13.9級和14.9級耐延遲斷裂高強度緊固件用盤條及其制造方法技術

13.9級和14.9級耐延遲斷裂高強度緊固件用盤條及其制造方法，其化學成分重量百分比為：C0.38～0.45％，Si0.05～0.20％，Mn0.30～0.60％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr0.85～1.35％，Mo0.45～0.65％，V0.20～0.50％，Nb0.01～0.05％，B0.002～0.010％，Al0.005～0.020％，其余Fe和不可避免的雜質；盤條的金相組織為貝氏體為主，其含量≥95％。本發明專利技術盤條的抗拉強度不小于1100MPa，屈服強度不小于900MPa，面縮率不小于30％，其抗拉強度高，而且耐延遲斷裂性能優良，經濟效果好，完全滿足13.9級和14.9級耐延遲斷裂高強度緊固件的技術要求。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于緊固件材料領域，特別涉及抗拉強度1300～1499MPa且具有耐延遲斷裂性能的高強度緊固件用盤條及其制造方法。
技術介紹
冷鐓鋼是在室溫條件下，利用金屬塑性成型工藝，生產互換性較高的標準件用鋼。與傳統標準件的熱鍛或切削加工等工藝相比，改用冷鐓工藝生產標準件后，操作簡便，成本低，生產周期短，產品尺寸精度與表面光潔度好以及造型美觀，金屬利用率高，可不進行精加工或進行少量精加工，因此生產率高。此外在室溫下進行加工，能量消耗低，產品內部組織致密，強度和韌性較高，可大大減輕制品的重量。因此冷鐓工藝在機械制造中應用越來越廣泛。近年來，隨著我國汽車、風電、機械、建筑、輕工業等各個行業的高速發展，對制造各類緊固件(如螺栓、螺母等)等零件使用的材料提出了更高的要求，如在汽車的高性能和輕量化、建筑結構的高層化以及大橋的超長化、風電行業的大規格化等方面，對作為聯接部件的緊固件以及其他冷鐓成型零件提出了高設計應力和輕量化的要求，在這方面尤以汽車制造業的要求最強烈，原有的汽車用緊固件等，尤其是發動機螺栓已難以滿足汽車發動機高應力化的要求。對此，最有效的措施便是緊固件用冷鐓鋼的高強度化，如在美國，汽車使用的螺栓強度級別均在9.8級以上。目前部分汽車、建筑機械、風電等用緊固件等甚至要求抗拉強度大于1400MPa。隨著緊固件等產品強度的大幅度增加，對原材料的表面質量和耐延遲斷裂性能也提出了更高要求。在高強度材料開發方面，高強度緊固件連接是繼鉚接、焊接之后發展起來的一種新型連接形式，它具有承接能力高、受力性好、耐疲勞、不松動、較安全及施工簡便、可拆換等優點，世界各國一直在進行研究開發。隨著緊固件材料強度的提高，特別是當抗拉強度超過1200MPa時，延遲斷裂就變得十分突出，這是低合金回火馬氏體鋼高強度化時遇到的一個最主要的問題。高強度緊固件屬于缺口零件，具有很高的缺口敏感性，容易在缺口集中部位如桿與頭部的過渡處或螺紋根部產生延遲斷裂。因此，高強度緊固件的延遲斷裂是一個十分典型的事例。例如在日本，以前對抗拉強度超過1200MPa的螺栓鋼多采取消極回避的辦法。在1967年JISB1186標準修訂中，螺栓級別分為F8T、F10T、F11T，明確廢止F13T級螺栓；在1981年，鐵道橋則中止使用F11T級螺栓。80年代初期，美國通用汽車公司由于安裝在轎車底部控制架上的兩個12.9級螺栓發生延遲斷裂，前后發生了27次交通事故，最終在640萬輛轎車上更換了這兩種螺栓。2000年以來，隨著緊固件需求的增長，國外特別是日本等國家對耐延遲斷裂的高強度緊固件用冷鐓鋼鋼進行了廣泛的研究開發，先后開發出了一系列耐延遲斷裂性能優良的高強度螺栓鋼如日本住友金屬公司的ADS系列、神戶制鋼的KNDS系列等。北京鋼鐵研究總院自1997年起負責承擔了國家“973”項目“新一代鋼鐵材料的重大基礎研究”中的1500MPa級合金結構鋼課題，在理論研究的基礎上，成功地設計出1300～1600MPa級的新一代耐延遲斷裂高強度結構鋼ADF系列及其制造技術，填補了國內空白。采用ADF系列鋼開發的多種高強度螺栓首先于2003年在南京依維柯汽車公司投入工業化批量生產應用，累計裝車近10萬輛，使用性能良好。現有用于耐延遲斷裂高強度緊固件用材料如下：中國專利號00105872.X公開的“耐延遲斷裂性能優良的高強度螺栓鋼”，其具體化學成分(重量％)為：C0.25～0.50，Si0.10～0.4，Mn≤0.5，Cr0.50～1.50，Mo0.30～1.50，V0.10～0.40，RE0.001～0.05，Al0.005～0.10，N≤0.02，P≤0.015，S≤0.01，根據需求還可加入0.005～0.1的Ti、Nb中的一種或兩種之和，其余為Fe及不可避免的雜質。該鋼冶煉后澆鑄成鋼錠或連鑄成坯，經開坯后軋制成棒線材等產品，它不僅抗拉強度高，而且耐延遲斷裂性能優良。該高強度螺栓鋼成分設計特點為高Si且含有合金元素V、Nb、RE；中國專利號01129517.1公開了一種耐延遲斷裂高強度鋼，適用于抗拉強度為1200～1400MPa和具有良好塑性和耐延遲斷裂性能的高強度鋼。其成分(重量％)為：C0.3～0.45，Si0.01～0.09，Mn≤0.3，P≤0.015，S≤0.01，Cr0.5～1.5，Mo0.3～0.69，Nb0.005～0.1，RE0.002～0.04，Al0.005～0.05，N0.006～0.015，Ti、Zr、V中任意一種或兩種之和為0.005～0.19，其余為Fe及不可避免的雜質。該高強度鋼含有合金元素Nb、RE。中國專利號01129512公開的高強度螺栓用鋼，適用于抗拉強度為1400～1600MPa，同時具有良好耐延遲斷裂性能的高強度螺栓鋼。該鋼的具體成分(重量％)為：C0.35～0.5，Si0.01～0.09，Mn≤0.30，P≤0.010，S≤0.008，Cr0.5～1.5，Mo0.7～1.5，V0.20～0.50，Nb0.01～0.08，RE0.002～0.04，Al0.005～0.05，N0.006～0.015，Ti和Zr中的任意一種或兩種之和為0.01－0.15，其余為Fe及不可避免的雜質。該螺栓用鋼成分也含有合金元素Nb、RE。以上三個專利都不含B元素，且都是加RE元素。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種13.9級和14.9級耐延遲斷裂高強度緊固件用盤條及其制造方法，其抗拉強度不小于1100MPa，屈服強度不小于900MPa，面縮率不小于30％，其抗拉強度高，而且耐延遲斷裂性能優良，經濟效果好，完全滿足13.9級和14.9級耐延遲斷裂高強度緊固件的技術要求。為達到上述目的，本專利技術的技術方案是：一種13.9級和14.9級耐延遲斷裂高強度緊固件用盤條，其化學成分重量百分比為：C0.38～0.45％，Si0.05～0.20％，Mn0.30～0.60％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr0.85～1.35％，Mo0.45～0.65％，V0.20～0.50％，Nb0.01～0.05％，B0.002～0.010％，Al0.005～0.020％，其余Fe和不可避免的雜質；盤條的金相組織為貝氏體為主，其含量≥95％。本專利技術通過添加微合金元素V、Nb、B來提高盤條的原始強度和材料熱處理后的耐延遲斷裂性能。在本專利技術鋼的成分設計中：釩是強碳化物形成元素，與鉻具有相近的特性，釩的添本文檔來自技高網...

