本發明涉及金屬材料，尤其涉及一種稀土抗應力腐蝕高強螺栓鋼及其制備方法和應用。

背景技術：

1、高強螺栓作為重大工程裝備和設施(大型鋼結構橋梁、高鐵、風電和建筑等)的關鍵連接和承力結構件，承受巨大的工作和結構應力，同時還遭受工業大氣污染環境或海洋環境的嚴重侵蝕，在長期服役過程中易發生應力腐蝕等脆性斷裂失效，造成嚴重的災難性事故，工程實踐也發現了諸多由于應力腐蝕而導致的高強螺栓鋼斷裂失效事故，因而高強螺栓鋼的耐蝕性和抗應力腐蝕性能逐漸引起人們的關注。

2、目前國內廣泛應用的10.9級高強螺栓鋼主要為20mntib，是20世紀80年代研發的一種高性能冷鐓高強螺栓鋼，一直沿用至今，目前仍為國內高強螺栓鋼的主流鋼種，大量應用于鐵路、橋梁和鋼結構建筑中。然而這些高強螺栓鋼在前期的研發設計中主要關注其淬透性和強韌性等性能，在成分設計上缺乏耐應力腐蝕設計，導致我國高強螺栓鋼在服役環境中腐蝕失效事故頻發，嚴重威脅重大工程設備的服役安全。因而研發具有良好強韌性、耐蝕性和抗應力腐蝕性能的高強螺栓鋼具有重要的工程實用價值。

3、因此，如何提高螺栓的抗應力腐蝕性能，成為本領域亟待解決的技術問題。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種稀土抗應力腐蝕高強螺栓鋼及其制備方法和應用，本發明提供的稀土抗應力腐蝕高強螺栓鋼在具有良好強度和韌性的前提下，具有明顯的抗應力腐蝕優勢。

2、為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

3、本發明提供了一種稀土抗應力腐蝕高強螺栓鋼，按質量百分比計，包括以下化學組成：c：0.17～0.3％，si：0.17～0.37％，mn：1.3～1.6％，ti：0.02～0.1％，b：0.0008～0.0035％，re：0.005～0.1％和余量的fe。

4、優選地，按質量百分比計，包括以下化學組成：c：0.21％，si：0.28％，mn：1.43％，ti：0.02％，b：0.002％，re：0.016％和余量的fe。

5、優選地，按質量百分比計，包括以下化學組成：c：0.22％，si：0.29％，mn：1.48％，ti：0.05％，b：0.002％，re：0.065％和余量的fe。

6、優選地，按質量百分比計，包括以下化學組成：c：0.25％，si：0.27％，mn：1.43％，ti：0.07％，b：0.002％，re：0.009％和余量的fe。

7、優選地，所述re為ce、la或y。

8、本發明提供了上述技術方案所述稀土抗應力腐蝕高強螺栓鋼的制備方法，包括以下步驟：

9、(1)將原料依次進行熔煉和澆鑄，得到螺栓鋼錠；

10、(2)將所述步驟(1)得到的螺栓鋼錠依次進行鍛造和熱軋，得到軋制件；

11、(3)將所述步驟(2)得到的軋制件依次進行淬火處理和回火處理，得到稀土抗應力腐蝕高強螺栓鋼。

12、優選地，所述步驟(2)中熱軋的開軋溫度為1100～1150℃，熱軋的終軋溫度為850～900℃。

13、優選地，所述步驟(3)中淬火處理前的保溫溫度為850～880℃，淬火處理前的保溫時間為45～75min，淬火處理的介質為水。

14、優選地，所述步驟(3)中回火處理的保溫溫度為400～500℃，回火處理的保溫時間為45～60min，回火處理后的冷卻方式為水冷至室溫。

15、本發明提供了上述技術方案所述稀土抗應力腐蝕高強螺栓鋼或上述技術方案所述制備方法制備得到的稀土抗應力腐蝕高強螺栓鋼應用于海洋平臺、跨海橋梁、高鐵和風力發電設施中。

