高强螺栓钢的研究及发展趋势

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　　大批量螺栓生产中大都需要墩头。为此，螺栓钢大多为冷镦钢。随着冷镦设备的大型化和生产效率的高速化，对冷镦钢的要求也不断提高。正由于螺栓在机械构件中起着连接、紧固、定位、密封等作用。除了简单作定位的螺栓之外，螺栓在安装时都需要预先拧紧，因此都承受静拉伸载荷。如连杆螺栓、缸盖螺栓等，除受到轴向预紧拉伸载荷的作用外，通常还会在工作过程中受到附加的轴向拉伸(交变)载荷、横向剪切(交变)载荷或由此复合而成的弯曲载荷的作用，有时还有冲击载荷。通常情况下，附加的横向交变载荷会引起螺栓的松动，轴向交变载荷会引起螺栓的疲劳断裂，而在环境介质的作用下轴向拉伸载荷，则会引起螺栓的延迟断裂。
　　延迟断裂的特征
　　延迟断裂是指在静止应力作用下的材料，经过一定时间后突然脆性破坏的一种现象。这种现象是材料一环境一应力相互作用而发生的一种环境脆化，是氢导致材质恶化的一种形态。延迟断裂现象是妨碍紧固件类螺栓用钢高强度化的一个主要因素。大体上可分为以下两类：
* H8 J4 V( z5 u5 @: g+ k, ]5 Z　　(1)主要是由外部环境侵入的氢(外氢)引起的延迟断裂。如汽车、摩托车和桥梁等使用的螺栓，在潮湿空气，雨水等环境中长期暴露而发生氢致损伤，导致延迟断裂。
' A9 f; |5 j0 k# V+ [, V9 ^　　(2)酸洗、电镀处理等制造过程中侵入钢中的氢(内氢)引起的延迟断裂。如电镀螺栓等在没有去氢或去氢不完全，当加载后，经过几小时或几天的较短时间后而发生氢致操作，导致延迟断裂。
! Y5 G" f* C5 |. x) v　　对于前者，一般是由于在长期暴露过程中发生腐蚀、腐蚀坑处腐蚀反应生成的氢侵入而引起的；后者是由于制造过程如酸洗、电镀处理时侵入钢中的氢在应力的作用下向应力集中处集中而引起的。
　　实际用钢在自然环境下发生延迟断裂的主要是淬火回火的马氏体系钢。材料的成份、组织结构及力学性能与延迟断裂敏感性有关。钢中含P、S、Si、Mn等元素促进钢延迟断裂。钢的组织与延迟断裂关系如表1所示。

　　一般认为：钢的强度越高，延迟断裂敏感性越大，在抗拉强度大于900MPa，硬度≥31HRC的强度水平时，延迟断裂的敏感性逐渐增大。
4 O7 n1 X2 B. ~) ^: b9 S　　高强度螺栓钢的要求
　　高强度螺栓钢的质量，大体可划为当前质量、潜在质量与最终质量三类。
　　当前质量主要指变形性能高、不易开裂、变形抗力低。好的钢材质量(表面质量、非金属类杂物、偏析、尺寸精度等)，镦锻容易且工模具损耗低等最基本的锻造特性。
6 R( e5 B" d/ \　　潜在质量是在确保当前质量的基础上，对各种合金元素最佳配比选定，镦锻前和镦锻后或镦锻前后的热处理工序的简化或省略等方面开发，从而获得比原用常规钢材更优更高的功能特性。
) W' `% Z8 C: m0 d4 D. R　　最终质量是指高度螺栓钢及其制品螺栓应满足高的抗拉强度，以便低抗拉长、拉断、滑扣和磨损；有较高的塑性和韧性，以减少对偏斜、缺口应力集中的表面质量的敏感性；对在潮湿大气或腐蚀气氛环境下工作的螺栓，要求具有足够低的延迟断裂敏感性；对于承受交变载荷和冲击载荷的螺栓，要求有较高的疲劳抗力和多次冲击拉伸抗力，以抵抗疲劳，多种断裂。对在严寒地区工作的螺栓，还要求螺栓钢具有低的韧一脆转化温度。
9 [! r  h8 V- N6 a6 o文章关键词： 高强螺栓钢