本发明涉及高强度合金钢及高强度螺栓技术领域，特别是涉及一种高强度耐高温合金钢及用其制备的高强度螺栓。
背景技术：
螺栓作为机械零件的一种配用螺母的圆柱形带螺纹的紧固件，由头部和螺杆两部分组成的一类紧固件，需与螺母配合，用于紧固连接两个带有通孔的零件。螺栓广泛应用在各行各业，但是在不同的行业对螺栓强度的要求,例如在航天、石油探测等领域，对螺栓强度的要求更高，但是目前市场上的螺栓很难完全满足各行各业的要求。例如：高温环境下使用的螺栓必须具有耐高温性和高强度性，鉴于此，有必要提供一种高强度耐高温的合金钢，生产更耐高温的高强度螺栓。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种高强度耐高温合金钢，用于制备高强度、耐高温的螺栓，应用于高温高强度的作业环境。
针对上述问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种高强度耐高温合金钢，其成分及质量百分比可表述为：碳：0.15-0.3，硅：1.0-1.2，钼2.3-3，镍：1-1.5，钒：0.5-0.8，锰：2.8-4，铬：2.5-4，钨：0.05-0.1，钴 ：0.5-1，硼：0.5-1.2，氮：1-2，剩余为铁；
所述高强度耐高温合金钢在冶炼时加入稀土硅镁合金或者稀土硅铁合金，所述稀土硅镁合金或稀土铁合金的用量为炉料质量的1-1.5%，所述炉料质量指所有生产原料的总重量；
所述稀土硅镁合金指FeSiMg8RE3、FeSiMg8RE3-A或者FeSiMg8RE3-B，所述稀土硅铁合金可以为FeSiRE29、FeSiRE32-A或者FeSiRE32-B；
本发明的高强度耐高温合金钢的热处理工艺，其特征在于包括以下工艺：
加热至1000℃，保温5个小时候在油类液体中进行淬火；加热至850℃，保温8个小时后用循环水冷却，冷却时间为15min；加热到550℃，保温4小时后自然冷却；
所述高强度耐高温合金钢的热处理工艺中，淬火用的油类液体为稀土锭子油。
所述稀土锭子油的制备方法包括：将100份锭子油,0.1-0.5份的2-氯-1,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐，0.001-0.006份的聚氨丙基双胍，0.001-0.006份聚羟基对苯二甲酸锌，0.0003-0.0009份的厝酸钇水合物，温度50-70℃，混合1-5小时制得稀土锭子油。
优选的，所述高强度耐高温合金钢，其成分及质量百分比可表述为：碳：0.15，硅：1.0，钼2.5，镍：1.5，钒：0.6，锰：3.2，铬：2.8，钨：0.06，钴 ：0.5，硼：0.5，氮：1.2，剩余为铁。
优选的，所述高强度耐高温合金钢在冶炼时加入稀土硅镁合金，所述稀土硅镁合金的用量为炉料质量的1 %，所述炉料质量指所有生产原料的总重量。
优选的，所述稀土硅镁合金指FeSiMg8RE3。
采用上述高强度耐高温合金钢制备的高强度螺栓，其特征在于，其制造方法包括如下步骤：
（1）取样分析，精确配比：对制备好的原料进行取样，通过光谱分析仪得到取样配料中的元素种类，通过密度检测仪得到取样配料的密度，将所得数据经电脑进行比对行分析，得到样品各元素配比精度，各元素配比精确度误差为±0.05% ；根据所得配比增加相应的辅料，保证整个生产中原料各金属含量的配比达到所需标准配比的要求；
（2）使用配料制备成用于制造螺栓的加工件：先将主要配料放入搅拌机进行搅拌，将温度控制在220℃，转速控制在150转/分，搅拌1.5小时后，将混合物通过双螺旋杆挤出机中熔融混合分散，挤入模具中待处理；再将模具中的原料加入频感应炉中进行熔炼、精炼以及浇注处理形成所需形状的加工件；
（3）整径：先将加工件进行酸洗除锈，再进行球化退火处理，加工件经800℃恒温10小时后，进行缓慢冷却；再按照螺栓的线径要求对加工件进行抽线，使其收缩到螺栓所需的线径；
（4）冷镦：将加工件切断至螺栓所需的长度，在常温下将切断后的加工件放入模具型腔内，以镦锻力使加工件形成螺栓所需的头部和杆部尺寸。
（5）搓牙：通过牙板挤压所述加工件，形成带有螺纹的螺栓。
（6）热处理：将搓牙形成的螺栓在1200℃下，用淬火油进行淬火，再将淬火后的螺栓在500℃下进行回火，持续时间150 分钟。
（7）表面处理：将经回火后的螺栓置于发热型瓦斯变成炉内，采用瓦斯与空气燃烧产生氧化性气体对螺栓进行发黑处理，即得成品螺栓。
本发明的有益效果是：1、本发明的高强度耐高温合金钢，在成分设计中，碳能够提高材料的屈服点和抗拉强度；硅能显著提高钢的弹性极限、屈服点和抗拉强度，与钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和耐高温性能；锰可以提高珠光体含量，进而提高抗拉强度和硬度并改善钢的热加工性能，但当含量过高时容易产生偏析，显著提高韧脆转变温度，降低合金的塑性以及韧性，因此将锰的质量百分比控制在2.8-4%；镍能提高钢的强度，而又保证良好的塑性和韧性；微量的钒可以赋予合金一些特殊机能，如提高抗张强度和屈服点；微量的钴、硼及氮元素可以改善钢的耐热性能，提高强度；2、通过本发明的高强度耐高温合金钢以及生产加工方法制造的螺栓，达到了12.9级和14.9 级高强度螺栓所需的硬度值、强度值，解决了高强度下螺栓的延迟断裂和疲劳断裂，在使用中连接可靠，不易折断，提高了螺栓寿命，满足了社会上各行业对高强度螺栓的使用需求，同时耐高温性能好，寿命更长。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1
