本发明钢铁行业的合金钢冶炼领域，具体提供一种超大高强紧固件用钢及生产方法。
背景技术：
紧固件是机械行业的基础原件，其质量水平决定了国家机械工业的发展，广泛应用于一些基础产业，如：汽车、高铁、冶金、电力等。我国目前的紧固件用钢处于低端产能过剩，一些高强度的紧固件用钢不能满足需求。随着我国高速轨道交通的飞速发展，轨道交通紧固件钢的需求也大幅增加，对紧固件用钢的强度和韧性要求也在不断提升。
大型紧固件的制作一般要经过淬火加回火的调质处理，过去用户主要用35crmo、42crmo等钢制作，但受这些钢淬透性限制，为了达到一定承受力的要求，只有加大紧固件直径。这样不仅增加了紧固件的重量，还要加大整个桥梁重量，或其它机器设备重量。近年来，随着紧固件行业的产品结构调整，紧固件从低强度向高强度免退火发展，从高能耗向资源节约型发展已成为必然趋势。含硼10b21冷镦钢具有良好的塑性和冷镦性能，盘条原始硬度低，可缩短或免球化退火工艺，冷镦开裂率低，经调质热处理后具有强度高、淬透性好等优点，但该钢的显微组织配比未达到最优化，只能用于8.8级～10.9级紧固件的制作。
目前国内已有的高强度紧固件用钢的专利及文献报道中，产品大多只能用于10.9级以下强度紧固件的生产。申请号为201510875102.2的专利“一种含镍铜的高强紧固件用钢及其热处理方法”，钢的化学成分及重量百分比含量为：c：0.38～0.45％、si：0.17～0.30％、mn：0.60～0.80％、p≤0.010％、s≤0.010％、cr:0.90～1.20％、mo:0.15～0.22％、ni:0.05～0.15％、cu:0.10～0.20％，其余为fe和不可避免的杂质。一定程度上解决了国产42crmo钢制造紧固件的强韧性不能和使用要求很好匹配的问题，对紧固件用钢进行了920～930℃油淬+550～580℃高温回火的热处理工艺，且产品用于生产10.9级高强度紧固件。申请号为201310673784.x的专利“一种含钛和硼热轧低硬度的高强度紧固件用钢及其生产方法”，钢的化学成分及重量百分比含量为：c：0.19～0.38wt％、si≤0.30wt％、mn0.50～1.48wt％、p≤0.025wt％、s≤0.015wt％、ti≤0.050wt％、b≤0.0045wt％，采用转炉冶炼、lf炉精炼、连铸、高线轧制等工艺生产，盘条硬度80～90hrb，断面收缩率仅48％，显微组织有少量贝氏体，产品用于制造8.8级紧固件。另外，申请号为201410307491.4的专利“13.9级和14.9级耐延迟断裂高强度紧固件用盘条及其制造方法”，其化学成分重量百分比为：c：0.38～0.45％，si：0.05～0.20％，mn：0.30～0.60％，p≤0.015％，s≤0.015％，cr：0.85～1.35％，mo：0.45～0.65％，v：0.20～0.50％，nb：0.01～0.05％，b：0.002～0.010％，al：0.005～0.020％，其余fe和不可避免的杂质；盘条的金相组织为贝氏体为主，其含量≥95％。该发明盘条的抗拉强度不小于1100mpa，屈服强度不小于900mpa，面缩率不小于30％，其抗拉强度高，而且耐延迟断裂性能优良，经济效果好，完全满足13.9级和14.9级耐延迟断裂高强度紧固件的技术要求。但该钢的冷镦性不够好，在应用于大型紧固件的制作中，由于钢淬透性(即淬硬层厚度)限制，直接影响紧固件的重量。因此在制作超大高强紧固件用钢时，不仅需要考虑钢的抗拉强度，还应增强冷镦性和提高淬透性，获得更好的综合性能。
技术实现要素：
