CN109372869B - 一种高强度螺栓及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度螺栓，由钢丝加工而成，所述的钢丝的化学成分的重量份数应满足下述要求：C 0.25~0.35、Mn 0.40~0.60、Si 0.32~0.45、Cr 0.12~0.22、W 0.01~0.02、B 0.001~0.003、AI 0.01~0.05、Nb 0.05~0.1、V 0.02~0.05、Ti 0.001~0.005、Ni 0.05~0.05、P≤0.03、S≤0.02、Cu 0.20~0.35、Mo 0.25~0.40，余量由Fe和不可避免的杂质构成，所述钢丝通过备料‑高温淬火‑等温退火‑前变温处理‑热锻‑拉丝‑后变温处理来制备；该技术方案通过合理的配比，生产的螺栓强度高，可以满足航天、石油探测等特殊行业的要求；该螺栓的强度达到13级，并且该螺栓的生产成本较低，便于大规模的推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及螺栓的加工方法，具体涉及一种高强度螺栓及其制造方法。
背景技术
螺栓是一种应用非常广泛的配件，从航空航天到日常生活都离不开它，根据强度的不同，螺栓可以分为普通螺栓和高强度螺栓，与普通螺栓相比，高强度螺栓有许多优点：现场组装用时短，对生产影响小，使用寿命长，适用构件范围广，连接安全可靠，具有较好的工艺性和经济性；正是因为高强度螺栓的这些优点，工业发达国家近年来出现了对高强度螺栓钢和高强度螺栓集中研究的现象，并开发出了一系列超高强度螺栓钢及超高强度螺栓。
综上所述，制备抗拉强度大、硬度高、加工性能好以及耐延迟断裂性能优异的螺栓材料对于螺栓的实际应用具有重要意义。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种高强度螺栓及其制造方法，以解决上述背景技术中出现的问题。
一种高强度螺栓，由钢丝加工而成，所述的钢丝的化学成分的重量份数应满足下述要求：C 0.25~0.35、Mn 0.40~0.60、Si 0.32~0.45、Cr 0.12~0.22、W 0.01~0.02、B 0.001~0.003、AI 0.01~0.05、Nb 0.05~0.1、V 0.02~0.05、Ti 0.001~0.005、Ni 0.05~0.05、P≤0.03、S≤0.02、Cu 0.20~0.35、Mo 0.25~0.40，余量由Fe和不可避免的杂质构成，所述钢丝通过备料-高温淬火-等温退火-前变温处理-热锻-拉丝-后变温处理来制备。
优选的，钢丝的制备方法，具体步骤如下：
（1）备料：将钢料转炉 + 炉外精炼 + 真空脱气制得优质铁水，将优质铁水倒入模具中形成钢坯；
（2）高温淬火：将钢坯加热至1050-1200℃后，放入到淬火液中进行高温淬火，所述淬火液按重量份由5-10份的尿素、3-5份的碳酸氢钠、2-4份的碳酸钠、1-2份的硝酸铵、5-10份的聚乙烯醇、1-3份的钼酸钾、1-2份的丁酸、0.5-2份的丙酮、3-5份的聚丙烯-甲基丙烯酸、3-5份的聚丙烯酰胺以及30-45份的纯化水在25-30℃下混合搅拌而成；
（3）等温退火：将高温淬火后的钢坯清洗干净后，在真空炉中加热到1100-1200℃并进行奥氏体化，以80-300℃/秒的速度冷却至500-720℃，在500-720℃的温度中，每1mm直径保持15-25秒进行等温相变，之后以1-5℃的速度冷却至120-300℃；
（4）前变温处理：将步骤（3）中的钢坯加热至500-600℃后取出迅速放置到-80℃的冷冻室中进行快速降温，待钢坯完全冷却后，再将钢坯以100-300℃/秒的速度加热至500-600℃，再将加热后的钢坯取出迅速放置到-80℃的冷冻室中进行快速降温，如此反复2-3次，取出钢坯恢复至自然温度；
