CN102260830B - 一种高强度紧固件的加工方法及热处理工艺 - Google Patents

Abstract

一种经济省时、成本低而性能高的高强度紧固件的加工方法及热处理工艺，其原材料钢以质量百分比计含有，C 0.2-0.25，Si 0.05-0.1，Mn 0.3-0.4，Al 0.08-0.1，Mo 0.5-0.8，Cr 1.2-1.4，Ni 0.5以下，Ti 0.05-0.07，Nb 0.05-0.07，V 0.05-0.07，Cu 0.6-0.8，W 0.5-0.8，B 0.001-0.002，P小于0.008，S小于0.008；采用独到的热轧加工、伸线加工、冷加工、调质处理等工艺步骤实现了无须进行冷加工前退火处理的经济的制备工艺，获得了超过1300MPa的高抗拉强度以及超过4％延伸率的优异塑韧性紧固件。

Description

一种高强度紧固件的加工方法及热处理工艺

技术领域

本发明涉一种机械零部件制备及热处理工艺，特别是一种高强度紧固件的加工方法及热处理工艺。

背景技术

随着现代化工业的飞速发展，汽车、机械、建筑、轻工等各个生产部门对各类紧固件(例如螺栓、螺母等)提出了更高的要求。特别是在汽车工业领域，为满足各种结构零部件的高性能和轻量化的越来越强烈的要求，通过对制造联接紧固部件的螺栓、螺母实施高强化和轻量化无疑是最为有效的手段。此外，出于耐候性、耐蚀性等各方面的使用要求，对于螺栓、螺母的相应性能也有了越来越严格的要求。

在满足上述紧固件高强度等性能要求的同时，往往会导致其原料钢材的塑韧性不够，因此为了使得具有高强度的钢材能够顺利加工成型为各种紧固件，通常需要在进行冷加工等成型加工之前进行一定的退火工艺以提高钢材的加工性能，而在加工成型之后再通过一定的热处理工艺提高钢材的强度。例如常规的使用高强钢制备紧固件的工艺方法是：经过冶炼得到符合成分要求的钢材→热轧加工→球化退火→冷加工→高温淬火→回火→产品。

然而无论是冷加工前的退火还是冷加工后的淬火+回火的热处理，都既浪费了能源，又延长了生产周期、降低了生产率，特别是冷加工前的退火，由于退火后会造成表面氧化，还必须要进一步实施酸洗除去氧化膜的工艺以及在表面覆盖润滑膜等，这些显然都与现代化社会对于钢铁领域的要求越发不相适应，亟待作出改进。本发明正是基于上述考虑，旨在研发一种经济省时的螺栓、螺母等紧固件的制备方法及热处理工艺，从而能够节省成本、提高生产率，同时保证紧固件的使用性能。

发明内容

本发明的目的即在于提供一种经济省时、成本低而性能高的高强度紧固件的加工方法及热处理工艺。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

步骤1)，设计并冶炼得到具有合适化学成分的原材料钢，本发明的原材料钢以质量百分比计含有，C 0.2-0.25，Si 0.05-0.1，Mn 0.3-0.4，Al 0.08-0.1，Mo 0.5-0.8，Cr 1.2-1.4，Ni 0.5以下，Ti 0.05-0.07，Nb 0.05-0.07，V 0.05-0.07，Cu 0.6-0.8，W 0.5-0.8，B 0.001-0.002，P小于0.008，S小于0.008；

步骤2)，将原材料钢进行热轧加工，其中在约1200-1250℃均热处理1-2h，开轧温度是约1000-1050℃，终轧温度约900-950℃，卷曲温度是约700-750，冷却速度小于1.5℃/S；

步骤3)，将热轧后的钢材进行加工率为5-10％的伸线加工；

步骤4)，将伸线加工后的钢材进行冷加工成为具有所需形状的零件毛坯；

步骤5)，通过螺纹滚丝等方式在零件毛坯特定部位加工形成螺纹；

步骤6)，进行调质处理，其中淬火温度为850-890℃，淬火时间为1-2h，回火温度为350-450℃，回火时间为2-3h；

步骤7)，实施探伤处理、表面机械强化处理(喷丸处理)、表面防腐涂装等工艺，最终制备得到合格产品。

本发明的优点是：第一，申请人在现有技术已经公开的各种高强钢添加元素以及其作用的基础上，通过大量的反复试验，发现在满足上述化学成分配比的综合影响下，将使得钢材具有优异的强度并能很好的克服形变硬化导致加工成型困难的问题；第二，热轧工艺参数的选择保证了加工后钢材的组织具有较好的加工成型性能；第三，热轧加工后进行一定程度的伸线加工能够起到一定的润滑作用而促进冷加工的顺利进行；第四，冷加工后合适的调质处理能够保证钢材具有优异的强韧性配合而满足紧固件的使用需要；第五，根据实际的使用需要，还可以进一步实施喷丸处理，表面防腐涂装等工艺，以提高紧固件相应的使用性能；第六，由于特殊的化学成分组合和加工工艺，本发明的冷加工前无需进行球化退火、酸洗磷化等工序也能顺利实施冷加工，这既节省了能源、时间、提高了生产效率，还提高了钢材的耐延迟断裂性能；第七，本发明得到的螺栓等紧固件具有至少1300MPa级的抗拉强度以及至少约4％的延伸率。

具体实施方式

下面，通过具体的实施例对本发明进行详细说明。

实施例.