为了克服现有技术的缺陷，本发明目的是提供一种既有高强的抗拉强度，又保持较好的淬透性和冷镦性的超大紧固件用钢。为实现上述目的，本发明提供一种超大紧固件用钢及生产方法。
一种超大高强紧固件用钢，该钢的化学成分的质量百分比为：c：043～0.47％、si：≤0.10％、mn：0.60～0.90％、p≤0.020％、s≤0.010％、als：0.02～0.06％、cr:0.90～1.20％、mo：0.30～0.60％、v：0.20～0.50％、nb：0.02～0.06％、b：0.001～0.003％，其余为fe和不可避免的杂质。
一种超大高强紧固件用钢的生产方法，包括以下步骤：
1)铁水脱硫：入厂铁水中各元素质量百分比为：s≤0.025％，mn≤0.30％，cu≤0.060％，si≤0.80％，来料铁水温度≥1250℃，控制入炉铁水硫的质量百分比s≤0.001％；
2)转炉冶炼：终点碳控制目标为0.10％，挡渣出钢，渣层厚度≤50mm，终渣碱度3.0～4.0，出钢温度控制在1650～1690℃，出钢时间≥3min；
3)脱氧合金化：出钢水1/3时开始加入合金，加入合金顺序：al丸、c粉、mn、cr、mo，出钢2/3前加完，加入活性石灰、萤石；
4)吹氩：氩气压力：0.5～0.6mpa，氩气流量：7.0～10.0nm3/min，到站吹氩1min后，测温、取样，加铝进行终脱氧，再吹氩3min；
5)lf炉处理：全程吹氩，对钢水取样进行全分析，采用cao-sio2-al2o3渣系精炼，渣碱度目标值控制在3.0～4.0，渣中al2o3目标值控制在15％～20％，tfe目标值控制在≤1.0％，化渣过程中加入适量al丸等进行渣面脱氧，加入适量v、nb合金，再加入硼铁合金化，钢水在lf起坑前4～6min进行钙处理，成分调整后软吹3min；
6)连铸：中包温度控制目标为：钢液液相线温度+20±35℃；
7)铸坯加热：断面温差≤30℃，炉压保持微正压，炉内气氛保持弱还原性气氛；
8)高线或棒材轧制：除鳞，粗轧开轧温度：1150±50℃，精轧机入口温度：850±15℃，减定径机入口温度：860±10℃。
9)斯太尔摩控冷：吐丝温度为：860±10℃，斯太尔摩控冷线辊道速度设定方案为：ф5.5～8.5mm规格的钢，入口速度为0.10～0.30m/s，最大速度为0.30～0.50m/s；ф9～12mm规格的钢，入口速度为0.10～0.30m/s，最大速度为0.35～0.55m/s；ф12.5～17mm规格的钢，入口速度为0.20～0.30m/s，最大速度为0.40～0.60m/s。风机及保温盖：13号风机全开，其余关闭，保温盖关闭，使盘条的平均冷速在0.5～1.5℃/s。
具体的，步骤5)连铸时，采用长水口和浸入式水口保护浇注，浸入深度100～150mm，中包保护渣先加碱性渣后再加炭化糠壳，结晶器保护渣采用中碳钢保护渣。
具体的，步骤5)连铸时，拉速为1.1～1.6m/min，铸坯断面尺寸为280*380。
具体的，步骤6)铸坯加热时，加热段温度：1110～1200℃，均热段温度：1150～1250℃，在炉时间：150±30min。
具体的，步骤7)除鳞时，采用高压水除鳞，每个水龙头均打开，水压正常。
本发明成分范围设定和生产方法工艺参数控制的理由：
为了增强钢的冷镦性，降低了钢中硅的含量，硅作为控制元素，越低越好，因为硅在钢中是铁素体形成元素，其在钢中是以固溶在铁素体中存在，使铁素体变脆，使钢的冷镦性能变差。因此本发明选择si的化学成分质量百分比在0.10％以下。
为了提高钢的淬透性，提高了钢中锰含量，因此本发明选择mn的化学成分质量百分比在0.60～0.90％的范围内。
