CN103930581B - 用于起重、紧固、夹持和/或捆绑装置和连接元件的硬化钢，用于起重、紧固、夹持和/或捆绑技术中的组件，连接元件及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及质量8级及以上的用于连接元件或起重、紧固、夹持和/或捆绑装置的硬化钢。进一步地，本发明涉及由所述钢制成的连接元件或用于起重、紧固、夹持和/或捆绑技术的组件。本发明进一步涉及生产连接元件或组件的方法。用具有以下重量百分比组成的该钢实现了成本高效地生产弹性连接元件或组件：碳0.17至0.25，优选0.20至0.23，镍0.00至0.25，优选0.00至0.10，钼0.15至0.60，优选0.30至0.50，铌0.01至0.08和/或钛：0.005至0.1和/或钒：≤0.16，其中铌含量可优选为0.01至0.06，铝0至0.050，优选0.020至0.040，铬0.10至0.50，优选0.20至0.40，硅0.1至0.3，优选0.1至0.25，锰1.40至1.60，磷小于0.015，硫小于0.015，铜小于0.20，氮小于0.006至0.014，剩余为铁和不可避免的杂质。

Description

用于起重、紧固、夹持和/或捆绑装置和连接元件的硬化钢，用于起重、紧固、夹持和/或捆绑技术中的组件，连接元件及其生产方法

技术领域

本发明涉及质量8级及以上的用于起重、紧固、夹持和/或捆绑装置的硬化钢。尤其是，本发明涉及所述钢在起重、紧固、夹持和/或捆绑装置中的应用，尤其是在链和链节中的应用，以及在连接元件例如螺栓中的应用。进一步地，本发明涉及连接元件，例如螺栓，以及起重、紧固、夹持和/或捆绑技术中由所述钢制成的组件。而且，本发明涉及所述连接组件的生产方法，尤其是在链模工艺和硬化工艺中对钢的处理。

背景技术

已知用于钢的多种成分，以及在起重、紧固、夹持和/或捆绑装置中采用的钢的多种成分。在高安全要求下，起重、紧固、夹持和/或捆绑装置必须起重或捆绑重负荷，或者必须在负荷或固定装置处能够紧固或者固定起重、紧固、夹持和/或捆绑装置。

根据它们机械弹性，起重、紧固、夹持和/或捆绑装置被分为不同的质量级别或等级。这些质量级别或等级大部分是标准化的，例如根据ISO3076、3077或德国DIN-EN818-2、818-7的质量8级，以及根据PAS1061的质量10级。

质量等级越高，同等横截面的起重、紧固、夹持和/或捆绑装置能够携带的负荷越重。因此，在相同重量下，与质量等级低的起重、紧固、夹持和/或捆绑装置相比，质量等级高的起重、紧固、夹持和/或捆绑装置能够携带更重的负荷，由此更加易于操作。

例如，质量8级、测量直径为16mmx48mm的钢链必须具有320千牛顿的最小断裂力(BF)，而质量10级的对应链具有至少400千牛顿的最小断裂力。其同样适用于根据美国标准分类的“8级”和“10级”。

对于质量8级和以上的所述结构元件，在以前采用含有镍的钢。例如US2007/0107808A1中公开了所述钢。然而，由于镍比较昂贵，从经济角度而言，避免使用镍或者减少镍的含量是明智的。就与回火稳定性和低温韧性相关的质量等级的机械要求而言，避免采用镍不是没有问题的。尤其是对用于起重、紧固、夹持和/或捆绑装置的钢来说，镍被认为是必需的，其原因在于，镍合金钢(Ni重量大于0.8％)的切口冲击强度足够大，从而该强度几乎不受表面损伤的影响，例如在极限情况使用时产生的切口。

例如从DE102008041391A1可知退火连接元件。由于其贝氏体结构，该螺栓具有高强度。所述微结构只能在精确控制的冷却和等温变形工艺下才能形成，而这是不利的。DE2817628C2涉及了具有贝氏体结构的钢合金。

例如从EP1728883中可知其它高强度螺栓。

这些已知的连接元件具有高强度，但是，它们在低温下易脆。因此，它们不适合在低温范围内使用，例如在山中、冬天或者极地的户外使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有低镍含量或不使用镍的钢成分，其满足质量8级或以上的机械性能的要求。尤其是，提供一种在低温例如-40℃和高温例如+400℃下具有高切口冲击能的钢，同时具有足够的强度和回火稳定性。由于起重、紧固、夹持和/或捆绑技术的组件具有易于磨损的表面，该钢还应当是可硬化的。而且，其应当是可锻造的，从而产生成本高效的具有特别弹性的结构元件。

