含釩12.9級軌道交通移動裝備用緊固件用鋼及其熱處理工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于合金鋼領(lǐng)域，尤其12.9級軌道交通移動裝備用緊固件用鋼及其熱處理 工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 緊固件在市場上也稱為標(biāo)準(zhǔn)件，是將兩個或兩個以上的零件(或構(gòu)件)緊固連接成 為一件整體時所采用的一類機(jī)械零件的總稱。它的特點(diǎn)是品種規(guī)格繁多，性能用途各異，而 且標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化的程度極高。緊固件是應(yīng)用最廣泛的機(jī)械基礎(chǔ)件，需求量很大。高 強(qiáng)度螺栓等高強(qiáng)度緊固件的強(qiáng)度水平一般分為8.8、9.8、10.9和12.9四個級別，通常為調(diào)質(zhì) 處理的中碳鋼或中碳合金鋼。
[0003] 隨著軌道交通的高速、重載化，關(guān)鍵零部件受沖擊和震動顯著增大，疲勞破壞成為 其失效的主要形式，對鋼材的低溫沖擊韌性、疲勞性能要求顯著提高，急需耐低溫沖擊、抗 疲勞性能優(yōu)異的緊固件用鋼。為確保緊固件的耐低溫沖擊、抗疲勞性能，目前，我國高速、重 載軌道交通移動裝備用12.9級、12.9級緊固件用鋼多采用4340、40CrNiMo和18Cr2Ni4WE等 高合金結(jié)構(gòu)鋼，生產(chǎn)難度大，Ni、Mo等貴合金消耗大，生產(chǎn)成本高，且大多進(jìn)口。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供含釩12.9級軌道交通移動裝備用緊固件 用鋼及其熱處理工藝，在滿足軌道交通移動裝備用高強(qiáng)高韌緊固件耐低溫沖擊、抗疲勞性 能的同時，能夠合理、均衡地利用資源，采用較少的合金元素加入量，降低生產(chǎn)成本和生產(chǎn) 難度。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種含釩12.9級軌道交通移動裝備用緊固件用 鋼，主要包含以下質(zhì)量百分含量（％)的化學(xué)元素<0.33~0.38%，310.05~0.10%，111 0.70~0.90%，Cr 0.70~0.90%，Ni 0.60~0·90%，Μ〇 0.20~0.30%，Als 0.015~ 0.045%，V 0.06~0· 10%，[N] 0.006~0.010%，P<0.010%，S<0.005%，T[0]< 0.0015%;采用所述緊固件用鋼制備的緊固件熱處理后鋼的組織為回火索氏體基體上彌散 分布少量細(xì)小先共析鐵素體，其中，先共析鐵素體量< 3%，尺寸< 5μπι。為改善鋼的韌性和 抗疲勞性能，還可添加〇. 001~〇. 005 %的Ca。
[0006] 本發(fā)明還提供一種含釩12.9級軌道交通移動裝備用的緊固件用鋼的乳制工藝:如 權(quán)利要求1所述化學(xué)成分的鋼坯加熱溫度按1050-1250°C范圍控制，在1000°C以上完成粗、 中乳機(jī)乳制，精乳機(jī)采用低溫控制乳制，控冷采用緩冷工藝。
[0007] 本發(fā)明還提供一種含釩12.9級軌道交通移動裝備用緊固件的熱處理工藝，其特征 在于，化學(xué)成分如權(quán)利要求1所述含釩12.9級軌道交通移動裝備用緊固件的熱處理工藝為： 870~910°C淬火+670~740°C淬火+530~630°C回火。
[0008] 本發(fā)明提供的一種含釩12.9級軌道交通移動裝備用緊固件，主要包含以下質(zhì)量百 分含量（％)的化學(xué)元素 ：C 0.33~0.38%，Si 0.05~0·10%，Μη 0.70~0.90%，Cr 0.70~ 0.90%，Ni 0.60~0·90%，Μ〇 0.20~0.30%，Als 0.015~0.045%，V 0.06~0·10%，[Ν] 0.006~0.010%，Ρ< 0.010%，S< 0.005%，Τ[0] <0.0015% ;所述緊固件熱處理后鋼材的 奧氏體晶粒度大于10.0級;所述緊固件熱處理后鋼的組織為回火索氏體基體上彌散分布少 量細(xì)小先共析鐵素體，其中，先共析鐵素體量< 3%，尺寸< 5μηι;所述緊固件熱處理后縱向 力學(xué)性能為:Rm: 1250MPa~1350MPa，RpQ.2 2 1100MPa，A 2 9%，Ζ 2 50%，-40°C縱向沖擊吸收 功KUP 80J，在650MPa循環(huán)應(yīng)力條件下疲勞壽命2 1000萬次。
