CN116497288A - 一种稀土复合添加的耐候钢紧固件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及耐候钢技术领域，提供了一种稀土复合添加的耐候钢紧固件，以质量百分含量计，包括如下组成：C：0.45～0.51％，Si：0.22～0.26％，Mn：0.60～0.80％，Cr：0.72～1.04％，Ni：1.03～5.01％，Cu：0.21～0.30％，Ce：0.020～0.068％，Ti：0.10～0.18％，Mo：0.18～0.24％，P≤0.018％，S≤0.004％，余量为Fe。本发明还提供了上述稀土复合添加的耐候钢紧固件的制备方法。本发明的优点在于：不仅具有优良的力学性能，还具有优异的耐海洋大气腐蚀性能，适用于严苛的海洋大气环境。

Description

一种稀土复合添加的耐候钢紧固件及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐候钢技术领域，尤其涉及一种稀土复合添加的，且具有优良力学性能及优异耐海洋大气腐蚀性能的耐候钢紧固件及其制备方法。
背景技术
耐候钢杆塔，是指在钢材冶炼过程中通过添加耐蚀的合金元素，使其在金属基体表面形成稳定锈层，实现自我防腐的一种新材料杆塔。在防腐性能方面，传统杆塔依靠镀锌层防腐，运行10～20年后需要进行高空防腐维护，作业难度大、风险高，且防腐效果不理想。而耐候钢杆塔，本身自带防腐层，随运行年限的增加，防腐层更加致密，防腐性能更优异，服役寿命达50年以上。此外，耐候钢杆塔因消除了镀锌带来的水、气和土壤污染，经测算，杆塔加工企业的绿色制造资源环境影响度下降了42.73％；同时，因镀锌工序的取消，候钢杆塔仅在加工工序上，每吨钢减少CO2排放203公斤，减碳率5％以上；另外，耐候钢杆塔的应用还具有较好的社会、经济效益，如，节省锌锭和镀锌人工劳动力社会效益明显；如，耐候钢中耐蚀元素Cu、Cr和Ni等属于贵重金属元素，可回收再利用，经济效益明显。
关于耐候钢杆塔的角钢、钢板等部件连接，目前通常采用镀锌螺栓进行连接。然而，传统的镀锌螺栓因为与耐候钢表面存在腐蚀电位差，螺栓镀锌层会出现加速腐蚀现象，尤其用于严苛的海洋大气环境时。因此，耐候钢杆塔需要研制专用耐候螺栓。
目前，也有一些对于耐候钢杆塔的专用螺栓报道。但其中，用于耐候钢杆塔的螺栓专利201811293641.5“输电铁塔用600Mpa级耐候螺栓钢自腐蚀匹配方法”仅涉及到6.8级铁塔用耐候紧固件。当对于220kV等压等级及以上的铁塔时，需采用8.8级及以上的耐候钢紧固件；同时，对于严苛的海洋大气环境，需研发专用的海洋大气环境用耐候紧固件。
专利202110686832.3“800MPa级耐候钢及其制备方法、紧固件及其制备方法”中紧固件的主要成分为：C：0.35～0.40％，Si：0.10～0.30％，Mn：0.50～0.80％，Cr：0.75～1.20％，Ni：0.35～0.65％，Cu：0.35～0.65％，P≤0.040％，S≤0.010％。该专利耐候钢具有较好的强度级别，但当用于严苛的海洋大气环境时，其在耐腐蚀性能上仍有不足。
而在10.9级耐候紧固件研究方面，中国专利CN106521360B“一种免涂装耐候圆钢的制造方法”中耐候圆钢的合金元素：C(0.21～0.25％)、Mo(0％)；中国专利CN107022718A“免涂装桥梁结构用耐海洋大气腐蚀高强螺栓钢及制造方法”、中国专利CN107177787A“免涂装钢结构用耐工业大气腐蚀高强螺栓钢及制造方法”、中国专利CN107177803A“免涂装桥梁结构用耐工业大气腐蚀高强螺栓钢及制造方法”中涉及到稀土元素的添加，同时，其Mo元素含量均为0，Ni元素的添加在0.65w％以下，但这些产品的应用场景基本上为乡村大气和工业大气环境，无法适用海洋大气环境。
中国专利CN108070796A“一种抗延迟断裂1040MPa级耐候螺栓”中耐候螺栓合金元素：C(0.21-0.32％)。C元素对提高材料的强度至关重要，在量产过程中需要考虑成分和性能波动的因素，C含量过低，容易导致力学性能不达标。