（5）热锻：初锻温度为950-1250℃、终锻温度为600-750℃，锻造时30-45分钟，锻头锻造频率为5-8次/分钟；
（6）拉丝：将热锻后的钢坯降温至300-400℃后，按照总断面减缩率为35-65％的冷拉丝加工，制成钢丝；
（7）后变温处理：将拉丝后的钢丝加热300-380℃后取出迅速放置到-20℃的冷冻室中进行快速降温，待钢坯完全冷却后，再将钢坯以50-100℃/秒的速度加热至300-380℃，再将加热后的钢坯取出迅速放置到-20℃的冷冻室中进行快速降温，如此反复3-5次，取出钢丝恢复至自然温度。
一种高强度螺栓的制造方法，将制得的钢丝通过冷锻成型-螺纹加工-钝化处理-磷化处理-发黑处理来制备，具体步骤如下：
（1）冷锻成型：将钢丝切断至螺栓所需长度，常温下放入模具型腔内，以镦锻力使之形成螺栓所需的头部和杆部尺寸；
（2）螺纹加工：在室温下选用滚丝机进行螺纹成型；
（3）钝化处理：将螺栓螺栓放入到150-200℃的钝化液中处理6-8分钟，所述钝化液按重量份由10-20份的双氧水、5-10份的丙三醇、2-4份的骨胶、3-6份的络蛋白、5-10份的氟化钠、3-5份的氢氧化钠、2-4份的硅酸钠、2-5份的硫酸钠、20-30份的纯化水混合搅拌而成；
（4）磷化处理：将钝化处理后的螺栓放入55-75℃磷化处理液中浸泡5-7分钟，在进行清洗、风干，即得成品螺栓，其中磷化液按重量份由10-20份的马日夫盐、10-20份的磷酸二氢锌、5-10份的氯化锌、30-45份的磷酸、5-10份的五水硫酸铜、3-5份的硼酸、3-5份的酒石酸、50-80份的纯化水混合搅拌而成；
（5）发黑处理：对螺栓进行发黑处理，控制温度90-105℃；时间15-25分钟；再进行清洗、风干，即得成品螺栓。
本发明的有益效果：该技术方案通过合理的配比，生产的螺栓强度高，可以满足航天、石油探测等特殊行业的要求；该螺栓的强度达到13级，并且该螺栓的生产成本较低，便于大规模的推广应用。
具体实施方式
以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例一
一种高强度螺栓，由钢丝加工而成，所述的钢丝的化学成分的重量份数应满足下述要求：C 0.25、Mn 0.40、Si 0.32、Cr 0.12、W 0.01、B 0.001、AI 0.01、Nb 0.05、V 0.02、Ti 0.001、Ni 0.05、P 0.03、S 0.02、Cu 0.20、Mo 0.25，余量由Fe和不可避免的杂质构成，所述钢丝通过备料-高温淬火-等温退火-前变温处理-热锻-拉丝-后变温处理来制备。
上述中，钢丝的制备方法，具体步骤如下：
（1）备料：将钢料转炉+炉外精炼+真空脱气制得优质铁水，将优质铁水倒入模具中形成钢坯；
（2）高温淬火：将钢坯加热至1050℃后，放入到淬火液中进行高温淬火，所述淬火液按重量份由5份的尿素、3份的碳酸氢钠、2份的碳酸钠、1份的硝酸铵、5份的聚乙烯醇、1份的钼酸钾、1份的丁酸、0.5份的丙酮、3份的聚丙烯-甲基丙烯酸、3份的聚丙烯酰胺以及30份的纯化水在25℃下混合搅拌而成；
（3）等温退火：将高温淬火后的钢坯清洗干净后，在真空炉中加热到1100℃并进行奥氏体化，以80℃/秒的速度冷却至500℃，在500℃的温度中，每1mm直径保持15秒进行等温相变，之后以1℃的速度冷却至120℃；
（4）前变温处理：将步骤（3）中的钢坯加热至500℃后取出迅速放置到-80℃的冷冻室中进行快速降温，待钢坯完全冷却后，再将钢坯以100℃/秒的速度加热至500℃，再将加热后的钢坯取出迅速放置到-80℃的冷冻室中进行快速降温，如此反复2次，取出钢坯恢复至自然温度；
（5）热锻：初锻温度为950℃、终锻温度为600℃，锻造时30分钟，锻头锻造频率为5次/分钟；
（6）拉丝：将热锻后的钢坯降温至300℃后，按照总断面减缩率为35％的冷拉丝加工，制成钢丝；
