[发明专利]一种高强度紧固件用贝氏体结构钢

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种高强度紧固件用贝氏体结构钢。

背景技术

紧固件为三大基础机械零部件之一。冷镦钢线材是制作螺栓、螺母、螺钉、铆钉等紧固件的主要原料。生产高强度紧固件可采用40Cr、35CrMo等合金结构钢作为材料，深加工后进行调质热处理。其生产工序：原材料检验→球化退火→酸洗→磷化处理→一次拔制→退火→酸洗→磷化处理→二次拔制→冷镦→搓丝→淬火、回火(调质处理)→电镀→产品性能检验。这种调质型紧固件生产方式，一方面制作材料需要添加合金元素增加了生产成本，另一方面由于需进行后续热处理，增加了能耗和降低了生产率。

随着“节能降耗”要求的提高和社会环境保护的加强，为了减少高强度紧固件生产中加工工序环节，开始采用非调质钢加工生产高强度紧固件，其生产工序：原材料检验→酸洗→磷化处理→线材拔制→冷镦→搓丝→时效处理→电镀→产品性能检验。这种非调质型紧固件生产方式，采取直接拔制和冷镦，取消了两次拔制的酸洗和磷化处理以及淬火、回火(调质处理)，大大简化了紧固件生产工序，提高了生产率，降低了能耗和成本，减少了污染排放。

中国专利CN1858284公开了一种超细晶非调钢盘条及其生产方法，其主要成分为：C：0.10～0.25％，Si：≤0.08％，Mn：0.80～1.70％，P：≤0.035％，S：≤0.035％，V、Nb、Ti、Al微量，但该专利涉及一种10.9级以下级别高强度紧固件用非调质冷镦钢线材生产方法。

中国专利CN101220439B公开了一种高强度紧固件用非调质双相冷镦钢及其制造方法，其主要成分为：C：0.06～0.15％，Si：0.60～0.90％，Mn：1.40～2.0％，P：≤0.025％，S：≤0.025％，Al：≤0.04％，N：≤0.0060％，V：0.03～0.10，Nb：0.04～0.08％，但该专利涉及一种8.8级和9.8级双相型高强度紧固件用非调质冷镦钢线材生产方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种高强度紧固件用贝氏体结构钢，通过调整钢的化学成分，该贝氏体结构钢组织结构呈粒状贝氏体，获得良好的综合力学性能，可达10.9级。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种高强度紧固件用贝氏体结构钢，该贝氏体结构钢的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C：0.04％～0.08％、Mn：1.20％～1.80％、Si：0.60％～0.80％、S：≤0.010％、P：≤0.010％、Nb：0.06％～0.08％、V：0.15％～0.25％、Ti：0.04％～0.06％、N：0.005％～0.010％、B：0.005％～0.007％、Al s：≤0.035％，余量为Fe及不可避免的杂质。

优选，该贝氏体结构钢的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C：0.05％～0.07％、Mn：1.40％～1.60％、Si：0.65％～0.75％、S：≤0.010％、P：≤0.010％、Nb：0.065％～0.075％、V：0.18％～0.22％、Ti：0.045％～0.055％、N：0.007％～0.009％、B：0.0055％～0.0065％、Al s：≤0.035％，余量为Fe及不可避免的杂质。

最优选，该贝氏体结构钢的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C：0.06％、Mn：1.50％、Si：0.70％、S：≤0.010％、P：≤0.010％、Nb：0.070％、V：0.20％、Ti：0.050％、N：0.008％、B：0.0060％、Als：≤0.035％，余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明合金设计的理由如下：

C：C是钢中固溶强化作用最明显的元素，随含碳量的增加，钢的短时强度上升，塑性、韧性下降，对于贝氏体型冷镦钢采取低含碳量，但含碳太低，钢的强度将降低。

Si：Si是铁素体固溶强化元素，能显著提高钢的变形抗力，但Si含量过高，不利于冷加工塑性变形。

Mn：Mn是形成贝氏体组织最为有效的低成本合金元素，可强烈提高淬透性，推迟珠光体转变和铁素体转变，并起固溶强化和细化晶粒的作用，提高钢的强度和加工硬化性能。Mn与B相结合，可显著延长高温转变孕育期。本发明关键之一就是采取较高的Mn含量与微量的B相结合，使钢的最终组织为粒状贝氏体，具有良好的综合力学性能。但Mn含量过高时，会使钢的晶粒粗化趋势增大，也影响钢的冷加工塑性。