一种1700MPa高强度螺栓用钢及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种1700MPa高强度螺栓用钢，其除了Fe和不可避免的杂质以外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：C：0.30～0.50wt.％、Mn：0.30～2.00wt.％、Si：0.55～2.00wt.％、Ni：0.50～2.00wt.％、Cr：0.30～3.00wt.％、Mo：0.50～2.00wt.％、V：0.03～0.50wt.％、Ti：0.01～0.50wt.％；其还满足公式：[C]+0.19[Mn]+0.09[Si]+0.42[Ni]+0.26[Cr]+0.38[Mo]≥1.05，其中[C]、[Mn]、[Si]、[Ni]、[Cr]、[Mo]分别代入各化学元素质量百分号以前的数值。此外，本发明专利技术还公开了上述1700MPa高强度螺栓用钢的制造方法，其包括步骤：(1)冶炼和铸造；(2)轧制成盘条；(3)球化退火；(4)零件外形加工；(5)等温热处理：加热到奥氏体化温度860～940℃，保温30～90min，然后冷却至250～400℃，保温60～180min。保温60～180min。

【技术实现步骤摘要】
一种1700MPa高强度螺栓用钢及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种金属材料及其制造方法，尤其涉及一种高强度钢材及其制造方法。

技术介绍

[0002]当前车辆船舶、建筑工程、能源、桥梁交通等制造领域对于具备长寿命、高强度性能的螺栓有了更加迫切的需求。在实际应用时，高强度螺栓可以通过减少自身尺寸来降低重量，并增加安装空间。因此，采用高强度螺栓可以对被连接部件进行功能和体积优化，从而使装备达到整体减重和性能优化的目的。
[0003]螺栓是现代机械装置中应用最为普遍，也最为广泛的连接零件，其连接方式看似简单，但其拧紧过程却颇为复杂，目前应用的拧紧工艺主要有三种：扭矩法、扭矩－转角法、屈服点拧紧法。
[0004]扭矩法是一种最为常规的拧紧方法，其利用扭矩与预紧力的线性关系，拧紧至规定扭矩时即停止，通常预紧力处于螺栓的弹性应变区，这种方法对轴向预紧力的控制精度较低且未充分利用材料的服役强度。
[0005]扭矩
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转角法是首先拧到一个规定的扭矩，其目的是为了把螺栓或螺母拧到密接面上，并克服一些如表面凸凹不平、摩擦系数等因素，然后再拧到一个规定角度，通常预紧力处于螺栓的塑性应变区，达到屈服强度以上，从而实现既充分利用材料强度又完成高精度拧紧控制的目的。
[0006]屈服点拧紧法是通过扭矩与转角的关系即扭矩率的变化来确定屈服点，其需要在拧紧过程中，实时监控扭矩
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转角曲线的斜率，当斜率明显下降时说明已经达到屈服点，便停止拧紧。这种方法的优点是可以获得很大拧紧力，而且分布较集中，充分发挥材料的潜力，是拧紧工艺未来发展的方向。
[0007]在实际应用时，无论是采用上述扭矩
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转角法，还是屈服点拧紧法对螺栓进行拧紧，都要求螺栓材料的塑性变形区尽可能大。因此，在对设计螺栓材料时，除了要提高螺栓强度外，还需要采用降低屈强比的方式来提高塑性变形区，以满足未来装配工艺的发展需要。
[0008]在当前现有技术中，螺栓材料的强韧化机制主要有细晶强化、固溶强化、析出强化等。其中，细晶强化是一种既能提高强度，又能有效优化塑韧性的手段，其主要是通过添加如Ti、V等微合金元素，以及控轧控冷技术来实现；固溶强化则是利用金属材料内部点缺陷(间隙原子、置换原子)对金属基体进行强化，其主要的强化元素有Mn、Si、Ni、Mo等；而析出强化则是通过第二相粒子在金属基体中析出产生应力场，以及阻碍位错的运动致使强度增加，第二相粒子分布越弥散、体积分数越大，其强化效果越好。
[0009]上述这三种强化机制均存在一个问题，即：在提高抗拉强度的同时也会提高屈强比，导致塑性变形区缩小，不利于未来高强度螺栓的应用。因此，目前亟需一种既能提高螺栓的强度，又能降低屈强比的螺栓钢制造方法。
wt.％；余量为Fe和不可避免的杂质；
[0021]其还满足公式：[C]+0.19[Mn]+0.09[Si]+0.42[Ni]+0.26[Cr]+0.38[Mo]≥1.05，其中[C]、[Mn]、[Si]、[Ni]、[Cr]、[Mo]分别代入各化学元素质量百分号以前的数值。
[0022]在本专利技术所述的1700MPa高强度螺栓用钢中，各化学元素的设计原理如下所述：
[0023]C：在本专利技术所述的1700MPa高强度螺栓用钢中，C是获得强度的有效元素，钢中添加适量的C元素有益于钢材的强度。但需要注意的是，钢中C元素含量不宜过高，当钢中C元素含量过高时，会对钢材的冷镦性、韧性以及耐延迟断裂性能产生不利影响。基于此，从材料的强度与冷镦性、韧性、耐延迟断裂性能等综合考虑，在本专利技术中，将C元素的质量百分含量控制在0.30～0.50 wt.％之间。
