CN114318150B

CN114318150B - 一种耐高温螺栓及其生产工艺

Info

Publication number: CN114318150B
Application number: CN202111635163.3A
Authority: CN
Inventors: 李国良
Original assignee: Suzhou Zhaowuyi Precision Hardware Co ltd
Current assignee: Suzhou Zhaowuyi Precision Hardware Co ltd
Priority date: 2021-12-27
Filing date: 2021-12-27
Publication date: 2022-12-27
Anticipated expiration: 2041-12-27
Also published as: CN114318150A

Abstract

一种耐高温螺栓及其生产工艺，制作耐高温螺栓的原料包括如下重量百分比的组分：0.15‑0.18%的C、0.30‑0.32%的Si、1.40‑1.42%的Mn、0.01％或更少且不包括0％的P、0.002％或更少且不包括0％的S、0.50‑0.52%的Cr、0.30‑0.32%的Mo、0.20‑0.22%的V、0.012‑0.015%的Ti、0.010‑0.012%的B，还包括余量的Fe和其他不可避免的杂质。本发明所述的耐高温螺栓及其生产工艺，配方设计合理，通过加入0.30‑0.32%的Mo、0.20‑0.22%的V，在保证耐磨性、强度的基础上，提高了耐高温性能，工艺步骤设计合理，先通过转炉冶炼、LHF、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热、轧制、冷却、淬火、回火得到耐高温螺栓原料，然后对螺栓原料进行冷镦成型、螺纹成型、热处理，制得的螺栓成品具有优良的高温强度、高温耐磨性能、耐腐蚀性能，应用前景广泛。

Description

一种耐高温螺栓及其生产工艺

技术领域

本发明属于螺栓领域，具体涉及一种耐高温螺栓及其生产工艺。

背景技术

螺栓是一种机械零件，配用螺母的圆柱形带螺纹的紧固件，由头部和螺杆(带有外螺纹的圆柱体)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。这种连接形式称螺栓连接。如把螺母从螺栓上旋下，又可以使这两个零件分开，故螺栓连接是属于可拆卸连接。

螺栓在机械加工装配中十分的常用，使用范围及其广，需要适应不同的环境，这就要求螺栓具有不同的性能。在高温等苛刻工况条件下，现有技术中的螺栓还是存在着一定的不足，因此，为了进一步加强螺栓的耐高温性能，需要研发一种耐高温螺栓及其生产工艺，提升我国螺栓的产品质量和竞争力。

中国专利申请号为CN201811037872.X公开了一种扭剪型螺栓的生产工艺，是通过对设备结构进行改进，从而使得螺栓加热均匀，以来提高螺栓的强度，没有对螺栓的原料、工艺步骤上进行改进进行提高螺栓的耐高温性能。

发明内容

发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种耐高温螺栓及其生产工艺，配方设计合理，通过加入0.30-0.32％的Mo、0.20-0.22％的V，在保证耐磨性、强度的基础上，提高了耐高温性能，工艺步骤设计合理，先通过转炉冶炼、LHF、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热、轧制、冷却、淬火、回火得到耐高温螺栓原料，然后对螺栓原料进行冷镦成型、螺纹成型、热处理，制得的螺栓成品具有优良的高温强度、高温耐磨性能、耐腐蚀性能，应用前景广泛。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种耐高温螺栓，制作耐高温螺栓的原料包括如下重量百分比的组分：0.15-0.18％的C、0.30-0.32％的Si、1.40-1.42％的Mn、0.01％或更少且不包括0％的P、0.002％或更少且不包括0％的S、0.50-0.52％的Cr、0.30-0.32％的Mo、0.20-0.22％的V、0.012-0.015％的Ti、0.010-0.012％的B，还包括余量的Fe和其他不可避免的杂质。

