CN105154785B - 高强度螺栓及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高强度螺栓，由钢板制成，钢板的各化学成分的重量份数应满足下述要求：C 0.32～0.45、Mn 0.55～0.74、V 0.07～0.12、Si 0.16～0.28、W 0.01～0.04、P≤0.025、S≤0.03、Ni 0.08～0.15、Sn 0.20～0.30、Cu 0.25～0.35、Al 0.12～0.35、B 0.002～0.004、Mo 0.3～0.5、Ti 0.003～0.01，Cr 0.08～0.13、Nb 0.01～0.015、Fe 90～100，本发明还提供了高强度螺栓的制造方法，本发明所述的高强度螺栓提高了螺栓整体强度，螺栓精度高，质量好，大大提高了其抗拉强度，提高螺栓使用寿命的同时，还能够耐磨损、耐疲劳。
Description
技术领域
本发明涉及到螺栓的加工方法，尤其是一种高强度螺栓及其制造方法。
背景技术
螺栓是一种应用非常广泛的配件，从航空航天到日常生活都离不开它，根据强度的不同，螺栓可以分为普通螺栓和高强度螺栓。与普通螺栓相比，高强度螺栓有许多优点：现场组装用时短，对生产影响小，使用寿命长，适用构件范围广，连接安全可靠，具有较好的工艺性和经济性。正是因为高强度螺栓的这些优点，工业发达国家近年来出现了对高强度螺栓钢和高强度螺栓集中研究的现象，并开发出了一系列超高强度螺栓钢及超高强度螺栓。
中国专利申请(公开号：CN101890618A)涉及一种高强度螺栓的加工方法，该方法采用SCM440和42CrMoVNb材质生产，通过选材，线材球化、酸洗抽线所需的线材直径，经过在多工位冷锻机上3～4次挤压成型所需的螺栓的头型和杆部，经滚制搓牙搓出所需的螺纹及螺纹长度。经热处理淬火回火打到所需硬度和强度。虽然采用该加工方法可以制得强度和硬度达到12.9和14.9级高强度螺栓，但是其塑性和韧性仍然无法达到高强度螺栓的要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种高强度螺栓及其制造方法。
为了达到以上目的，本发明提供如下技术方案：
一种高强度螺栓，由钢板加工而成，所述钢板的各化学成分的重量份数应满足下述要求：C 0.32～0.45、Mn 0.55～0.74、V 0.07～0.12、Si 0.16～0.28、W 0.01～0.04、P≤0.025、S ≤0.03、Ni 0.08～0.15、Sn 0.20～0.30、Cu 0.25～0.35,、Al 0.12～0.35、B0.002～0.004、Mo 0.3～0.5、Ti 0.003～0.01，Cr 0.08～0.13、Nb 0.01～0.015、Fe 90～100，所述螺栓通过备料-软化退火-冷锻成型-螺纹加工-热处理-钝化处理-磷化处理-发黑处理来制备，具体步骤如下：
（1）备料：选用所述成分的钢板酸洗除锈，并按照螺栓的规格大小截取适当大小的圆柱形坯料；
（2）软化退火；软化退火分为两次，具体为：一次软化退火：将坯料在钟罩炉内进行等温软化退火，软化退火温度为750～800℃，保温时间为7～8小时，其硬度控制在小于HB120，控制甲醇流量25～30ml/min，煤气流量0.2～0.25Nm3/h，二次软化退火：退火温度为650～700℃，时间5～6h,加醇流量20～25ml/min，煤气流量0.2～0.25Nm3/h；
（3）冷锻成型：将退火后的杆料切断至螺栓所需长度，常温下放入模具型腔内，以镦锻力使之形成螺栓所需的头部和杆部尺寸；
