CN114908226A - 一种热锻成型复合淬火组织细化高强度螺栓的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热锻成型复合淬火组织细化高强度螺栓的制造方法，包括热锻成型+完全淬火、临界区淬火、回火、滚丝、表面磷化和发黑处理，具体包括：首先将螺栓钢棒材感应加热至920℃~1000℃，保温后热锻成型，并控制终锻温度在830℃~850℃，利用锻后余热立即进行淬火，而后冷却；待螺栓冷至室温后再重新加热至760℃~790℃，保温后淬油冷却；之后将螺栓加热至350℃~500℃进行回火处理，保温，空冷；最后进行后处理步骤。通过本发明制备方法制得的螺栓具有高强度和高韧性，得到的螺栓抗拉强度≥1100MPa，断后伸长率≥12%，断面收缩率≥60%，‑20℃冲击功≥85J。

Description

一种热锻成型复合淬火组织细化高强度螺栓的制造方法
技术领域
本发明涉及一种高强度螺栓的制造方法，尤其涉及一种热锻成型复合淬火组织细化高强度螺栓的制造方法。
背景技术
规格较大（M20以上）及六角头部形状复杂的螺栓常采用热锻成型的方式加工成形。对于采用42CrMo、35CrMo等中碳合金钢制造的大规格螺栓在实际生产应用过程中经常会出现冲击韧性不足的现象，从而导致在服役过程中经常发生断裂。
发明内容
发明目的：本发明旨在提供一种同时具有高强度和高韧性的热锻成型复合淬火组织细化高强度螺栓的制造方法。
技术方案：本发明所述的热锻成型复合淬火组织细化高强度螺栓的制造方法，包括热锻成型+完全淬火、临界区淬火、回火、滚丝、表面磷化和发黑处理，具体步骤如下：
首先将螺栓钢棒材感应加热至920℃~1000℃，保温后热锻成型，并控制终锻温度在830℃~850℃，利用锻后余热立即进行淬火，冷却方式采用油冷；待螺栓冷至室温后再重新加热至760℃~790℃，保温后淬油冷却；之后将螺栓加热至350℃~500℃进行回火处理，保温，空冷；最后依次进行滚丝、表面磷化和发黑处理步骤。由于螺栓钢原材料中不含V、Ti、Nb等难溶的微合金元素，因而可以在较低的温度（Ac3以上60℃~100℃）下进行锻造成型，从而获得较小的晶粒尺寸。临界区淬火温度选择在Ac1~Ac3（接近Ac3）之间，其目的在于加热温度较低，介于两相区之间，能够获得部分未溶铁素体以及更加细小的晶粒尺寸，在不降低强度的同时，显著提高螺栓的冲击韧性。
优选地，经过回火后，最终得到回火索氏体加上3%~5%细小铁素体的双相组织。
优选地，螺栓材料为35CrMo或42CrMo碳合金钢，所述35CrMo钢包括以下组分，以质量百分比计，C：0.32~0.40；Si：0.17~0.37；Mn：0.40~0.70；P：≤0.03；S：≤0.03；Cr：0.90~1.10；Ni：≤0.25；Cu：≤0.30；Mo：0.15~0.30；余量为Fe和不可避免的杂质；所述42CrMo钢包括以下组分，以质量百分比计，C：0.38~0.45；Si：0.17~0.37；Mn：0.50~0.80；P：≤0.035；S：≤0.035；Cr：0.90~1.10；Ni：≤0.25；Cu：≤0.30；Mo：0.15~0.25；余量为Fe和不可避免的杂质。
优选地，所述感应加热后和重新加热后的保温时间均为30min~50min。
优选地，所述回火处理后的保温时间为90min~120min。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：通过本发明制备方法制得的螺栓同时具有高强度和高韧性的性能，得到的M20螺栓抗拉强度≥1100MPa，断后伸长率≥12%，断面收缩率≥60%，-20℃冲击功≥85J，具有抗拉强度高，塑韧性好的技术效果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
一种热锻成型复合淬火组织细化高强度螺栓及其制造方法，制造工艺流程主要包括：热锻成型+完全淬火、临界区淬火、回火、滚丝、表面磷化和发黑处理。具体步骤如下：首先将螺栓钢棒材感应加热至930℃，保温35min后热锻成型，并控制终锻温度在840℃，利用锻后余热立即进行淬火，冷却方式：油冷。待螺栓冷至室温后在重新加热至780℃，保温40min后淬油冷却。之后将螺栓加热至400℃进行回火处理，保温时间为100min，空冷。最后依次进行滚丝、表面处理等步骤。螺栓材料选用35CrMo，其化学成分质量百分比为：C：0.36；Si：0.22；Mn：0.68；P：0.008；S：0.003；Cr：1.05；Ni：0.04；Cu：0.04；Mo：0.23；余量为Fe和不可避免的杂质。M22螺栓抗拉强度1126MPa，断后伸长率13.5%，断面收缩率64%，-20℃冲击功为94J。
实施例2
一种热锻成型复合淬火组织细化高强度螺栓及其制造方法，制造工艺流程主要包括：热锻成型+完全淬火、临界区淬火、回火、滚丝、表面磷化和发黑处理。具体步骤如下：首先将螺栓钢棒材感应加热至950℃，保温40min后热锻成型，并控制终锻温度在830℃，利用锻后余热立即进行淬火，冷却方式：油冷。待螺栓冷至室温后在重新加热至790℃，保温43min后淬油冷却。之后将螺栓加热至350℃进行回火处理，保温时间为100min，空冷。最后依次进行滚丝、表面处理等步骤。螺栓材料选用42CrMo，其化学成分质量百分比为：C：0.4；Si：0.24；Mn：0.64；P：0.012；S：0.002；Cr：0.95；Ni：0.04；Cu：0.07；Mo：0.17；余量为Fe和不可避免的杂质。M22螺栓抗拉强度1170MPa，断后伸长率13.2%，断面收缩率62%，-20℃冲击功为86J。
实施例3
一种热锻成型复合淬火组织细化高强度螺栓及其制造方法，制造工艺流程主要包括：热锻成型+完全淬火、临界区淬火、回火、滚丝、表面磷化和发黑处理。具体步骤如下：首先将螺栓钢棒材感应加热至1000℃，保温30min后热锻成型，并控制终锻温度在840℃，利用锻后余热立即进行淬火，冷却方式：油冷。待螺栓冷至室温后在重新加热至760℃，保温50min后淬油冷却。之后将螺栓加热至500℃进行回火处理，保温时间为90min，空冷。最后依次进行滚丝、表面处理等步骤。螺栓材料选用42CrMo，其化学成分质量百分比为：C：0.4；Si：0.24；Mn：0.64；P：0.012；S：0.002；Cr：0.95；Ni：0.04；Cu：0.07；Mo：0.17；余量为Fe和不可避免的杂质。M22螺栓抗拉强度1165MPa，断后伸长率13.4%，断面收缩率62%，-20℃冲击功为92J。
实施例4
一种热锻成型复合淬火组织细化高强度螺栓及其制造方法，制造工艺流程主要包括：热锻成型+完全淬火、临界区淬火、回火、滚丝、表面磷化和发黑处理。具体步骤如下：首先将螺栓钢棒材感应加热至920℃，保温50min后热锻成型，并控制终锻温度在850℃，利用锻后余热立即进行淬火，冷却方式：油冷。待螺栓冷至室温后在重新加热至760℃，保温30min后淬油冷却。之后将螺栓加热至500℃进行回火处理，保温时间为120min，空冷。最后依次进行滚丝、表面处理等步骤。螺栓材料选用42CrMo，其化学成分质量百分比为：C：0.4；Si：0.24；Mn：0.64；P：0.012；S：0.002；Cr：0.95；Ni：0.04；Cu：0.07；Mo：0.17；余量为Fe和不可避免的杂质。M22螺栓抗拉强度1159MPa，断后伸长率13.3%，断面收缩率63%，-20℃冲击功为90J。