[0009] 本發(fā)明化學(xué)成分設(shè)計思想如下：
[0010] (1)在40CrNiMo鋼基礎(chǔ)上，適當(dāng)降低緊固件用鋼中的C元素含量，改善鋼的韌性和 塑性；（2)適當(dāng)添加鎳元素并加入微量的釩、氮元素，以改善鋼的淬透性并細(xì)化晶粒，提高鋼 的韌性特別是低溫韌性，并改善鋼的強(qiáng)度和韌性配合，提高鋼的抗疲勞性能；（3)加入適量 的Ca元素，對鋼中的夾雜物進(jìn)行變性處理，同時嚴(yán)格控制鋼中雜質(zhì)元素 T[0]、P、S等的含量， 以進(jìn)一步提高鋼的抗疲勞性能。本發(fā)明的關(guān)鍵之處在于將成分優(yōu)化調(diào)整與冶金質(zhì)量控制有 機(jī)地結(jié)合起來，在獲得高強(qiáng)度的同時，獲得優(yōu)異的耐低溫沖擊、抗疲勞破壞性能和較低的成 本。
[0011] 本發(fā)明鋼的包含化學(xué)元素（質(zhì)量％ )如下:c:0.33~0.38，Si :0.05~0.10，Mn:0.70 ~0.90，Cr:0.70~0.90，Ni:0.60~0.90，Mo:0.20~0.30，Als:0.015~0.045，V:0.06~ 0.10，[^ :0.006~0.010，0&:0.001~0.005，？<0.010,5<0.005，1'[0]<0.0015，余為卩6和 其它不可避免的雜質(zhì)。
[0012] 上述各元素的作用及配比依據(jù)如下：
[0013] C:C元素是高強(qiáng)度緊固件用鋼獲得高的強(qiáng)度所必需的。高的C含量雖然對鋼的強(qiáng)度 等有利，但對鋼的冷鐓性能、塑性和韌性極為不利，且使屈強(qiáng)比降低、脫碳敏感性增大，惡化 鋼的抗疲勞性能和加工性能。因此適當(dāng)降低鋼中的C含量，將其控制在0.33~0.38%。
[0014] Si:Si是鋼中主要的脫氧元素，具有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用，但硅能顯著提高鋼的變 形抗力，對冷鐓和冷擠壓極為不利，且Si含量過高將使鋼的塑性和韌性下降，惡化鋼的抗疲 勞性能，故硅含量不宜太高，因此控制Si含量為0.05~0.10%。
[0015] Mn:Mn是脫氧的有效元素，還可以提高鋼的淬透性和強(qiáng)度。含量小于0.70%時，難 以起到上述作用。但淬火鋼回火時，Μη和P有強(qiáng)烈的晶界共偏聚傾向，促進(jìn)回火脆性，惡化鋼 的韌性，因而控制Μη含量在0.90 %以下。
[0016] Cr:Cr能夠有效地提高鋼的淬透性和回火抗力，以獲得所需的高強(qiáng)度；同時Cr還可 降低C的活度，可降低加熱、乳制和熱處理過程中的鋼材表面脫碳傾向，有利用獲得高的抗 疲勞性能，但含量過高會惡化鋼的韌性，因而控制Cr含量為0.70~0.90%。
[0017] Ni : Ni可提高鋼的淬透性、耐蝕性和保證鋼在低溫下的韌性?？紤]到經(jīng)濟(jì)性，控制 Ni含量為0.60~0.90 %。
[0018] M〇:M〇在鋼中的作用主要為提高淬透性、提高回火抗力及防止回火脆性。此外，Mo 元素與Cr元素的合理配合可使淬透性和回火抗力得到明顯提高。Mo含量過低則上述作用有 限，Mo含量過高，則上述作用飽和，且提高鋼的成本。因此，控制Mo含量為0.20~0.30%。
[0019] V:V是強(qiáng)碳、氮化物形成元素，與C、N結(jié)合所形成的細(xì)小彌散碳化物可阻止加熱時 晶粒長大，起細(xì)晶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化的作用，從而可同時提高鋼的強(qiáng)度、韌性和抗疲勞性能。V 含量低于0.06%，上述作用不明顯;V含量高于0.10%，上述作用飽和，且提高鋼的成本。因 而控制V含量為0.06~0.10 %。
[0020] [N]:含釩鋼中增氮促進(jìn)了碳氮化釩在奧氏體、鐵素體中的析出，釩氮鋼中不僅析 出相數(shù)量顯著增加，而且析出相的尺寸也明顯細(xì)化(析出相尺寸越細(xì)小，其析出強(qiáng)化作用就 越強(qiáng)）；同時，含釩鋼中增氮有效地阻止了鐵素體晶粒長大，起到細(xì)化鐵素體晶粒的作用。二 者共同作用，有效