CN117987744A - 一种高强度长寿命螺栓的退火工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及螺栓材料技术领域，提出了一种用于制备高强度长寿命螺栓的钢材，按重量百分比计，所述钢材由以下组分组成：C 0.3%～0.4%，Si 0.1%～0.2%，Mn 0.2%～0.3%，Cr 1%～1.5%，Mo 0.8%～1.2%，Ti 0.08%~0.12%，V 0.2%~0.4%，晶粒细化剂0.03%~0.05%，P≤0.01%，S≤0.006%，N≤0.005%，其余为Fe和不可避免的杂质；所述晶粒细化剂由Re、Er和B组成。通过上述技术方案，解决了现有技术中螺栓在强度提高时会降低耐延迟断裂性能的问题。
Description
技术领域
本发明涉及螺栓材料技术领域，具体的，涉及一种高强度长寿命螺栓的退火工艺。
背景技术
螺栓是由头部和带有外螺纹的螺杆两部分组成的一类紧固件，需与螺母配合使用，用于紧固连接两个带有通孔的零件。在汽车、机械制造、能源、交通、桥梁、建筑、化工及航空航天等领域应用广泛，其产品质量的可靠性对主体工作性能和结构安全性起着重要作用。随着制造业技术的发展，对螺栓材料的强度、耐腐蚀性、加工性能及疲劳性能等提出了更高要求。
目前螺栓的加工方式一般为车削成型，但强度较低，在使用时常常会出现掉头、杆部断裂等现象，对工业生产危害很大，因此对螺栓生产方法加以研究和改进，确保螺栓的强度得以提高，但是强度级别提高后会产生延迟断裂现象，形成潜在的事故源。
发明内容
本发明提出一种高强度长寿命螺栓的退火工艺，解决了相关技术中螺栓在强度提高时会降低耐延迟断裂性能的问题。
本发明的技术方案如下：
本发明提出一种用于制备高强度长寿命螺栓的钢材，按重量百分比计，所述钢材由以下组分组成：C 0.3%～0.4%，Si 0.1%～0.2%，Mn 0.2%～0.3%，Cr 1%～1.5%，Mo 0.8%～1.2%，Ti 0.08%~0.12%，V 0.2%~0.4%，晶粒细化剂0.03%~0.05%，P≤0.01%，S≤0.006%，N≤0.005%，其余为Fe和不可避免的杂质；
所述晶粒细化剂由Re、Er和B组成。
作为进一步技术方案，所述Re、Er和B的质量比为3:1~6:1。
作为进一步技术方案，所述Re、Er和B的质量比为3:4:1。
本发明还包括一种高强度长寿命螺栓的退火工艺，包括以下步骤：
S1、对钢材进行调质热处理，得到螺栓毛坯；
S2、螺栓毛坯经加工成型，退火，得到高强度长寿命螺栓。
作为进一步技术方案，所述一种用于制备高强度长寿命螺栓的钢材的制备方法，包括以下步骤：将用于制备高强度长寿命螺栓的钢材中各原料依次进行冶炼、精炼、铸造、热轧、退火，得到用于制备高强度长寿命螺栓的钢材。
作为进一步技术方案，所述S1中调质热处理为钢材依次经淬火、冷却、回火、冷却，得到螺栓毛坯。
作为进一步技术方案，所述S1中淬火的温度为850～900℃，淬火的时间为2～3min/mm。
作为进一步技术方案，所述S1中回火的温度为500～650℃，回火的时间为2～3min/mm。
作为进一步技术方案，所述S2中退火为螺栓毛坯经加工成型后，预热、升温、冷却、升温、冷却、升温、降温、冷却，得到高强度长寿命螺栓。
本发明的工作原理及有益效果为：
1、本发明中，在螺栓原料中添加晶粒细化剂，可以强化基体、细化组织，从而提高螺栓的抗拉强度和断裂应力比，并且通过合理控制晶粒细化剂中Re、Er和B的质量比，不仅可以进一步提高螺栓的抗拉强度和断裂应力比，还可以解决仅用稀土金属元素充当晶粒细化剂时，造成成本较高的问题。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
实施例1