（4）螺纹加工：在室温下选用滚丝机进行螺纹成型；
（5）热处理：将螺栓外螺纹在550℃下，用淬火油进行淬火，再将淬火后的螺栓在350℃下进行回火，持续时间70～80分钟，将螺栓的光杆段650℃下，用水性淬火液进行淬火，再将淬火后的螺栓在400℃下进行回火，持续时间60～70分钟，最后进行渗碳处理，将渗碳剂送入回火炉内，在1100～1150℃温度范围内渗碳处理90～110min；
（6）钝化处理，将热处理后的螺栓浸入温度为100～120℃的钝化处理液中处理4～5min，所述钝化处理液是由下述重量配比的物质混合制备而成:5～6份水溶性钼酸盐、10～12份二乙醇胺、80～100份碱性硅溶胶、90～100份水溶性丙烯酸树脂、90～100份水；
（7）磷化处理，将钝化处理后的螺栓放入50～60℃磷化处理液中浸泡3～5min，再进行清洗、风干，即得成品螺栓，其中磷化处理液各组成成分的重量份为:70～80份聚乙二醇,30～35份马日夫盐,5～6份硝酸钠,2.5～3.5份三氯化铁，100～120份水；
（8）发黑处理，对螺栓进行发黑处理，控制温度100～110℃；时间25～30分钟；再进行清洗、风干，即得成品螺栓。
作为优选，步骤（2）所述软化退火分为两次，具体为：一次软化退火：将坯料在钟罩炉内进行等温软化退火，软化退火温度为780℃，保温时间为7.5小时，其硬度控制在小于HB120，控制甲醇流量30ml/min，煤气流量0.12Nm3/h，以防止表面渗碳；二次软化退火：退火温度为680℃，时间5.5h,加醇流量23ml/min，煤气流量0.12Nm3/h。
作为优选，步骤（6）所述钝化处理具体为：将热处理后的螺栓浸入温度为110℃的钝化处理液中处理5min，所述钝化处理液是由下述重量配比的物质混合制备而成:5份水溶性钼酸盐、11份二乙醇胺、90份碱性硅溶胶、95份水溶性丙烯酸树脂、95份水。
作为优选，步骤（7）所述磷化处理具体为，将钝化处理后的螺栓放入55℃磷化处理液中浸泡4min，再进行清洗、风干，即得成品螺栓，其中磷化处理液各组成成分的重量份为:75份聚乙二醇,32份马日夫盐, 6份硝酸钠,3份三氯化铁，110份水。
本发明取得的有益效果为：提高了螺栓整体强度，螺栓精度高，质量好，大大提高了其抗拉强度，提高螺栓使用寿命的同时，还能够耐磨损、耐疲劳，使使用过程的连接安全可靠，不易因折断等问题发生意外事故。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
表1：本发明高强度螺栓所用钢板的化学成分 ( 按质量份数 )
实施例1
选择化学成分和质量百分配比为表1中实施例1的钢板，具体加工步骤如下：
（1）备料：选用所述成分的钢板酸洗除锈，并按照螺栓的规格大小截取适当大小的圆柱形坯料；
（2）软化退火；软化退火分为两次，具体为：一次软化退火：将坯料在钟罩炉内进行等温软化退火，软化退火温度为750℃，保温时间为7小时，其硬度控制在小于HB120，控制甲醇流量25ml/min，煤气流量0.2Nm3/h，以防止表面渗碳；二次软化退火：退火温度为650℃，时间5h,加醇流量20ml/min，煤气流量0.2Nm3/h；
（3）冷锻成型：将退火后的圆柱形原料切断至螺栓所需长度，常温下放入模具型腔内，以镦锻力使之形成螺栓所需的头部和杆部尺寸；
（4）螺纹加工：在室温下选用滚丝机进行螺纹成型；
（5）热处理：将螺栓外螺纹在550℃下，用淬火油进行淬火，再将淬火后的螺栓在350℃下进行回火，持续时间70分钟，将螺栓的光杆段在650℃下，用水性淬火液进行淬火，再将淬火后的螺栓在400℃下进行回火，持续时间60分钟，最后进行渗碳处理，将渗碳剂送入回火炉内，在1100℃温度范围内渗碳处理90min；
