[发明专利]13.9级和14.9级耐延迟断裂高强度紧固件用盘条及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于紧固件材料领域，特别涉及抗拉强度1300～1499MPa且具有耐延迟断裂性能的高强度紧固件用盘条及其制造方法。

背景技术

冷镦钢是在室温条件下，利用金属塑性成型工艺，生产互换性较高的标准件用钢。与传统标准件的热锻或切削加工等工艺相比，改用冷镦工艺生产标准件后，操作简便，成本低，生产周期短，产品尺寸精度与表面光洁度好以及造型美观，金属利用率高，可不进行精加工或进行少量精加工，因此生产率高。此外在室温下进行加工，能量消耗低，产品内部组织致密，强度和韧性较高，可大大减轻制品的重量。因此冷镦工艺在机械制造中应用越来越广泛。

近年来，随着我国汽车、风电、机械、建筑、轻工业等各个行业的高速发展，对制造各类紧固件(如螺栓、螺母等)等零件使用的材料提出了更高的要求，如在汽车的高性能和轻量化、建筑结构的高层化以及大桥的超长化、风电行业的大规格化等方面，对作为联接部件的紧固件以及其他冷镦成型零件提出了高设计应力和轻量化的要求，在这方面尤以汽车制造业的要求最强烈，原有的汽车用紧固件等，尤其是发动机螺栓已难以满足汽车发动机高应力化的要求。对此，最有效的措施便是紧固件用冷镦钢的高强度化，如在美国，汽车使用的螺栓强度级别均在9.8级以上。目前部分汽车、建筑机械、风电等用紧固件等甚至要求抗拉强度大于1400MPa。随着紧固件等产品强度的大幅度增加，对原材料的表面质量和耐延迟断裂性能也提出了更高要求。

在高强度材料开发方面，高强度紧固件连接是继铆接、焊接之后发展起来的一种新型连接形式，它具有承接能力高、受力性好、耐疲劳、不松动、较安全及施工简便、可拆换等优点，世界各国一直在进行研究开发。

随着紧固件材料强度的提高，特别是当抗拉强度超过1200MPa时，延迟断裂就变得十分突出，这是低合金回火马氏体钢高强度化时遇到的一个最主要的问题。高强度紧固件属于缺口零件，具有很高的缺口敏感性，容易在缺口集中部位如杆与头部的过渡处或螺纹根部产生延迟断裂。因此，高强度紧固件的延迟断裂是一个十分典型的事例。例如在日本，以前对抗拉强度超过1200MPa的螺栓钢多采取消极回避的办法。在1967年JISB1186标准修订中，螺栓级别分为F8T、F10T、F11T，明确废止F13T级螺栓；在1981年，铁道桥则中止使用F11T级螺栓。80年代初期，美国通用汽车公司由于安装在轿车底部控制架上的两个12.9级螺栓发生延迟断裂，前后发生了27次交通事故，最终在640万辆轿车上更换了这两种螺栓。

2000年以来，随着紧固件需求的增长，国外特别是日本等国家对耐延迟断裂的高强度紧固件用冷镦钢钢进行了广泛的研究开发，先后开发出了一系列耐延迟断裂性能优良的高强度螺栓钢如日本住友金属公司的ADS系列、神户制钢的KNDS系列等。

北京钢铁研究总院自1997年起负责承担了国家“973”项目“新一代钢铁材料的重大基础研究”中的1500MPa级合金结构钢课题，在理论研究的基础上，成功地设计出1300～1600MPa级的新一代耐延迟断裂高强度结构钢ADF系列及其制造技术，填补了国内空白。采用ADF系列钢开发的多种高强度螺栓首先于2003年在南京依维柯汽车公司投入工业化批量生产应用，累计装车近10万辆，使用性能良好。

现有用于耐延迟断裂高强度紧固件用材料如下：

中国专利号00105872.X公开的“耐延迟断裂性能优良的高强度螺栓钢”，其具体化学成分(重量％)为：C0.25～0.50，Si0.10～0.4，Mn≤0.5，Cr0.50～1.50，Mo0.30～1.50，V0.10～0.40，RE0.001～0.05，Al0.005～0.10，N≤0.02，P≤0.015，S≤0.01，根据需求还可加入0.005～0.1的Ti、Nb中的一种或两种之和，其余为Fe及不可避免的杂质。该钢冶炼后浇铸成钢锭或连铸成坯，经开坯后轧制成棒线材等产品，它不仅抗拉强度高，而且耐延迟断裂性能优良。该高强度螺栓钢成分设计特点为高Si且含有合金元素V、Nb、RE；