[发明专利]12.9级抗延迟断裂耐候螺栓钢及制备方法

说明书

本发明公开了一种12.9级抗延迟断裂耐候螺栓钢及制备方法，该钢的成分以质量百分比计，包括C：0.35～0.45％、Si：0.10～0.40％、Mn：0.50～0.90％、P≤0.012％、S≤0.005％、Cr：0.80～1.20％、Cu：0.20～0.50％、Ni：0.80～1.20％、V+Nb+Ti：0.10～0.50％、Mo：0.10～0.50％、Alt：0.015～0.045％、余量的Fe和不可避免的杂质。通过对成分和制备工艺参数的设计，使得该钢强度达到12.9级的同时具有优异的耐大气腐蚀性能及抗延迟断裂性能。

技术领域

本发明涉及一种螺栓钢及制备方法，具体涉及一种12.9级抗延迟断裂耐候螺栓钢及制备方法。

背景技术

在钢结构桥梁和建筑的制造安装过程中，高强度螺栓由于其连接形式具有施工工艺简单、安装拆卸方便以及承受力大、不易松动等技术特点，广泛应用于桥梁和建筑中，单桥或单个建筑的用量达到了数十万至数百万套，因此，高强度螺栓的设计、原材料的生产及高强度螺栓产品的制造在世界范围内都得到了极大重视。

国内外公路桥梁最高采用8.8级螺栓，铁路桥最高采用10.9级螺栓。上世纪日本曾采用11.9和13.9级桥梁螺栓，但因延迟断裂而遭弃用。12.9级及以上螺栓，目前已应用于发动机，但未见应用于桥梁的报道。国内有一些耐候螺栓的报道，但是均在10.9级以下。随着桥梁荷载与跨径的提高以及钢结构建筑的轻量化发展，对螺栓也提出了更高设计应力和轻量化的要求，最有效的措施是螺栓的进一步高强化，应用12.9级抗延迟断裂耐候螺栓是桥梁工程和建筑工程发展的必然趋势，对桥梁和建筑行业的发展具有重要意义。

12.9级高强度螺栓在钢结构服役过程中是极为重要的受力结构，但是长年在自然环境中服役，会发生严重的腐蚀现象，包括上述的均匀腐蚀、缝隙腐蚀及电偶腐蚀，这些都会使高强度螺栓的形状尺寸发生变化，进而导致受力发生变化，给桥梁的服役带来隐患，因此，高强度螺栓亟需解决耐大气腐蚀问题。12.9级高强度螺栓在钢结构上的应用的另一个瓶颈是延迟断裂问题。高强度螺栓的延迟断裂主要是由于原材料本身中存在的氢、螺栓制造过程中进入的氢以及螺栓服役过程中侵入的氢造成的，同时由于螺栓是缺口零件，具有很高的缺口敏感性，极易在螺纹根部或者螺杆与头部的过渡处产生突发性的脆断，这会给安全带来严重的安全隐患。目前，由于并没有工业化的去氢标准及检测标准，因此，国内外对于抗延迟断裂的高强度螺栓的开发主要集中在材料研究领域，研究表明加入适量的微合金化元素V、Ti、Nb等，形成细小的碳氮化物，除细化催货前奥氏体晶粒外，还可以作为氢陷阱，抑制氢的扩散和使氢分布均匀，这一成分设计在10.9级抗延迟断裂螺栓钢中应用，但随着桥梁轻量化的要求，螺栓强度提高，其延迟断裂风险增加，需要进一步在材料方面开展系列研究，提高高强螺栓钢的抗延迟断裂性能。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种12.9级抗延迟断裂耐候螺栓钢，该钢具有较好的耐大气腐蚀性能及抗延迟断裂性能，能够应用于桥梁，替代现有10.9级桥梁用螺栓钢。

本发明的另一目的是提供一种上述12.9级抗延迟断裂耐候螺栓钢的制备方法。

技术方案：本发明所述的一种12.9级抗延迟断裂耐候螺栓钢，成分以质量百分比计，包括C：0.35～0.45％、Si：0.10～0.40％、Mn：0.50～0.90％、P≤0.012％、S≤0.005％、Cr：0.80～1.20％、Cu：0.20～0.50％、Ni：0.80～1.20％、V+Nb+Ti：0.10～0.50％、Mo：0.10～0.50％、Alt：0.015～0.045％、余量的Fe和不可避免的杂质。

具体的，该钢的耐腐蚀指数I≥6.5，其中：

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。

成分设计机理如下：