所述锌铝涂覆工艺具体为：取粘结剂、缓蚀剂、分散剂、乙二醇与去离子水、混合，加入锌铝粉、锌铝LDH、石墨烯，得到涂层溶液；涂覆，吸走多余涂液；90～12...

【专利技术属性】
技术研发人员：周红坚，
申请(专利权)人：建湖双力机械有限公司，
类型：发明
国别省市：