高強(qiáng)度緊固件用鋼

前言

緊固件的使用已有兩千多年的歷史。在三大基礎(chǔ)零部件中，緊固件的應(yīng)用量最大，應(yīng)用面最廣，其應(yīng)用在我們的日常生活中隨處可見。在各工業(yè)部門的全部生產(chǎn)過程中，約有60％的工時是消耗在裝配和緊固上。與被連接的各種結(jié)構(gòu)件相比，緊固件往往很小，歷史上因緊固件質(zhì)量問題所造成的損失許多是災(zāi)難性的，其重要性不言而喻。如航空史上罕見的1985年發(fā)生的520人喪生的客機(jī)失事慘案便是由于一架波音747客機(jī)尾翼上的850個緊固件中有一部分存在嚴(yán)重的質(zhì)量問題，造成尾翼破壞而導(dǎo)致飛機(jī)墜毀。大量血的教訓(xùn)和巨大的物資損失促使人們開始重視緊固件這種隨處可見又隨處可用，且一向被忽視的通用零件。為此，美國政府1990年由當(dāng)時的總統(tǒng)喬治·布什簽署了《緊固件質(zhì)量保證法》。這表明，小小的緊固件必須引起人們足夠的重視，也使設(shè)計師們必須認(rèn)識到：許多機(jī)械的緊固問題同樣是設(shè)計的關(guān)鍵之一。在《緊固件機(jī)械性能——螺栓、螺釘和螺柱》（GB／T3098．1—2000）中，螺栓、螺釘和螺柱等的性能等級共分為10個級別，其中8．8級及其以上為高強(qiáng)度緊固件。高強(qiáng)度緊固件的應(yīng)用和發(fā)展對現(xiàn)代機(jī)械的緊湊小型化、輕量化、高性能化及提高結(jié)構(gòu)工程的連接強(qiáng)度起著重要的作用。高強(qiáng)度緊固件的承載能力、使用壽命比中、低強(qiáng)度緊固件高得多。高強(qiáng)度緊固件通常采用中碳鋼或中碳合金鋼來制造，成品緊固件需進(jìn)行淬火和回火處理，也可選用其他鋼種來制造。隨著現(xiàn)代汽車、機(jī)械、建筑、輕工等各個生產(chǎn)部門的發(fā)展，對制造各類緊固件（如螺栓、螺釘、螺母等）使用的材料提出了更高設(shè)計應(yīng)力和輕量化的要求，這其中最有效的措施便是緊固件用鋼的高強(qiáng)度化。然而，延遲斷裂是緊固件用鋼高強(qiáng)度化時必須首先克服的難題。

內(nèi)容概要

《高強(qiáng)度緊固件用鋼》在簡要介紹高強(qiáng)度緊固件及其用鋼的概況和冶金生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)從鋼種特點(diǎn)、設(shè)計、性能及其應(yīng)用和發(fā)展趨勢等方面介紹了耐延遲斷裂高強(qiáng)度螺栓鋼、高強(qiáng)度螺栓用硼鋼、高強(qiáng)度螺栓用冷作強(qiáng)化非調(diào)質(zhì)鋼、高強(qiáng)度螺栓用熱軋雙相冷鐓鋼等，此外還介紹了在線軟化處理高強(qiáng)度螺栓鋼的技術(shù)及其工業(yè)應(yīng)用。
《高強(qiáng)度緊固件用鋼》可供從事鋼鐵材料研究、生產(chǎn)的科技人員和材料應(yīng)用的工程技術(shù)人員閱讀，也可供大專院校相關(guān)專業(yè)師生參考。

作者簡介

惠衛(wèi)軍，1968年生，教授，博士生導(dǎo)師。2005年獲鋼鐵研究總院工學(xué)博士學(xué)位，2003年9月進(jìn)入鋼鐵研究總院博士后流動站馬鋼工作站。獲得國家發(fā)明專利9項(xiàng)，獲省部級獎勵7項(xiàng)，在國內(nèi)外核心刊物和國際會議上發(fā)表學(xué)術(shù)論文107篇。榮獲第十四屆北京市優(yōu)秀青年工程師標(biāo)兵榮譽(yù)（2004年）和第三屆中國金屬學(xué)會冶金青年科技獎（2008年）。翁宇慶，1940年生。1965年畢業(yè)于清華大學(xué)冶金系金屬學(xué)和金屬材料專業(yè)（六年制），獲美國賓夕法尼亞大學(xué)材料科學(xué)與工程博士學(xué)位，教授級高級工程師，中國國務(wù)院學(xué)位委員會任命的博士研究生導(dǎo)師，俄羅斯工程院院士。現(xiàn)任中國金屬學(xué)會理事長、國家“975”項(xiàng)目“提高鋼鐵質(zhì)量和使用壽命的冶金學(xué)基礎(chǔ)研究”首席科學(xué)家。長期從事鋼鐵材料的研究，參加過多項(xiàng)新金屬材料的研究開發(fā)工作，擔(dān)任過多項(xiàng)國家和部級科技項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，獲多項(xiàng)國家、省部級獎勵。曾獲冶金工業(yè)部“有突出貢獻(xiàn)中青年專家”稱號。2004年國家科技進(jìn)步獎一等獎和2004年中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會、中國金屬學(xué)會冶金科技進(jìn)步獎特等獎第一獲獎?wù)?。董瀚?962年生，教授，博士生導(dǎo)師。1997年獲清華大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位。獲國家發(fā)明專利14項(xiàng)，發(fā)表論文119篇，獲省部級以上獎勵14項(xiàng)。2005年被國務(wù)院授予“全國勞動模范”稱號，2007年獲得“新世紀(jì)百千萬人才工程國家級人選”和中宣部“時代先鋒”稱號，2008年擔(dān)任科技部“新一代高性能合金鋼”高技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人和“975”項(xiàng)目“高性能鋼的組織調(diào)控理論與技術(shù)基礎(chǔ)研究”（2010～2014年）首席科學(xué)家。