申请号为201710375650.8的发明专利“免涂装钢结构用耐工业大气腐蚀高强螺栓钢及制造方法”提供了一种成分为：C 0.16～0.45％，Si 0.01～2.0％，Mn0.3～2.2％，P0.025～0.12％，S0.002～0.025％，B 0.0005～0.0100％，Ti 0.04～0.50％，V 0.01～0.20％，Al 0.02～0.10％，Cu0.2～0.5％，Ni 0.2～1.0％，其余为Fe和微量杂质的10.9级耐工业大气腐蚀的螺栓钢，并提供了调质工艺，使螺栓具备良好的强韧性和耐腐蚀性能。但该产品以P和Cu作为耐腐蚀元素，对于需要保证安全性的螺栓用钢来说，加入较大量的磷可能造成冷脆现象，从而在低温服役时引起钢结构失效。
申请号为201710375682.8的发明专利“免涂装桥梁结构用耐海洋大气腐蚀高强螺栓钢及制造方法”提供了10.9级耐海洋大气腐蚀的螺栓钢产品，成分上在以下化学成分上与前者存在差异：Si 0.01～2.2％，Mn 0.3～2.5％，P 0.001～0.024％，B 0.0005～0.0100％，Ti 0.01～0.50％，Al 0.001～0.15％，Cr 0.35～3.2％，Cu 0.2～0.6％，Ni 0.2～2.5％，并提供了调质工艺，使螺栓具备良好的强韧性和耐腐蚀性能。但该专利也未进行成品紧固件应用安全性和耐腐蚀性能的评估。
据此，目前急需设计出一种不仅具有优良力学性能，还具有优异的耐海洋大气腐蚀性能的新型耐候钢紧固件。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种稀土复合添加的耐候钢紧固件及其制备方法，该紧固件不仅具有优良的力学性能，还具有优异的耐海洋大气腐蚀性能，适用于严苛的海洋大气环境。
本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种稀土复合添加的耐候钢紧固件，以质量百分含量计，包括如下组成：
C：0.45～0.51％，Si：0.22～0.26％，Mn：0.60～0.80％，Cr：0.72～1.04％，Ni：1.03～5.01％，Cu：0.21～0.30％，Ce：0.020～0.068％(稀土元素)，Ti：0.10～0.18％，Mo：0.18～0.24％，P≤0.018％，S≤0.004％，余量为Fe。
作为本发明的优选方式之一，以质量百分含量计，还包括：Sb：0.10～0.13％，Sn：0.09～0.32％。
作为本发明的优选方式之一，以质量百分含量计，还包括如下组成中的至少一种：V：0.010～0.050％，Nb：0.012～0.06％。
作为本发明的优选方式之一，所述耐候钢紧固件的金相组织由体积分数50～65％的珠光体以及体积分数35～50％的铁素体组成；其中，铁素体的晶粒尺寸为4～12μm。
一种上述稀土复合添加的耐候钢紧固件的制备方法，包括如下步骤：
(1)基于耐候钢紧固件的组成，采用真空冶炼方法，获得相应钢坯；
(2)对所述钢坯进行加热和轧制处理，将钢坯加工成线材；
所述加热处理中，加热温度为1120～1150℃；
所述轧制处理中，开轧温度为1020～1060℃，预精轧温度为930～960℃，减定径温度为900～920℃，吐丝温度为860～900℃，入罩温度为790～820℃，出罩温度为550～600℃；
(3)对加工完成的线材进行淬火和回火处理，最终制得目标所需的耐候钢紧固件；
所述淬火处理包括加热、保温和冷却，其中，加热温度为860～880℃，保温时间为45～55min，冷却结束温度≤80℃；
所述回火处理包括加热、保温和冷却，其中，加热温度为550～580℃，保温时间为90～100min，冷却结束温度为室温，淬火硬度为48～49HRC。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(3)的淬火处理中，从400℃以上的温度冷却至400℃的区间，冷却速率≥80℃≥≥；从400℃冷却到最终冷却结束温度的区间，冷却速率为10℃≥≥。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(3)的回火处理中，冷却速率为20～30℃≥≥，室温为20～25℃。