（6）钝化处理，将热处理后的螺栓浸入温度为100℃的钝化处理液中处理5min，所述钝化处理液是由下述重量配比的物质混合制备而成:5份水溶性钼酸盐、10份二乙醇胺、100份碱性硅溶胶、90份水溶性丙烯酸树脂、90份水；
（7）磷化处理，将钝化处理后的螺栓放入50℃磷化处理液中浸泡3min，再进行清洗、风干，即得成品螺栓，其中磷化处理液各组成成分的重量份为:700份聚乙二醇,30份马日夫盐,5份硝酸钠,3.5份三氯化铁，100份水；
（8）发黑处理，对螺栓进行发黑处理，控制温度100℃；时间25分钟；再进行清洗、风干，即得成品螺栓。
实施例2
选择化学成分和质量百分配比为表1中实施例2的钢板，具体加工步骤如下：
（1）备料：选用所述成分的钢板酸洗除锈，并按照螺栓的规格大小截取适当大小的圆柱形坯料；
（2）软化退火；软化退火分为两次，具体为：一次软化退火：将坯料在钟罩炉内进行等温软化退火，软化退火温度为800℃，保温时间为8小时，其硬度控制在小于HB120，控制甲醇流量30ml/min，煤气流量0.25Nm3/h，以防止表面渗碳；二次软化退火：退火温度为700℃，时间6h,加醇流量25ml/min，煤气流量0.25Nm3/h；
（3）冷锻成型：将退火后的圆柱形原料切断至螺栓所需长度，常温下放入模具型腔内，以镦锻力使之形成螺栓所需的头部和杆部尺寸；
（4）螺纹加工：在室温下选用滚丝机进行螺纹成型；
（5）热处理：将螺栓外螺纹在550℃下，用淬火油进行淬火，再将淬火后的螺栓在350℃下进行回火，持续时间80分钟，将螺栓的光杆段650℃下，用水性淬火液进行淬火，再将淬火后的螺栓在400℃下进行回火，持续时间70分钟，最后进行渗碳处理，将渗碳剂送入回火炉内，在1150℃温度范围内渗碳处理110min；
（6）钝化处理，将热处理后的螺栓浸入温度为120℃的钝化处理液中处理5min，所述钝化处理液是由下述重量配比的物质混合制备而成:5～6份水溶性钼酸盐、12份二乙醇胺、100份碱性硅溶胶、90份水溶性丙烯酸树脂、100份水；
（7）磷化处理，将钝化处理后的螺栓放入60℃磷化处理液中浸泡5min，再进行清洗、风干，即得成品螺栓，其中磷化处理液各组成成分的重量份为:80份聚乙二醇,35份马日夫盐,5份硝酸钠,3.5份三氯化铁，120份水；
（8）发黑处理，对螺栓进行发黑处理，控制温度110℃；时间30分钟；再进行清洗、风干，即得成品螺栓。
实施例3
选择化学成分和质量百分配比为表1中实施例3的钢板，具体加工步骤如下：
（1）备料：选用所述成分的钢板酸洗除锈，并按照螺栓的规格大小截取适当大小的圆柱形坯料；
（2）软化退火；软化退火分为两次，具体为：一次软化退火：将坯料在钟罩炉内进行等温软化退火，软化退火温度为780℃，保温时间为7.5小时，其硬度控制在小于HB120，控制甲醇流量30ml/min，煤气流量0.22Nm3/h，以防止表面渗碳；二次软化退火：退火温度为680℃，时间5.5h,加醇流量23ml/min，煤气流量0.22Nm3/h；
（3）冷锻成型：将退火后的圆柱形原料切断至螺栓所需长度，常温下放入模具型腔内，以镦锻力使之形成螺栓所需的头部和杆部尺寸；
（4）螺纹加工：在室温下选用滚丝机进行螺纹成型；
（5）热处理：将螺栓外螺纹在550℃下，用淬火油进行淬火，再将淬火后的螺栓在350℃下进行回火，持续时间80分钟，将螺栓的光杆段650℃下，用水性淬火液进行淬火，再将淬火后的螺栓在400℃下进行回火，持续时间65分钟，最后进行渗碳处理，将渗碳剂送入回火炉内，在1130℃温度范围内渗碳处理100min；