書籍目錄

1 緒論1．1 高強(qiáng)度緊固件及其用鋼概況1．2 高強(qiáng)度緊固件的發(fā)展概況1．3 國內(nèi)外生產(chǎn)需求情況參考文獻(xiàn)2 高強(qiáng)度緊固件用鋼的冶金生產(chǎn)2．1 高強(qiáng)度緊固件用鋼的冶煉和澆鑄技術(shù)2．2 高強(qiáng)度緊固件用鋼的軋制技術(shù)2．2．1 精密軋制2．2．2 無表面缺陷軋制2．2．3 控制軋制和控制冷卻參考文獻(xiàn)3 高強(qiáng)度螺栓及其用鋼的性能特征3．1 高強(qiáng)度螺栓的受力特征及其性能要求3．2 冷鐓性能3．2．1 冷鐓性能的評價方法3．2．2 冷鐓性能的主要影響因素3．3 疲勞性能3．3．1 螺栓疲勞斷裂的特點(diǎn)3．3．2 螺栓疲勞性能試驗(yàn)方法3．3．3 影響螺栓疲勞性能的主要因素3．4 耐延遲斷裂性能3．4．1 延遲斷裂的概念與特征3．4．2 氫與高強(qiáng)度鋼的延遲斷裂行為3．4．3 延遲斷裂的主要影響因素3．4．4 高強(qiáng)度鋼的延遲斷裂機(jī)理3．4．5 延遲斷裂敏感性的評價方法參考文獻(xiàn)4 耐延遲斷裂高強(qiáng)度螺栓鋼4．1 概述4．2 改善高強(qiáng)度鋼耐延遲斷裂性能的關(guān)鍵技術(shù)4．2．1 組織細(xì)化4．2．2 微合金化處理4．2．3 晶界強(qiáng)化4．2．4 合金元素鉬的應(yīng)用4．3 耐延遲斷裂高強(qiáng)度螺栓鋼的開發(fā)4．3．1 耐延遲斷裂高強(qiáng)度螺栓鋼開發(fā)時通常采取的措施4．3．2 耐延遲斷裂高強(qiáng)度螺栓鋼的國內(nèi)外開發(fā)概況4．3．3 ADF系耐延遲斷裂高強(qiáng)度螺栓鋼的開發(fā)及其性能特征參考文獻(xiàn)5 高強(qiáng)度螺栓用硼鋼5．1 概述5．2 硼鋼的性能特征5．2．1 硼鋼的淬透性5．2．2 硼鋼的晶粒尺寸控制5．2．3 硼鋼的冷加工性5．2．4 硼鋼的常規(guī)力學(xué)性能5．2．5 硼鋼的耐延遲斷裂性能5．2．6 硼鋼的疲勞性能5．3 高強(qiáng)度螺栓用硼鋼的設(shè)計及其應(yīng)用參考文獻(xiàn)6 高強(qiáng)度螺栓用冷作強(qiáng)化非調(diào)質(zhì)鋼6．1 概述6．2 冷作強(qiáng)化非調(diào)質(zhì)鋼的設(shè)計6．2．1 設(shè)計原則6．2．2 熱軋線材的強(qiáng)度和塑韌性控制6．2．3 7T級、8．8 級和9．8 級螺栓用冷作強(qiáng)化非調(diào)質(zhì)鋼的設(shè)計6．2．4 10．9 級螺栓用冷作強(qiáng)化非調(diào)質(zhì)鋼的設(shè)計6．3 冷作強(qiáng)化非調(diào)質(zhì)鋼的冷變形6．3．1 冷變形性的主要影響因素6．3．2 冷變形對微觀組織結(jié)構(gòu)的影響6．3．3 冷變形對性能的影響6．4 冷作強(qiáng)化非調(diào)質(zhì)鋼制螺栓的時效處理6．4．1 微觀組織的變化6．4．2 力學(xué)性能的變化6．4．3 時效處理溫度的選擇6．5 冷作強(qiáng)化非調(diào)質(zhì)鋼的性能特征及其工業(yè)應(yīng)用6．5．1 7T級、8．8 級和9．8 級螺栓用冷作強(qiáng)化非調(diào)質(zhì)鋼6．5．2 10．9 級和12．9 級螺栓用冷作強(qiáng)化非調(diào)質(zhì)鋼6．5．3 冷作強(qiáng)化非調(diào)質(zhì)鋼制螺栓的應(yīng)用性能6．5．4 冷作強(qiáng)化非調(diào)質(zhì)鋼制造高強(qiáng)度螺栓的經(jīng)濟(jì)性分析參考文獻(xiàn)7 高強(qiáng)度螺栓用熱軋雙相冷鐓鋼7．1 概述7．2 雙相鋼的組織特征及生產(chǎn)方法7．3 熱軋雙相冷鐓鋼的成分設(shè)計7．3．1 熱軋雙相冷鐓鋼的碳含量7．3．2 熱軋雙相冷鐓鋼的合金化7．4 雙相鋼的力學(xué)性能及其主要影響因素7．4．1 雙相鋼強(qiáng)韌性的特點(diǎn)7．4．2 馬氏體含量的影響7．4．3 馬氏體碳含量的影響7．4．4 馬氏體形態(tài)及分布的影響7．4．5 鐵素體狀態(tài)的影響7．4．6 回火的影響7．4．7 冷拔變形和時效的影響7．4．8 包辛格效應(yīng)7．5 熱軋雙相冷鐓鋼的開發(fā)及其應(yīng)用參考文獻(xiàn)8 高強(qiáng)度螺栓鋼的軟化退火處理8．1 概述8．2 碳化物球化的機(jī)制8．2．1 片層狀珠光體球化理論8．2．2 碳化物顆粒的球化長大理論8．3 影響碳化物球化的主要因素8．3．1 化學(xué)成分的影響8．3．2 原始組織的影響8．3．3 加熱溫度與保溫時間的影響8．3．4 冷卻速度的影響8．3．5 殘留碳化物的影響8．4 碳化物球化退火工藝8．4．1 常規(guī)球化退火工藝8．4．2 加速球化退火處理技術(shù)8．5 在線軟化處理技術(shù)8．5．1 在線軟化處理技術(shù)的基本考慮8．5．2 在線軟化處理技術(shù)的前期探索8．5．3 在線軟化處理技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室研究8．5．4 在線軟化處理技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用參考文獻(xiàn)名詞術(shù)語