本发明的另一目的是改善上文所述的连接元件，从而实现高弹性，即高拉伸强度，在低温下不发生脆裂行为。

该目标通过本发明的低合金钢来实现，其具有以下重量比的组成：

碳0.17至0.25，优选0.20至0.23，

镍0.00至0.25，优选0.00至0.15或0.10，

钼0.15至0.60，优选0.30至0.50，

铌0.01至0.08和/或钛：0.005至0.1和/或钒：≤0.16，其中铌的含量可优选为0.01至0.06，

铝0至0.050，优选0.020至0.040，

铬0.01至0.50，优选0.20至0.40，

硅0.1至0.3，优选0.1至0.25，

锰1.40至1.60，

磷小于0.015，

硫小于0.015，

铜小于0.20，

氮0.006至0.014，

剩下为铁以及不可避免的杂质。

就拉伸强度和切口冲击能而言，所述钢满足了质量8级及以上的链的机械要求，尤其是质量8级和10级。因此，申请人进行的实验显示，直径16mm的组件在880℃左右保持大约半个小时，淬火并在450℃左右保持大约半个小时之后，在拉伸试验中其Rm值(拉伸强度)恰好大于1200MPa，A5为大约14％(断裂拉伸)，Z为大约65％(面积的减少)。该组件的切口冲击能在室温下大约为140焦耳。

由该钢制成的连接元件具有较高的强度，同时具有极高的低温韧性，由此在极低温度甚至在损坏的条件下具有高安全性。

已知最高性能等级的螺栓14.8、15.8和/或16.8甚至在室温下大多数显示低韧性。不可避免地，在低于冰点的低温下，它们易于脆裂。对于大量的应用来说，该断裂行为是不能容忍的，尤其是对于用于紧固、起重和捆绑装置的螺栓来说，其原因在于它们通常在极端的气候条件下使用，例如在极地的船上或者对于在山区中的商品运输机。小的损伤由此可以导致连接元件的立即断裂。采用本发明的连接元件可以显著减少所述危险。

该钢还可以用作紧固、起重和捆绑技术的组件，尤其是链节，还可以用于连接技术的组件，即用于连接元件。这似乎不是很显然，这是因为，连接元件的相关标准例如ISO898要求碳含量至少为0.28重量％，链节和连接元件尤其是螺栓的负荷是不同的。

采用低材料含量的镍或完全避免使用镍，该钢在成本上是高效的。

根据本发明的钢特别适用于以下的组件和工作部件，其一方面必须具备高拉伸强度，同时暴露于急剧的强机械应变，例如发生冲撞或冲击，尤其是当具有操作切口时。这些尤其是已经提及的起重、紧固、夹持和/或捆绑装置，例如钢链或齿形链条(Profilketten)、紧链器(Kettenspanner)、止挡点(Anschlagpunkte)、钩子等，以及尤其是传送系统和运输设备的驱动力传递元件。这些应变受制于高韧性值。

例如根据其自身的实验，对于测量直径为16mmx48mm的钢链，在550℃下经过回火处理一个小时之后，质量8级要求断裂力为320千牛顿。申请人在400、450、500和550℃下的实验已经对此进行了证实。该钢被表示为20MnMoCrNb6-4。

现有技术中已知压力容器钢18MnMo4-5(EN10028-2)。其是指在完全不同于起重、紧固、夹持和/或捆绑装置的领域中使用的粗粒、耐热钢，其不满足质量8级及以上的要求。由于高韧性下颗粒的需求模式(Anforderungsprofils)和粗糙度，其仅能获得低的拉伸强度。

尤其是，由本发明的钢制成的组件可以在不同节段进行处理，例如回火，从而这些不同节段具有不同的硬度、韧性和/或切口冲击能。

在下文中，对本发明的某些优选实施方案进行举例说明。这些实施方案的其它特征可以单独使用或者与其它实施例中的特征以任意组合方式共同使用。

在第一优选实施方案中，镍含量的重量百分比小于0.15或0.10％。由于镍比较昂贵，所期望的是钢中的镍含量尽可能地低。通过将含量保持在0.10％或更低，由此可以基于剩余的合金组成进一步降低成本。尤其是可以生产出除了杂质之外不含任何镍的钢。所述不含镍的钢进一步节省了添加镍的额外工作阶段。

根据另一优选实施方案，碳含量的重量百分比为0.20至0.23％。由于碳含量升高，钢变更硬，但是随着碳含量的增加，其韧性降低。因此，碳含量的优选范围限制在当前范围内。

