[发明专利]一种钢结构螺栓用钢

说明书

一种钢结构螺栓用钢，钢材料按质量百分比含有C：0.1~0.3、Si：0.10~0.35、Mn：≤1.5、S≤0.01、P≤0.015、Cr：0.5~1.4、Mo：0.6~1.2、其余为Fe、不可避免的杂质，钢材料最终热处理时回火温度≥600℃。本发明根据实际钢结构应用环境和现有应用延迟断裂断口分析断口形貌出发，通过优化合金成分，改善晶界碳化物析出数量和析出形态，提高材料的抗延迟断裂性能。发明的钢结构螺栓用钢经热处理后抗拉强度可达1040MPa以上，上限可达1240MPa。紧固件性能等级满足GB/T1231‑2006标准10.9S级，具有优异的抗延迟断裂性能。

技术领域

本发明属于紧固件材料领域，具体说的是一种具有良好抗延迟断裂性能和成型性能的高强度钢结构螺栓用钢，适用于钢结构用大六角头螺栓及法兰面螺栓的制造和应用。

背景技术

钢结构大六角头螺栓尺寸规格大，六角对边尺寸大，镦锻成型头部变形量大，对螺栓材料塑性要求高。如铁路钢结构桥梁大六角头螺栓常用尺寸为M22～M30。如GB/T1231-2006标准中10.9S级螺栓材料为：20MnTiB、ML20MnTiB、35VB等。中低碳B钢由于合金元素含量低，塑性成型性能好，成本低廉在紧固件领域获得广泛应用。但随着经济的高速发展，交通运输、海洋工程等产业的快速发展对大型钢结构提出了更高的要求，桥梁跨度、应用安全性要求不断提高。对钢结构连接用高强度紧固件的强度、抗延迟断裂性能也提出了更高的要求。

交通运输、海洋工程等行业钢结构等设施上的高强度螺栓，由于长期处于野外暴露环境，尤其是钢结构桥梁和海洋工程，通常位于江、河、湖、海等水面上，湿度高、环境恶劣，现有高强度紧固件表面容易产生电化学腐蚀吸氢而导致延迟开裂，影响结构应用安全。

研究表明，随着材料强度的增加，延迟断裂敏感性显著增加，对于高强度紧固件。其抗拉强度通常在1000MPa以上，且在使用过程中承受极高的预紧应力，在野外环境暴露使用时，发生延迟断裂的可能性比较高。因此，对于高强度紧固件，需要具有良好的抗延迟断裂性能。现有我国钢结构用高强度紧固件为避免应用过程大量发生延迟断裂，强度等级上限限制为10.9级，抗拉强度范围为1040-1240MPa。但实际应用中螺栓延迟断裂仍时有发生。

现有改善高强度材料抗氢致延迟断裂性能的技术众多，主要可分为：1）减少外部活性氢的形成和吸附，如改善环境条件，采用缓蚀剂调整环境介质PH值和表面吸附状态；采用耐蚀材料避免腐蚀氢的产生。2）采用阻氢隔离层避免环境氢的进入，如采用高分子材料包覆，表面涂镀渗金属隔离层或陶瓷隔离层实现氢的屏蔽。3）减小内氢含量并避免内氢的聚集，如采用V、Ti、Nb等合金元素碳化物析出形成氢陷阱，固定内氢避免氢的聚集；通过结构设计减小材料应力集中，避免氢在应力诱导下的扩散、聚集；通过降低材料氢扩散系数，减缓材料的氢聚集速度。

如：专利CN 108070796 A通过添加Cr、Ni、Cu合金元素，提高了材料耐蚀性能，进而提高材料的延迟断裂性能；CN 109161794 A中通过添加Cr、Ni、Cu和Nb: 0.02～0.06和V:0.25～0.45元素提高材料的耐候性能、细化晶粒和形成氢陷阱提高材料的抗延迟断裂性能；CN 108220809 A通过添加Cr:0.80-1.60，Ni:3.50-5.50，Mo:0.80-1.20，V:0.10-0.25通过采用形成氢陷阱和残余奥氏体等措施提高材料的抗延迟断裂性能；CN 107429352 A通过添加Si:1.0-3.0,增加Si添加量而使ε碳化物等过渡碳化物稳定化等手段提高材料的抗延迟断裂性能。以上专利的核心基本为提高耐候性，降低腐蚀速率，增加氢陷阱等手段提高抗延迟断裂性能。