本发明所述的耐高温螺栓，配方设计合理，是在现有技术中的耐磨钢基础上进行改进，通过加入0.30-0.32％的Mo、0.20-0.22％的V，在保证耐磨性、强度的基础上，提高了耐高温性能，其机理如下：通过添加0.30-0.32％的Mo、0.20-0.22％的V，起到了位错强化、固溶强化和析出强化的作用。其中，所述Mo可以提高C的扩散激活能，从而降低C的扩散，含有Mo的碳化物的析出温度大概在500-600℃，从而可以阻止渗碳体的形成、长大、粗化过程的进行，提高马氏体组织在高温功课下的处于热力学稳定性；其中，所述V是强碳化物形成元素，倾向于向碳化物移动，形成弥散分布的细小碳化物，V与C的结合力极强，易形成稳定的碳化钒，碳化钒是高熔点、高硬度、高弥散度碳化物，V优先与C形成纳米级VC，从而消耗了部分碳元素，可以降低了渗碳体的形成，提高马氏体组织在高温功课下的处于热力学稳定性，并且V有提高钢回火稳定性作用。

本发明还涉及所述耐高温螺栓的生产工艺，所述生产工艺，包括以下步骤：

(1)制备钢坯：所述钢坯包括如下重量百分比的组分：0.15-0.18％的C、0.30-0.32％的Si、1.40-1.42％的Mn、0.01％或更少且不包括0％的P、0.002％或更少且不包括0％的S、0.50-0.52％的Cr、0.30-0.32％的Mo、0.20-0.22％的V、0.012-0.015％的Ti、0.010-0.012％的B，还包括余量的Fe和其他不可避免的杂质，按照上述配方，经转炉冶炼、LHF、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热得到钢坯；

(2)轧制、冷却、淬火、回火：对上述钢坯依次进行轧制、冷却、淬火、回火处理；

(3)冷镦成型：根据客户要求制作螺栓的冷镦模具，将上述钢坯通过冷镦模具初步成型，得到螺栓主体；

(4)螺纹成型：通过往复式辗牙机，将螺栓主体料杆的螺纹辗制成型；

(5)热处理：对上述螺栓进行热处理，将热处理后的螺栓进行渗碳处理，得到螺栓。

进一步的，上述的耐高温螺栓的生产工艺，所述步骤(1)中，所述转炉冶炼的出钢温度设置在1680-1700℃，并且根据铁水成分温度进行合金微调和升温脱硫处理；所述真空处理的时间为20-30min；所述连铸采用长久水保护浇铸并且Ar封，所述连铸的浇铸过程按照温度、拉速匹配操作，目标过热控制在5-10℃；所述铸坯缓冷是连铸的浇铸完成后缓慢冷却至室温。

上述设计可以减轻Ti元素偏析，能避免大颗粒矩形TiN夹杂物形成，可以减少钢坯浇铸过程中裂纹产生几率。

进一步的，上述的耐高温螺栓的生产工艺，所述步骤(2)中，进行钢坯时，钢坯的厚度为10-15mm；所述轧制依次分为奥氏体再结晶区阶段、奥氏体未再结晶区阶段；先进行奥氏体再结晶区阶段，所述奥氏体再结晶区阶段的轧制温度设置在1100-1160℃，在进行奥氏体未再结晶区阶段，奥氏体未再结晶区阶段的开轧温度设置在950-980℃、终轧温度设置在850-860℃。

进一步的，上述的耐高温螺栓的生产工艺，所述步骤(2)中，轧制后直接淬火冷却至室温，冷却速度设置为40-60℃/s。

进一步的，上述的耐高温螺栓的生产工艺，所述步骤(2)中，所述淬火的温度设置为920-930℃，保温时间设置为25-35min；所述回火处理的温度设置为220-240℃，保温时间设置为45-60min。

通过回火处理消除钢坯内应力、降低切割边缘热应力，降低了钢坯产生延迟裂纹的几率。

进一步的，上述的耐高温螺栓的生产工艺，所述热处理，具体包括如下步骤：将螺栓的螺纹端加热至580-620℃，保温20-30min，然后以80-90℃/h的升温速率升温至860-880℃，保温30-40min；保温结束后，将螺栓放入淬火炉内进行第一次淬火，然后以220-230℃/h的升温速率升温至1150-1180℃，保温1-2h，随炉冷却，冷却速度为120-150℃/h，冷却至620-640℃后，保温4-6h，重复上述步骤进行第二次淬火。