（6）钝化处理，将热处理后的螺栓浸入温度为110℃的钝化处理液中处理5min，所述钝化处理液是由下述重量配比的物质混合制备而成:5份水溶性钼酸盐、11份二乙醇胺、90份碱性硅溶胶、95份水溶性丙烯酸树脂、95份水；
（7）磷化处理，将钝化处理后的螺栓放入55℃磷化处理液中浸泡4min，再进行清洗、风干，即得成品螺栓，其中磷化处理液各组成成分的重量份为:75份聚乙二醇,32份马日夫盐, 6份硝酸钠,3份三氯化铁，110份水；
（8）发黑处理，对螺栓进行发黑处理，控制温度105℃；时间30分钟；再进行清洗、风干，即得成品螺栓。
实施例4
选择化学成分和质量百分配比为表1中实施例4的钢板，具体加工步骤如下：
（1）备料：选用所述成分的钢板酸洗除锈，并按照螺栓的规格大小截取适当大小的圆柱形坯料；
（2）软化退火；软化退火分为两次，具体为：一次软化退火：将坯料在钟罩炉内进行等温软化退火，软化退火温度为780℃，保温时间为7.5小时，其硬度控制在小于HB120，控制甲醇流量30ml/min，煤气流量0.22Nm3/h，以防止表面渗碳；二次软化退火：退火温度为680℃，时间5.5h,加醇流量23ml/min，煤气流量0.22Nm3/h；
（3）冷锻成型：将退火后的圆柱形原料切断至螺栓所需长度，常温下放入模具型腔内，以镦锻力使之形成螺栓所需的头部和杆部尺寸；
（4）螺纹加工：在室温下选用滚丝机进行螺纹成型；
（5）热处理：将螺栓外螺纹在550℃下，用淬火油进行淬火，再将淬火后的螺栓在350℃下进行回火，持续时间80分钟，将螺栓的光杆段650℃下，用水性淬火液进行淬火，再将淬火后的螺栓在400℃下进行回火，持续时间65分钟，最后进行渗碳处理，将渗碳剂送入回火炉内，在1130℃温度范围内渗碳处理100min；
（6）钝化处理，将热处理后的螺栓浸入温度为110℃的钝化处理液中处理5min，所述钝化处理液是由下述重量配比的物质混合制备而成:5份水溶性钼酸盐、11份二乙醇胺、90份碱性硅溶胶、95份水溶性丙烯酸树脂、95份水；
（7）磷化处理，将钝化处理后的螺栓放入55℃磷化处理液中浸泡4min，再进行清洗、风干，即得成品螺栓，其中磷化处理液各组成成分的重量份为:75份聚乙二醇,32份马日夫盐, 6份硝酸钠,3份三氯化铁，110份水；
（8）发黑处理，对螺栓进行发黑处理，控制温度105℃；时间30分钟；再进行清洗、风干，即得成品螺栓。
实施例5
根据实施例 1～4 的制备方法得到的高强度螺栓，经检测其机械性能如表2 所示：
表2：本发明所述高强度螺栓的机械性能
| 抗拉强度Mpa | 屈服强度Mpa | 维氏强度（HV） | 洛氏强度(HR) | 断后延伸率 | 断后伸缩率 | |
| 实施例1 | ≥1568 | ≥1367 | 459～472 | 42～44 | ≥11 | ≥53 |
| 实施例2 | ≥1576 | ≥1358 | 462～481 | 41～44 | ≥10 | ≥53 |
| 实施例3 | ≥1582 | ≥1374 | 464～483 | 43～45 | ≥12 | ≥54 |
| 实施例4 | ≥1563 | ≥1355 | 457～469 | 42～45 | ≥11 | ≥52 |
