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先进耐延迟断裂高强度螺栓钢的开发应用

2008-01-18 08:59 46

高强度和长寿命是先进钢铁材料的重要特征,是当今国际上科技发展的重要方向和研究热点之一。机械制造用钢是钢铁产品中的一类重要产品,使用量大,应用面广,主要制造轴类、连接件(螺栓等紧固件)、齿轮等机械零部件,

强度和长寿命是先进钢铁材料的重要特征,是当今国际上科技发展的重要方向和研究点之一。机械制造用钢铁产品中的一类重要产品,使用量大,应用面广,主要制造轴类、连接件(螺栓紧固件)、齿轮等机械零部件,大多是中碳钢和中合金钢,多在调质热处理后使用。目前我国年产量已超过1500万吨。我国是一个紧固件制造大国,产量位居亚洲第一,约占世界总产量的1/4。近年来,紧固件的钢材消耗量在400万吨以上,其中高强度产品占40%,即钢材消耗量在160万吨以上。
美国和欧盟的近期调查表明,近年来,每年因破坏事故所引发的经济损失占本国年GDP的4%。一般而言,当钢的抗拉强度水平低于约1200MPa时,疲劳强度和延迟断裂抗力均随强度和硬度的提高而提高;但当抗拉强度超过约1200MPa时,疲劳强度不再继续提高,延迟断裂抗力反而急剧降低。机械制造用钢大多是中碳合金钢,并在调质状态下使用,其抗拉强度水平大多为800~1000MPa,显然提高其强度水平并不困难,如通过降低回火温度、增加碳含量和合含量等都可达到目的,最大的困难在于解决强度水平提高后的低寿命问题。因此,疲劳破坏和延迟断裂问题是机械制造用钢高强度化和长寿命化的主要障碍。
正因为螺栓等紧固件的如此重要性,在日本、韩国和中国分别于1997年、1998年和1999年投入巨资实施的“超级钢计划STX-21”、“高性能结构钢计划HIPERS21”和“新一代钢材料的重大基础研究NGSEELS”中,耐延迟断裂高强度螺栓钢的研究开发均为其中的一个重要课题。研究人员从纯净度、晶粒细化、微观组织和控制氢陷阱等方面对高强度钢的延迟断裂行为进行了大量的系统理论研究,并着重从材料本身的角度探索了改善高强度钢耐延迟断裂性能的种种途径,提出了解决高强度钢延迟断裂问题的创新性思路。在理论研究的基础上,成功地设计出1300MPa~1600MPa级的新一代耐延迟断裂高强度结构钢ADF系列及其制造技术,其独特的合金设计使ADF系列钢成功地将传统调质钢的强度水平提高到1300MPa级以上,同时具有良好的塑性和韧性。ADF系列钢的延迟断裂抗力明显优于常用机械制造用钢42CrMo和从美国进口的AISI8740钢。在ADF系列钢设计的初期即考虑到满足目前先进的特殊钢生产工艺流程,采用“电炉-炉外精练-合金钢棒线材控轧控冷”工艺流程对该钢进行了多轮工业试制,结果表明,该钢的冶金生产工艺成熟,质量稳定。
ADF系列钢除可用来制耐延迟断裂高强度螺栓等紧固件应用于汽车行业外,还可以应用于对高强度螺栓的强度水平要求不断提高的铁路桥梁工程机械、建筑、油田、近海实施等领域。同时,ADF系列钢还可推广应用到其它许多行业,可用来制造各类轴、连杆、连杆盖、齿轮、抽油设备等许多零部件,并可推广到军工领域。(来源:先进钢铁材料技术国家工程研究中心)

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