作为本发明的优选方式之一，所述耐候钢紧固件包括但不限于螺栓、螺母、螺柱、螺钉、垫圈、挡圈、销、铆钉、焊钉。
作为本发明的优选方式之一，最终制得的所述耐候钢紧固件，其屈服强度980～1025MPa，抗拉强度1073～1100MPa，断后延伸率12～15％，断面收缩率57～65％。
作为本发明的优选方式之一，最终制得的所述耐候钢紧固件，在质量浓度为0.450mol≥L NaCl、240h周浸试验条件下，腐蚀速率为3.2～13.1g≥m2·h；在0.045mol≥LNaCl、240h周浸试验条件下，腐蚀速率为0.8～3.5g≥m2·h。
本发明耐候钢紧固件中，重要元素的作用如下：
C：C是提高本发明耐候钢强度的主要元素，无论是第二相析出强化还是相变强化，均需要通过C来形成第二相粒子，同时提高过冷奥氏体的淬透性，因此本发明将C元素的含量控制在0.45wt％以上；但是，增加C含量会导致碳化物增多，耐大气腐蚀性能变差和钢材冷变形差，难以实现冷镦连续作业的要求，因此本发明将C含量控制在0.51％以下；同时因为碳含量较高，本发明添加Ti含量在0.10wt％以上，以减少碳化物的影响，通过纳米粒子的析出，提高钢的强度。
Si：钢中常用的脱氧元素，Si元素的固溶强化提高钢的加工硬化率，能显著恶化钢的冷加工性能，同时促进元素P、S的晶界偏聚，控制其含量不超过0.26％。
Mn：Mn是提高奥氏体淬透性的元素，在淬火+高温回火调质过程中可以提高钢的淬透性，但连铸过程具有中心偏析的风险与调质过程中强烈的晶界偏聚倾向，促进回火脆性；本发明将Mn元素的含量控制在0.60-0.80wt％范围，能够避免MnS夹杂物的形成，改善紧固件的成形性能。
Cr：Cr是扩大铁素体区的元素，通过Cr的添加，有利于从热轧到温轧的冷却过程中铁素体的形成，从而实现铁素体区大变形温轧；而且，Cr还可以与C形成原子对而打破屏蔽效应，实现对DSA(dynamic≥train aging，动态应变时效)的延缓，从而有利于铁素体晶内剪切带的形成，一部分Cr与C形成第二相粒子，另一部分Cr通过固溶或者形成原子对抑制DSA。Cr元素第二个方面在腐蚀过程中富集于内锈层中，显著细化了内锈层腐蚀产物的颗粒尺寸，提高内锈层的致密性，延缓了内锈层中Fe3+的还原速度，从而提高钢的耐蚀性。但含量超过过高则会恶化钢的韧性和冷加工性能，因此本发明控制Cr在0.72～1.04wt％。
Ni：加入Ni能使钢的自腐蚀电位正移，增加了钢的稳定性。在内外锈层中均有Ni元素的分布，发现Ni2+占据了Fe3O4八面体间隙，形成了锈层中稳定的Fe2NiO4相。据此推测这种新的(Fe，Ni)O6单元可能改变锈层的形貌，形成Fe2NiO4沉淀，并为纳米结构的Fe(O，OH)6提供大量的形核点，进而促进致密的细颗粒锈生成，阻止Cl-向钢表面扩散，因此在海洋大气环境中效果最明显，发现随Ni含量的增加，锈层中α-FeOOH≥γ-FeOOH的比例提高，并且使纳米尺寸(＜15nm)具有超顺磁性的α-FeOOH的比例提高。Ni含量进一步优化控制在1.03～5.01％。
Cu：Cu被认为是与耐候钢耐蚀性最相关的元素，也是最具性价比的合金元素。在腐蚀过程，Cu在金属表面富集，形成Cu沉积，减缓腐蚀。钢与表面二次析出的Cu之间的阴极接触，能促进钢阳极钝化，形成保护性较好的锈层。碳钢中加入仅0.04wt％时，即表现出耐大气腐蚀性能；但是，当含量超过一定量后，对耐蚀性几乎无多大提高。Cu含量控制在：0.21～0.30％。
Ce：铈元素Ce化学性质活泼，能与O、S形成复合夹杂物，在钢液中密度较小从而易上浮，减少了钢液中O、S含量，达到了净化作用。当部分未上浮的夹杂物残留于基体中时，这种夹杂物形状为球形，且硬度较低，引起的应力集中效应较Al2O3这种硬脆型夹杂物低，当塑性变形较大时(>40％)，可以改善微孔在夹杂物处形核长大的现象。固溶于基体中的Ce元素可以作为储H位点，抑制H致延迟开裂现象。Ce能够促进致密稳定的保护性腐蚀产物α-FeOOH的形成，因此腐蚀速率降低。本发明中Ce含量控制在0.020～0.068wt％。