本发明的另一优选实施方案中，钼含量的重量百分比为0.30至0.50％。该范围对于以低成本获得所需回火稳定性尤其有利。

本发明的另一优选实施方案中，铌含量的重量百分比为0.01至0.06％。

本发明的另一优选实施方案中，铝含量的重量百分比为至少0.020％和/或至多0.040％。

另一优选实施方案中，铬含量的重量百分比为0.20至0.40％，铬增加了拉伸强度，然而其减少了切口冲击强度。对于该整个范围，这两个效应被很好地平衡。

优选地，硅含量的重量百分比为0.1至0.25％。

如果镍或铌的双倍含量、钛含量的大约1.6倍和/或钒的一倍含量的和至多为大约0.16％(每个均是重量百分比)时尤其有利。

在一特别有利的实施方案中，具有根据本发明的成分的钢具有极细的颗粒形式，其粒度大小细于7。细粒度的钢具有更高的低温韧性以及更高的拉伸强度。优选地，该钢以及该组件的粒度大小分别为9至10。

在另一根据本发明的钢组件的生产的有利实施方案中，该生产包括选择性地重复硬化和/或回火。

在该钢的另一有利实施方案中，由所述钢制成的起重、紧固、夹持和/或捆绑装置在各个质量级别所要求的链韧性下具有至少800N/mm²、优选至少1200N/mm²的拉伸强度。通过接受更低的低温韧性，例如由于钢只在高温下使用，该钢可以保持更高的拉伸强度。

在另一有利实施方案中，钢或由该钢制成的组件的硬度为400至450HV30。

在另一有利实施方案中，钢或由其制成的组件分别在不同节段具有80至120HV30的硬度差异。

在另一有利实施方案中，钢或由其制成的组件在380℃下1小时基本保持其硬度、在400℃下更好，在410℃下仍更好。

钢或由其制成的组件在优选实施例中在-40℃分别具有至少30焦耳的切口冲击能、优选至少45焦耳、更优选大约120至140焦耳。该低温韧性保证了所述组件即使在寒冷的环境中具有足够的安全性。在-60℃，切口冲击能至少为大约50焦耳。

在方法的特别有利的实施方案中，对由本发明的钢制成的组件例如链节在不同节段进行不同的处理。尤其是，经硬化的组件可以在不同的节段用不同的回火温度进行处理。例如，在链节的分支部分的温度与链首部分不同，由此对链节进行处理。通过所述方法，可以生产出具有不同硬度和韧性的节段。较硬的节段构成了磨损表面，而不太硬而更加柔韧的节段具有特别高的抗操作断裂能力。

在组件尤其是链节的生产方法的特别有利的实施方案中，对链节进行处理从而其至少一个节段的硬度为大约400至450HV30，在至少另一节段中，其硬度为大约365至390HV30，同时就断裂力和断裂拉伸而言其满足质量8级的要求。具有不同性能的节段优选是连接的，即它们互相连接。

根据另一有利实施方案，该组件的两个不同节段的硬度差可以为大约90至110HV30。由所述链节组成的链具有特别有利的性能。在暴露于摩擦和/或冲击负荷增加的节段，例如在链头，该链可以显示增加的硬度。在操作时主要暴露于机械拉伸应变或弯曲应变的节段，例如在分支部分，链节抗断裂能力增强，甚至在不利的情况下。

在一特别有利的实施方案中，链节在一个节段的硬度为大约430至470HV30，另一节段为大约380至395HV30，同时满足质量10级的要求。

该钢尤其适用于起重、紧固、夹持和/或捆绑技术中的组件，尤其适用于链或链节，和/或用于连接元件，例如螺栓。

在寒冷的工作和硬化工艺中对所述钢进行处理从而生产具有前述性能的连接元件和/或组件是特别有利的。

根据另一有利的实施方案，所述连接元件可以含有板条马氏体，其结构内具有尖形小袋(Lanzettpaketen)。板条马氏体产生高强度，与其它马氏体相反，例如混合马氏体或片状马氏体，其不影响低温韧性。板条马氏体在硬化和回火过程中形成，其从AC3点以上的温度急剧淬火，之后的回火温度低于ε-碳化物(过渡碳化物Fe₂C)分解的温度。因此，如果生产连接元件时，回火温度低于ε-碳化物的分解温度时是有利的。

在连接元件的横截面，板条马氏体的面积百分比可以为至少85％，优选至少90％。板条马氏体在横截面上的面积达到98％以上几乎是不可能的，因此该值可以被认为是板条马氏体百分比的上限值。