一种用于制备高强度长寿命螺栓的钢材的制备方法，包括以下步骤：
按照C 0.3%，Si 0.1%，Mn 0.2%，Cr 1%，Mo 0.8%，Ti 0.08%，V 0.2%，Re 0.018%，Er0.006%，B 0.006%，P 0.01%，S 0.006%，N 0.005%，其余为Fe和不可避免的杂质进行配料后，依次在电炉中进行冶炼、真空精炼炉中进行精炼、连铸中进行铸造、热轧、退火，得到用于制备高强度长寿命螺栓的钢材。
一种高强度长寿命螺栓的退火工艺，包括以下步骤：
S1、将所述钢材在850℃下淬火3min/mm后，冷却，再升温至500℃回火3min/mm后，冷却，得到螺栓毛坯；
S2、螺栓毛坯经滚压螺纹成型后，转移到高温炉内，在100℃下预热40min后，以50℃/h的加热速度加热至250℃后，随炉冷却30min，再以50℃/h的加热速度加热至450℃后，随炉冷却20min，最终以40℃/h的加热速度加热至650℃，并保温2h，然后控制高温炉内的温度以10℃/h的降温速度降温至500℃，再随炉冷却至250℃后打开高温炉，冷却，得到高强度长寿命螺栓。
实施例2
一种用于制备高强度长寿命螺栓的钢材的制备方法，包括以下步骤：
按照C 0.35%，Si 0.15%，Mn 0.25%，Cr 1.25%，Mo 1%，Ti 0.1%，V 0.3%，Re0.024%，Er 0.008%，B 0.008%，P 0.005%，S 0.003%，N 0.003%，其余为Fe和不可避免的杂质进行配料后，依次在电炉中进行冶炼、真空精炼炉中进行精炼、连铸中进行铸造、热轧、退火，得到用于制备高强度长寿命螺栓的钢材。
一种高强度长寿命螺栓的退火工艺，包括以下步骤：
S1、将所述钢材在870℃下淬火2.5min/mm后，冷却，再升温至600℃回火2.5min/mm后，冷却，得到螺栓毛坯；
S2、对螺栓毛坯进行滚压螺纹成型后，转移到高温炉内，在110℃下预热35min后，以80℃/h的加热速度加热至270℃后，随炉冷却35min，再以70℃/h的加热速度加热至500℃后，随炉冷却25min后，最终以45℃/h的加热速度加热至680℃，并保温2.5h，然后控制高温炉内的温度以15℃/h的降温速度降温至530℃，再随炉冷却至280℃后打开高温炉，冷却，得到高强度长寿命螺栓。
实施例3
一种用于制备高强度长寿命螺栓的钢材的制备方法，包括以下步骤：
按照C 0.4%，Si 0.2%，Mn 0.3%，Cr 1.5%，Mo 1.2%，Ti 0.12%，V 0.4%，Re 0.03%，Er 0.01%，B 0.01%，其余为Fe和不可避免的杂质配料后，依次在电炉中进行冶炼、真空精炼炉中进行精炼、连铸中进行铸造、热轧、退火，得到一种用于制备高强度长寿命螺栓的钢材。
一种高强度长寿命螺栓的退火工艺，包括以下步骤：
S1、将所述钢材在900℃下淬火2min/mm后，冷却，再升温至650℃回火2min/mm后，冷却，得到螺栓毛坯；
S2、对螺栓毛坯进行滚压螺纹成型后，转移到高温炉内，在120℃下预热30min后，以100℃/h的加热速度加热至300℃后，随炉冷却40min，再以80℃/h的加热速度加热至550℃后，随炉冷却30min后，最终以50℃/h的加热速度加热至700℃，并保温3h，然后控制高温炉内的温度以20℃/h的降温速度降温至550℃，再随炉冷却至300℃后打开高温炉，冷却，得到高强度长寿命螺栓。
实施例4
本实施例与实施例1相比，区别仅在于添加Re 0.012%，Er 0.004%，B 0.004%。
实施例5
本实施例与实施例1相比，区别仅在于添加Re 0.036%，Er 0.012%，B 0.012%。
实施例6
本实施例与实施例2相比，区别仅在于添加Re 0.015%，Er 0.02%，B 0.005%。