Ti：能够固定住C原子和N原子，尤其是少量固溶的N原子，形成高熔点的TiN，间隙原子的降低有利于再结晶织构的发展，也可以第二相粒子析出，发挥弥散强化的作用，同时，Cr与Ti的共同添加可以更好的促进剪切带的形成与发展。
Mo：Mo是一种能够溶于铁素体中的元素，能够提高铁素体再结晶温度，从而强化铁素体组织，提高钢的热强性和蠕变强度。它能够与碳形成MC或M2C型弥散析出相，通过钉扎位错、阻碍位错运动提升钢的强度(主要通过析出强化的作用增加强度)。在微合金钢中Mo会阻碍奥氏体中C、N原子的扩散，推迟碳氮化物在奥氏体中的析出，这样更多的微合金元素保留到铁素体中沉淀析出，有利于提高钢的强度。Mo还可提高钢的耐蚀性，特别是耐海水腐蚀性能。Mo在耐候钢耐蚀方面是一种有益元素，它使耐候钢基体表面的锈层更加紧凑致密，在锈层中缺陷处有一定偏聚，使锈层更完整。在耐候钢锈层中，Mo通常以六价铂酸盐的形式存在，酸性更强的环境中以稳定性更强的MoO3形式存在。在钢中单独添加一定量的Mo，就可以明显提高钢的耐蚀性，在与其它耐蚀元素共同添加时，可以更好地发挥协同作用。
P：P能大幅度提高城乡大气或工业大气环境的腐蚀性能，但在钢液凝固时形成微观偏析，在调质处理回火过程中偏聚在晶界，显著提高钢的脆性。经实验验证，配合本发明各元素后，应控制P在0.018wt％以下。
S：与钢中Mn形成MnS夹杂和在晶界偏聚而引起钢的热脆性，恶化钢的加工能力。降低钢中S含量，可提高钢的变形性能和减少钢中的非金属夹杂物，改善钢的加工性能和韧性等。因此控制S在0.004wt％以下。
Sb：Sb元素耐蚀性的主要作用机理是在钢的表面形成了致密的Sb2O5保护性锈层。Sb的加入，对耐点蚀性能非常优秀，对抵抗酸性(HCl、H2SO4)环境点蚀特别有效。添加0.10％Sb以下作用不明显，但高于0.15％晶界偏聚明显，热加工性能、强韧性等问题。本发明Sb控制在0.10～0.13％。
Sn：Sn的加入，在钢的表面形成了SnO2保护性薄膜，Cu和Sn在钢中的复合添加，大幅度提高了锈层的致密性，对耐局部腐蚀性能特别有效。为了增加海洋大气环境的耐蚀性，本发明Sn含量添加较高，为0.09wt％及其以上，但高于一定量时，基体组织易会出现晶界偏聚，热加工性能、强韧性等问题。因而控制Sn含量在0.09～0.32w％。
V：碳、氨、氧有极强的亲和力，与之形成相应的稳定化合物。钒在钢中主要以碳化物的形式存在。其主要作用是细化钢的组织和晶粒，降低钢的强度和韧性。当在高温溶入固溶体时，增加淬透性；反之，如以碳化物形式存在时，降低淬透性。钒增加淬火钢的回火稳定性，并产生二次硬化效应。本发明V仅少量添加。
Nb：铌作为微合金化元素加入钢中并不改变铁的结构，而是与钢中的碳、氮、硫结合，改变钢的显微结构。铌对钢的强化作用主要是的是细晶强化和弥散强化，铌能和钢中的碳氮生成稳定的碳化物和碳氮化物。而且还可以使碳化物分散并形成具有细晶化的钢。铌还可以通过诱导析出和控制冷却速度，实现析出物弥散分布。本发明Nb仅少量添加。
不同元素间的相互协同作用：
耐候钢采用Cu-P-Cr-Ni耐蚀元素和其他元素Ce-Sn-Sb的协同配合，提高钢材的耐腐蚀性能；同时，添加Mn元素和Cr元素以提高紧固件的淬透性和强度；添加Ti-Mo元素通过纳米粒子析出强化，提高紧固件的强度和韧性；本发明通过上述各元素协同并限定各元素的配比，使得耐候钢制备的紧固件具有良好的力学性能和优异的耐大气腐蚀性能。
本发明相比现有技术的优点在于：
本发明提供的紧固件屈服强度980～1025MPa，抗拉强度为1073～1100MPa，断后延伸率为12～15％，断面收缩率为57～65％；同时，在质量浓度为0.450mol≥LNaCl、240h周浸试验条件下，腐蚀速率为3.2～13.1g≥m2·h；在0.045mol≥L NaCl、240h周浸试验条件下，腐蚀速率为0.8～3.5g≥m2·h。本发明耐候钢紧固件具有优良的力学性能以及优异的耐海洋大气腐蚀性能，适用于严苛的海洋大气环境。
