含鈮10.9級(jí)軌道交通移動(dòng)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10.9級(jí)軌道交通移動(dòng)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(chǎng)上也稱為標(biāo)準(zhǔn)件，是將兩個(gè)或兩個(gè)W上的零件(或構(gòu)件)緊固連接成 為一件整體時(shí)所采用的一類(lèi)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(gè)級(jí)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(dòng)顯著增大，疲勞破壞成為 其失效的主要形式，對(duì)鋼材的低溫沖擊初性、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(guó)高速、重 載軌道交通移動(dòng)裝備用10.9級(jí)、12.9級(jí)緊固件用鋼多采用4340、40吐化齡和18化2化4胖6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(wèn)題，本發(fā)明提供含妮10.9級(jí)軌道交通移動(dòng)裝備用緊固件 用鋼及其熱處理工藝，在滿足軌道交通移動(dòng)裝備用高強(qiáng)高初緊固件耐低溫沖擊、抗疲勞性 能的同時(shí)，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(wèn)題，本發(fā)明提供一種含妮10.9級(jí)軌道交通移動(dòng)裝備用緊固件用 鋼，主要包含^下質(zhì)量百分含量（％)的化學(xué)元素：(：0.33~0.38%，510.05~0.10%，111 0.70~0.90%，Cr0.70~0.90%，Ni0.30~0.60%，Mo0.20~0.30%，Als0.015~ 0.045%，抓 0.03~0.06%，P< 0.010%，S< 0.005%，Τ[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，先共析鐵素體量含5%，尺寸含5μπι。為改善鋼的初性和抗疲勞性能，還可添加0.001~ 0.005%的化。
[0006] 本發(fā)明還提供一種含妮10.9級(jí)軌道交通移動(dòng)裝備用的緊固件用鋼的社制工藝:如 權(quán)利要求1所述化學(xué)成分的鋼巧加熱溫度按1050-1250°C范圍控制，在1000°CW上完成粗、 中社機(jī)社制，精社機(jī)采用低溫控制社制，控冷采用緩冷工藝。
[0007] 本發(fā)明還提供一種含妮10.9級(jí)軌道交通移動(dòng)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所述含妮10.9級(jí)軌道交通移動(dòng)裝備用緊固件的熱處理工藝為： 890~920°C澤火+690~750°C澤火巧30~630°C回火。
[000引本發(fā)明提供的一種含妮10.9級(jí)軌道交通移動(dòng)裝備用緊固件，主要包含W下質(zhì)量百 分含量（％)的化學(xué)元素 :(：0.33~0.38%，510.05~0.10%，]\1110.70~0.90%，吐0.70~ 0.90%，Ni0.30~0.60%，Mo0.20~0.30%，Als0.015~0.045%，Nb0.03~0.06%，P< 0.010%，S<0.005%，T[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(jí);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，先共析鐵素體量含5%，尺寸含扣m;所述緊固件熱處理后縱向力學(xué)性能為：Rm 1050M化~1200MPa，Rp〇.2 > 950MPa，A > 10%，Z > 50%，-40°C縱向沖擊吸收功K化 > 80J，在 550MPa循環(huán)應(yīng)力條件下疲勞壽命^ 1000萬(wàn)次。
[0009] 本發(fā)明化學(xué)成分設(shè)計(jì)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，改善鋼的初性和 塑性；（2)適當(dāng)添加儀元素并加入微量的妮元素，W改善鋼的澤透性并細(xì)化晶粒，提高鋼的 初性特別是低溫初性，并改善鋼的強(qiáng)度和初性配合，提高鋼的抗疲勞性能；（3)加入適量的 化元素，對(duì)鋼中的夾雜物進(jìn)行變性處理，同時(shí)嚴(yán)格控制鋼中雜質(zhì)元素 T[0]、P、S等的含量，W 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(lái)，在獲得高強(qiáng)度的同時(shí)，獲得優(yōu)異的耐低溫沖擊、抗疲勞破壞性能和較低的成 本。
[001。 本發(fā)明鋼的包含化學(xué)元素（重量％ )如下:C: 0.33~0.38，Si : 0.05~0.10，Mn: 0.70 ~0.90,吐：0.70~0.90，Ni:0.30~0.60，Mo:0.20~0.30，Als:0.015~0.045，V:0.06~ 0.10，^]:0.006~0.010，〔日：0.001~0.005，？<0.010,5< 0.005，1'[0]<0.0015，余為化和 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(duì)鋼的強(qiáng)度 等有利，但對(duì)鋼的冷鐵性能、塑性和初性極為不利，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，但娃能顯著提高鋼的變 形抗力，對(duì)冷鐵和冷擠壓極為不利，且Si含量過(guò)高將使鋼的塑性和初性下降，惡化鋼的抗疲 勞性能，故娃含量不宜太高，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W提高鋼的澤透性和強(qiáng)度。含量小于0.70%時(shí)，難 W起到上述作用。但澤火鋼回火時(shí)，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 的初性，因而控制Μη含量在0.90 % W下。
[0016] 化:化能夠有效地提高鋼的澤透性和回火抗力，W獲得所需的高強(qiáng)度；同時(shí)化還可 降低C的活度，可降低加熱、社制和熱處理過(guò)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(guò)高會(huì)惡化鋼的初性，因而控制化含量為0.70~0.90%。
[0017] Ni:Ni可提高鋼的澤透性、耐蝕性和保證鋼在低溫下的初性?？紤]到經(jīng)濟(jì)性，控制 Ni含量為0.30~0.60%。
[001引Mo:Mo在鋼中的作用主要為提高澤透性、提高回火抗力及防止回火脆性。此外，Mo 元素與化元素的合理配合可使?jié)赏感院突鼗鹂沽Φ玫矫黠@提高。Mo含量過(guò)低則上述作用有 限，Mo含量過(guò)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] Nb:Nb對(duì)鋼的強(qiáng)初化效果主要表現(xiàn)為晶粒細(xì)化、析出強(qiáng)化和相變強(qiáng)化。Nb在鋼中W 置換溶質(zhì)原子存在，Nb原子比鐵原子尺寸大，易在位錯(cuò)線上偏聚，對(duì)位錯(cuò)攀移產(chǎn)生強(qiáng)烈的拖 曳作用，使再結(jié)晶形核受到抑制，對(duì)再結(jié)晶具有強(qiáng)烈的阻止作用，提高了奧氏體的再結(jié)晶溫 度，從而達(dá)到細(xì)化奧氏體晶粒的目的，晶粒細(xì)化不僅能提高鋼材的強(qiáng)初性，而且改善鋼材的 低溫性能。但其價(jià)格昂貴。綜合考慮，佩的范圍可控制在0.03 %~0.06 %。
[0020] Ca:化具有脫氧脫硫和對(duì)非金屬夾雜物變性處理的作用，從而改善鋼的初性和抗 疲勞性能。C