[0024]Mn：在本专利技术所述的1700MPa高强度螺栓用钢中，Mn是稳定奥氏体相的重要元素。同时，钢中添加的Mn元素还能够通过形成MnS的形式，固定钢中的S，从而具有防止热脆性的效果。但需要注意的是，钢中Mn元素含量不宜过高，若Mn含量过高，则容易造成晶界的偏析，降低晶界强度。基于此，在本专利技术所述的1700MPa高强度螺栓用钢中，将Mn元素的质量百分含量控制在0.30～2.00wt.％之间。
[0025]Si：在本专利技术所述的1700MPa高强度螺栓用钢中，Si元素不仅能够抑制贝氏体钢中渗碳体的析出，其还能够溶于铁素体中，从而起到固溶强化的作用，进而提高钢板的强度和硬度。但钢中Si元素含量同样不宜过高，当钢中Si含量过高时，将显著降低钢的塑性和韧性。基于此，在本专利技术所述的1700MPa 高强度螺栓用钢中，将Si元素的质量百分含量控制在0.55～2.00wt.％之间。
[0026]Ni：在本专利技术所述的1700MPa高强度螺栓用钢中，Ni元素可以起到稳定奥氏体、增加淬透性、改善钢材低温韧性作用。另外，Ni元素还能改善氧化铁层结构，提高致密度，进而提高钢的耐蚀性能，抑制氢的吸附，其对于钢材的耐延迟断裂性能有积极作用。因此，为了发挥Ni元素的有益效果，并综合考虑成本因素，在本专利技术所述的1700MPa高强度螺栓用钢中，将Ni的质量百分含量控制在0.50～2.00wt.％之间。
[0027]Cr：在本专利技术所述的1700MPa高强度螺栓用钢中，Cr具有提高钢的淬透性和耐腐蚀性的作用，其在回火时可析出碳化物提高钢的抗回火软化性能，进而在钢材的强度和耐延迟断裂性能方面发挥有效的作用。但需要注意的是，钢中Cr元素含量同样不宜过高，当钢中Cr元素含量过高时，会导致钢材的冷加工性能降低并增加生产成本。基于此，在本专利技术所述的1700MPa高强度螺栓用钢中，将Cr元素的质量百分含量控制在0.30～3.00wt.％之间。
[0028]Mo：在本专利技术所述的1700MPa高强度螺栓用钢中，Mo主要在回火阶段析出含Mo碳化物，进而产生显著的二次强化，提高钢的抗回火软化性能。但需要注意的是，钢中不宜添加过量的Mo，钢中添加过多的Mo会导致材料成本增加。因此，综合考虑成本因素，在本专利技术中，将Mo元素的质量百分含量控制在0.50～2.00wt.％之间。
[0029]V、Ti：在本专利技术所述的1700MPa高强度螺栓用钢中，V、Ti元素能够与钢中的C、N形成析出物，其能够在钢材的加热阶段起到细化奥氏体晶粒的作用，从而提高钢板的强度。然而，过多的V、Ti会形成粗大的夹杂物，反而会对钢材的性能不利。因此，为了发挥V、Ti元素的有益效果，在本专利技术中，将 V元素的质量百分含量控制在0.03～0.50wt.％之间，将Ti元素的质量百分含量控制在0.01～0.50wt.％之间。
[0030]需要注意的是，在本专利技术所述1700MPa高强度螺栓用钢中，若仅采用如上所述各元
素成分设计调整化学元素的范围，则仍然不能达到本专利技术的目的。
[0031]因此，专利技术人在控制上述单一化学元素质量百分含量的同时，还进一步地控制了元素之间的配合关系，其还需要满足关系式：
[0032][C]+0.19[Mn]+0.09[Si]+0.42[Ni]+0.26[C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种1700MPa高强度螺栓用钢，其含有Fe和不可避免的杂质，其特征在于，其还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：C：0.30～0.50wt.％、Mn：0.30～2.00wt.％、Si：0.55～2.00wt.％、Ni：0.50～2.00wt.％、Cr：0.30～3.00wt.％、Mo：0.50～2.00wt.％、V：0.03～0.50wt.％、Ti：0.01～0.50wt.％；其还满足公式：[C]+0.19[Mn]+0.09[Si]+0.42[Ni]+0.26[Cr]+0.38[Mo]≥1.05，其中[C]、[Mn]、[Si]、[Ni]、[Cr]、[Mo]分别代入各化学元素质量百分号以前的数值。2.如权利要求1所述的1700MPa高强度螺栓用钢，其特征在于，其各化学元素质量百分含量为：C：0.30～0.50wt.％、Mn：0.30～2.00wt.％、Si：0.55～2.00wt.％、Ni：0.50～2.00wt.％、Cr：0.30～3.00wt.％、Mo：0.50～2.00wt.％、V：0.03～0.50wt.％、Ti：0.01～0.50wt.％；余量为Fe和不可避免的杂质；其还满足公式：[C]+0.19[Mn]+0.09[Si]+0.42[Ni]+0.26[Cr]+0.38[Mo]≥1.05，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：余子权，黄宗泽，姚赞，赵四新，赵浩洋，翟瑞银，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：