为了防止钢中生成bn，调整了硼的含量，因为钢中的硼是很活跃的元素，其含量若大于0.004％，会影响钢的性能。因此本发明选择b的化学成分质量百分比在0.001～0.003％的范围内。
为了使钢晶粒细化，增加了钢中铝的含量，因此本发明选择als的化学成分质量百分比在0.02～0.06％的范围内。同时还采用了低温轧制技术，开轧温度：1150±50℃，保证钢在粗轧和中轧过程中的温度避开热脆区，并使钢的塑性尽量高。精轧机入口温度：850±15℃，保证在未再结晶区轧制，以细化晶粒。
本发明采用，其有益效果是：1)通过增加铝的含量和采用低温轧制的技术细化晶体，得到较纯的钢质，钢的夹杂物级别小，组织均匀；2)调整硅、锰元素的含量，增强钢的冷镦性和提高钢的淬透性，该盘条的抗拉强度达到850mpa以上，生产得到的产品的淬硬层深度达到10mm以上，一定程度上解决大型紧固件需要增加直径以达到承受力要求的问题；3)通过斯太尔摩控冷的工艺，获得的钢耐延迟断裂性能优良；4)方法生产的盘条具有良好的冷拉拔性能，无需进行球化退火直接拉拔，免去了粗拉前的球化退火，适用于大型高强紧固件的制作。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不限制本发明。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。
实施例1：
一种超大高强度紧固件用钢，其化学成分按重量比为：c：0.39％、si：0.10％、mn：0.90％、p：0.020％、s：0.010％、als：0.06％、cr：1.20％、mo：0.60％、v：0.50％、nb：0.06％、b：0.0030％，其余为fe和杂质元素。其工艺包括下列步骤：
1)铁水脱硫：入厂铁水中各元素质量百分比为：s≤0.025％，mn≤0.30％，cu≤0.060％，si≤0.80％，来料铁水温度≥1250℃，控制入炉铁水硫的质量百分比s≤0.001％；
2)转炉冶炼：终点碳控制目标为0.10％，挡渣出钢，渣层厚度≤50mm，终渣碱度3.0～4.0，出钢温度控制在1650～1690℃，出钢时间≥3min；
3)脱氧合金化：出钢水1/3时开始加入合金，加入合金顺序：al丸、c粉、mn、cr、mo，出钢2/3前加完，加入活性石灰、萤石；
4)吹氩：氩气压力：0.5～0.6mpa，氩气流量：7.0～10.0nm3/min，到站吹氩1min后，测温、取样，加铝进行终脱氧，再吹氩3min；
5)lf炉处理：全程吹氩，对钢水取样进行全分析，采用cao-sio2-al2o3渣系精炼，渣碱度目标值控制在3.0～4.0，渣中al2o3目标值控制在15％～20％，tfe目标值控制在≤1.0％，化渣过程中加入适量al丸等进行渣面脱氧，加入适量v、nb合金，再加入硼铁合金化，钢水在lf起坑前4～6min进行钙处理，成分调整后软吹3min；
6)连铸：中包温度控制目标为：钢液液相线温度+20±35℃，采用长水口和浸入式水口保护浇注，浸入深度100～150mm，中包保护渣先加碱性渣后再加炭化糠壳，结晶器保护渣采用中碳钢保护渣，拉速为1.1～1.6m/min，铸坯断面尺寸为280*380；
7)铸坯加热：断面温差≤30℃，炉压保持微正压，炉内气氛保持弱还原性气氛，加热段温度：1110～1200℃，均热段温度：1250℃，在炉时间：180min，以使钢充分奥氏体化。奥氏体化温度和时间与钢的成分有关，要确保钢中的合金元素完全固溶；
8)高线或棒材轧制：采用高压水除鳞，每个水龙头均打开，水压正常，粗轧开轧温度：1200℃，精轧机入口温度：865℃，减定径机入口温度：870℃。
