[发明专利]一种高强度耐候紧固件用钢及其制造方法

说明书

一种高强度耐候紧固件用钢及其制造方法，其化学成分质量百分比为：C 0.35‑0.45％，Si 0.01‑2.0％，Mn 0.3‑2.2％，P≤0.012％，S≤0.005％，Cr 0.6‑3.2％，Mo 0.1‑0.3％，Ni 0.2‑2.0％，Cu 0.3‑0.6％，Al 0.001‑0.1％，Ti 0.01‑0.5％，B 0.0005‑0.01％，Nb 0.015‑0.060％，Re：0.010‑0.045％，其余为Fe和其它不可避免杂质，且，w_Nb·w_C≤0.0072，w_Cr/w_Cu＞2，w_Mo/w_Cu＞0.4。本发明所述紧固件用钢的耐候性指数I≥7，强度满足10.9级的要求；可以免涂装应用于桥梁结构、输电塔、建筑钢结构等领域。

技术领域

本发明属于紧固件用钢技术领域，特别涉及一种高强度耐候紧固件用钢及其制造方法，所述钢种加工成的紧固件可以免涂装应用于桥梁结构、输电塔、建筑钢结构等领域。

背景技术

耐候钢是指通过添加少量合金元素，使其在大气中具有良好耐腐蚀性能的低合金高强度钢。当钢中加入磷、铜、铬、镍等微量元素后，在锈层和基体之间形成约50μm～100μm厚的非晶态尖晶石型氧化物层，氧化层致密且与基体金属黏附性好，阻止了大气中氧和水向钢铁基体渗入，减缓了锈蚀向钢铁材料纵深发展，提高了钢铁材料的耐大气腐蚀能力。耐候钢的耐大气腐蚀性能为普通碳素钢的2～8倍，并且使用时间愈长，耐蚀作用愈突出。耐候钢除具有良好的耐候性外，还具有优良的力学、焊接等使用性能。

在国外，耐候钢首先桥梁中得到应用。美国于1933年开始生产耐候钢，1964年首次将耐候钢应用到新泽西高速公路的桥梁上，并在1977年建成世界上最大跨度的上承式耐候钢拱桥——New River Gorge Bridge，1983年建成耐候钢斜拉桥——Mississippi RiverBridge。日本是在1967年开始将耐候钢应用到桥梁上的，1969年制订了结构用耐候性热处理压延钢材的标准(JISG 3114)。耐候钢比普通钢的制造价格高约5％，但是普通钢的涂漆防护费用却是两者间制造差价的3倍。考虑到使用期间的重新油漆费用比初期油漆费用要高，因此，一般认为从整个使用期间的费用来衡量，耐候钢桥的费用远远低于普通钢桥的费用。日本建设省土木研究所推算的耐候钢桥与普通钢桥的费用指数，得出使用60年后的普通钢桥的费用为耐候钢桥的约1.5倍，100年后为2倍以上，从整个使用期间的费用来看耐候钢桥显示较好的经济效果。国内的耐候钢的起步较晚，1989年底，武钢研制的NH35q曾裸露和涂漆使用于京广铁路巡司河桥梁上，此钢种是目前国内开发的第一个耐大气腐蚀桥梁专用钢。我国在耐候钢方面已经形成相关的标准体系——《高耐候结构钢》(GB/T4171-2008)适用于耐大气腐蚀的热轧、冷轧钢板、钢带和型钢。

紧固件的锈蚀是常见的现象，造成了很大的资源浪费，并且紧固件作为重要的连接件，其锈蚀现象会对结构的安全性带来严重的危害。为了延缓、控制紧固件的腐蚀，防止紧固件材料的退化、恶化，确保紧固件的可靠性、安全性和使用寿命，通常对紧固件进行表面防腐处理，以提高紧固件的耐腐蚀性能。表面防腐处理是指在金属表面施加保护层，将金属与腐蚀性的环境隔开，以防止或抑制腐蚀过程的产生。目前建筑、桥梁、输电塔等钢结构上，起到连接作用的主要是高强紧固件，这些紧固件一般采用涂层法，如热镀、电镀、机械镀等方法来达到防腐的目的。但是高强度紧固件预紧扭矩较大，螺纹间的摩擦力较大，镀层本身无法抵抗较大的摩擦力，在紧固件预紧过程中涂层多被破坏。从而导致镀层变薄，严重时甚至使紧固件的基体材料裸露在服役环境中，降低了紧固件的耐腐蚀性能。采用表面涂镀的方法，每3～5年防腐涂层需要维护，每10～15年重新一次防腐涂装，涂装维护不仅提高了成本，而且涂装过程会造成健康危害和环境污染。而且有些涂镀工艺会向紧固件内部引入H源，对于高强度的紧固件来说，会增加零件的氢脆敏感性，进而诱发延迟断裂等一系列安全隐患。因此开发免涂装的高强度耐候紧固件用钢迫在眉睫。