实施例7
本实施例与实施例2相比，区别仅在于添加Re 0.012%，Er 0.024%，B 0.004%。
对比例1
本对比例与实施例1相比，区别仅在于不添加Re、Er和B。
对比例2
本对比例与实施例1相比，区别仅在于不添加Re。
对比例3
本对比例与实施例1相比，区别仅在于不添加Er。
对比例4
本对比例与实施例1相比，区别仅在于不添加B。
性能测试：
将实施例1~7和对比例1~4所得的高强度长寿命螺栓按照GB/T 228.1-2021《金属材料 拉伸试验 第一部分：室温实验方法》中的方法，测定其抗拉强度，按照GB/T 39039-2020《高强度钢氢致延迟断裂评价方法》中方法，测定其断裂应力比，测试结果如表1所示：
表1 实施例1~7和对比例1~4所得的高强度长寿命螺栓性能测试结果
在本发明中，与实施例1相比，对比例1不添加Re，Er和B、对比例2不添加Re、对比例3不添加Er、对比例4不添加B，结果对比例1~4中抗拉强度和断裂应力比均小于实施例1，说明在高强度长寿命螺栓中添加Re，Er和B混合体系，可以提高高强度长寿命螺栓的抗拉强度和断裂应力比。
与实施例1相比，实施例2~5改变了Re，Er和B质量和在钢材质量中的占比，结果实施例1~3中抗拉强度和断裂应力比均大于实施例4~5，说明当Re，Er和B质量和在钢材质量中的占比为0.03%~0.05%时，可以进一步提高高强度长寿命螺栓的抗拉强度和断裂应力比，并且实施例2中抗拉强度和断裂应力比大于实施例1和实施例3，说明当Re，Er和B质量和在钢材质量中的占比为0.04%时，可以更进一步提高高强度长寿命螺栓的抗拉强度和断裂应力比。
与实施例2相比，实施例6~7改变了Re，Er和B质量比，结果实施例6中抗拉强度和断裂应力比均大于实施例2和实施例7，说明当Re，Er和B质量比为3:4:1时，可以进一步提高高强度长寿命螺栓的抗拉强度和断裂应力比。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1. 一种用于制备高强度长寿命螺栓的钢材，其特征在于，按重量百分比计，所述钢材由以下组分组成：C 0.3%～0.4%，Si 0.1%～0.2%，Mn 0.2%～0.3%，Cr 1%～1.5%，Mo 0.8%～1.2%，Ti 0.08%~0.12%，V 0.2%~0.4%，晶粒细化剂0.03%~0.05%，P≤0.01%，S≤0.006%，N≤0.005%，其余为Fe和不可避免的杂质；
所述晶粒细化剂由Re、Er和B组成。
2.根据权利要求1所述的一种用于制备高强度长寿命螺栓的钢材，其特征在于，所述Re、Er和B的质量比为3:1~6:1。
3.一种高强度长寿命螺栓的退火工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对钢材进行调质热处理，得到螺栓毛坯；
S2、螺栓毛坯经加工成型，退火，得到高强度长寿命螺栓。
4.根据权利要求3所述的一种高强度长寿命螺栓的退火工艺，其特征在于，所述S2中退火为螺栓毛坯经加工成型后，预热、升温、冷却、升温、冷却、升温、降温、冷却，得到高强度长寿命螺栓。
5.根据权利要求3所述的一种高强度长寿命螺栓的退火工艺，其特征在于，所述S1中调质热处理为钢材依次经淬火、冷却、回火、冷却，得到螺栓毛坯。
6.根据权利要求5所述的一种高强度长寿命螺栓的退火工艺，其特征在于，所述S1中淬火的温度为850～900℃，淬火的时间为2～3min/mm。
7.根据权利要求5所述的一种高强度长寿命螺栓的退火工艺，其特征在于，所述S1中回火的温度为500～650℃，回火的时间为2～3min/mm。
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