附图说明
图1是实施例10耐候钢螺栓的金相组织图；
图2是实施例16中碳化物的析出形貌图；
图3是实施例16耐候钢螺栓与“普通螺栓”在0.045mol≥L腐蚀溶液环境下，不同腐蚀周期的腐蚀速率对比；
图4是实施例16耐候钢螺栓与“普通螺栓”在0.450mol≥L腐蚀溶液环境下，不同腐蚀周期的腐蚀速率对比。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如无特殊说明，本发明实施例所用原料均为市售或本领域技术人员可获得的原料；如无特殊说明，本发明实施例所用方法均为本领域技术人员所掌握的方法。
实施例1
本实施例的一种稀土复合添加的耐候钢螺栓，如表1所示，包括如下组成：C：0.47％，Si：0.23％，Mn：0.71％，Cr：0.72％，Ni：1.03％，Cu：0.23％，Ce：0.020％，Ti：0.10％，Mo：0.21％，P：0.010％，S：0.003％，余量为Fe。
制备方法：
(1)基于上述组成，采用真空感应炉冶炼1000kg钢锭，随后锻造成100×100mm2方坯。
(2)对所述钢坯进行加热和轧制处理，将钢坯加工成25mm直径线材。加热处理中，加热温度为1120℃。轧制处理中，开轧温度为1030℃，预精轧温度为930℃，减定径温度为900℃，吐丝温度为860℃，入罩温度为790℃，出罩温度为550℃。如表2所示。
(3)对加工完成的线材进行变形处理后，再淬火和回火处理，最终制得目标所需的耐候钢螺栓。所述淬火处理包括加热、保温和冷却；其中，加热温度为860℃，保温时间为50min，冷却结束温度80℃，从860℃冷却至400℃的区间冷却速率95℃≥≥，从400℃冷却到80℃的区间冷却速率为10℃≥≥。所述回火处理包括加热、保温和冷却，其中，加热温度为550℃，保温时间为90min，冷却结束温度为室温，冷却速率为25℃≥≥，淬火硬度为48HRC。如表3所示。
实施例2～实施例16
实施例2～16的一种稀土复合添加的耐候钢螺栓，与实施例1基本相同，主要不同之处在于：(1)组成成分不同，如表1所示；(2)加热和轧制处理过程的工艺参数不同，如表2所示；(3)淬火和回火处理过程的工艺参数不同，如表3所示。
表1实施例1～16的成分组成(单位：％)
表2实施例1～16线材的加热、轧制工艺参数
表3实施例1～16线材的淬火、回火工艺参数
将实施例1～16提供的螺栓进行力学性能检测，结果如表4所示。同时，将螺栓采用干≥湿交替加速腐蚀试验方法研究，浸润溶液为不同浓度的NaCl溶液，试验箱内为溶液温度45±2℃，相对湿度为70±10％RH。一个循环周期为60min，干≥湿交替循环试验中：浸润时间12±1.5min，干燥时间48±1.5min，即干≥湿比＝4:1，结果如表5所示。
表4各实施例的力学性能
表5各实施例在两种不同腐蚀条件下的耐腐蚀性能对比
由以上结果可知：
一、本发明实施例1～16的力学性能分为3个等级：其中实施例1～4的屈服强度835～871Mpa，抗拉强度为943～982Mpa，断后延伸率为14～18％，断面收缩率为56～63％；实施例5～10的屈服强度901～978Mpa，抗拉强度为962～1065Mpa，断后延伸率为14～17％，断面收缩率为60～65％；实施例11～16的屈服强度980-1025Mpa，抗拉强度为1073～1100Mpa，断后延伸率为12～15％，断面收缩率为57～65％。
二、在质量浓度为0.450mol≥L NaCl,240h周浸试验条件下，腐蚀速率为3.2～13.1g≥m2·h；在0.045mol≥L NaCl,240h周浸试验条件下，腐蚀速率为0.8～3.5g≥m2·h。以上加速腐蚀测试证明，本发明产品的耐腐蚀性能优异。