通过不同温度的淬炼，可以有效的增加螺纹部分的强度。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明公开的耐高温螺栓，配方设计合理，是在现有技术中的耐磨钢基础上进行改进，通过加入0.30-0.32％的Mo、0.20-0.22％的V，在保证耐磨性、强度的基础上，提高了耐高温性能，其机理如下：通过添加0.30-0.32％的Mo、0.20-0.22％的V，起到了位错强化、固溶强化和析出强化的作用；

(3)本发明提出的耐高温螺栓的生产工艺，工艺步骤设计合理，先通过转炉冶炼、LHF、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热、轧制、冷却、淬火、回火得到耐高温螺栓原料，然后对螺栓原料进行冷镦成型、螺纹成型、热处理，制得的螺栓成品具有优良的高温强度、高温耐磨性能、耐腐蚀性能，应用前景广泛。

具体实施方式

下面将结合具体实验数据，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

以下实施例提供了一种耐高温螺栓，制作耐高温螺栓的原料包括如下重量百分比的组分：0.15-0.18％的C、0.30-0.32％的Si、1.40-1.42％的Mn、0.01％或更少且不包括0％的P、0.002％或更少且不包括0％的S、0.50-0.52％的Cr、0.30-0.32％的Mo、0.20-0.22％的V、0.012-0.015％的Ti、0.010-0.012％的B，还包括余量的Fe和其他不可避免的杂质。

实施例1

所述耐高温螺栓的生产工艺，包括以下步骤：

(1)制备钢坯：所述钢坯包括如下重量百分比的组分：0.16％的C、0.32％的Si、1.42％的Mn、0.01％或更少且不包括0％的P、0.002％或更少且不包括0％的S、0.51％的Cr、0.32％的Mo、0.21％的V、0.012％的Ti、0.011％的B，还包括余量的Fe和其他不可避免的杂质，按照上述配方，经转炉冶炼、LHF、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热得到钢坯；其中，所述转炉冶炼的出钢温度设置在1690℃，并且根据铁水成分温度进行合金微调和升温脱硫处理；所述真空处理的时间为25min；所述连铸采用长久水保护浇铸并且Ar封，所述连铸的浇铸过程按照温度、拉速匹配操作，目标过热控制在5-10℃；所述铸坯缓冷是连铸的浇铸完成后缓慢冷却至室温；

(2)轧制、冷却、淬火、回火：对上述钢坯依次进行轧制、冷却、淬火、回火处理；其中，进行钢坯时，钢坯的厚度为10mm；所述轧制依次分为奥氏体再结晶区阶段、奥氏体未再结晶区阶段；先进行奥氏体再结晶区阶段，所述奥氏体再结晶区阶段的轧制温度设置在1130℃，在进行奥氏体未再结晶区阶段，奥氏体未再结晶区阶段的开轧温度设置在971℃、终轧温度设置在850℃；轧制后直接淬火冷却至室温，冷却速度设置为55℃/s；所述淬火的温度设置为925℃，保温时间设置为35min；所述回火处理的温度设置为225℃，保温时间设置为50min；

(5)热处理：对上述螺栓进行热处理，将螺栓的螺纹端加热至610℃，保温25min，然后以80℃/h的升温速率升温至870℃，保温40min；保温结束后，将螺栓放入淬火炉内进行第一次淬火，然后以226℃/h的升温速率升温至1175℃，保温1.5h，随炉冷却，冷却速度为140℃/h，冷却至630℃后，保温6h，重复上述步骤进行第二次淬火，将热处理后的螺栓进行渗碳处理，渗碳处理后的螺栓的头部和光杆部分进行抛光，得到螺栓成品。

