[发明专利]一种螺栓用钢及其应用

说明书

本发明公开了一种螺栓用钢，以质量百分比计，包括铁及以下组分：碳0.25‑0.33％、硅0.1‑0.6％、锰1.3‑1.7％、磷≤0.035％、硫≤0.035％、钛0.04‑0.10％、硼0.0008‑0.0035％、铝0.02‑0.2％、铜≤0.5％、镍≤0.5％。本发明还相应提供一种上述螺栓用钢的应用。本发明通过对螺栓的组成成分及各成分的用量进行调整，最终得到的螺栓具有强度高、冷镦性能优异、抗延迟断裂性优异等高综合性能。

技术领域

本发明属于高强度紧固件技术领域，尤其涉及一种螺栓用钢及其应用。

背景技术

紧固件是一种应用广泛的机械零件，在车辆、船舶、铁路、桥梁和建筑等领域都有广泛的应用。紧固件是机械工业基础件，需求量极大，紧固件包括各种螺栓、铆接头、螺母、铆钉等。依相关标准，螺栓性能等级分3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10余个等级，其中8.8级及以上螺栓由低碳合金钢或中碳钢并经热处理后得到，通称为高强度螺栓，其余通称为普通螺栓。

由于螺栓用于各种结构材料的连接，需要承受很大的压力、剪切力，因此，螺栓需要保证其高强度、冷镦性能优异等高综合性能。现有的螺栓用材料，在强度、冷镦性能等方面难以平衡，影响使用安全。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种综合性能优异的螺栓用钢及其应用，该螺栓用钢强度高、冷镦性能优异，并且抗延迟断裂性也很优异。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种螺栓用钢，以质量百分比计，包括铁及以下组分(组分中还含有不可避免的杂质)：碳0.25-0.33％、硅0.1-0.6％、锰1.3-1.7％、磷≤0.035％、硫≤0.035％、钛0.04-0.10％、硼0.0008-0.0035％、铝0.02-0.2％、铜≤0.5％、镍≤0.5％。

上述螺栓用钢中，优选的，所述组分中还含有以下元素中的至少一种：铬0.02-1％、钼0.002-0.25％、钒0.1-0.3％、铌0.015-0.06％。

本发明中，主要组成成分在钢中的作用如下：碳用于形成固溶体组织，提高钢的强度，形成碳化物组织，可以提高钢的硬度及耐磨性，其含量越低，钢的塑性越好，利于冷镦加工，其含量越高，钢的塑性降低，硬度提高。锰能消除或减弱由于硫引起的钢的热脆性，从而改善钢的热加工性能，锰能与铁形成固溶性，提高钢中的铁素体和奥氏体的硬度与强度；锰同时又是碳化物形成的元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子，锰在钢中由于降低临界转变温度，起到细化珠光体的作用，也间接的起到提高珠光体钢强度的作用。硅能提高钢的硬度，但含量过高会降低钢的塑性与韧性，由于冷镦的需要，硅含量不宜过高。钛是强铁氧体形成元素之一，强烈的提高钢的A1和A3温度，钛还有细化晶粒，提高钢强度的作用。硼在钢中的主要作用是增加钢的淬透性，节约部分贵重金属的添加，但过多的硼会导致金属脆性。铝主要用于脱氧和细化晶粒，改善冷镦钢塑性。铬能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可以提高钢的硬度和耐磨性。铜、镍能提高钢的强度。钼能细化晶粒，能提高淬透性和热强度性，防止回火脆性，提高抗延迟断裂性、提高强度，但钼过量会使钢的塑性变差，不利于冷镦，同时还会增加成本。钒可以提高钢的强度，提高抗延迟断裂性，但钒过量会使钢的塑性变差，不利于冷镦。铌可细化晶粒，提高钢的强度与淬透性，但铌过量，钢的冷镦性和抗延迟断裂性会变差。本发明中，各元素之间相互影响较明显，通过各元素及其用量的优化，可以得到综合性能最佳的螺栓用钢，其强度、冷镦性、抗延迟断裂性均很优异。

上述螺栓用钢中，优选的，所述组分中同时含有铬0.02-1％、钼0.002-0.25％、钒0.1-0.3％、铌0.015-0.06％。实验研究表明，同时添加铬、钼、钒与铌，并通过控制其之间的配比，最终可以得到综合性能优异的螺栓用钢。