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种高强度螺栓，其特征在于：由钢板加工而成，所述钢板的各化学成分的重量份数应满足下述要求：C 0.32～0.45、Mn 0.55～0.74、V 0.07～0.12、Si 0.16～0.28、W 0.01～0.04、P ≤0.025、S ≤0.03、Ni 0.08～0.15、Sn 0.20～0.30、Cu 0.25～0.35,、Al 0.12～0.35、B 0.002～0.004、Mo 0.3～0.5、Ti 0.003～0.01，Cr 0.08～0.13、Nb 0.01～0.015、Fe 90～100，所述螺栓通过备料-软化退火-冷锻成型-螺纹加工-热处理-钝化处理-磷化处理-发黑处理来制备，具体步骤如下：
（1）备料：选用所述成分的钢板酸洗除锈，并按照螺栓的规格大小截取适当大小的圆柱形坯料；
（2）软化退火；软化退火分为两次，具体为：一次软化退火：将坯料在钟罩炉内进行等温软化退火，软化退火温度为750～800℃，保温时间为7～8小时，其硬度控制在小于HB120，控制甲醇流量25～30ml/min，煤气流量0.2～0.25Nm3/h，二次软化退火：退火温度为650～700℃，时间5～6h,甲醇流量20～25ml/min，煤气流量0.2～0.25Nm3/h；
（3）冷锻成型：将退火后的坯料切断至螺栓所需长度，常温下放入模具型腔内，以镦锻力使之形成螺栓所需的头部和杆部尺寸；
（4）螺纹加工：在室温下选用滚丝机进行螺纹成型；
（5）热处理：将螺栓外螺纹在550℃下，用淬火油进行淬火，再将淬火后的螺栓在350℃下进行回火，持续时间70～80分钟，将螺栓的光杆段在650℃下，用水性淬火液进行淬火，再将淬火后的螺栓在400℃下进行回火，持续时间60～70分钟，最后进行渗碳处理，将渗碳剂送入回火炉内，在1100～1150℃温度范围内渗碳处理90～110min；
（6）钝化处理，将热处理后的螺栓浸入温度为100～120℃的钝化处理液中处理4～5min，所述钝化处理液是由下述重量配比的物质混合制备而成:5～6份水溶性钼酸盐、10～12份二乙醇胺、80～100份碱性硅溶胶、90～100份水溶性丙烯酸树脂、90～100份水；
（7）磷化处理，将钝化处理后的螺栓放入50～60℃磷化处理液中浸泡3～5min，再进行清洗、风干，即得成品螺栓，其中磷化处理液各组成成分的重量份为:70～80份聚乙二醇,30～35份马日夫盐,5～6份硝酸钠,2.5～3.5份三氯化铁，100～120份水；
（8）发黑处理，对螺栓进行发黑处理，控制温度100～110℃；时间25～30分钟；再进行清洗、风干，即得成品螺栓。
2.如权利要求1所述的高强度螺栓，其特征在于：步骤（2）所述软化退火分为两次，具体为：一次软化退火：将坯料在钟罩炉内进行等温软化退火，软化退火温度为780℃，保温时间为7.5小时，其硬度控制在小于HB120，控制甲醇流量30ml/min，煤气流量0.12Nm3/h，以防止表面渗碳；二次软化退火：退火温度为680℃，时间5.5h,甲醇流量23ml/min，煤气流量0.12Nm3/h。
3.如权利要求1所述的高强度螺栓，其特征在于：步骤（6）所述钝化处理具体为：将热处理后的螺栓浸入温度为110℃的钝化处理液中处理5min，所述钝化处理液是由下述重量配比的物质混合制备而成:5份水溶性钼酸盐、11份二乙醇胺、90份碱性硅溶胶、95份水溶性丙烯酸树脂、95份水。
4.如权利要求1所述的高强度螺栓，其特征在于：步骤（7）所述磷化处理具体为，将钝化处理后的螺栓放入55℃磷化处理液中浸泡4min，再进行清洗、风干，即得成品螺栓，其中磷化处理液各组成成分的重量份为:75份聚乙二醇,32份马日夫盐, 6份硝酸钠,3份三氯化铁，110份水。
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