连接元件的淬火和回火过程中的回火温度可以为180℃至220℃之间，优选大约或者恰好200℃。在这些回火温度处，获得了高的低温韧性和高拉伸强度的特别有利组合。

连接元件可以含有冷工作的节段，例如一个或多个成型或滚压的螺纹节段。优选在淬火和回火之前进行冷成型。

基于前述的钢合金，与已知的连接元件相比，本连接元件的特征在于可以实质上通过回火温度进行调节的机械参数的特别组合。其显示了，将所述钢合金用于最高温度达250℃的回火温度，回火温度越高，所得到的拉伸强度越低，低温韧性越高。在下文中，切口冲击能KV作为低温韧性的一个参数，其通过例如根据ISO148-1对V型切口样品进行切口杆冲击试验来确定。

根据一个有利的实施方案，在-40℃时，切口冲击能KV至少为55焦耳，拉伸强度R_m至少为1400N/mm²。温度-40℃和至少1400N/mm²的拉伸强度下的切口冲击能KV上限值可以为70J。

在更低温度尤其是-60℃和至少1400N/mm²下的切口冲击能KV可以为至少45J。-60℃时的切口冲击能KV上限值可以为60J。

切口冲击能KV在-40℃时至少为55J、优选-40℃时不超过70J时，拉伸强度R_m优选为1500至1600N/mm²之间。

本连接元件的硬度可以为450至480HV30。

连接元件优选具有细粒度的微结构，其粒度为9或更细。粒度可以优选为10。粒度可以通过例如ASTMEE112确定。

根据最优选的实施方案，连接元件优选由20MnMoCrNb6-4钢制成。

为了保证足够的硬度特性，在一个实施方案中，本连接元件的直径最多为20至25mm之间，对应于至多M20至M25的螺栓直径。

最优选地，连接元件为螺栓，优选用于紧固装置，其性能级别为14.8、15.8和/或16.8。

回火稳定性，例如链PAS1061所要求的，可以在至少380℃、优选至少400℃、更优选至少410℃的回火温度下持续1小时以上。然而，在这样的回火温度下可能不能达到性能级别14.8及以上的连接元件所要求的拉伸强度。

本发明还涉及具有上述一种成分的钢在生产经淬火和回火的连接元件中的应用，优选至少在节段进行回火的连接元件，优选螺栓。

本发明进一步涉及由所述钢生产连接元件优选螺栓的方法，其包括淬火和回火的额外步骤。如上所述，在淬火和回火过程中，连接元件可以在180℃和220℃的温度之间回火，优选大约或在200℃。

在下文中，通过一个例子对本发明进行举例说明。根据上述解释，结合该例子进行描述的实施方案可以任意相互组合，或者如果一个实施方案中与各个特征相关的优点不重要时，可以省略。

附图说明

图1为由根据本发明的钢制成的链节的示意图；

图2为根据本发明的连接元件的示意图；

图3为对圆形样品进行拉伸测试的结果的示意定量图；

图4为对不同性能级别的柱螺栓的静态弯曲测试的结果的示意定量图；

图5为对不同性能级别的螺栓在-40℃时的切口冲击能KV的示意定量图；

图6为断裂螺纹螺栓M20在-40℃温度下所吸收的能量的示意定量图；

图7为具有两种不同槽深度的不同性能级别的槽顶螺钉在-40℃时的张力测试(SOD测试)结果的示意定量图；

图8为根据本发明的槽顶螺钉在-40℃和-60℃时经过张力测试(SOD测试)之后作为槽深度函数的断裂力和断裂标称应力(Bruchnennspannung)的示意定量图。

具体实施方式

作为起重、紧固、夹持和/或捆绑技术的组件的代表，图1中链节1由所述钢制成。其可以为例如钢链节。本发明可以通过例如熔融物的化学分析来确定的化学成分具有以下的重量百分比：碳0.17–0.25％、镍0.00–0.25％、钼0.15–0.60％、铌0.01–0.08％和/或钛0.005–0.1％和/或钒≤0.16％、铝0.020–0.050％、铬0.10–0.50％、硅0.1–0.3％、锰1.40–1.60％、磷<0.015％、硫<0.015％、铜<0.20％、氮0.006–0.014％、剩余为铁和不可避免的杂质。

优选地，镍含量可以少于0.10重量％，碳含量为0.20至0.23重量％，钼含量为0.30至0.50重量％，铌含量为0.01至0.06重量％，铝含量为0至0.040重量％或者铝含量为0.020至0.040重量％，铬含量为0.20至0.40重量％，和/或硅含量为0.1至0.25重量％。