实施例2

所述耐高温螺栓的生产工艺，包括以下步骤：

(1)制备钢坯：所述钢坯包括如下重量百分比的组分：0.17％的C、0.32％的Si、1.41％的Mn、0.01％或更少且不包括0％的P、0.002％或更少且不包括0％的S、0.52％的Cr、0.31％的Mo、0.22％的V、0.014％的Ti、0.011％的B，还包括余量的Fe和其他不可避免的杂质，按照上述配方，经转炉冶炼、LHF、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热得到钢坯；其中，所述转炉冶炼的出钢温度设置在1690℃，并且根据铁水成分温度进行合金微调和升温脱硫处理；所述真空处理的时间为30min；所述连铸采用长久水保护浇铸并且Ar封，所述连铸的浇铸过程按照温度、拉速匹配操作，目标过热控制在5-10℃；所述铸坯缓冷是连铸的浇铸完成后缓慢冷却至室温；

(2)轧制、冷却、淬火、回火：对上述钢坯依次进行轧制、冷却、淬火、回火处理；其中，进行钢坯时，钢坯的厚度为12mm；所述轧制依次分为奥氏体再结晶区阶段、奥氏体未再结晶区阶段；先进行奥氏体再结晶区阶段，所述奥氏体再结晶区阶段的轧制温度设置在1145℃，在进行奥氏体未再结晶区阶段，奥氏体未再结晶区阶段的开轧温度设置在965℃、终轧温度设置在850℃；轧制后直接淬火冷却至室温，冷却速度设置为60℃/s；所述淬火的温度设置为930℃，保温时间设置为30min；所述回火处理的温度设置为230℃，保温时间设置为45min；

(5)热处理：对上述螺栓进行热处理，将螺栓的螺纹端加热至620℃，保温20min，然后以90℃/h的升温速率升温至880℃，保温35min；保温结束后，将螺栓放入淬火炉内进行第一次淬火，然后以220℃/h的升温速率升温至1155℃，保温2h，随炉冷却，冷却速度为135℃/h，冷却至635℃后，保温5.5h，重复上述步骤进行第二次淬火，将热处理后的螺栓进行渗碳处理，渗碳处理后的螺栓的头部和光杆部分进行抛光，得到螺栓成品。

对比例1

所述耐高温螺栓的生产工艺，包括以下步骤：

购买耐磨钢NM450，根根据客户要求制作螺栓的冷镦模具，将上述钢坯通过冷镦模具初步成型，得到螺栓主体，通过往复式辗牙机，将螺栓主体料杆的螺纹辗制成型,对上述螺栓进行热处理，将螺栓的螺纹端加热至620℃，保温20min，然后以90℃/h的升温速率升温至880℃，保温35min；保温结束后，将螺栓放入淬火炉内进行第一次淬火，然后以220℃/h的升温速率升温至1155℃，保温2h，随炉冷却，冷却速度为135℃/h，冷却至635℃后，保温5.5h，重复上述步骤进行第二次淬火，将热处理后的螺栓进行渗碳处理，渗碳处理后的螺栓的头部和光杆部分进行抛光，得到螺栓成品。

效果验证：

对由上述实施例1、实施例2、对比例1得到的螺栓成品制备成试验试样，对其进行性能检测。

1、硬度测试：采用FM-700数字式显微硬度计对实施例1、实施例2、对比例1的试验试样的维氏硬度进行测试，载荷选取3009f，载荷保持时间为15s，因为硬度测试压力小，压痕面积小，容易出现误差，所以每个式样测试十个点计算平均值即为试样硬度值。测试数据见表1。

2、高温磨损性能：采用UMT Tribolab型高温摩擦磨损试验机对实施例1、实施例2、对比例1的试验试样进行高温摩擦磨损试验。高温摩擦磨损实验的上摩擦副是直径为φ6.25mm的Si₃N₄陶瓷球，下摩擦副用的是实施例1、实施例2、对比例1的试验试样，试验试样被加工为长度35.6mm、宽度25.4mm、厚度9mm的矩形块。仪器测试参数为：载荷100/N，速度10mm·s-1，时间60min，温度300℃、400℃、500℃。测试数据见表1。