步骤1)，设计并冶炼得到具有合适化学成分的原材料钢，本发明的原材料钢以质量百分比计含有，C 0.23，Si 0.07，Mn 0.35，Al 0.09，Mo 0.60，Cr 1.30，Ti 0.06，Nb 0.06，V 0.06，Cu 0.70，W 0.70，B 0.001，P 0.006，S 0.007；

步骤2)，将原材料钢进行热轧加工，其中在1200℃均热处理2h，开轧温度约1010℃，终轧温度约930℃，卷曲温度是720，冷却速度约1℃/S，热轧后钢材直径为约10mm；

步骤3)，将热轧后的钢材进行加工率为8％的伸线加工；

步骤4)，将伸线加工后的钢材进行冷加工成为具有所需形状的零件毛坯；

步骤5)，通过螺纹滚丝等方式在零件毛坯特定部位加工形成螺纹；

步骤6)，进行调质处理，其中淬火温度为870℃，淬火时间为2h，回火温度为400℃，回火时间为3h；

步骤7)，实施探伤处理、喷丸处理、表面防腐涂装等工艺，最终制备得到合格产品。

结果表明，采用该加工方法大和热处理工艺制备得到的螺栓等紧固件具有约1410MPa的抗拉强度以及4.3％的延伸率，表明其在具有足够的高强度的同时还有优异的塑韧性、耐延迟断裂性；此外，由于其钢材独特的化学组成，其完全能够适用于对耐蚀性要求很高的苛刻的腐蚀环境使用。

Claims (2)

1.一种高强度紧固件的加工及热处理方法，其主要包括以下步骤：

步骤1)，设计并冶炼得到具有合适化学成分的原材料钢，所述原材料钢以质量百分比(wt％)计含有，C 0.2-0.25，Si 0.05-0.1，Mn 0.3-0.4，Al 0.08-0.1，Mo 0.5-0.8，Cr 1.2-1.4，Ni 0.5以下，Ti 0.05-0.07，Nb 0.05-0.07，V 0.05-0.07，Cu 0.6-0.8，W0.5-0.8，B 0.001-0.002，P小于0.008，S小于0.008；

步骤2)，将原材料钢进行热轧加工，其中在1200-1250℃均热处理1-2h，开轧温度是1000-1050℃，终轧温度900-950℃，卷曲温度是700-750℃，冷却速度小于1.5℃/s；

步骤3)，将热轧后的钢材进行加工率为5-10％的伸线加工；

步骤4)，将伸线加工后的钢材进行冷加工成为具有所需形状的零件毛坯；

步骤5)，通过螺纹滚丝方式在所述零件毛坯特定部位加工形成螺纹；

步骤6)，进行调质处理，其中淬火温度为850-890℃，淬火时间为1-2h，回火温度为350-450℃，回火时间为2-3h；

步骤7)，实施探伤处理、喷丸处理、表面防腐涂装工艺，最终制备得到合格产品。

2.一种如权利要求1所述的高强度紧固件的加工及热处理方法，其主要包括以下步骤：

步骤1)，设计并冶炼得到具有合适化学成分的原材料钢，原材料钢以质量百分比计含有，C 0.23，Si 0.07，Mn 0.35，Al 0.09，Mo0.60，Cr 1.30，Ti 0.06，Nb 0.06，V 0.06，Cu 0.70，W 0.70，B 0.001，P 0.006，S 0.007；

步骤2)，将原材料钢进行热轧加工，其中开轧温度是1010℃，终轧温度930℃，卷曲温度是720℃，冷却速度1℃/s，热轧后钢材直径为10mm；

步骤3)，将热轧后的钢材进行加工率为8％的伸线加工；

步骤4)，将伸线加工后的钢材进行冷加工成为具有所需形状的零件毛坯；

步骤5)，通过螺纹滚丝方式在零件毛坯特定部位加工形成螺纹；

步骤6)，进行调质处理，其中淬火温度为870℃，淬火时间为2h，回火温度为400℃，回火时间为3h；

步骤7)，实施探伤处理、喷丸处理、表面防腐涂装工艺，最终制备得到合格产品；

所述合格产品具有1410MPa的抗拉强度以及4.3％的延伸率。