（7）后变温处理：将拉丝后的钢丝加热300℃后取出迅速放置到-20℃的冷冻室中进行快速降温，待钢坯完全冷却后，再将钢坯以50℃/秒的速度加热至300℃，再将加热后的钢坯取出迅速放置到-20℃的冷冻室中进行快速降温，如此反复3次，取出钢丝恢复至自然温度。
一种高强度螺栓的制造方法，所得的钢丝通过冷锻成型-螺纹加工-钝化处理-磷化处理-发黑处理来制备，具体步骤如下：
（1）冷锻成型：将钢丝切断至螺栓所需长度，常温下放入模具型腔内，以镦锻力使之形成螺栓所需的头部和杆部尺寸；
（2）螺纹加工：在室温下选用滚丝机进行螺纹成型；
（3）钝化处理：将螺栓螺栓放入到150℃的钝化液中处理6分钟，所述钝化液按重量份由10份的双氧水、5份的丙三醇、2份的骨胶、3份的络蛋白、5份的氟化钠、3份的氢氧化钠、2份的硅酸钠、2份的硫酸钠、20份的纯化水混合搅拌而成；
（4）磷化处理：将钝化处理后的螺栓放入55℃磷化处理液中浸泡5分钟，在进行清洗、风干，即得成品螺栓，其中磷化液按重量份由10份的马日夫盐、10份的磷酸二氢锌、5份的氯化锌、30份的磷酸、5份的五水硫酸铜、3份的硼酸、3份的酒石酸、50份的纯化水混合搅拌而成；
（5）发黑处理：对螺栓进行发黑处理，控制温度90℃；时间15分钟；再进行清洗、风干，即得成品螺栓。
实施例二
一种高强度螺栓，由钢丝加工而成，所述的钢丝的化学成分的重量份数应满足下述要求：C 0.30、Mn 0.50、Si 0.40、Cr 0.18、W 0.015、B 0.002、AI 0.03、Nb 0.08、V0.035、Ti 0.003、Ni 0.35、P 0.02、S 0.015、Cu 0.30、Mo 0.35，余量由Fe和不可避免的杂质构成，所述钢丝通过备料-高温淬火-等温退火-前变温处理-热锻-拉丝-后变温处理来制备。
上述钢丝的制备方法，具体步骤如下：
（1）备料：将钢料转炉 + 炉外精炼 + 真空脱气制得优质铁水，将优质铁水倒入模具中形成钢坯；
（2）高温淬火：将钢坯加热至1120℃后，放入到淬火液中进行高温淬火，所述淬火液按重量份由8份的尿素、4份的碳酸氢钠、3份的碳酸钠、1.6份的硝酸铵、7.5份的聚乙烯醇、2.3份的钼酸钾、1.6份的丁酸、1.1份的丙酮、4.4份的聚丙烯-甲基丙烯酸、4份的聚丙烯酰胺以及40份的纯化水在28℃下混合搅拌而成；
（3）等温退火：将高温淬火后的钢坯清洗干净后，在真空炉中加热到1115℃并进行奥氏体化，以226℃/秒的速度冷却至680℃，在680℃的温度中，每1mm直径保持20秒进行等温相变，之后以3℃的速度冷却至210℃；
（4）前变温处理：将步骤（3）中的钢坯加热至560℃后取出迅速放置到-80℃的冷冻室中进行快速降温，待钢坯完全冷却后，再将钢坯以235℃/秒的速度加热至565℃，再将加热后的钢坯取出迅速放置到-80℃的冷冻室中进行快速降温，如此反复2次，取出钢坯恢复至自然温度；
（5）热锻：初锻温度为1200℃、终锻温度为720℃，锻造时40分钟，锻头锻造频率为7次/分钟；
（6）拉丝：将热锻后的钢坯降温至362℃后，按照总断面减缩率为55％的冷拉丝加工，制成钢丝；
（7）后变温处理：将拉丝后的钢丝加热340℃后取出迅速放置到-20℃的冷冻室中进行快速降温，待钢坯完全冷却后，再将钢坯以70℃/秒的速度加热至350℃，再将加热后的钢坯取出迅速放置到-20℃的冷冻室中进行快速降温，如此反复4次，取出钢丝恢复至自然温度。
一种高强度螺栓的制造方法，所得的钢丝通过冷锻成型-螺纹加工-钝化处理-磷化处理-发黑处理来制备，具体步骤如下：
（1）冷锻成型：将钢丝切断至螺栓所需长度，常温下放入模具型腔内，以镦锻力使之形成螺栓所需的头部和杆部尺寸；
（2）螺纹加工：在室温下选用滚丝机进行螺纹成型；
（3）钝化处理：将螺栓螺栓放入到180℃的钝化液中处理7分钟，所述钝化液按重量份由15份的双氧水、7份的丙三醇、3份的骨胶、5份的络蛋白、8份的氟化钠、4份的氢氧化钠、3份的硅酸钠、4份的硫酸钠、26份的纯化水混合搅拌而成；