尤其是，镍双倍含量(重量百分比)、钛含量的大约1.6倍(重量百分比)和/或一倍含量的钒(重量百分比)的和应当至多为约0.16重量％。

由本发明的钢制成的链节1显示了在拉伸强度和切口冲击能之间取得良好折衷的机械性能。如实验所显示，该钢毫无困难地满足了质量8级和10级的要求。由于生产工艺中使用了低含量的镍或避免使用镍，其生产在成本上是高效的，其原因在于镍很昂贵。尤其是，所述钢可以在低温范围内例如-40℃具有高的切口冲击能，以及在高温例如400℃时具有高的回火稳定性。

为了确定钢的性能，如相关钢标准例如DIN17115所要求的，首先对直径为16mm的圆柱体进行检查作为参照。在880℃时退火大约半小时之后，在水中进行淬火，接下来在450℃时回火1小时，在空气中冷却。之后样品R_m值为1213MPa，A5值为13.1％，Z值为64％。室温下，其切口冲击强度大约为140J。

在930℃时经过大约4小时热处理并在水中淬火的样品具有8-9的粒度。因此，该钢为细粒稳态的。

为了显示由所述钢制成的组件满足不同质量级别的要求，申请人进行了各种实验。所有实验均采用测量直径为16mmx48mm的钢链。所述钢链的结果可以被转化成其它典型的紧固、捆绑和起重装置，例如止挡点、夹钳、链锁等。

测试系列1

第一部分，从高于铁碳图中的临界点AC3的温度进行硬化之后对链进行回火，然后在不同温度下回火大约1小时。此处，在对每个不同回火温度回火1小时之后，链显示了如表1所示的拉伸强度值和断裂伸长值。

表1

T(单位℃)	Fmax(单位kN)	Ar(单位％)
			450	372.8	26.1
500	354.8	28.6
			550	346.3	30.2

回火实验显示在高温下仍能将质量8级所要求的机械性能保持在初始的蠕变范围内。在400℃的回火温度下大约1小时，其在-40℃的切口冲击能为大约130J。所述钢因此同时具有低温韧性和抗蠕变性。

因此，根据表1，所述链分别实现了质量8级钢链所要求的最小断裂力320kN和最小抗裂强度800N/mm²。

根据该测试系列，由所述钢制成的链符合ISO3076和DINEN818-2的质量8级的机械要求。

测试系列2

链从高于AC3的温度硬化、回火、之后在380℃再次回火大约1小时。由此在断裂伸长31％处获得大约435kN的拉伸强度。因此，在再次加热之后，该链分别显示了所要求的最小断裂强度400kN和1000N/mm²。

测试系列2显示了由所述钢制成的链符合PAS1061的要求，因此其适用于质量10级的链。

测试系列3

在测试系列3中，链节从高于AC3的温度硬化后，在180℃和220℃之间的温度回火。经过如此处理的链节的切口冲击弯曲能在-40℃时大于50J，在-60℃时为大约50J。最小断裂力显著高于420kN，恰好高于490kN。因此，所述链节可以用于极低温度下的应用。

图2以示例的方式显示了螺栓形式的连接元件10。螺栓适配并退火得到冷成型的尤其是滚压的螺纹部分20。

连接元件10由具有以下合金组分的钢制成：

碳0.15至0.25重量％，优选0.20至0.23重量％，

镍0.00至0.25重量％，优选0.00至0.10重量％，

钼：0.15至0.60重量％，优选0.30至0.50重量％，

铌：0.01至0.8重量％和/或钛：0.005至0.01重量％和/或钒：≤0.16％，其中铌可以优选为0.01至0.06重量％，

铝：0至0.050重量％，优选0.020至0.040重量％，

铬：0.10至0.50重量％，优选0.20至0.40重量％，

硅：0.1至0.3重量％，优选0.1至0.25重量％，

锰：1.40至1.60重量％，

磷：<0.015重量％，

硫：<0.015重量％，

铜：<0.20重量％，

氮：0.006至0.14重量％。

剩余的钢为铁和不可避免的杂质。

优选地，镍双倍含量(重量百分比)、钛含量的大约1.6倍(重量百分比)和/或一倍含量的钒(重量百分比)的和应当至多为约0.16重量％。

对该钢进行第一测试系列，其适合用于生产链节。这些测试还提示了其适合生产连接元件10。

实验1.1

根据DIN17115，首先检查由上述钢制成、直径为16mm、作为参照的圆柱体。在880℃时退火大约半小时之后，所述圆柱体在水中进行淬火，接下来在450℃时回火1小时，在空气中冷却。之后样品的拉伸强度R_m值为1213N/mm²，A₅值为13.1％，Z值为64％。室温下，样品的切口冲击强度大约为140J。

