耐延迟断裂高强度螺栓钢材料及螺栓制造方法

本发明涉及合金钢，具体涉及一种耐延迟断裂高强度螺栓钢材料及螺栓制造方法。

背景技术：

1、高强度螺栓属于多缺口零件，具有很高的缺口敏感性，容易在缺口集中部位如螺纹根部或杆与头部的过渡处产生氢致延迟断裂。随着汽车、风电、钢结构建筑等行业的快速发展，对螺栓的强度水平提出了越来越高的要求，以提高连接承载能力和效率。然而，当螺栓强度水平提高到大约1200mpa级别以上时，氢致延迟断裂问题就变得更加突出，极大地限制了其应用。因此，国内外近年来开展了耐延迟断裂高强度螺栓钢的开发工作。中国发明专利申请cn202111089001公开了一种超强度耐延迟断裂螺栓钢的生产方法，钢的化学成分(质量百分比，wt.％)为：c 0.38～0.42,si 0.17～0.25,mn 0.60～0.70,p≤0.010,s≤0.005,cr 0.95～1.05,mo 0.55～0.62,v 0.28～0.34,al 0.010～0.020,余为fe及不可避免的杂质。该钢经转炉—lf+vd—连铸—修磨—轧制后，盘条进行调质热处理后的抗拉强度大于1400mpa，可用来制造14.9级高强度螺栓。然而，该钢中的较为贵重的mo、v元素含量过高，生产成本显著增加，且耐延迟断裂性能改善的程度有限。中国发明专利申请cn202080086532同样公开了一种具有优异抗氢脆性的用于高强度冷镦品质钢的线材及其制造方法，其成分(wt.％)为：c 0.3～0.5,si 0.01～0.3％,mn 0.3～1.0,cr 0.5～1.5,mo0.5～1.5,v0.01～0.4，余为fe及其他杂质元素。该钢经热处理后可获得1400mpa级的强度水平，但同样过高的mo、v元素使得其生产成本偏高，影响其工业批量应用，且耐延迟断裂性能改善的程度有限。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种耐延迟断裂性能优异的1400mpa以上的14.9级高强度螺栓钢材料及螺栓制造方法，以解决上述背景技术中的至少一项技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

3、一方面，本发明提供一种耐延迟断裂高强度螺栓钢材料，所述钢材料的有效成分及含量为：c：0.36～0.43％；si：0.15～0.35％；mn：0.40～1.00％；p：p≤0.012％；s：s≤0.008％；cr：0.40～1.00％；mo：0.15～0.35％；w：0.15～0.35％；v：0.05～0.15％，nb：0.02～0.07％，cu：0.20～0.50％，余量为fe。

4、进一步的，所述钢材料还包括加入0.02～0.07％的zr。

5、进一步的，v、mo、w元素满足与强化参数θ的关系式：θ＝v(％)+0.5mo(％)+0.75w(％)，0.35≤θ≤0.42。

6、第二方面，本发明提供一种使用如上项所述的耐延迟断裂高强度螺栓钢材料制造耐延迟断裂高强度螺栓的方法，采用奥氏体化与螺栓热成型耦合方法，包括：将圆棒钢材感应加热到920～950℃，保温后在850～700℃热锻成型，利用锻后余热立即进行淬火冷却到室温；随后将螺栓加热550～650℃并保温后空冷。

7、本发明有益效果：提高了钢材料的强度，可通过控制合理的强化参数θ，经过合适的变形直接淬火+高温回火处理后，促进纳米级mc、m2c碳化物的大量弥散析出，在获得1400mpa级强度水平的同时，提高了耐延迟断裂性能，制作14.9级高强度螺栓，省略螺栓成型后的重新奥氏体化加热淬火，具有简化工艺、节能降耗等效果，符合绿色、低碳的发展趋势。

8、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种耐延迟断裂高强度螺栓钢材料，其特征在于，所述钢材料的有效成分及含量为：c：0.36～0.43％；si：0.15～0.35％；mn：0.40～1.00％；p：p≤0.012％；s：s≤0.008％；cr：0.40～1.00％；mo：0.15～0.35％；w：0.15～0.35％；v：0.05～0.15％，nb：0.02～0.07％，cu：0.20～0.50％，余量为fe。

2.根据权利要求1所述的耐延迟断裂高强度螺栓钢材料，其特征在于，所述钢材料还包括加入0.02～0.07％的zr。

3.根据权利要求1所述的耐延迟断裂高强度螺栓钢材料，其特征在于，v、mo、w元素满足与强化参数θ的关系式：θ＝v(％)+0.5mo(％)+0.75w(％)，0.35≤θ≤0.42。

4.一种使用如权利要求1-3任一项所述的耐延迟断裂高强度螺栓钢材料制造耐延迟断裂高强度螺栓的方法，其特征在于，采用奥氏体化与螺栓热成型耦合方法，包括：将圆棒钢材感应加热到920～950℃，保温后在850～700℃热锻成型，利用锻后余热立即进行淬火冷却到室温；随后将螺栓加热550～650℃并保温后空冷。

技术总结
本发明提供一种耐延迟断裂高强度螺栓钢材料及螺栓制造方法，属于合金钢技术领域，钢材料的有效成分及含量为：C：0.36～0.43％；Si：0.15～0.35％；Mn：0.40～1.00％；P：P≤0.012％；S：S≤0.008％；Cr：0.40～1.00％；Mo：0.15～0.35％；W：0.15～0.35％；V：0.05～0.15％，Nb：0.02～0.07％，Cu：0.20～0.50％，余量为Fe，V、Mo、W元素满足与强化参数θ的关系式：θ＝V(％)+0.5Mo(％)+0.75W(％)，0.35≤θ≤0.42。本发明提高了钢材料的强度，可通过控制合理的强化参数θ，经过合适的变形直接淬火+高温回火处理后，促进纳米级MC、M2C碳化物的大量弥散析出，在获得1400MPa级强度水平的同时，提高了耐延迟断裂性能，制作14.9级高强度螺栓，省略螺栓成型后的重新奥氏体化加热淬火，具有简化工艺、节能降耗等效果，符合绿色、低碳的发展趋势。

技术研发人员：惠卫军,宋浩宇,方博洋,张永健,赵晓丽
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1