章節(jié)摘錄

插圖：3高強(qiáng)度螺栓及其用鋼的性能特征3．1高強(qiáng)度螺栓的受力特征及其性能要求螺栓在各種機(jī)構(gòu)中起著連接、緊固、定位、密封等作用。除了作簡單定位的螺栓之外，螺栓在安裝時都需要預(yù)先擰緊，因此都承受靜拉伸載荷。預(yù)緊力愈大，連接強(qiáng)度和緊固、密封性便愈高。通常正確的設(shè)計是以足夠高的預(yù)緊力克服被連接件間的相對位移，避免螺栓承受彎曲、剪切載荷。一些螺栓，如連桿螺栓、缸蓋螺栓等，除受到軸向預(yù)緊拉伸載荷的作用外，通常還會在工作過程中受到附加的軸向拉伸（交變）載荷、橫向剪切（交變）載荷或由此復(fù)合而成的彎曲載荷的作用，有時還受到?jīng)_擊載荷的作用。通常情況下，附加的橫向交變載荷會引起螺栓的松動，軸向交變載荷會引起螺栓的疲勞斷裂，而在環(huán)境介質(zhì)的作用下軸向拉伸載荷則會引起螺栓的延遲斷裂。對此，在應(yīng)用高強(qiáng)度螺栓時，對材料成分、冶金質(zhì)量、螺栓結(jié)構(gòu)、制造工藝、安裝及使用提出了更高的技術(shù)要求。一般來講，高強(qiáng)度螺栓及其用鋼通常應(yīng)滿足以下要求：（1）高的抗拉強(qiáng)度，以便抵抗拉長、拉斷、滑扣和磨損。（2）較高的塑性和韌性，以減少對偏斜、缺口應(yīng)力集中和表面質(zhì)量的敏感性。（3）對于在海邊、河邊、油田等潮濕大氣或腐蝕氣氛環(huán)境下工作的螺栓，要求螺栓材料具有足夠低的延遲斷裂敏感性，以保證螺栓工作時安全可靠。（4）對于承受交變載荷和沖擊載荷的螺栓，要求具有較高的疲勞抗力和多次沖擊拉伸抗力，以抵抗疲勞、多沖斷裂。（5）對于在嚴(yán)寒地區(qū)或低溫下工作的螺栓，還要求具有低的韌一脆轉(zhuǎn)化溫度。（6）中小直徑螺栓往往多采用冷鐓成形螺栓頭和搓（滾）絲生產(chǎn)工藝，這就要求材料具有良好的冷鐓等冷加工工藝性能。

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