可以从实验得出结论，在180℃至220℃之间、优选大约200℃的回火温度下，得到了显著升高的拉伸强度值R_m。在所述回火温度下的拉伸强度应当至少为1400N/mm²，尤其是高于1500N/mm²至大约1600N/mm²，可能还略高，从而可以得到性能级别为14.8、15.8和16.8的螺栓。

实验1.2

在930℃时经过大约4小时热处理并在水中淬火的样品具有8-9的ASTM粒度。因此，该钢为细粒稳态的。

在180℃至220℃的回火温度下，经过更短的回火时间，例如1个小时，可以预期得到更细的粒度，大约ASTM10。在更低的温度和/或更短的时间期限内进行热处理也可以获得大约ASTM10的粒度。

实验1.3

为了显示由上述钢制成的钢链和其它典型紧固、捆绑和起重装置，例如止挡点、夹钳、链锁等满足这些组件的相关质量等级，进行了进一步的测试。采用测量直径为16mmx48mm的钢链进行这些实验。

测试系列1.3.a

在第一测试系列中，硬化之后，在高于铁碳图的临界点AC3的温度下对16x48的钢链进行退火，之后在不同温度下回火大约1小时。此处，经过不同回火温度之后，表2显示了链的拉伸强度和断裂伸长值。

表2

T℃	Fmax(kN)	Ar％
			450	372.8	26.1
500	354.8	28.6
			550	346.3	30.2

回火实验显示钢为抗蠕变的(抗热的)。在400℃的回火温度下大约1小时、在-40℃处的切口冲击能为大约130J，可以证明用于连接元件1的所述钢是低温韧性和抗蠕变的。如表2所证实，随着回火温度的降低，断裂负荷增加，同时断裂伸长缩短。

链节内达到了800N/mm²的最小断裂强度。

测试系列1.3.b

链从高于AC3的温度硬化，回火，之后再次在380℃处回火大约1小时。此处，链节显示了在31％的断裂伸长处其拉伸强度为大约435kN。因此，再次加热时，链的最小断裂强度为1000N/mm²。

测试系列1.3.c

在第三测试系列中，在从高于AC3的温度硬化之后，链节在180℃至220℃之间的温度下回火。根据DINEN10045，经过如此处理的链节在-40℃时具有大于50J的切口杆冲击能KV以及在-60℃时大约50J的切口杆冲击能KV。链节内的最小断裂强度仅大于490kN。同样，如果考虑连接元件的更多方面的应力状态，可以由此得出例如螺栓的连接件的拉伸强度R_m大于1400N/mm²，尤其为1500N/mm²至1600N/mm²之间。

在第二测试系列中，钢从高于AC3点的温度淬火，然后在180℃至220℃之间回火。经过此淬火和回火之后，样品在其横截面或微观图中分别具有板条马氏体，其面积百分比分别在85％至98％之间或90％至98％之间。

所有样品的初始材料均为螺纹螺栓M20。

实验2.1.a

根据ISO6892-1，对由螺纹螺栓M20加工出的外径为15mm的圆形样品在20℃处进行拉伸测试，图2显示了其分布的定量结果。

所述加工得到的圆形样品的拉伸弹性限值R_P0,2为1250至1350N/mm²。拉伸强度R_m大于1400N/mm²，在1500N/mm²至1600N/mm²之间。

断裂伸长A₅从大于13％至最大为18％，在15％左右。面积减少Z高于48％，直至约55％，在51％左右。

实验2.1.b

如果从柱螺栓M20加工得到的外径为15mm的圆形样品在大约200℃处回火以获得高拉伸强度R_m，将得到以下值：R_m＝1550…1600N/mm²，R_PO,2＝1300…1350N/mm²，A₅＝8…12％，Z＝40…50％。

从附图3的拉伸测试结果可以得出结论，根据本发明的连接元件显示了非常高的拉伸强度，同时在室温下具有高韧性。根据拉伸测试的结果，对根据本发明的柱螺纹进行下文所述的测试，其性能级别为15.8。

实验2.1.c

在另一实验中，在300℃的回火温度之后，同样从由所述钢制成的螺栓M20切割得到的另一圆形样品的面积减少为60…70％。由于高回火温度，拉伸强度R_m为1425…1475N/mm²。