（4）磷化处理：将钝化处理后的螺栓放入62℃磷化处理液中浸泡6分钟，在进行清洗、风干，即得成品螺栓，其中磷化液按重量份由15份的马日夫盐、15份的磷酸二氢锌、7份的氯化锌、40份的磷酸、6份的五水硫酸铜、4份的硼酸、4.2份的酒石酸、65份的纯化水混合搅拌而成；
（5）发黑处理：对螺栓进行发黑处理，控制温度100℃；时间20分钟；再进行清洗、风干，即得成品螺栓。
实施例三
一种高强度螺栓，由钢丝加工而成，所述的钢丝的化学成分的重量份数应满足下述要求：C 0.35、Mn 0.60、Si 0.45、Cr 0.22、W 0.02、B 0.003、AI 0.05、Nb 0.1、V 0.05、Ti0.005、Ni 0.05、P 0.015、S 0.01、Cu 0.35、Mo 0.40，余量由Fe和不可避免的杂质构成，所述钢丝通过备料-高温淬火-等温退火-前变温处理-热锻-拉丝-后变温处理来制备。
上述的钢丝的制备方法，具体步骤如下：
（1）备料：将钢料转炉 + 炉外精炼 + 真空脱气制得优质铁水，将优质铁水倒入模具中形成钢坯；
（2）高温淬火：将钢坯加热至1200℃后，放入到淬火液中进行高温淬火，所述淬火液按重量份由10份的尿素、5份的碳酸氢钠、4份的碳酸钠、2份的硝酸铵、10份的聚乙烯醇、3份的钼酸钾、2份的丁酸、2份的丙酮、5份的聚丙烯-甲基丙烯酸、5份的聚丙烯酰胺以及45份的纯化水在30℃下混合搅拌而成；
（3）等温退火：将高温淬火后的钢坯清洗干净后，在真空炉中加热到1200℃并进行奥氏体化，以300℃/秒的速度冷却至720℃，在720℃的温度中，每1mm直径保持25秒进行等温相变，之后以5℃的速度冷却至300℃；
（4）前变温处理：将步骤（3）中的钢坯加热至600℃后取出迅速放置到-80℃的冷冻室中进行快速降温，待钢坯完全冷却后，再将钢坯以300℃/秒的速度加热至600℃，再将加热后的钢坯取出迅速放置到-80℃的冷冻室中进行快速降温，如此反复3次，取出钢坯恢复至自然温度；
（5）热锻：初锻温度为1250℃、终锻温度为750℃，锻造时45分钟，锻头锻造频率为8次/分钟；
（6）拉丝：将热锻后的钢坯降温至400℃后，按照总断面减缩率为65％的冷拉丝加工，制成钢丝；
（7）后变温处理：将拉丝后的钢丝加热380℃后取出迅速放置到-20℃的冷冻室中进行快速降温，待钢坯完全冷却后，再将钢坯以100℃/秒的速度加热380℃，再将加热后的钢坯取出迅速放置到-20℃的冷冻室中进行快速降温，如此反复5次，取出钢丝恢复至自然温度。
一种高强度螺栓的制造方法，将所得的钢丝通过冷锻成型-螺纹加工-钝化处理-磷化处理-发黑处理来制备，具体步骤如下：
（1）冷锻成型：将钢丝切断至螺栓所需长度，常温下放入模具型腔内，以镦锻力使之形成螺栓所需的头部和杆部尺寸；
（2）螺纹加工：在室温下选用滚丝机进行螺纹成型；
（3）钝化处理：将螺栓螺栓放入到200℃的钝化液中处理8分钟，所述钝化液按重量份由20份的双氧水、10份的丙三醇、4份的骨胶、6份的络蛋白、10份的氟化钠、5份的氢氧化钠、4份的硅酸钠、5份的硫酸钠、30份的纯化水混合搅拌而成；
（4）磷化处理：将钝化处理后的螺栓放入75℃磷化处理液中浸泡7分钟，在进行清洗、风干，即得成品螺栓，其中磷化液按重量份由20份的马日夫盐、20份的磷酸二氢锌、10份的氯化锌、45份的磷酸、10份的五水硫酸铜、5份的硼酸、5份的酒石酸、80份的纯化水混合搅拌而成；
（5）发黑处理：对螺栓进行发黑处理，控制温度105℃；时间25分钟；再进行清洗、风干，即得成品螺栓。
该技术方案通过合理的配比，生产的螺栓强度高，可以满足航天、石油探测等特殊行业的要求；该螺栓的强度达到13级，并且该螺栓的生产成本较低，便于大规模的推广应用。
尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制，在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在装置形式上、材质上、细节上作出各种组合变化。