Claims (7)

1.一种热锻成型复合淬火组织细化高强度螺栓的制造方法，其特征在于，包括热锻成型+完全淬火、临界区淬火、回火、滚丝、表面磷化和发黑处理，具体步骤如下：
首先将螺栓钢棒材感应加热至920℃~1000℃，保温后热锻成型，并控制终锻温度在830℃~850℃，利用锻后余热立即进行淬火，冷却方式采用油冷；待螺栓冷至室温后再重新加热至760℃~790℃，保温后淬油冷却；之后将螺栓加热至350℃~500℃进行回火处理，保温，空冷；最后依次进行滚丝、表面磷化和发黑处理步骤。
2.根据权利要求1所述的热锻成型复合淬火组织细化高强度螺栓的制造方法，其特征在于，经过所述回火步骤后，最终得到回火索氏体加上3%~5%细小铁素体的双相组织。
3.根据权利要求1所述的热锻成型复合淬火组织细化高强度螺栓的制造方法，其特征在于，螺栓材料为35CrMo或42CrMo碳合金钢。
4.根据权利要求3所述的热锻成型复合淬火组织细化高强度螺栓的制造方法，其特征在于，所述35CrMo碳合金钢包括以下组分，以质量百分比计，C：0.32~0.40；Si：0.17~0.37；Mn：0.40~0.70；P：≤0.03；S：≤0.03；Cr：0.90~1.10；Ni：≤0.25；Cu：≤0.30；Mo：0.15~0.30；余量为Fe和不可避免的杂质。
5.根据权利要求3所述的热锻成型复合淬火组织细化高强度螺栓的制造方法，其特征在于，所述42CrMo碳合金钢包括以下组分，以质量百分比计，C：0.38~0.45；Si：0.17~0.37；Mn：0.50~0.80；P：≤0.035；S：≤0.035；Cr：0.90~1.10；Ni：≤0.25；Cu：≤0.30；Mo：0.15~0.25；余量为Fe和不可避免的杂质。
6.根据权利要求1所述的热锻成型复合淬火组织细化高强度螺栓的制造方法，其特征在于，所述感应加热后和重新加热后的保温时间均为30min~50min。
7.根据权利要求1所述的热锻成型复合淬火组织细化高强度螺栓的制造方法，其特征在于，所述回火处理后的保温时间为90min~120min。
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