实验2.2

图4中定量显示了性能级别为8.8、10.9、12.9和15.8的柱螺栓M20的静态弯曲试验结果，右下侧显示了实验结束时的样品。根据本发明的性能级别为15.8的连接元件与性能级别为8.8、10.9和12.9的商业连接元件进行比较。

采用120mm长的柱螺栓和半径为20mm的钢柱进行弯曲实验。柱螺栓放置在90°棱镜的倾斜面上。

其显示了，根据本发明的连接元件不仅吸收明显高得多的弯曲负荷，而且本连接元件的可变形性超出了低性能级别12.9和10.9的螺栓的可变形性。因此，根据本发明的螺栓M20可以承受24mm的弯曲变形。在该变形处，性能级别为12.9和10.9的螺栓已经断裂。

实验2.3

在其它实验中，检验了根据本发明的螺纹螺栓M20的低温韧性。出于该目的，在-40℃处进行了根据ISO148-1的切口杆冲击测试。再次与低性能级别此处为10.9和12.9的连接元件进行比较，图5显示了定量结果。

根据这些实验得到了该连接元件15.8在-40℃处的切口冲击能KV大于60J直至大约69J，其显著高于性能级别为10.9和12.9的其它同等ISO－V柱螺栓样品的切口冲击能值KV。

根据本发明的连接元件由此具有高的低温韧性，其超出了低性能级别的低温韧性。

实验2.4

从图5中还可以看出，不管其明显高得多的强度，所述连接元件的高的低温韧性超出了低性能级别的低温韧性。图6定量显示了当螺纹螺栓M20在-40℃测试温度下断裂时的吸收能。

因此，在-40℃处，本螺纹螺栓M20比性能级别为10.9和12.9的螺纹螺栓M20吸收明显更多的能量。在低温应用中，根据本发明的连接元件吸收能量的超出部分使操作更加安全。

实验2.5

在其它测试系列中，通过SOD实验，在-40℃处，与低性能级别的商业连接元件相比，检验了本连接元件的韧性行为。

在SOD(“缝张开位移slitopeningdisplacement”)实验中，从螺纹的中心深度进行测量，一些样品中的平行于切线的槽的深度为3.4mm，在其它样品中平行于切线的槽的深度为6.8mm(见图6)。因此，槽深分别对应于直径的20％(槽深3.4mm)和40％(槽深6.8mm)。接下来，螺栓在张力下拉紧。通过位于与槽的最深点相反的外径上的应变仪，随着拉伸应变的增加，监测槽的开口。

SOD实验的结果在图7中定量显示。

可以看出，与螺栓10.9和12.9相比，直至螺栓断裂，该连接元件可以吸收最高的绝对能量。

进一步地，从图7的测试结果可以看出，只有当槽显著变宽时，本连接元件才发生断裂。不论或多或少的槽深，性能级别为12.9的螺栓M20在槽变宽了大约0.3mm之后断裂，而同样不论或多或少的槽深，性能级别为10.9的螺栓在槽变宽了大约0.5mm之后断裂，根据本发明由所述钢制成的连接元件容许槽显著变宽超过0.5mm，即直至超过0.7mm。

从SOD实验可以得出结论，即使在-40℃时，根据本发明的连接元件在-40℃和损坏时也不会低于定位螺栓的可容许工作负荷限值(WLL)。因此，就作为可容许工作负荷限值的拉伸强度而言，定位螺栓的安全因子为6。因此，拉伸强度为1500kN的性能级别为15.8的螺栓用作定位螺栓时，其负荷至多为1500kN/6＝250kN。然而，在-40℃，根据本发明的连接元件就工作负荷限值而言具有三倍以上的持续安全性(Restsicherheit)。该安全性甚至在-60℃时依然存在。图8中，用点划线表示拉伸强度、工作负荷限值WLL和三倍的工作负荷限值。

所有实验显示，根据本发明的连接元件具有极高的强度以及极高的低温韧性。就弯曲强度以及SOD样品的切口冲击能量和断裂强度而言，本连接元件优于已知的连接元件。

Claims (37)

1.质量8级及其以上的用于起重、紧固、夹持和/或捆绑装置的硬化钢，其具有以下重量百分比的组成：

碳0.17–0.25％

镍0.00–0.25％

钼0.15–0.60％

铌0.01–0.08％和/或钛0.005–0.1％和/或钒≤0.16％

铝0–0.050％

铬0.10–0.50％

硅0.1–0.3％

锰1.40–1.60％

磷<0.015％

硫<0.015％

铜<0.20％

氮0.006–0.014％

剩余为铁和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的钢，其特征在于，镍含量的重量百分比小于0.15％。

