CN106498281A - 一种高强度螺栓及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度螺栓，涉及高强度连接件的加工工艺领域。其特征在于，生产原料为包括以下组分：C:0.38～0.45%，Si:0.15～0.35%，Mn:0.80～1.20%，P:≤0.025%，S:≤0.025%，Cr:0.80～1.20%，Mo:0.15～0.25%，Cu:≤0.25%,Ni:≤0.30%,其余为Fe和不可避免的杂质。本发明所述的成分和方法所形成的高强度螺栓，螺栓强度等级可达14.9级，抗拉强度高，不易断裂，耐疲劳和耐恶劣环境，综合性能高。
Description
技术领域
本发明属于高强度连接件的加工工艺，具体涉及一种高强度螺栓及其加工方法。
背景技术
紧固件在机械构件中起到联接、定位和密封等作用，其中螺栓用量最大。随着各类机械、设备、建筑工程的不断大型化，以及功率、转速的不断提高，螺栓类零件的工作条件更加恶劣，工作应力明显提高，因此，要求螺栓钢材具有更高的强度。例如超临界、超超临界发电机组所用的高压给水泵是超临界发电机组的关键设备，对水泵供水压力的要求越来越高，使水泵密封与承压作用的螺栓的强度要求也随之提高；大型建筑网架结构不仅跨度大，而且大多是公共建筑，而高强度螺栓是用于空间钢网架螺栓球节点上的重要零件，它直接传递交变荷载引起的交变内力，其质量的优劣直接涉及人民生命财产安全；原有的汽车、摩托车用螺栓，尤其是发动机螺栓已难以满足发动机高应力化的要求，螺栓的高强度化能够减小螺栓的尺寸，降低螺栓自身的质量，有利于减轻汽车质量、降低能源消耗；作为联接、紧固部件，螺栓的高强度化还有利于汽车其他结构的小型化和紧凑化。
与发达国家相比，我国高强度螺栓钢的研究和开发水平还较落后，目前使用于关键领域的重要高强度连接件，基本靠进口件。如何达到高标准的性能要求一直是高强度螺栓及其加工工艺的难题及热点。
发明内容
针对上述存在的不足，本发明提供了一种高强度螺栓及其加工方法，本发明所述的成分和方法所形成的高强度螺栓，螺栓强度等级可达14.9级，抗拉强度高，不易断裂，耐疲劳和耐恶劣环境，综合性能高。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高强度螺栓，其特征在于，螺栓的各化学成分的重量百分比应满足下述要求：C:0.38～0.45%，Si:0.15～0.35%，Mn:0.80～1.20%，P:≤0.025%，S:≤0.025%，Cr:0.80～1.20%，Mo:0.15～0.25%，Cu:≤0.25%,Ni:≤0.30%,其余为Fe和不可避免的杂质。
一种高强度螺栓的加工方法，具体包括如下步骤：
A、球化退火：将高强度螺栓钢原料在炉内进行球化处理，球化退火温度：760～850℃，保温时间为2h，降温至680～750℃，等温1-2h退火，随炉冷却至500℃以下出炉空冷；
B、冷镦成型：将步骤A中原料经过除磷工艺，拉拔至螺栓所需的长度，在常温下将切断后的原料放入模具型腔内，冷挤压形成螺栓所需的头部和杆部；
C、精加工：将步骤B的螺栓初品经过滚压成型机对螺栓进行的滚压处理，形成螺纹；
D、热处理：将步骤C制成的螺栓在淬火油炉内进行淬火，其温度控制在850～870℃，升温时间10min，保温时间30min后，进行高温回火，回火温度为450～510℃，时间为60min，最后出炉后用油冷却；
E、表面处理：将步骤D经过热处理制成的螺栓浸于含有电镀溶液中，电镀镀层厚度为8～10um。
优选的，步骤A中球化退火温度：780～800℃，保温时间为2h，降温至700～730℃，等温2h退火，随炉冷却至400℃出炉空冷。
优选的，在步骤B所述除磷工艺为：机械除鳞→水洗→酸洗→水洗。