此外，上述实施例10螺栓的金相组织如图1所示，实施例16中碳化物的析出形貌如图2所示，实施例16与“普通螺栓”在不同腐蚀周期下的完整速率对比结果如图3(腐蚀溶液0.045mol≥L)、图4(腐蚀溶液0.450mol≥L)所示。其中，“普通螺栓”指组成成分为“0.35％C、0.22％ Si、0.85％ Mn、0.002％ P、0.008％ S、0.12％Ti”，且工艺参数为“加热炉均热温度1150℃，开轧温度1040℃，预精轧温度为930℃，减定径温度为930℃，吐丝温度为890℃；淬火加热温度为850℃，保温时间为30min，高温区冷却速率80℃≥≥；回火加热温度为520℃，回火保温时间为90min，回火冷却速率为20℃≥≥”。
由图1可知：本发明耐候钢紧固件的金相组织由体积分数50～65％的珠光体以及体积分数35～50％的铁素体组成；其中，铁素体的晶粒尺寸为4～12μm。
由图2可知：紧固件产品中析出的碳化物数量密集，且碳化物的颗粒尺寸主要集中在2～7nm，能起到最大的析出强化作用。
由图3、图4可知：相对于普通螺栓产品，本发明耐候钢螺栓具有更好的耐腐蚀性能，，适用于严苛的海洋大气环境。
对比例1
本对比例的一种稀土复合添加的耐候钢螺栓，与实施例16基本相同，主要不同之处在于：Ti添加量为0；加热、轧制、淬火、回火处理过程的工艺参数均同实施例16。
对比例2
本对比例的一种稀土复合添加的耐候钢螺栓，与实施例16基本相同，主要不同之处在于：Mo添加量为0；加热、轧制、淬火、回火处理过程的工艺参数均同实施例16。
对比例3
本对比例的一种稀土复合添加的耐候钢螺栓，与实施例16基本相同，主要不同之处在于：Ti、Mo添加量为0；加热、轧制、淬火、回火处理过程的工艺参数均同实施例16
对比例1～3与实施例16的力学性能对比结果如表6所示。
表6对比例1～3与实施例16的力学性能对比
由表6结果可知：Ti、Mo元素通过纳米粒子析出强化，可相对提高紧固件的强度和韧性，但二者的协调作用更好。
对比例4
本对比例的一种稀土复合添加的耐候钢螺栓，与实施例16基本相同，主要不同之处在于：Sn添加量为0；加热、轧制、淬火、回火处理过程的工艺参数均同实施例16。
对比例5
本对比例的一种稀土复合添加的耐候钢螺栓，与实施例16基本相同，主要不同之处在于：Sb添加量为0；加热、轧制、淬火、回火处理过程的工艺参数均同实施例16。
对比例6
本对比例的一种稀土复合添加的耐候钢螺栓，与实施例16基本相同，主要不同之处在于：Sn、Sb添加量为0；加热、轧制、淬火、回火处理过程的工艺参数均同实施例16。
对比例4～6与实施例16的耐腐蚀性能对比结果如表7所示。
表7对比例4～6与实施例16的耐腐蚀性能对比
由表7结果可知：Sn、Sb元素的添加可相对提高紧固件的耐腐蚀性能，但效果有限；只有在组成中同时添加Ce-Sn-Sb三元素，才能实现最有效的协调作用，实现Ce-Sn-Sb三元素与本发明Cu-P-Cr-Ni耐蚀元素的完全协同配合，进而最大化的提高钢材耐腐蚀性能。
对比例7
本对比例的一种稀土复合添加的耐候钢螺栓，与实施例16基本相同，主要不同之处在于：回火处理过程，加热温度为580℃。
对比例8
本对比例的一种稀土复合添加的耐候钢螺栓，与实施例16基本相同，主要不同之处在于：回火处理过程，加热温度为600℃。
对比例9
本对比例的一种稀土复合添加的耐候钢螺栓，与实施例16基本相同，主要不同之处在于：回火处理过程，保温时间为120min。
对比例10
本对比例的一种稀土复合添加的耐候钢螺栓，与实施例16基本相同，主要不同之处在于：回火处理过程，保温时间为140min。
对比例11
本对比例的一种稀土复合添加的耐候钢螺栓，与实施例16基本相同，主要不同之处在于：回火处理过程，冷却速率为15℃≥≥。
对比例12
本对比例的一种稀土复合添加的耐候钢螺栓，与实施例16基本相同，主要不同之处在于：回火处理过程，冷却速率为10℃≥≥。
对比例7～12与实施例16的力学性能对比结果如表8所示。
表8对比例7～12与实施例16的力学性能对比
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由表8结果可知：回火处理中，加热温度过高和保温时间过长，会使紧固件强度大幅度下降，碳化物发生粗化等现象，不能满足高强度的性能要求；冷速过小在冷却过程中会发生碳化物继续析出和粗化，导致大规格材料的强度和硬度偏低，达不到1100MPa的高强度要求。