9)斯太尔摩控冷：吐丝温度为：870℃，斯太尔摩控冷线入口速度为0.30m/s，最大速度为0.60m/s；风机及保温盖：最后一台风机全开，其余关闭，保温盖关闭，使盘条的平均冷速在1.0～1.5℃/s，600℃后集卷冷却到室温。
实施例2：
一种超大高强度紧固件用钢，其化学成分按重量比为：c：0.41％、si：0.08％、mn：0.85％、p：0.015％、s：0.008％、als：0.05％、cr：1.15％、mo：0.55％、v：0.45％、nb：0.05％、b：0.0025％，其余为fe和杂质元素。其工艺包括下列步骤：
1)铁水脱硫：入厂铁水中各元素质量百分比为：s≤0.025％，mn≤0.30％，cu≤0.060％，si≤0.80％，来料铁水温度≥1250℃，控制入炉铁水硫的质量百分比s≤0.001％；
2)转炉冶炼：终点碳控制目标为0.10％，挡渣出钢，渣层厚度≤50mm，终渣碱度3.0～4.0，出钢温度控制在1650～1690℃，出钢时间≥3min；
3)脱氧合金化：出钢水1/3时开始加入合金，加入合金顺序：al丸、c粉、mn、cr、mo，出钢2/3前加完，加入活性石灰、萤石；
4)吹氩：氩气压力：0.5～0.6mpa，氩气流量：7.0～10.0nm3/min，到站吹氩1min后，测温、取样，加铝进行终脱氧，再吹氩3min；
5)lf炉处理：全程吹氩，对钢水取样进行全分析，采用cao-sio2-al2o3渣系精炼，渣碱度目标值控制在3.0～4.0，渣中al2o3目标值控制在15％～20％，tfe目标值控制在≤1.0％，化渣过程中加入适量al丸等进行渣面脱氧，加入适量v、nb合金，再加入硼铁合金化，钢水在lf起坑前4～6min进行钙处理，成分调整后软吹3min；
6)连铸：中包温度控制目标为：钢液液相线温度+20±35℃，采用长水口和浸入式水口保护浇注，浸入深度100～150mm，中包保护渣先加碱性渣后再加炭化糠壳，结晶器保护渣采用中碳钢保护渣，拉速为1.1～1.6m/min，铸坯断面尺寸为280*380；
7)铸坯加热：断面温差≤30℃，炉压保持微正压，炉内气氛保持弱还原性气氛，加热段温度：1110～1200℃，均热段温度：1230℃，在炉时间：170min，以使钢充分奥氏体化。奥氏体化温度和时间与钢的成分有关，要确保钢中的合金元素完全固溶；
8)高线或棒材轧制：采用高压水除鳞，每个水龙头均打开，水压正常，粗轧开轧温度：1180℃，精轧机入口温度：860℃，减定径机入口温度：865℃。
9)斯太尔摩控冷：吐丝温度为：865℃，斯太尔摩控冷线入口速度为0.27m/s，最大速度为0.55m/s；风机及保温盖：最后一台风机全开，其余关闭，保温盖关闭，使盘条的平均冷速在0.9～1.3℃/s，600℃后集卷冷却到室温。
实施例3
一种超大高强度紧固件用钢，其化学成分按重量比为：c：0.42％、si：0.06％、mn：0.80％、p：0.013％、s：0.007％、als：0.04％、cr：1.10％、mo：0.50％、v：0.40％、nb：0.04％、b：0.0020％，其余为fe和杂质元素。其工艺包括下列步骤：
1)铁水脱硫：入厂铁水中各元素质量百分比为：s≤0.025％，mn≤0.30％，cu≤0.060％，si≤0.80％，来料铁水温度≥1250℃，控制入炉铁水硫的质量百分比s≤0.001％；
2)转炉冶炼：终点碳控制目标为0.10％，挡渣出钢，渣层厚度≤50mm，终渣碱度3.0～4.0，出钢温度控制在1650～1690℃，出钢时间≥3min；
