[发明专利]一种高强度耐腐蚀紧固件用钢

说明书

技术领域：

本发明涉及钢铁行业中的合金钢，具体涉及高强度、耐腐蚀紧固件用钢。

技术背景：

冷镦钢又称铆螺钢或冷顶锻用钢，主要用于制造螺栓、螺钉和螺母等紧固件，应用范围较广。按照冷镦用钢的特性，采用冷镦的方法生产标准件，其变形速度快、变形程度大、变形不均匀，且标准件成形后，需进行热处理和表面处理才能使用；因其服役期间要承受各种应力，所以要求冷镦钢材必须具备较好的表面质量和内在质量。

目前国内紧固件用钢平均年需求量约为200万吨左右，在近十年内，随着钢结构建设工程的不断兴起，地铁、隧道、气体、石油开采等地下运输工程的增多，紧固件用钢量将会大幅度攀升。常用的螺栓钢为含碳量0.3～0.45％的中碳钢，该钢不适合于腐蚀环境中的高应力和高松驰条件下工作。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种高强度耐腐蚀紧固件用钢，用该钢制作成的紧固件，能适应地铁、隧道、石油开采等腐蚀环境中的高应力和高松驰条件下工作要求。

本发明通过以下技术方案实现：

一种高强度耐腐蚀紧固件用钢，化学成分(wt％)为：C0.14-0.17％，Si0.17-0.24％，Mn0.50-0.70％，Cr0.85-0.95％，Ni0.25-0.35％，Cu0.20-0.25％，Al0.010-0.020％，P、S≤0.020％，余为Fe。

所述Cr、Ni、Cu三者重量合计相当于紧固件用钢化学成分(wt％)为：1.25-1.5％。

本发明生产的高强度耐腐蚀紧固件用钢，是在原螺栓钢的基础上，通过增加Cr和Cu元素含量，来提高钢的抗氧化性和抗腐蚀能力，同时Cu元素还可改善钢的韧性和屈服强度。但由于Cr和Cu元素含量的增加，碳含量的相对降低会导致钢的强度降低，因此在钢的化学成份设计时，采取相应增加Ni和Mn元素的含量，以提高钢的强度指标。

含Cu钢种，如果加热控制不当，极易在轧制过程中使钢材表面形成“铜脆”裂纹缺陷。形成“铜脆”裂纹的机理为：坯料在炉内加热时，氧化性气体与钢料发生氧化反应，使表层的铁含量降低，铜含量因而相对增加，如果超过在铁中的溶解度，就会沿着晶界扩散，形成网络状富铜相。如果坯料的加热温度高于铜的熔点(1083℃)，富铜相处于熔融状态，达到一定程度时，轧制就会导致表面开裂，形成“铜脆”裂纹缺陷。克服“铜脆”裂纹缺陷，一是在含铜钢中加入Ni，使晶间产生熔点较高的CuNi化合物，防止产生“铜脆”缺陷；二是连铸坯在轧制前的加热温度，以及轧制温度应保证在铜的熔点1083℃以下进行。

本发明与现有技术相比，具有以下明显优点：

一、本发明的紧固件用钢，屈服强度达到320-370Mpa，抗拉强度为490-520Mpa，延伸率达30％。

二、本发明具有良好的冷拔、冷镦和热顶锻等加工工艺性能。用本发明加工专用螺栓、紧固件等零件时，进行热顶锻和滚丝冷挤压加工，甚至可以在冷拔后直接进行冷顶锻成型处理，可减少加工工序和钢材消耗，降低生产成本。

三、本发明具有较高的表面质量，其表面没有折叠、裂纹等缺陷。

四、用本发明钢种制成的紧固件具有较好的防腐性能，能满足腐蚀环境中的高应力和高松驰条件下工作要求。

具体实施方式：

本发明的高强度耐腐蚀紧固件用钢的生产，是在常规的电炉、转炉或其它非真空熔炼炉中进行熔炼，出钢前测定初炼炉中钢水C、Si、Mn、Ni、Cu等化学成分，出钢时向钢包中加入一定的脱氧剂、渣料和MnSi、FeCr、Ni板、铜块等进行初步脱氧、成渣和成分调整，然后将盛有钢水的钢包进入精炼工位进行精炼，强化脱氧、造渣、搅拌、升温、成分微调等操作。吊包前取样成分按目标成分控制，达到设计要求后，最后喂线进行夹杂物变性处理，将钢水包吊离精炼工位入软吹站软吹一定时间后转连铸车间浇注成铸坯，铸坯在轧制前的加热温度，以及轧制温度，应控制在铜的熔点1083℃以下进行。

实施例：

根据本发明所述的高强度耐腐蚀紧固件用钢的化学成分范围，在转炉上熔炼了三炉钢，经过精炼装置精炼后，得到三炉高强度耐腐蚀紧固件用钢。

以下是三炉高强度耐腐蚀紧固件用钢的化学成分wt％：

1、C0.14％，Si0.18％，Mn0.56％，Cr0.85％，Ni0.28％，Cu0.24％，Al0.010％，P0.008％，S0.009％，余为Fe。

2、C0.16％，Si0.17％，Mn0.55％，Cr0.87％，Ni0.30％，Cu0.22％，Al0.015％，P0.010％，S0.006％，余为Fe。

3、C0.17％，Si0.18％，Mn0.57％，Cr0.89％，Ni0.31％，Cu0.23％，Al0.018％，P0.007％，S0.007％，余为Fe。