【技術保護點】
13.9級和14.9級耐延遲斷裂高強度緊固件用盤條，其化學成分重量百分比為：C0.38～0.45％，Si0.05～0.20％，Mn0.30～0.60％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr0.85～1.35％，Mo0.45～0.65％，V0.20～0.50％，Nb0.01～0.05％，B0.002～0.010％，Al0.005～0.020％，其余Fe和不可避免的雜質；盤條的金相組織為貝氏體為主，其含量面積比≥95％。

【技術特征摘要】
1.13.9級和14.9級耐延遲斷裂高強度緊固件用盤條，其化學成分重量百
分比為：C0.38～0.45％，Si0.05～0.20％，Mn0.30～0.60％，P≤0.015％，
S≤0.015％，Cr0.85～1.35％，Mo0.45～0.65％，V0.20～0.50％，Nb0.01～
0.05％，B0.002～0.010％，Al0.005～0.020％，其余Fe和不可避免的
雜質；盤條的金相組織為貝氏體為主，其含量面積比≥95％。
2.13.9級和14.9級耐延遲斷裂高強度緊固件用盤條的制造方法，其包括
如下步驟：
a)冶煉、爐外精煉及澆鑄
按下述成分冶煉，其化學成分重量百分比為：C0.38～0.45％，Si
0.05～0.20％，Mn0.30～0.60％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr0.85～
1.35％，Mo0.45～0.65％，V0.20～0.50％，Nb0.01～0.05％，B0.002～
0.010％，Al0.005～0.020％，其余Fe和不可避免的雜質；爐外精煉
采用鋼精煉爐法和真空循環脫氣法相結合，其中真空循環脫氣法中
真空度<2τ、保持18分鐘以上、純脫氣時間大于8分鐘、終溫度為
1510±10℃；澆鑄采用連鑄或模鑄成方坯或鋼錠，澆鑄步驟中本體
注速≥10分鐘、補注時間≥4分鐘；
b)初軋：
方坯或鋼錠熱裝熱送，采用加熱爐或均熱爐加熱，鋼坯或鋼錠加熱
完畢待軋時間控制在2小時之內；
初軋機采用輕壓下，初期壓下及平軋道次壓下量不超過70mm，成
品鋼坯尺寸為142×142～160×160mm2；
c)高速線材軋制，采用斯太爾摩線控制冷卻。
3.如權利要求2所述的13.9級和14.9級耐延遲斷裂高強度緊固件用盤條
的制造方法，其特征是，冶煉步驟中轉爐出鋼過程中擋渣操作，渣厚
<80mm，爐后配碳目標為0.35～0.45％；電爐冶煉過程中留鋼操作后渣
厚<80mm，爐后配碳目標為0.35～0.45％，以重量百分比計。
4...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張弛，蔡海燕，趙社平，張杰，
申請(專利權)人：寶山鋼鐵股份有限公司，
類型：發明
國別省市：上海;31