3)脱氧合金化：出钢水1/3时开始加入合金，加入合金顺序：al丸、c粉、mn、cr、mo，出钢2/3前加完，加入活性石灰、萤石；
4)吹氩：氩气压力：0.5～0.6mpa，氩气流量：7.0～10.0nm3/min，到站吹氩1min后，测温、取样，加铝进行终脱氧，再吹氩3min；
5)lf炉处理：全程吹氩，对钢水取样进行全分析，采用cao-sio2-al2o3渣系精炼，渣碱度目标值控制在3.0～4.0，渣中al2o3目标值控制在15％～20％，tfe目标值控制在≤1.0％，化渣过程中加入适量al丸等进行渣面脱氧，加入适量v、nb合金，再加入硼铁合金化，钢水在lf起坑前4～6min进行钙处理，成分调整后软吹3min；
6)连铸：中包温度控制目标为：钢液液相线温度+20±35℃，采用长水口和浸入式水口保护浇注，浸入深度100～150mm，中包保护渣先加碱性渣后再加炭化糠壳，结晶器保护渣采用中碳钢保护渣，拉速为1.1～1.6m/min，铸坯断面尺寸为280*380；
7)铸坯加热：断面温差≤30℃，炉压保持微正压，炉内气氛保持弱还原性气氛，加热段温度：1110～1200℃，均热段温度：1200℃，在炉时间：150min，以使钢充分奥氏体化。奥氏体化温度和时间与钢的成分有关，要确保钢中的合金元素完全固溶；
8)高线或棒材轧制：采用高压水除鳞，每个水龙头均打开，水压正常，粗轧开轧温度：1150℃，精轧机入口温度：850℃，减定径机入口温度：860℃。
9)斯太尔摩控冷：吐丝温度为：860℃，斯太尔摩控冷线入口速度为0.25m/s，最大速度为0.50m/s；风机及保温盖：最后一台风机全开，其余关闭，保温盖关闭，使盘条的平均冷速在0.8～1.2℃/s，600℃后集卷冷却到室温。
实施例4
一种超大高强度紧固件用钢，其化学成分按重量比为：c：0.39％、si：0.10％、mn：0.90％、p：0.020％、s：0.010％、als：0.06％、cr：1.20％、mo：0.60％、v：0.50％、nb：0.06％、b：0.0030％，其余为fe和杂质元素。其工艺包括下列步骤：
1)铁水脱硫：入厂铁水中各元素质量百分比为：s≤0.025％，mn≤0.30％，cu≤0.060％，si≤0.80％，来料铁水温度≥1250℃，控制入炉铁水硫的质量百分比s≤0.001％；
2)转炉冶炼：终点碳控制目标为0.10％，挡渣出钢，渣层厚度≤50mm，终渣碱度3.0～4.0，出钢温度控制在1650～1690℃，出钢时间≥3min；
3)脱氧合金化：出钢水1/3时开始加入合金，加入合金顺序：al丸、c粉、mn、cr、mo，出钢2/3前加完，加入活性石灰、萤石；
4)吹氩：氩气压力：0.5～0.6mpa，氩气流量：7.0～10.0nm3/min，到站吹氩1min后，测温、取样，加铝进行终脱氧，再吹氩3min；
5)lf炉处理：全程吹氩，对钢水取样进行全分析，采用cao-sio2-al2o3渣系精炼，渣碱度目标值控制在3.0～4.0，渣中al2o3目标值控制在15％～20％，tfe目标值控制在≤1.0％，化渣过程中加入适量al丸等进行渣面脱氧，加入适量v、nb合金，再加入硼铁合金化，钢水在lf起坑前4～6min进行钙处理，成分调整后软吹3min；
6)连铸：中包温度控制目标为：钢液液相线温度+20±35℃，采用长水口和浸入式水口保护浇注，浸入深度100～150mm，中包保护渣先加碱性渣后再加炭化糠壳，结晶器保护渣采用中碳钢保护渣，拉速为1.1～1.6m/min，铸坯断面尺寸为280*380；
7)铸坯加热：断面温差≤30℃，炉压保持微正压，炉内气氛保持弱还原性气氛，加热段温度：1110～1200℃，均热段温度：1170℃，在炉时间：130min，以使钢充分奥氏体化。奥氏体化温度和时间与钢的成分有关，要确保钢中的合金元素完全固溶；