优选的，在步骤D所述用油冷却时间为10min，冷却温度为≤70℃。
优选的，在步骤E所述电镀溶液为锌镍合金溶液。
综上所述，本发明由于采用了上述方案，本发明具有以下优点：
(1) 本发明利用了钼固溶于钢中，消除回火脆性、细化晶粒，同时提高钢的淬透性的含量，不仅在强度和硬度上能够达到要求，而且塑性和韧性得到了很大的提高，改善了螺栓的冷加工性能。
(2)本发明在高温回火过程中降低了钢的回火脆性，提高了螺栓的性能强度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明一种高强度螺栓及其加工方法，作进一步说明。
表1：本发明实施例中高强度螺栓的原材料组分（按质量百分数）
表1
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的组分。
其加工方法具体包括如下步骤：
A、球化退火：将高强度螺栓钢原料在炉内进行球化处理，球化退火温度：760℃，保温时间为2小时，降温至680℃，等温1.5小时退火，随炉冷却至500℃以下出炉空冷；
B、冷镦成型：将步骤A中原料经过除磷工艺，除磷工艺为：机械除鳞→水洗→酸洗→水洗，拉拔至螺栓所需的长度，在常温下将切断后的原料放入模具型腔内，冷挤压形成螺栓所需的头部和杆部；
C、精加工：将步骤B的螺栓初品经过滚压成型机对螺栓进行的滚压处理，形成螺纹；
D、热处理：将步骤C制成的螺栓在盐浴炉内进行淬火，其温度控制在850℃，升温时间10min，保温时间30min后，进行高温回火，回火温度为450℃，时间为60min，最后出炉后用油冷却，油冷时间为10min，冷却温度为60℃；
E、表面处理：将步骤D经过热处理制成的螺栓浸于含有锌镍合金的电镀溶液中，电镀镀层厚度为10um。
通过以上步骤制成成品螺栓。
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的组分。
其加工方法具体包括如下步骤：
A、球化退火：将高强度螺栓钢原料在炉内进行球化处理，球化退火温度：780℃，保温时间为2小时，降温至700℃，等温2小时退火，随炉冷却至500℃以下出炉空冷；
B、冷镦成型：将步骤A中原料经过除磷工艺，除磷工艺为：机械除鳞→水洗→酸洗→水洗，拉拔至螺栓所需的长度，在常温下将切断后的原料放入模具型腔内，冷挤压形成螺栓所需的头部和杆部；
C、精加工：将步骤B的螺栓初品经过滚压成型机对螺栓进行的滚压处理，形成螺纹；
D、热处理：将步骤C制成的螺栓在盐浴炉内进行淬火，其温度控制在860℃，升温时间10min，保温时间30min后，进行高温回火，回火温度为500℃，时间为60min，最后出炉后用油冷却，油冷时间为10min，冷却温度为60℃；
E、表面处理：将步骤D经过热处理制成的螺栓浸于含有锌镍合金的电镀溶液中，电镀镀层厚度为10um。
通过以上步骤制成成品螺栓。
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的组分。
其加工方法具体包括如下步骤：
A、球化退火：将高强度螺栓钢原料在炉内进行球化处理，球化退火温度：800℃，保温时间为2小时，降温至730℃，等温2小时退火，随炉冷却至500℃以下出炉空冷；
B、冷镦成型：将步骤A中原料经过除磷工艺，除磷工艺为：机械除鳞→水洗→酸洗→水洗，拉拔至螺栓所需的长度，在常温下将切断后的原料放入模具型腔内，冷挤压形成螺栓所需的头部和杆部；
C、精加工：将步骤B的螺栓初品经过滚压成型机对螺栓进行的滚压处理，形成螺纹；
D、热处理：将步骤C制成的螺栓在盐浴炉内进行淬火，其温度控制在870℃，升温时间10min，保温时间30min后，进行高温回火，回火温度为510℃，时间为60min，最后出炉后用油冷却，油冷时间为10min，冷却温度为60℃；
