1300 MPa级高强度螺栓钢

式中 L7YY 对应时刻 N7时初始晶粒直径FZ,9
L0YY 对应时刻 N时晶粒直径FZ,9
QYY 取决于 L0ML7值的指数D
PO P72[(4R VMWX54V 为 激 活 能 FJ\M,.+5D
由 于 L0ML7 都 小 于 !%]F根 据 @.^#J.^所 述 的
L0ML7YQ 的关系可取 QO6D作 +S4LQ0RLQ75Y!MX
!号K +S4L60RL675Ob_%E6;RbAb77MX
4_5
;号K +S4L60RL675OA6%7]bR6bA77MX
4<5
对 照式4;5可 求 出 奥 氏 体 晶 界 迁 移 的 激 活 能 分
别为
!号 K
VO bAb77WO A_b%bJ\M,.+
;号 K
VO 6Ab77WO <b]%EJ\M,.+
;<= >?@> ABC<;@B> AB<<DEFC GFDBA =?B> B<;A?D<ABC<;@B> FH<C !"##$%&
IJKLMNOPQ RS1T IUQ LV1T .U/WNP ,IX1 YNZNUQ
(,MQ[-UZK-/QUQ\Y[MMZ]M^MU-_‘KQ^[N[P[M)
LX1T aPWNQb
e=O $g.FeBd eAG 为 使 试 验 值 与 实 际 值 相 差 小 于 $)C !要 求
F$G
eBh eA i )6.e=
F.G
如 上 述 条 件 不 满 足 !则 需 再 做 试 验 "大 气 中 拉 伸
试 验 可 获 得 缺 口 强 度 e3!用 e= 和 e3 的 比 值 e=ge3
随着 汽 车9机 械9建 筑9轻 工 等 各 个 生 产 部 门 的 发 展4对 制造各 类 紧 固 件 (如 螺 栓9螺 钉9螺 母 等 )使 用 的 材料提出了 愈 来 愈 高 的 要 求4如 汽 车 的 高 性 能 化 和轻量化9建 筑 结 构 的 高 层 化 以 及 大 桥 的 超 长 化
等4对 作为 联接 部 件 的 螺 栓 提 出 了 更 高 设 计 应 力 和 轻 量 化 的 要 求 3对 此 4最 有 效 的 措 施 便 是 螺 栓 钢 的 高 强 度 化3 但 即 使 纳 入 各 国 标 准 中 的 p+iy级 甚 至 ppiy级螺栓4在实际服役过程中亦 发生 了多次 延迟
!"##$%&级高强度螺栓钢’
惠卫军 董ห้องสมุดไป่ตู้瀚 王毛球 陈思联 翁宇庆
(钢 铁 研 究 总 院 )
赵秀明
(中 国 金 属 学 会 )
(南 京 依 维 柯 汽 车 公 司 )
摘 要 在 常 用 高 强 度 螺 栓 钢 *+,-./的 基 础 上 研 究 开 发 出 一 种 强 度 级 别 更 高 的 高 强 度 螺 栓 钢 *+,-./0123试验结果表明4新开发钢的奥氏体晶粒长大趋势明显小于 *+,-./钢4具有微细的显微组织5在 约 6678以上温度回火时析出合金碳化物而产生二次硬化4具有良好的强韧性配合5其耐延迟断裂性能9缺口 敏感性和冷加工性能均优于 *+,-./钢3用新开发钢试制的高强度螺栓已通过了汽车道路考核试验3 关键词 高强度螺栓钢 力学性能 延迟断裂:
4*5!号钢 667894:5;号钢 6678
图 _ 加热温度对奥氏体晶粒平均尺寸的影响 "#$%_ B332)0.3*1/02S#0#‘#S$02,(2-*01-2 .S*1/02S#02$-*#S/#‘2
式4;5对 数 据 回 归 处 理F可 得 到 !号a;号 钢 的 晶 粒 直径与加热温度之间的关系分别为
2
)6(( H
3<
H )6.&
34
)6)H
C
E8? )6)$ )6).