3.如权利要求1或2所述的钢，其特征在于，碳含量的重量百分比为0.20％至0.23％之间。

4.如权利要求1所述的钢，其特征在于，钼含量的重量百分比为0.30％至0.50％。

5.如权利要求1所述的钢，其特征在于，铌含量的重量百分比为0.01％至0.06％。

6.如权利要求1所述的钢，其特征在于，铝含量的重量百分比至少为0.020％和/或至多0.040％。

7.如权利要求1所述的钢，其特征在于，铬含量的重量百分比为0.20％至0.40％。

8.如权利要求1所述的钢，其特征在于，硅含量的重量百分比为0.1％至0.25％。

9.如权利要求1所述的钢，其特征在于，镍的双倍含量(重量百分比)、钛的1.6倍含量(重量百分比)和/或钒的1倍含量(重量百分比)的和至多为0.16重量％。

10.连接元件和/或组件，用于起重、紧固、夹持和/或捆绑装置的螺栓或链节，其特征在于，其至少部分由权利要求1至9任一所述的钢制成。

11.如权利要求10所述的连接元件或组件，其特征在于，不同连接节段的钢具有不同的硬度和/或强度和/或切口冲击能。

12.如权利要求10或11所述的连接元件或组件，其特征在于，其硬度为400至480HV30。

13.如权利要求10所述的连接元件或组件，其特征在于，不同节段的硬度差异为80至120HV30。

14.如权利要求10所述的连接元件或组件，其特征在于，其最小断裂应力至少为800N/mm²。

15.如权利要求14所述的连接元件或组件，其特征在于，其最小断裂应力至少为1200N/mm²。

16.如权利要求10所述的连接元件或组件，其特征在于，其切口冲击能在-40℃至少为30J，和/或切口冲击能在-60℃至少为50J。

17.如权利要求16所述的连接元件或组件，其特征在于，所述切口冲击能在-40℃至少为45J。

18.如权利要求10所述的连接元件或组件，其特征在于，其在至少380℃下的回火稳定性超过1小时。

19.如权利要求18所述的连接元件或组件，其特征在于，其在至少400℃下的回火稳定性超过1小时。

20.如权利要求19所述的连接元件或组件，其特征在于，其在至少410℃下的回火稳定性超过1小时。

21.如权利要求10所述的连接元件或组件，其特征在于，其为细粒度的。

22.如权利要求21所述的连接元件或组件，其特征在于，其粒度为9或更细。

23.如权利要求22所述的连接元件或组件，其特征在于，所述粒度为10。

24.如权利要求10所述的连接元件，其特征在于，其在-40℃时的切口冲击能量KV至少为55J，拉伸强度R_m至少为1400N/mm²。

25.如权利要求10所述的连接元件，其特征在于，其在-40℃时的切口冲击能量KV至多为70J，拉伸强度至少为1400N/mm²。

26.如权利要求10所述的连接元件，其特征在于，其在-60℃时的切口冲击能量KV至少为45J，拉伸强度R_m至少为1400N/mm²。

27.如权利要求10所述的连接元件，其特征在于，其在-60℃时的切口冲击能量KV至多为60J。

28.如权利要求10所述的连接元件，其特征在于，其在180℃至220℃之间的回火温度下退火。

29.如权利要求10所述的连接元件，其特征在于，拉伸强度R_m为1500至1600N/mm²之间。

30.如权利要求10所述的连接元件，其特征在于，其具有根据ASTM的粒度为9或更细的细颗粒微结构。

31.如权利要求10所述的连接元件，其特征在于，在连接元件的横截面上，板条马氏体的面积百分比至少为85％。

32.如权利要求10所述的连接元件，其特征在于，其具有冷成型部分。

33.如权利要求10所述的连接元件，其特征在于，连接元件为性能级别为14.8、15.8或16.8的螺栓。

34.对如权利要求1至9任一所述的钢在冷成型和硬化工艺中进行处理，以生产如权利要求10至17任一所述的组件或权利要求10至27任一所述的连接元件。

35.权利要求1至9任一所述的钢在连接元件中的应用。

36.根据权利要求35所述的钢在连接元件中的应用，所述连接元件是螺栓，或起重、紧固、夹持和/或捆绑技术的组件。

37.根据权利要求36所述的钢在连接元件中的应用，所述起重、紧固、夹持和/或捆绑技术的组件是链或链节。