以上所述仅为本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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种稀土复合添加的耐候钢紧固件，其特征在于，以质量百分含量计，包括如下组成：
C：0.45～0.51％，Si：0.22～0.26％，Mn：0.60～0.80％，Cr：0.72～1.04％，Ni：1.03～5.01％，Cu：0.21～0.30％，Ce：0.020～0.068％，Ti：0.10～0.18％，Mo：0.18～0.24％，P≤0.018％，S≤0.004％，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的稀土复合添加的耐候钢紧固件，其特征在于，以质量百分含量计，还包括：Sb：0.10～0.13％，Sn：0.09～0.32％。
3.根据权利要求1所述的稀土复合添加的耐候钢紧固件，其特征在于，以质量百分含量计，还包括如下组成中的至少一种：V：0.010～0.050％，Nb：0.012～0.06％。
4.根据权利要求1～3任一所述的稀土复合添加的耐候钢紧固件，其特征在于，所述耐候钢紧固件的金相组织由体积分数50～65％的珠光体以及体积分数35～50％的铁素体组成；其中，铁素体的晶粒尺寸为4～12μm。
5.一种如权利要求1～4任一所述的稀土复合添加的耐候钢紧固件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)基于耐候钢紧固件的组成，采用真空冶炼方法，获得相应钢坯；
(2)对所述钢坯进行加热和轧制处理，将钢坯加工成线材；
所述加热处理中，加热温度为1120～1150℃；
所述轧制处理中，开轧温度为1020～1060℃，预精轧温度为930～960℃，减定径温度为900～920℃，吐丝温度为860～900℃，入罩温度为790～820℃，出罩温度为550～600℃；
(3)对加工完成的线材进行淬火和回火处理，最终制得目标所需的耐候钢紧固件；
所述淬火处理包括加热、保温和冷却，其中，加热温度为860～880℃，保温时间为45～55min，冷却结束温度≤80℃；
所述回火处理包括加热、保温和冷却，其中，加热温度为550～580℃，保温时间为90～100min，冷却结束温度为室温，淬火硬度为48～49HRC。
6.根据权利要求5所述的稀土复合添加的耐候钢紧固件的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)的淬火处理中，从400℃以上的温度冷却至400℃的区间，冷却速率≥80℃≥≥；从400℃冷却到最终冷却结束温度的区间，冷却速率为10℃≥≥。
7.根据权利要求5所述的稀土复合添加的耐候钢紧固件的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)的回火处理中，冷却速率为20～30℃≥≥，室温为20～25℃。
8.根据权利要求5所述的稀土复合添加的耐候钢紧固件的制备方法，其特征在于，所述耐候钢紧固件为螺栓、螺母、螺柱、螺钉、垫圈、挡圈、销、铆钉、焊钉中的一种。
9.根据权利要求5所述的稀土复合添加的耐候钢紧固件的制备方法，其特征在于，最终制得的所述耐候钢紧固件，其屈服强度980～1025MPa，抗拉强度1073～1100MPa，断后延伸率12～15％，断面收缩率57～65％。
10.根据权利要求5所述的稀土复合添加的耐候钢紧固件的制备方法，其特征在于，最终制得的所述耐候钢紧固件，在质量浓度为0.450mol≥L NaCl、240h周浸试验条件下，腐蚀速率为3.2～13.1g≥m2·h；在0.045mol≥L NaCl、240h周浸试验条件下，腐蚀速率为0.8～3.5g≥m2·h。
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