试验料经 J&)LMI);<A的退 火 处理 后!加 工 成 金 相 试 样 FN)O $J;;!PO .);;GQ标 准 拉 伸 试 样 FR)O &N)!N)O &;;G和 加 加 林 拉 伸 试 样 FR)O &N)! N)OI;;GQ2 型 缺 口 冲 击 试 样 F$);;M $);;M &&;;GQ缺口敏感 性 试 样 FN)O $);;!N3O S;;! TO)6$;;!UOI)V!对比光 滑 拉 伸 试 样 N)ON3O S ;;GQ缺 口 拉 伸 延 迟 断 裂 试 样 FW&;;M S);;GQ紧 凑拉伸 //7 断 裂 韧 性 试 样 FXO .);;G和 改 进 的 Y Z[型 应 力 腐 蚀 试 样 FXO .);;G的 毛 坯 "上 述 试 样 除 淬 火 特 别 指 明 外 均 在 K()L的 盐 浴 中 保 温 () ;<A后 油 冷 !然 后 在 -))% I&)L M .:回 火 后 空 冷 " 56\ 试验方法
可 见F!号 钢 较 ;号 钢 的 奥 氏 体 晶 界 迁 移 的 激
活能高出 A_b%bR<b]%EO!6]%]J\M,.+D
图 ; <;=->.?@:钢4!号5A;68回火后的 &B> 微观组织
"#$%; &B> ,#)-./0-1)01-2.3/022+<;=->.?@: 02,(2-2C*0A;68
之 一#$%&’" 本 文对 钢铁研 究总院新 近开 发的$())*+,级
高 强 度 螺 栓 钢 -./0*1234进 行 了 性 能 试 验 研 究! 并与目前普遍使用的高强度螺栓钢 -./0*1进行了
对比" 5 试验用钢及试验方法 565 试验用料和热处理
试验 用钢为 工业化 生产 的$())*+,级高 强度 螺 栓 钢 -./0*1234和 商 业 生 产 的 -./0*1!其 化 学成分见表 $"
不同加热温度下奥氏体晶粒大小的变化见图
("可 见 !随 着 加 热 温 度 升 高 和 保 温 时 间 延 长 !晶 粒 直
第 _期
惠 卫 军 等 K!_77>G*级 高 强 度 螺 栓 钢
g fhg
图 ! 试验钢的显微组织 "#$%! &’(#)*+,#)-./0-1)01-2.302/0/022+/
: ’国家重点基础研究发展规划项目(yzq){新一代钢铁材料的重大基础研究|资助项目(Tpyy}7~p67q) 联 系 人 !惠 卫 军 4博 士 生 4北 京 (p777}p)钢 铁 研 究 总 院 结 构 材 料 研 究 所
q srq
钢铁
第 (S卷
断 裂 事 故 !因 而 其 使 用 范 围 受 到 了 限 制 " 鉴 于 此 !高 强度螺栓钢的研究开发是近来国内外研究工作热点
在 光 学 显 微 镜 和 ]^J))型 透 射 电 镜 下 观 察 各 种热处理制度下的组织形貌"在 *7DJJ)型材料试 验上进行室温拉伸Q缺口敏感性试验和 _‘/试验!在 冲 击 试 验 机 上 做 常 规 冲 击 试 验"冷 变 形 试 验 参 照 ab..(^J.!将 试 样 冷 压 缩 至 不 同 的 变 形 量!获 得 不 发生开裂的临界变形量"
在 mnZ[ mD*I-))型 扫 描 电 子 显 微 镜 下 观 察 试 样 的 断 口 形 貌 !确 定 断 裂 机 制 " \ 试验结果及分析 \65 微观组织
由于添加有微合金元素 2 和 34!$号钢的微观 组织较对比的 .号钢明显细小!见图 $"随着回火温 度 的 提 高 !试 验 钢 位 错 密 度 明 显 降 低 !原 奥 氏 体 晶 界 和 马 氏 体 板 条 边 界 上 的 碳 化 物 聚 集 Q粗 化 !碳 化 物 的 连续程 度降 低!并 且 在 晶 内 有 微 细 的 碳 化 物 弥 散 析 出 " 由 于 强 碳 化 物 形 成 元 素 钒 Q钼 Q铬 与 碳 的 亲 合 力 强 !会 减 慢 合 金 渗 碳 体 的 溶 解 o另 一 方 面 又 增 加 碳 在 p相中的扩散激活能!减慢碳 的扩 散!因 而阻 碍合金 渗碳体的聚集长大"与 .号钢相比!$号钢能在较高 的回火温度下保持比较细小的碳化物质点"回火温 度提 高到约 I))L时!析出 弥 散 的 合 金 碳 化 物 而 产 生 二次硬化效应"图 .为 -./0*1234钢 I.&L回 火 后 的 微 观 组 织 "进 一 步 提 高 回 火 温 度 !合 金 碳 化 物 逐渐失 去原 析出 时 与 基 体 的 共 格 关 系!产 生 过 时 效 现象" \6\ 晶粒尺寸长大趋势