一种高强度耐高温合金钢，其成分及质量百分比可表述为：碳：0.15，硅：1.0，钼2.5，镍：1.5，钒：0.6，锰：3.2，铬：2.8，钨：0.06，钴 ：0.5，硼：0.5，氮：1.2，剩余为铁；
所述高强度耐高温合金钢在冶炼时加入稀土硅镁合金1%，所述炉料质量指所有生产原料的总重量，所述稀土硅镁合金指FeSiMg8RE3；
上述耐高温高强度合金钢的热处理工艺，所述热处理工艺包括：
本实施例的装配与包装过程包括如下步骤：加热至1000℃，保温5个小时候在锭子油中进行淬火；加热至850℃，保温8个小时后用循环水冷却，冷却时间为15min；加热到550℃，保温4小时后自然冷却；
采用上述高强度耐高温合金钢制备的高强度螺栓，其制造方法包括如下步骤：
（1）取样分析，精确配比：对制备好的原料进行取样，通过光谱分析仪得到取样配料中的元素种类，通过密度检测仪得到取样配料的密度，将所得数据经电脑进行比对行分析，得到样品各元素配比精度，各元素配比精确度误差为±0.05% ；根据所得配比增加相应的辅料，保证整个生产中原料各金属含量的配比达到所需标准配比的要求；
（2）使用配料制备成用于制造螺栓的加工件：先将主要配料放入搅拌机进行搅拌，将温度控制在220℃，转速控制在150转/分，搅拌1.5小时后，将混合物通过双螺旋杆挤出机中熔融混合分散，挤入模具中待处理；再将模具中的原料加入频感应炉中进行熔炼、精炼以及浇注处理形成所需形状的加工件；
（3）整径：先将加工件进行酸洗除锈，再进行球化退火处理，加工件经800℃恒温10小时后，进行缓慢冷却；再按照螺栓的线径要求对加工件进行抽线，使其收缩到螺栓所需的线径；
（4）冷镦：将加工件切断至螺栓所需的长度，在常温下将切断后的加工件放入模具型腔内，以镦锻力使加工件形成螺栓所需的头部和杆部尺寸。
（5）搓牙：通过牙板挤压所述加工件，形成带有螺纹的螺栓。
（6）热处理：将搓牙形成的螺栓在1200℃下，用稀土锭子油进行淬火，再将淬火后的螺栓在500℃下进行回火，持续时间150 分钟。
（7）表面处理：将经回火后的螺栓置于发热型瓦斯变成炉内，采用瓦斯与空气燃烧产生氧化性气体对螺栓进行发黑处理，即得成品螺栓。
所述稀土锭子油的制备方法包括：将100份锭子油,0.2份的2-氯-1,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐，0.003份的聚氨丙基双胍，0.003份聚羟基对苯二甲酸锌，0.0006份的厝酸钇水合物，温度58℃，混合2小时制得稀土锭子油。
将该螺栓在700℃高温环境下使用，测试其抗拉强度、屈服强度及延伸率。
实施例2
一种高强度耐高温合金钢，其成分及质量百分比可表述为：碳：0.18，硅：1.0，钼2.8，镍：1.2，钒：0.8，锰：2.8，铬：2.6，钨：0.08，钴 ：0.6，硼：0.6，氮：1.0，剩余为铁；
所述高强度耐高温合金钢在冶炼时加入稀土硅镁合金1.2%，所述炉料质量指所有生产原料的总重量，所述稀土硅镁合金指FeSiMg8RE3-A；
所述稀土锭子油的制备方法包括：将100份锭子油,0.1份的2-氯-1,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐，0.001份的聚氨丙基双胍，0.001份聚羟基对苯二甲酸锌，0.0003份的厝酸钇水合物，温度50-70℃，混合1-5小时制得稀土锭子油。
上述高强度耐高温合金钢的热处理工艺及采用上述高强度耐高温合金钢制备高强度螺栓的制造方法同实施例1。
将该螺栓在600-900℃高温环境下使用，测试其抗拉强度、屈服强度及延伸率。
实施例3
一种高强度耐高温合金钢，其成分及质量百分比可表述为：碳：0.25，硅：1.2，钼3.0，镍：1.2，钒：0.8，锰：3.2，铬：2.8，钨：0.1，钴 ：0.8，硼：0.8，氮：1.0，剩余为铁；
所述高强度耐高温合金钢在冶炼时加入稀土硅镁合金1.5%，所述炉料质量指所有生产原料的总重量，所述稀土硅镁合金指FeSiMg8RE3-B；
所述稀土锭子油的制备方法包括：将100份锭子油,0.5份的2-氯-1,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐，0.006份的聚氨丙基双胍，0.006份聚羟基对苯二甲酸锌，0.0009份的厝酸钇水合物，温度50-70℃，混合1-5小时制得稀土锭子油。
上述高强度耐高温合金钢的热处理工艺及采用上述高强度耐高温合金钢制备高强度螺栓的制造方法同实施例1。
对比例1
不加入2-氯-1,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐，采用稀土硅铁合金FeSiRE29，其它同实施例1。
对比例2
不加入聚氨丙基双胍，采用稀土硅铁合金FeSiRE32-A，其它同实施例1。
对比例3
不加入厝酸钇水合物，采用稀土硅铁合金FeSiRE32-B；其它同实施例1。
实施例4
将该螺栓在600-900℃高温环境下使用，测试其抗拉强度、屈服强度及延伸率。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。