[发明专利]一种抗延迟断裂1040MPa级耐候螺栓

说明书

一种抗延迟断裂的1040MPa级耐候螺栓，其化学成分的质量百分数为：C：0.21～0.32，Si：0.10～0.50，Mn：0.60～1.00，P：0.008～0.020，S：≤0.005，Cr：0.82～1.20，Ni：0.25～0.50，Cu：0.25～0.50，Mo：0.05～0.20，Nb：0.015～0.060，V：0.015～0.090，Ti：0.008～0.035，B：0.0008～0.0035，Al：0.015～0.040，Ca：0.003～0.007，Zr：0.015～0.045，Re：0.010～0.045，余量为Fe和不可避免的杂质；上述螺栓的制备方法主要是采用常规的高纯净质化冶炼‑连铸‑轧制技术，将金属原料制备成抗延迟断裂耐候螺栓用钢材料；按常规方法进行原材料酸洗、拔钢、下料、端面倒角、平头、头部成型、头部倒角、抛丸、半品表面处理、缩径、滚丝、热处理、成品表面处理。本发明既抗延迟断裂，又耐大气腐蚀，成本相对低廉。

技术领域

本发明属于紧固件技术领域，特别涉及一种1040MPa级(10.9级)耐候螺栓。

背景技术

目前，应用于钢结构桥梁、电塔等基建设施上的高强螺栓以10.9级为主，由于长期受到所处环境中的水、氧、盐分及酸液所形成的H⁺、O^2-、Cl^-等离子渗透，普通的10.9级高强螺栓会发生严重的腐蚀，目前主要的措施是在螺栓出厂前进行表面处理，但是这并不能保证螺栓的长期耐蚀要求，短则数月、长则数年螺栓就会产生锈蚀，仍然需要反复涂装或者更换螺栓。同时，由于10.9级高强螺栓最低拉伸强度达到1040MPa以上，延迟断裂问题变得十分突出。一般来说，强度越高，螺栓的延迟断裂敏感性越高，特别是拉伸强度达到1000MPa以上时，螺栓的延迟断裂敏感性急剧上升。

针对耐大气腐蚀和延迟断裂问题，国内外开发了一系列具有耐候性能或者抗延迟断裂性能的高强螺栓。最新颁布的美国关于钢结构螺栓标准ASTM F3125/F3125M-2015a《经热处理的最低拉伸强度为120ksi(830MPa)和150ksi(1040MPa)且具有英制和米制尺寸的钢和合金钢制高强度结构螺栓标准规格》已经将耐候螺栓(即Type3螺栓)纳入标准体系，特别是耐候螺栓的成分体系。这四种耐候螺栓成分虽然添加了耐候核心元素Cr、Ni、Cu，一定程度上保证了螺栓的耐大气腐蚀性能，不过由于C含量偏高以及微合金化元素不足，无法解决螺栓的延迟断裂问题。日本虽然没有关于钢结构耐候螺栓的明确标准，但是各大钢企均开发了钢结构用耐候螺栓。日本的耐候螺栓产品的C含量控制较为严格，在保证螺栓强度的同时避免了高的含C量可能带来的耐候性与抗延迟断裂性能下降的隐患，不过由于成分中未有Mo、Nb、V、Ti或含量不足，仅靠控制C含量并不能使螺栓产品具有抗延迟断裂性能。截至目前，国内外尚未有明确的标准规定或者纳入抗延迟断裂性能，但是针对高强钢或者高强螺栓的延迟断裂已有发明专利，不过由于未考虑螺栓的耐候性能，这些发明均难以耐大气腐蚀，因此在钢结构设施服役的恶劣环境中难以应用于结构连接。

国内目前应用的免涂装耐候钢耐大气腐蚀指数均为I≥6.5(依据原材料化学成分计算的耐大气腐蚀指数I＝26.01(％Cu)+3.88(％Ni)+1.20(％Cr)+1.49(％Si)+17.28(％P)-7.29(％Cu)(％Ni)-9.10(％Ni)(％P)-33.39(％Cu)²，I值越大，耐大气腐蚀性能即耐候性能越高)，目前已有螺栓若用于耐候桥梁和电塔等设施，与桥梁用耐候钢、铁道车辆用耐候钢以及电塔用耐候钢相比，由于其耐大气腐蚀腐蚀指数I难以达到6.5的最低要求，必然成为钢结构的腐蚀薄弱区，此外螺栓处于连接节点处，会对钢结构的安全性能产生更大的隐患。现有10.9级螺栓针对抗延迟断裂性能所添加的Mo、Nb、V、Ti微合金元素含量失衡，并且存在微合金元素添加不全面的问题，势必导致螺栓的抗延迟断裂性能下降。所以，现有10.9级高强螺栓在成分方面并不能兼顾抗延迟断裂、耐候性能以及经济性，难以在保证高强螺栓服役性能的同时易于相关产品的生产制造和推广应用，满足不了目前具有广阔发展前景的耐候钢结构对于同时拥有良好抗延迟断裂性能和耐候性能的高强螺栓的需求。

发明内容