图F图形呈直线F用其斜率即可求得 V值F见图 <D按
图 < +S4L60RL675与 !MX的 关 系 "#$%< c2+*0#.S:20d22S+S4L60RL675
*SC!MX .302/0/022+/
e%f 强度和韧塑性 >.和 ? 属 于 强 碳 化 物 形 成 元 素F且 提 高 钢 的
临界点F因此在较低的淬火温度下F>.和 ? 的特殊 碳化物溶入奥氏体中的量较少D随着淬火温度的提 高 和 保 温 时 间 的 延 长 F更 多 的 碳 化 物 溶 入 奥 氏 体 中 F 使得高温回火时 特 殊 碳 化 物 的 析 出 量 增 加F钢 的 强
本研究采用恒载荷缺口拉伸延迟断裂试验和改
进的 YZ[型应力腐蚀试验来评定试验钢的耐延迟 断 裂 性 能" 实 验 溶 液 分 别 为 >]O (6&c )6&的 Y,8>189缓 蚀 液 F盐 酸 d 醋 酸 钠 d 去 离 子 水 或 蒸 馏 水G和(6&C的 3,/8水溶液"
如 eB为发生断裂的最小应力!eA 为 在 规 定 的 截 止时间 f=F本实验取 f=O.)):G内不发生断裂的最大 应力!则定义缺口拉伸临界应力 e=为#I’
钢号
-./0*1234F$号 G -./0*1F.号 G
/
)6-( )6--
表 $ 试验料的化学成分 7,489$ /:9;<=,8=1;>1?<@<1A1B@9?@?@998
*A
)6() )6I&
D<
)6$)6((
+
D
)6))( )6))$ )6).( )6)$J
/0
$6$) $6)-
*1
)6&. )6$K
径增大D当加热温度超过 E678后F晶粒长大趋势较
大 D由 于 添 加 微 合 金 元 素 钒 和 铌 F!号 钢 的 晶 粒 长 大
趋势明显小于对比的 ;号钢D
G%H%I2)J指出奥氏体 晶 粒 直 径 和 生 长 时 间 存
在以下关系K
CLMCNO P4!ML5QR!
4!5
由上式可得到K
+S4LQ0 R LQ75O +STP74NR N75UR VMWX 4;5
F延 迟 断 裂 强 度 比G来 评 价 试 验 钢 的 耐 延 迟 断 裂 性 能"
用改进的 YZ[型恒位移试样测量裂纹止裂的 临界应力强度因子 _jD//"试样预制$%.;;的疲劳 裂纹后!用螺钉加载后浸 入室温 的(6&C3,/8水溶 液 中"用读 数显微 镜测量 裂 纹 长 度 FkG并 计 算 裂 纹 扩 展 速 率 lkglf!当 lkglfi $6)M $)hK ;g?时 终 止 实验"根据止裂后的裂纹长度和所加恒位移就可求 出 _jD//"试验参照 ab$.--&6(^K)进行"
(c‘M,‘NQM^MY/_NM[de/-.M[UZ^)
fIVS gNPhNQb
(1UQONQbK0X,S ./[/-,/i4j[\i)
kGABCklB c‘N^mUmM-NQ[-/\P_M^[‘MQMnZd\MoMZ/mM\‘Nb‘^[-MQb[‘^[MMZe/-2/Z[^nN[‘ [MQ^NZM^[-MQb[‘/oM-pq77.rUsK[t^^‘/nQ[‘U[[‘MhN_-/uUZZ/d^[MMZ‘U^Z/nM-UP^[MQN[M b-UNQb-/n[‘[MQ\MQ_dUQ\[‘M-Me/-MeNQM-hN_-/^[-P_[P-M4^NbQNeN_UQ[^M_/Q\U-d‘U-\MQNQbU[ ‘Nb‘M-[MhmM-NQb[MhmM-U[P-MUQ\b//\^[-MQb[‘UQ\[/Pb‘QM^^_/h2NQU[N/Qic‘M^[MMZUZ^/ ‘U^‘Nb‘M-\MZUdM\e-U_[P-M-M^N^[UQ_M4Q/[_‘^MQ^N[NoN[dUQ\_/Z\‘MU\NQbU2NZN[d[‘UQ[‘U[/e [‘M_/QoMQ[N/QUZ^[MMZ*+,-./iSQMK0X,S hNQN2P^4U^^Mh2ZM\nN[‘[‘M2/Z[^hU\M/e[‘N^ QMn ‘Nb‘^[-MQb[‘^[MMZ‘U^mU^^M\-MZNU2NZN[d-PQQNQb[M^[-M_MQ[Zdi v<w =FCxA ‘Nb‘^[-MQb[‘2/Z[^[MMZ4hM_‘UQN_UZm-/mM-[d4\MZUdM\e-U_[P-Mi