【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及螺栓加工制造，更具体地说它涉及一种高强度螺栓、用钢及其生产工艺。
技术介绍
1、高强度紧固件连接具有承接能力高、受力性好、耐疲劳、不松动、较安全及施工简便、可拆换等优点，在基础建设的钢结构连接中被广泛使用。但是，由于高强度螺栓属于缺口零件，因此具有很高的缺口敏感性。在潮湿空气、雨水等环境中长期暴露的高强度螺栓易发生不同程度的腐蚀，腐蚀坑处腐蚀反应生成的微量氢及螺栓中自身存在的微量氢在应力作用下扩散、富集，易引起高强度螺栓的氢致延迟断裂。
2、公开号为cn105579603a的中国专利申请文件公开了一种耐延迟断裂性能和螺栓成形性优异的高强度螺栓用钢和螺栓，该耐延迟断裂性能和螺栓成形性优异的高强度螺栓用钢以质量％计，分别含有c：0.10～0.30％、ni：0.4～0.7％、si：0％以上且0.2％以下、mn：0.3～0.8％、p：高于0％并在0.03％以下、s：高于0％并在0.03％以下、cr：0.8～1.2％、mo：0.8～1.5％、v：0.05～0.13％、ti：0.02～0.08％、al：0.01～0.1％、n：0.001～0.01％，余量由铁和不可避免的杂质构成，并且，满足下述(1)式和(2)式：
3、0.85≤[c]+[si]/7+[mn]/5+[ni]/20+[cr]/9+[mo]/2≤1.3…(1)
4、[c]-(0.07×[mo]+0.20×[v])≤0.20…(2)
5、其中，[c]、[si]、[mn]、[ni]、[cr]、[mo]和[v]分别表示以质量
6、但是该耐延迟断裂性能和螺栓成形性优异的高强度螺栓用钢对于材料的成分控制难度大，生产成本高，在严酷环境中的耐延迟断裂性能不足且难以达到超过1500mpa的抗拉强度，有待改进。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的第一个目的在于提供一种高强度螺栓，该高强度螺栓具有显著提升抗拉强度并避免降低耐延迟断裂性能的效果。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
3、一种高强度螺栓，包括合金主体，所述合金主体的外侧设置有金属共渗层和合金外层；所述金属共渗层采用离子注入工艺形成于所述合金主体的外侧，所述合金外层采用沉积工艺附着在所述金属共渗层的外侧；其中，所述金属共渗层为向所述合金主体的外侧注入bi和/或sb与mn形成，且所述合金外层为cofeb或febx，x为v、nb、zr、w、mg或mo。
4、通过采用上述技术方案，由合金主体、金属共渗层和合金外层组成的高强度螺栓具有通过离子注入工艺将bi和/或sb与mn注入合金主体的外侧从而对合金主体的内侧进行保护，并使得bi和/或sb与mn显著提升合金主体外侧的机械强度，并进而在降低析氢反应概率的同时，与采用沉积工艺附着在金属共渗层外侧的合金外层结合，以在进一步提升该高强度螺栓的机械强度的同时，令该高强度螺栓达到提高耐延迟断裂性能的目的。
5、本专利技术进一步设置为：所述金属共渗层的厚度为10-25μm，且bi和/或sb与mn的质量比为16-18:1。
6、通过采用上述技术方案，通过采用bi和/或sb与mn在质量比为16-18:1时以离子注入工艺将相应的金属离子注入合金主体的外侧，从而将形成对合金主体内部进行有效保护的金属共渗层，在显著提升高强度螺栓的抗拉强度的同时有效避免降低耐延迟断裂性能的效果。
7、本专利技术进一步设置为：所述合金外层的厚度为3-6μm，且febx中fe、b和x的质量比为73-85:15-22:0-5。
8、通过采用上述技术方案，通过采用cofeb或febx在沉积工艺下形成附着在金属共渗层外侧的合金外层时，将显著提升该高强度螺栓的机械强度，并在形成致密膜层结构的同时，与金属共渗层协同降低析氢反应概率，从而达到提高耐延迟断裂性能的目的。
9、本专利技术的第二个目的在于提供一种高强度螺栓用钢，用于生产如上所述的高强度螺栓的合金主体，包括按质量百分比为0.15％-0.25％的c、0.06％-0.12％的nb、0.01％-0.08％的al、0.005％-0.016％的ti、0.03％-0.08％的v、0.001％-0.005％的s、0.20％-0.26％的cu、0.58％-0.80％的mn、0.11％-0.18％的si、0.75％-1.25％的cr以及作为余量的fe及不可避免的杂质。
10、通过采用上述技术方案，使得通过该高强度螺栓用钢生产获得的合金主体具有抗拉强度高以及耐延迟断裂性能强的效果。
11、本专利技术进一步设置为：所述mn与ti的质量比公式为：3.8≤mn/ti≤138。
12、通过采用上述技术方案，优化mn与ti的含量，使得ti金属在实现提升耐腐蚀性能的同时，优化耐延迟断裂性能，以结合mn金属的脱氧脱硫能力，优化高强度螺栓用钢在制备获得合金主体时的组成成分，使得通过该高强度螺栓用钢生产获得的合金主体具有抗拉强度高以及耐延迟断裂性能强的效果。
13、本专利技术进一步设置为：所述杂质按质量百分比包括0≤o＜0.001％、0≤n＜0.0015％和0≤p＜0.001％。
14、通过采用上述技术方案，限制相应的杂质质量百分比将达到避免杂质影响到高强度螺栓在生产完成后的成分组织和晶粒，从而使得获得的高强度螺栓具有显著提升抗拉强度并避免降低耐延迟断裂性能的效果。
15、本专利技术的第三个目的在于提供一种高强度螺栓用钢的生产工艺，包括如下步骤：