表1硬度、高温磨损体积的测试结果

3、力学性能测试：采用CMT-5105电子万能试验机测试实施例1、实施例2、对比例1的试验试样常温、300℃、400℃、500℃下的屈服强度，在试验中，实施例1、实施例2、对比例1的试验试样制备成板材，所有的拉伸速率均设定为2mm/min。测试数据见表1。

表2力学性能测试结果

4、耐腐蚀性能试验：对实施例1、实施例2、对比例1的螺栓成品进行盐雾测试，测试条件见表3，测试结果见表4。

表3盐雾测试测试条件

表4盐雾测试测试结果

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种耐高温螺栓，其特征在于，制作耐高温螺栓的原料包括如下重量百分比的组分：0.15-0.18%的C、0.30-0.32%的Si、1.40-1.42%的Mn、0.01％或更少且不包括0％的P、0.002％或更少且不包括0％的S、0.50-0.52%的Cr、0.30-0.32%的Mo、0.20-0.22%的V、0.012-0.015%的Ti、0.010-0.012%的B，还包括余量的Fe和其他不可避免的杂质；

所述耐高温螺栓的生产工艺，生产工艺，包括以下步骤：

（1）制备钢坯：所述钢坯包括如下重量百分比的组分：0.15-0.18%的C、0.30-0.32%的Si、1.40-1.42%的Mn、0.01％或更少且不包括0％的P、0.002％或更少且不包括0％的S、0.50-0.52%的Cr、0.30-0.32%的Mo、0.20-0.22%的V、0.012-0.015%的Ti、0.010-0.012%的B，还包括余量的Fe和其他不可避免的杂质，按照上述配方，经转炉冶炼、LHF、真空处理、连铸、铸坯缓冷、铸坯加热得到钢坯；所述转炉冶炼的出钢温度设置在1680-1700℃，并且根据铁水成分温度进行合金微调和升温脱硫处理；所述真空处理的时间为20-30min；所述连铸采用长久水保护浇铸并且Ar封，所述连铸的浇铸过程按照温度、拉速匹配操作，目标过热控制在5-10℃；所述铸坯缓冷是连铸的浇铸完成后缓慢冷却至室温；

（2）轧制、冷却、淬火、回火：对上述钢坯依次进行轧制、冷却、淬火、回火处理；其中，轧制后直接淬火冷却至室温，冷却速度设置为40-60℃/s；所述淬火的温度设置为920-930℃，保温时间设置为25-35min；所述回火处理的温度设置为220-240℃，保温时间设置为45-60min；

（3）冷镦成型：根据客户要求制作螺栓的冷镦模具，将上述钢坯通过冷镦模具初步成型，得到螺栓主体；

（4）螺纹成型：通过往复式辗牙机，将螺栓主体料杆的螺纹辗制成型；

（5）热处理：对上述螺栓进行热处理，所述热处理，具体包括如下步骤：将螺栓的螺纹端加热至580-620℃，保温20-30min，然后以80-90℃/h的升温速率升温至860-880℃，保温30-40min；保温结束后，将螺栓放入淬火炉内进行第一次淬火，然后以220-230℃/h的升温速率升温至1150-1180℃，保温1-2h，随炉冷却，冷却速度为120-150℃/h，冷却至620-640℃后，保温4-6h，重复上述步骤进行第二次淬火；将热处理后的螺栓进行渗碳处理，热处理，渗碳处理后的螺栓的头部和光杆部分进行抛光，得到螺栓成品。

2.根据权利要求1所述耐高温螺栓的生产工艺，其特征在于，所述步骤（2）中，进行钢坯时，钢坯的厚度为10-15mm；所述轧制依次分为奥氏体再结晶区阶段、奥氏体未再结晶区阶段；先进行奥氏体再结晶区阶段，所述奥氏体再结晶区阶段的轧制温度设置在1100-1160℃，在进行奥氏体未再结晶区阶段，奥氏体未再结晶区阶段的开轧温度设置在950-980℃、终轧温度设置在850-860℃。