8)高线或棒材轧制：采用高压水除鳞，每个水龙头均打开，水压正常，粗轧开轧温度：1130℃，精轧机入口温度：840℃，减定径机入口温度：855℃。
9)斯太尔摩控冷：吐丝温度为：855℃，斯太尔摩控冷线入口速度为0.22m/s，最大速度为0.45m/s；风机及保温盖：最后一台风机全开，其余关闭，保温盖关闭，使盘条的平均冷速在0.6～1.0℃/s，600℃后集卷冷却到室温。
实施例5
一种超大高强度紧固件用钢，其化学成分按重量比为：c：0.45％、si：0.03％、mn：0.60％、p：0.008％、s：0.003％、als：0.02％、cr：0.90％、mo：0.30％、v：0.20％、nb：0.02％、b：0.0010％，其余为fe和杂质元素。其工艺包括下列步骤：
1)铁水脱硫：入厂铁水中各元素质量百分比为：s≤0.025％，mn≤0.30％，cu≤0.060％，si≤0.80％，来料铁水温度≥1250℃，控制入炉铁水硫的质量百分比s≤0.001％；
2)转炉冶炼：终点碳控制目标为0.10％，挡渣出钢，渣层厚度≤50mm，终渣碱度3.0～4.0，出钢温度控制在1650～1690℃，出钢时间≥3min；
3)脱氧合金化：出钢水1/3时开始加入合金，加入合金顺序：al丸、c粉、mn、cr、mo，出钢2/3前加完，加入活性石灰、萤石；
4)吹氩：氩气压力：0.5～0.6mpa，氩气流量：7.0～10.0nm3/min，到站吹氩1min后，测温、取样，加铝进行终脱氧，再吹氩3min；
5)lf炉处理：全程吹氩，对钢水取样进行全分析，采用cao-sio2-al2o3渣系精炼，渣碱度目标值控制在3.0～4.0，渣中al2o3目标值控制在15％～20％，tfe目标值控制在≤1.0％，化渣过程中加入适量al丸等进行渣面脱氧，加入适量v、nb合金，再加入硼铁合金化，钢水在lf起坑前4～6min进行钙处理，成分调整后软吹3min；
6)连铸：中包温度控制目标为：钢液液相线温度+20±35℃，采用长水口和浸入式水口保护浇注，浸入深度100～150mm，中包保护渣先加碱性渣后再加炭化糠壳，结晶器保护渣采用中碳钢保护渣，拉速为1.1～1.6m/min，铸坯断面尺寸为280*380；
7)铸坯加热：断面温差≤30℃，炉压保持微正压，炉内气氛保持弱还原性气氛，加热段温度：1110～1200℃，均热段温度：1150℃，在炉时间：120min，以使钢充分奥氏体化。奥氏体化温度和时间与钢的成分有关，要确保钢中的合金元素完全固溶；
8)高线或棒材轧制：采用高压水除鳞，每个水龙头均打开，水压正常，粗轧开轧温度：1100℃，精轧机入口温度：835℃，减定径机入口温度：850℃。
9)斯太尔摩控冷：吐丝温度为：850℃，斯太尔摩控冷线入口速度为0.20m/s，最大速度为0.40m/s；风机及保温盖：最后一台风机全开，其余关闭，保温盖关闭，使盘条的平均冷速在0.95～1.0℃/s，600℃后集卷冷却到室温。
该钢制作超大高强度紧固件的工艺：
盘条或棒材→酸洗→粗拉→退火→精拉→冷镦→调质处理(淬火和回火)→电镀(包括去氢处理)→成品。
根据试验数据，该钢在奥氏体化后，淬火冷速只要大于2℃/s，就为马氏体。上述5个实施例的钢淬火后，整个断面全部是马氏体，即全淬透。对于棒材只要制作的成品直径小于60mm，淬火后整个断面也全部是马氏体，即也全淬透。以实施例1～5制得的一种超大高强紧固件用钢性能，见表1。
表1实施例1～5制得的一种超大高强紧固件用钢性能