16、s1、将高强度螺栓用钢制成螺栓胚件，再经加热、淬火后获得螺栓胚体；
17、s2、在真空条件下，采用高温等离子注入技术对螺栓胚体进行处理，并控制高温温度为350-450℃，保温时间为1-4h，完成回火工序并获得由合金主体和金属共渗层组成的螺栓半成品；
18、s3、将螺栓半成品通过沉积工艺表面附着一层合金外层，并获得高强度螺栓。
19、通过采用上述技术方案，采用螺栓胚体的制备获取和金属共渗层、合金外层的依次加工生产，从而在降低该高强度螺栓的生产制备难度的同时，显著提高获得的高强度螺栓的抗拉强度，并通过三个步骤对合金材料在依次提高和加强力学性能的同时，显著降低化学析氢反应概率，从而达到显著提升耐延迟断裂性能的目的。
20、本专利技术进一步设置为：在s1中，所述螺栓胚件先直接加热至750-820℃，再浸入100-200℃的油液内冷却1-3s，取出并立即放入35-50℃的水中冷却以完成淬火并获得螺栓胚体。
21、通过采用上述技术方案，油液冷却与水冷却以及加热温度的匹配从而将提高螺栓胚体的耐延迟断裂性能，并通过检测发现其在强度得到显著提升的同时，有效防止塑韧性的降低。
22、本专利技术进一步设置为：在s2中，所述高温等离子注入技术为在350-450℃的温度下，采用bi和/或sb与mn的阴极弧源处理所述螺栓胚体的表面本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高强度螺栓，包括合金主体，其特征在于：所述合金主体的外侧设置有金属共渗层和合金外层；所述金属共渗层采用离子注入工艺形成于所述合金主体的外侧，所述合金外层采用沉积工艺附着在所述金属共渗层的外侧；其中，所述金属共渗层为向所述合金主体的外侧注入Bi和/或Sb与Mn形成，且所述合金外层为CoFeB或FeBX，X为V、Nb、Zr、W、Mg或Mo。
2.根据权利要求1所述的一种高强度螺栓，其特征在于：所述金属共渗层的厚度为10-25μm，且Bi和/或Sb与Mn的质量比为16-18:1。
3.根据权利要求1所述的一种高强度螺栓，其特征在于：所述合金外层的厚度为3-6μm，且FeBX中Fe、B和X的质量比为73-85:15-22:0-5。
4.一种高强度螺栓用钢，用于生产如权利要求1-3任一项所述的高强度螺栓的合金主体，其特征在于：包括按质量百分比为0.15%-0.25%的C、0.06%-0.12%的Nb、0.01%-0.08%的Al、0.005%-0.016%的Ti、0.03%-0.08%的V、0.001%-0.005%的S、0.20%-0.26%的
5.根据权利要求4所述的一种高强度螺栓用钢，其特征在于：所述Mn与Ti的质量比公式为：3.8≤Mn/Ti≤138。
6.根据权利要求4所述的一种高强度螺栓用钢，其特征在于：所述杂质按质量百分比包括0≤O＜0.001%、0≤N＜0.0015%和0≤P＜0.001%。
7.一种高强度螺栓用钢的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种高强度螺栓用钢的生产工艺，其特征在于：在S1中，所述螺栓胚件先直接加热至750-820℃，再浸入100-200℃的油液内冷却1-3s，取出并立即放入35-50℃的水中冷却以完成淬火并获得螺栓胚体。
9.根据权利要求7所述的一种高强度螺栓用钢的生产工艺，其特征在于：在S2中，所述高温等离子注入技术为在350-450℃的温度下，采用Bi和/或Sb与Mn的阴极弧源处理所述螺栓胚体的表面，并控制高温等离子注入电压为20-50kV、射频功率为900-1200W、脉冲频率为20-80Hz、Bi和/或Sb与Mn的注入剂量为7.2*1016-8.6*1017离子/cm2并持续1-4h。
10.根据权利要求7所述的一种高强度螺栓用钢的生产工艺，其特征在于：在S3中，沉积为化学气相沉积或原子层沉积。
...【技术特征摘要】
1.一种高强度螺栓，包括合金主体，其特征在于：所述合金主体的外侧设置有金属共渗层和合金外层；所述金属共渗层采用离子注入工艺形成于所述合金主体的外侧，所述合金外层采用沉积工艺附着在所述金属共渗层的外侧；其中，所述金属共渗层为向所述合金主体的外侧注入bi和/或sb与mn形成，且所述合金外层为cofeb或febx，x为v、nb、zr、w、mg或mo。
2.根据权利要求1所述的一种高强度螺栓，其特征在于：所述金属共渗层的厚度为10-25μm，且bi和/或sb与mn的质量比为16-18:1。
3.根据权利要求1所述的一种高强度螺栓，其特征在于：所述合金外层的厚度为3-6μm，且febx中fe、b和x的质量比为73-85:15-22:0-5。
4.一种高强度螺栓用钢，用于生产如权利要求1-3任一项所述的高强度螺栓的合金主体，其特征在于：包括按质量百分比为0.15%-0.25%的c、0.06%-0.12%的nb、0.01%-0.08%的al、0.005%-0.016%的ti、0.03%-0.08%的v、0.001%-0.005%的s、0.20%-0.26%的cu、0.58%-0.80%的mn、0.11%-0.18%的si、0.75%-1.25%的cr以及作为余量的fe及不可避免的杂质...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙浩儿，
申请(专利权)人：宁波浩泰紧固件制造有限公司，
类型：发明
国别省市：
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