Claims (1)
1.一种高强度螺栓，其特征在于，由钢丝加工而成，所述的钢丝的化学成分的重量份数应满足下述要求：C 0.25～0.35、Mn 0.40～0.60、Si 0.32～0.45、Cr 0.12～0.22、W 0.01～0.02、B
0.001～0.003、AI 0.01～0.05、Nb 0.05～0.1、V 0.02～0.05、Ti 0.001～0.005、Ni0.05～0.05、P≤0.03、S≤0.02、Cu 0.20～0.35、Mo 0.25～0.40，余量由Fe和不可避免的杂质构成，所述钢丝通过备料-高温淬火-等温退火-前变温处理-热锻-拉丝-后变温处理来制备，
所述的钢丝的制备方法，具体步骤如下：
(1)备料：将钢料转炉、炉外精炼、真空脱气制得优质铁水，将优质铁水倒入模具中形成钢坯；
(2)高温淬火：将钢坯加热至1050-1200℃后，放入到淬火液中进行高温淬火，所述淬火液按重量份由5-10份的尿素、3-5份的碳酸氢钠、2-4份的碳酸钠、1-2份的硝酸铵、5-10份的聚乙烯醇、1-3份的钼酸钾、1-2份的丁酸、0.5-2份的丙酮、3-5份的聚丙烯-甲基丙烯酸、3-5份的聚丙烯酰胺以及30-45份的纯化水在25-30℃下混合搅拌而成；
(3)等温退火：将高温淬火后的钢坯清洗干净后，在真空炉中加热到1100-1200℃并进行奥氏体化，以80-300℃/秒的速度冷却至500-720℃，在500-720℃的温度中，每1mm直径保持15-25秒进行等温相变，之后以1-5℃的速度冷却至120-300℃；
(4)前变温处理：将步骤(3)中的钢坯加热至500-600℃后取出迅速放置到-80℃的冷冻室中进行快速降温，待钢坯完全冷却后，再将钢坯以100-300℃/秒的速度加热至500-600℃，再将加热后的钢坯取出迅速放置到-80℃的冷冻室中进行快速降温，如此反复2-3次，取出钢坯恢复至自然温度；
(5)热锻：初锻温度为950-1250℃、终锻温度为600-750℃，锻造时30-45分钟，锻头锻造频率为5-8次/分钟；
(6)拉丝：将热锻后的钢坯降温至300-400℃后，按照总断面减缩率为35-65％的冷拉丝加工，制成钢丝；
(7)后变温处理：将拉丝后的钢丝加热300-380℃后取出迅速放置到-20℃的冷冻室中进行快速降温，待钢坯完全冷却后，再将钢坯以50-100℃/秒的速度加热至300-380℃，再将加热后的钢坯取出迅速放置到-20℃的冷冻室中进行快速降温，如此反复3-5次，取出钢丝恢复至自然温度，
将所述的钢丝通过冷锻成型-螺纹加工-钝化处理-磷化处理-发黑处理来制备，具体步骤如下：
(1)冷锻成型：将钢丝切断至螺栓所需长度，常温下放入模具型腔内，以镦锻力使之形成螺栓所需的头部和杆部尺寸；
(2)螺纹加工：在室温下选用滚丝机进行螺纹成型；
(3)钝化处理：将螺栓螺栓放入到150-200℃的钝化液中处理6-8分钟，所述钝化液按重量份由10-20份的双氧水、5-10份的丙三醇、2-4份的骨胶、3-6份的络蛋白、5-10份的氟化钠、3-5份的氢氧化钠、2-4份的硅酸钠、2-5份的硫酸钠、20-30份的纯化水混合搅拌而成；
(4)磷化处理：将钝化处理后的螺栓放入55-75℃磷化处理液中浸泡5-7分钟，在进行清洗、风干，即得成品螺栓，其中磷化液按重量份由10-20份的马日夫盐、10-20份的磷酸二氢锌、5-10份的氯化锌、30-45份的磷酸、5-10份的五水硫酸铜、3-5份的硼酸、3-5份的酒石酸、50-80份的纯化水混合搅拌而成；
(5)发黑处理：对螺栓进行发黑处理，控制温度90-105℃；时间15-25分钟；再进行清洗、风干，即得成品螺栓。
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