E、表面处理：将步骤D经过热处理制成的螺栓浸于含有锌镍合金的电镀溶液中，电镀镀层厚度为10um。
通过以上步骤制成成品螺栓。
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的组分。
其加工方法具体包括如下步骤：
A、球化退火：将高强度螺栓钢原料在炉内进行球化处理，球化退火温度：850℃，保温时间为2小时，降温至750℃，等温2小时退火，随炉冷却至500℃以下出炉空冷；
B、冷镦成型：将步骤A中原料经过除磷工艺，除磷工艺为：机械除鳞→水洗→酸洗→水洗，拉拔至螺栓所需的长度，在常温下将切断后的原料放入模具型腔内，冷挤压形成螺栓所需的头部和杆部；
C、精加工：将步骤B的螺栓初品经过滚压成型机对螺栓进行的滚压处理，形成螺纹；
D、热处理：将步骤C制成的螺栓在盐浴炉内进行淬火，其温度控制在870℃，升温时间10min，保温时间30min后，进行高温回火，回火温度为490℃，时间为60min，最后出炉后用油冷却，油冷时间为10min，冷却温度为60℃；
E、表面处理：将步骤D经过热处理制成的螺栓浸于含有锌镍合金的电镀溶液中，电镀镀层厚度为10um。
通过以上步骤制成成品螺栓。
对实施例1-4制备的高强度螺栓的强度σb、硬度HRC、收缩率δ、伸长率ψ和韧性(冲击吸收功Akv)进行检测，检测结果如表2所示。
表2：本发明高强度螺栓的性能
表2
从表2可以看出，本发明加工而成的高强度螺栓强度达到14.9级，而且硬度、塑性和韧性都较好。
以上所述仅为发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高强度螺栓，其特征在于：螺栓的各化学成分的重量百分比应满足下述要求：C:0.38～0.45%，Si:0.15～0.35%，Mn:0.80～1.20%，P:≤0.025%，S:≤0.025%，Cr:0.80～1.20%，Mo:0.15～0.25%，Cu:≤0.25%,Ni:≤0.30%，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的一种高强度螺栓的加工方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
A、球化退火：将高强度螺栓钢原料在炉内进行球化处理，球化退火温度：760～850℃，保温时间为2h，降温至680～750℃，等温1-2h退火，随炉冷却至500℃以下出炉空冷；
B、冷镦成型：将步骤A中原料经过除磷工艺，拉拔至螺栓所需的长度，在常温下将切断后的原料放入模具型腔内，冷挤压形成螺栓所需的头部和杆部；
C、精加工：将步骤B的螺栓初品经过滚压成型机对螺栓进行的滚压处理，形成螺纹；
D、热处理：将步骤C制成的螺栓在淬火油炉内进行淬火，其温度控制在850～870℃，升温时间10min，保温时间30min后，进行高温回火，回火温度为450～510℃，时间为60min，最后出炉后用油冷却；
E、表面处理：将步骤D经过热处理制成的螺栓浸于含有电镀溶液中，电镀镀层厚度为8～10um。
3.根据权利要求2所述的一种高强度螺栓的加工方法，其特征在于：步骤A中球化退火温度：780～800℃，保温时间为2h，降温至700～730℃，等温2h退火，随炉冷却至400℃出炉空冷。
4.根据权利要求2所述的一种高强度螺栓的加工方法，其特征在于：在步骤B所述除磷工艺为：机械除鳞→水洗→酸洗→水洗。
5.根据权利要求2所述的一种高强度螺栓的加工方法，其特征在于：在步骤D所述用油冷却时间为10min，冷却温度为≤70℃。
6.根据权利要求2所述的一种高强度螺栓的加工方法，其特征在于：在步骤E所述电镀溶液为锌镍合金溶液。
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