一种高性能螺栓用钢及其生产方法技术

本发明专利技术公开了一种高性能螺栓用钢及其生产方法，化学成分质量百分比为：

【技术实现步骤摘要】
一种高性能螺栓用钢及其生产方法


[0001]本专利技术涉及钢铁行业中的特种合金钢，更具体地说，它涉及一种高性能螺栓用钢及其生产方法
。

技术介绍

[0002]用高强度钢制造或需要施以较大预紧力的螺栓称为高性能螺栓，多用于桥梁
、
钢轨
、
风电及超高压设备的连接，具有施工简单
、
受力性能好
、
可拆换
、
耐疲劳以及在动力载荷作用下不致松动等优点，产生的断裂多为脆性断裂，随着大型风电设备
、
大飞机
、
汽车
、
高速火车
、
大型船舶
、
大型成套设备等为代表的先进制造已进入重要的发展方向，高性能螺栓用于重要机械的连接，目前，国内外高性能螺栓用料常使用铬钼钢
。
[0003]GB/T 3077
‑
2015《
合金结构钢
》
中对铬钼钢进行了以下规定：
C
：
0.38%
‑
0.45%、Si
：
0.17%
‑
0.37%、Mn
：
0.50%
‑
0.80%、P≤0.020%、S≤0.020%、Cr
：
0.90%
‑
1.20%、Ni≤0.30%、Cu≤0.25%、Mo
：
0.15%
‑
0.25%
，高性能螺栓用于重要机械的连接，反复的拆装或各式的安装扭矩法对高性能螺栓要求越来越高，现有的铬钼钢性能达不到要求，使用寿命缩短，甚至发生意外，加工困难，制造成本高，提升的关键还在高性能螺栓用钢材，因此亟需一种高强度
、
高韧性
、
高寿命的螺栓用钢
。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种高性能螺栓用钢及其生产方法
。
提高材料的强韧性和疲劳寿命，通过淬火
+
高温回火，最终达到高性能螺栓所需的性能
。
[0005]本专利技术通过以下技术方案实现：一种高性能螺栓用钢，其主要化学成分质量百分比为：
0.24%≤C≤0.29%、1.35≤Si≤1.50%、1.75%≤Mn≤1.95%、0.70%≤Cr≤0.80%、0.20%≤Ni≤0.25%、0.23%≤Mo≤0.27%、0.050%≤V≤0.070%、0.20%≤Cu≤0.25%、Al≤0.003%、P≤0.011%
，
S≤0.006%
，余量为
Fe。
[0006]本专利技术进一步改进方案是，
C
：
0.27%、Si
：
1.41%、Mn
：
1.82%、P
：
0.010%、S
：
0.004%、Cr
：
0.74%、Ni
：
0.23%、Mo
：
0.25%、V
：
0.056%、Cu
：
0.22%、Al
：
0.002%。
[0007]本专利技术可从材质上将高性能螺栓的强韧性
、
耐候性提高，减少能源消耗和环境污染，提高生产效率，降低生产成本
。
本专利技术的生产方法，生产的高性能螺栓用钢组织更均匀，性能更稳定
。
[0008]下面具体说明本专利技术高性能螺栓用钢化学成分的限定理由：
C
：能提高钢的强度和淬透性，考虑材质强韧性及其稳定性的要求，本专利技术
C
含量控制在
0.24%
‑
0.29%
之间；
Si
：能固溶于铁素体和奥氏体中提高钢的强度和硬度，也是一种脱氧剂，在本专利技术中，对强度起到提升作用，因此本专利技术
Si
含量控制在
1.35%
‑
1.50%
之间；
Mn
：能够提高钢的硬度和耐磨性，显著提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能
。Mn
还有固溶强化的作用，可扩大奥氏体区
、
降低奥氏体向铁素体的转变温度，进而细化铁素体晶粒
、
提高钢的强韧性；本专利技术将
Mn
含量控制在
1.75%
‑
1.95%
之间；
Cr
：能显著提高钢的强度
、
硬度和淬透性，鉴于高性能螺栓用钢一般采用淬火
+
回火工艺制造，为提高淬火后的强韧性，本专利技术添加
0.70%
‑
0.80%
的
Cr
元素；
Ni
：能够降低钢材临界转变温度，降低合金元素的扩散速度，显著提高钢的低温冲击韧性，
Ni
含量越高对冲击韧性越好
。Ni
还能够提高钢的强度，同时保持良好的塑性和韧性
