[发明专利]含钒10.9级轨道交通移动装备用紧固件用钢及其热处理工艺

说明书

技术领域

本发明属于合金钢领域，尤其10.9级轨道交通移动装备用紧固件用钢及其热处理工 艺。

背景技术

紧固件在市场上也称为标准件，是将两个或两个以上的零件(或构件)紧固连接成为 一件整体时所采用的一类机械零件的总称。它的特点是品种规格繁多，性能用途各异，而 且标准化、系列化、通用化的程度极高。紧固件是应用最广泛的机械基础件，需求量很大。 高强度螺栓等高强度紧固件的强度水平一般分为8.8、9.8、10.9和12.9四个级别，通常为 调质处理的中碳钢或中碳合金钢。

随着轨道交通的高速、重载化，关键零部件受冲击和震动显著增大，疲劳破坏成为其 失效的主要形式，对钢材的低温冲击韧性、疲劳性能要求显著提高，急需耐低温冲击、抗 疲劳性能优异的紧固件用钢。为确保紧固件的耐低温冲击、抗疲劳性能，目前，我国高速、 重载轨道交通移动装备用10.9级、12.9级紧固件用钢多采用4340、40CrNiMo和 18Cr2Ni4WE等高合金结构钢，生产难度大，Ni、Mo等贵合金消耗大，生产成本高，且大 多进口。

发明内容

为克服现有技术存在的问题，本发明提供含钒10.9级轨道交通移动装备用紧固件用 钢及其热处理工艺，在满足轨道交通移动装备用高强高韧紧固件耐低温冲击、抗疲劳性能 的同时，能够合理、均衡地利用资源，采用较少的合金元素加入量，降低生产成本和生产 难度。

为解决上述技术问题，本发明提供一种含钒10.9级轨道交通移动装备用紧固件用钢， 主要包含以下质量百分含量(％)的化学元素：C0.33～0.38％，Si0.05～0.10％，Mn0.70～ 0.90％，Cr0.70～0.90％，Ni0.30～0.60％，Mo0.20～0.30％，Als0.015～0.045％，V0.06～ 0.10％，[N]0.006～0.010％，P≤0.010％，S≤0.005％，T[O]≤0.0015％；采用所述紧固件 用钢制备的紧固件热处理后钢的组织为回火索氏体基体上弥散分布少量细小先共析铁素 体，其中，先共析铁素体量≤5％，尺寸≤5μm。为改善钢的韧性和抗疲劳性能，还可添加 0.001～0.005％的Ca。

本发明还提供一种含钒10.9级轨道交通移动装备用的紧固件用钢的轧制工艺：如权 利要求1所述化学成分的钢坯加热温度按1050-1250℃范围控制，在1000℃以上完成粗、 中轧机轧制，精轧机采用低温控制轧制，控冷采用缓冷工艺。

本发明还提供一种含钒10.9级轨道交通移动装备用紧固件的热处理工艺，其特征在 于，化学成分如权利要求1所述含钒10.9级轨道交通移动装备用紧固件的热处理工艺为： 890～920℃淬火+690～750℃淬火+530～630℃回火。

本发明提供的一种含钒10.9级轨道交通移动装备用紧固件，主要包含以下质量百分 含量(％)的化学元素：C0.33～0.38％，Si0.05～0.10％，Mn0.70～0.90％，Cr0.70～ 0.90％，Ni0.30～0.60％，Mo0.20～0.30％，Als0.015～0.045％，V0.06～0.10％，[N]0.006～ 0.010％，P≤0.010％，S≤0.005％，T[O]≤0.0015％；所述紧固件热处理后钢材的奥氏体晶 粒度大于10.0级；所述紧固件热处理后钢的组织为回火索氏体基体上弥散分布少量细小 先共析铁素体，其中，先共析铁素体量≤5％，尺寸≤5μm；所述紧固件热处理后纵向力学 性能为：R_m1050MPa～1200MPa，R_p0.2≥950MPa，A≥10％，Z≥50％，-40℃纵向冲击吸收功 KU₂≥80J，在550MPa循环应力条件下疲劳寿命≥1000万次。

本发明化学成分设计思想如下：

(1)在40CrNiMo钢基础上，适当降低紧固件用钢中的C元素含量，改善钢的韧性 和塑性；(2)适当添加镍元素并加入微量的钒、氮元素，以改善钢的淬透性并细化晶粒， 提高钢的韧性特别是低温韧性，并改善钢的强度和韧性配合，提高钢的抗疲劳性能；(3) 加入适量的Ca元素，对钢中的夹杂物进行变性处理，同时严格控制钢中杂质元素T[O]、P、 S等的含量，以进一步提高钢的抗疲劳性能。本发明的关键之处在于将成分优化调整与冶 金质量控制有机地结合起来，在获得高强度的同时，获得优异的耐低温冲击、抗疲劳破坏 性能和较低的成本。