[发明专利]一种超高强度合金钢和一种20.8级螺纹紧固件及其制备方法

说明书

本发明提供了一种超高强度合金钢和一种20.8级螺纹紧固件及其制备方法，属于高强合金紧固件制造领域。本发明提供的超高强度合金钢，按质量百分比计包括以下组分：C：0.30～0.55％，Si：0.15～0.40％，Mn：0.10～0.95％，P＜0.020％，S＜0.0010％，Cr：3.25～4.80％，Mo：2.50～4.50％，V：0.35～0.85％和余量的Fe。实施例的结果显示，螺纹紧固件抗拉强度为2000～2170MPa，屈服强度为1600～1736MPa，塑性≥8％，剪切力≥110KN，疲劳寿命为130000次(载荷比＝0.1)，应力持久性能在0.75倍抗拉强度下保持96h。

技术领域

本发明涉及高强合金紧固件制造领域，尤其涉及一种超高强度合金钢和一种20.8级螺纹紧固件及其制备方法。

背景技术

高端紧固件主要应用在航空、航天、航海、轨道交通装备、国防等高端领域，但我国紧固件行业总体处于中低端水平，目前我国研制的紧固件最高强度级别是16.9级，国际上紧固件最高强度级别是17.8级，紧固件产品的技术水平、竞争能力都与发达国家有较大差距，许多高端紧固件依赖进口，进口的国家主要是日本、欧美等发达国家，长期进口高端紧固件，一是会给企业造成非常高的成本压力，二是容易成为大国重器关键部位的“卡脖子”产品。因此，我国需加快推进国产紧固件产品高端化升级，调整产业结构。再者，在如今“双碳”背景下，低碳化已经成为各行各业发展的重要议题。在汽车制造业，可以通过汽车轻量化来提高燃油效率和降低油耗，从而减少汽车尾气排放，达到低碳化目的。有数据表明，整车重量每减少100kg，百公里油耗可降低0.3～0.6升，二氧化碳排放量可减少5g/km。而且汽车行业是紧固件需求量比较大的行业，一辆轿车上平均每车用紧固件约580种，50kg，5000件，占一辆汽车零件总数的40％。

超高强度紧固件可以在相同夹紧力下，通过减少自身尺寸来降低重量和增加安装空间，因此可以对被连接部件进行功能和体积优化，从而达到整体减重和性能优化的目的，可见超高强度紧固件有很大的使用价值。专利CN01129512.0公开了一种强度1400～1600MPa的高强度螺栓，该螺栓的化学成分为，0.35≤C≤0.50，0.01≤Si≤0.09，Mn≤0.30，P＜0.010，S＜0.008，0.50≤Cr≤1.50，0.70≤Mo≤1.50，0.20≤V≤0.50，0.01≤Nb≤0.08，0.002≤RE≤0.04，0.005≤Al≤0.05，0.006≤N≤0.015，Ti和Zr中的任意一种或两种之和为0.01～0.15，其余为Fe，以质量百分数wt.％计，该螺栓的最大抗拉强度仅为1580MPa，只能达到15.9级螺栓的性能要求。专利200810049411公开了一种16.9级螺栓的制备方法，该螺栓的化学成分为，0.15≤C≤0.19，Si≤0.10，Mn≤0.10，P＜0.008，S＜0.005，1.80≤Cr≤2.00，0.10≤Mo≤0.90，9.50≤Ni≤10.50，13.50≤Co≤14.50，Ti≤0.015，O≤0.002，N≤0.0015，其余为Fe，以质量百分数wt.％计，该螺栓中Ni和Co的等贵重金属，且含量较高，导致生产成本增加。随着汽车、高铁、航空、航天、国防等行业的不断发展，对各类紧固件的需求不断增加，现有的紧固件的性能已经不能够满足需求。

因此，提供一种贵重金属含量少的超高强度合金钢，使其能够制备得到抗拉强度高的螺纹紧固件，成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高强度合金钢和一种20.8级螺纹紧固件及其制备方法。本发明提供的超高强度合金钢不含Ni和Co等贵重金属，且具有优异的力学性能，能够制备得到超高强度(20.8级)MJ螺纹紧固件。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种超高强度合金钢，按质量百分比计，包括以下组分：C：0.30～0.55％，Si：0.15～0.40％，Mn：0.10～0.95％，P＜0.020％，S＜0.0010％，Cr：3.25～4.80％，Mo：2.50～4.50％，V：0.35～0.85％和余量的Fe。