。Ni
属于贵重合金，考虑到成本问题，所以本专利技术中
Ni
含量控制在
0.20%
‑
0.25%
；
Mo
：能够强化铁素体，提高钢的强度和硬度，还能降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性，本专利技术添加
0.23%
‑
0.27%
的
Mo
；
V
：在钢中主要以碳化物
、
氮化物形态存在，其主要作用是细化钢的组织和晶粒，提高钢的强韧性，本专利技术将
V
含量控制在
0.050%
‑
0.070%
；
Al
：钢中氧化铝夹杂会导致螺栓产生脆性断裂，严重影响材料的使用寿命，所以本专利技术严格控制钢中残余
Al
含量，目标将
Al
含量控制在
0.003%
以下；
Cu
：能提高钢的强度，改善钢的抗大气腐蚀能力，当
Cu
含量大于
0.20%
时，其耐腐蚀性是不含
Cu
钢的2‑5倍，本专利技术将
Cu
含量限定为
0.20%
‑
0.25%
；
P
：使钢产生冷脆性，降低钢的冲击韧性，同时恶化钢的焊接性能，降低塑性，
P
元素还是一种极易偏析元素，会增加钢的回火脆性，降低疲劳寿命
。
为减轻钢的偏析，防止螺栓在低温环境下产生冷脆断裂，提高螺栓的疲劳寿命，本专利技术将
P
残留含量控制在
0.011
％以下，尽可能控制的更低；
S
：是一种易偏析元素，在钢中一般以
FeS
形式存在，当钢凝固时，
FeS本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高性能螺栓用钢，其特征在于，化学成分质量百分比为：
0.24%≤C≤0.29%、1.35≤Si≤1.50%、1.75%≤Mn≤1.95%、0.70%≤Cr≤0.80%、0.20%≤Ni≤0.25%、0.23%≤Mo≤0.27%、0.050%≤V≤0.070%、0.20%≤Cu≤0.25%、Al≤0.003%、P≤0.011%
，
S≤0.006%
，余量为
Fe。2.
根据权利要求1所述的一种高性能螺栓用钢，其特征在于：化学成分质量百分比为：
C
：
0.27%、Si
：
1.41%、Mn
：
1.82%、Cr
：
0.74%、Ni
：
0.23%、Mo
：
0.25%、Cu
：
0.22%、Al
：
0.002%、V
：
0.056%、P
：
0.010%、S
：
0.004%
，余量为
Fe。3.
一种高性能螺栓用钢的生产方法，其特征在于：按照权利要求1所述化学成分配置冶炼原料，冶炼原料依次经过以下步骤：
KR
脱硫
、
转炉冶炼
、LF
精炼
、RH
真空脱气
、
软吹
、
连铸
、
轧制，得到
Φ
30
‑
Φ
50mm
的高性能螺栓用钢
。4.
根据权利要求3所述的一种高性能螺栓用钢的生产方法，其特征在于：（1）
KR
脱硫：选取
P≤0.100%、S≤0.030%、0.30%≤Mn≤0.70%、Si
：
0.20%
‑
0.60%
的铁水，在脱硫前扒净铁水渣，采用
KR
脱硫方法，在搅拌铁水过程中添加脱硫剂（
CaO+CaF2
（9：1））进行脱硫，脱硫后铁水
S≤0.003%
，将脱硫后含硫的渣子全部去除，避免加入转炉造成回硫；（2）转炉冶炼：采用
100t
转炉冶炼，使用自产连铸切头切尾废钢冶炼，此废钢
S≤0.005%
，不使用污泥球和烧结矿，确保出钢
S
含量在
0.006%
左右；纯铜与废钢一起加入炉内；采用顶底复吹转炉吹炼，采用双渣法操作实现预脱
P
，确保转炉终点
P≤0.008%
，出钢温度
1620℃
‑
1660℃
，出钢使用不含铝的镁碳砖砌筑的专用钢包，出钢过程采用石灰
400kg/
炉
+
石英砂
200kg/
炉进行造渣，不使用含铝的精炼渣；出钢加入低氮增碳剂
、
低钛低铝硅铁
、
低碳铬铁
、
金属锰进行合金化，采用滑板挡渣机构控制下渣，确保出钢下渣回
P≤0.002%
；（3）精炼：采用

【专利技术属性】
技术研发人员：林鹏，郑力宁，张洪才，翟万里，印传磊，石可伟，许正周，许光乐，吴豪，
申请(专利权)人：江苏利淮钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：