16、本發明提供了一種稀土抗應力腐蝕高強螺栓鋼，按質量百分比計，包括以下化學組成：c：0.17～0.3％，si：0.17～0.37％，mn：1.3～1.6％，ti：0.02～0.1％，b：0.0008～0.0035％，re：0.005～0.1％和余量的fe。本發明通過微量稀土的添加即可顯著提高現役高強螺栓鋼在工業污染環境中的耐蝕性和抗應力腐蝕性能，合金成本相對于ni、cr、cu和nb等耐蝕或抗氫合金元素來說，具有顯著的成本優勢和資源優勢；稀土元素可將現役20mntib鋼在酸性環境中的氫致沿晶斷口轉變為少量穿晶和大量韌窩斷口，即將典型的沿晶脆性斷裂轉變為韌性斷裂，表明稀土元素在鋼中具有優異的抗氫脆作用，因而可提高酸性工業污染環境中的抗應力腐蝕性能；通過稀土元素的微合金化可改善螺栓鋼的晶界特征，大大增加晶界密度，同時降低大角度晶界比例，此外稀土元素可抑制回火碳化物的粗化，從而有效降低應力腐蝕裂紋萌生的形核位點，并阻礙裂紋擴展，因而提高其抗應力腐蝕性能。實施例的結果顯示，本發明提供的稀土抗應力腐蝕高強螺栓鋼的屈服強度達到1000mpa以上，抗拉強度接近1050mpa，同時具有較高的延伸率和面縮率，兼具高強度和高塑性，同時還具有優異的抗應力腐蝕性能。

技術特征：

1.一種稀土抗應力腐蝕高強螺栓鋼，按質量百分比計，包括以下化學組成：c：0.17～0.3％，si：0.17～0.37％，mn：1.3～1.6％，ti：0.02～0.1％，b：0.0008～0.0035％，re：0.005～0.1％和余量的fe。

2.根據權利要求1所述的稀土抗應力腐蝕高強螺栓鋼，其特征在于，按質量百分比計，包括以下化學組成：c：0.21％，si：0.28％，mn：1.43％，ti：0.02％，b：0.002％，re：0.016％和余量的fe。

3.根據權利要求1所述的稀土抗應力腐蝕高強螺栓鋼，其特征在于，按質量百分比計，包括以下化學組成：c：0.22％，si：0.29％，mn：1.48％，ti：0.05％，b：0.002％，re：0.065％和余量的fe。

4.根據權利要求1所述的稀土抗應力腐蝕高強螺栓鋼，其特征在于，按質量百分比計，包括以下化學組成：c：0.25％，si：0.27％，mn：1.43％，ti：0.07％，b：0.002％，re：0.009％和余量的fe。

5.根據權利要求1～4任意一項所述的稀土抗應力腐蝕高強螺栓鋼，其特征在于，所述re為ce、la或y。

6.權利要求1～5任意一項所述稀土抗應力腐蝕高強螺栓鋼的制備方法，包括以下步驟：

7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中熱軋的開軋溫度為1100～1150℃，熱軋的終軋溫度為850～900℃。

8.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中淬火處理前的保溫溫度為850～880℃，淬火處理前的保溫時間為45～75min，淬火處理的介質為水。

9.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中回火處理的保溫溫度為400～500℃，回火處理的保溫時間為45～60min，回火處理后的冷卻方式為水冷至室溫。

10.權利要求1～5任意一項所述稀土抗應力腐蝕高強螺栓鋼或權利要求6～9任意一項所述制備方法制備得到的稀土抗應力腐蝕高強螺栓鋼應用于海洋平臺、跨海橋梁、高鐵和風力發電設施中。

技術總結
本發明提供了一種稀土抗應力腐蝕高強螺栓鋼及其制備方法和應用，屬于金屬材料技術領域。本發明通過微量稀土的添加即可顯著提高現役高強螺栓鋼在工業污染環境中的耐蝕性和抗應力腐蝕性能，具有顯著的成本優勢和資源優勢；稀土元素可將螺栓鋼在酸性環境中的氫致沿晶斷口轉變為少量穿晶和大量韌窩斷口，即將典型的沿晶脆性斷裂轉變為韌性斷裂，表明稀土元素在鋼中具有優異的抗氫脆作用，因而可提高其抗應力腐蝕性能；通過稀土元素的微合金化可改善螺栓鋼的晶界特征，大大增加晶界密度，同時降低大角度晶界比例，此外稀土元素可抑制回火碳化物的粗化，從而有效降低應力腐蝕裂紋萌生的形核位點，并阻礙裂紋擴展，因而提高其抗應力腐蝕性能。

技術研發人員：馬宏馳,李眾,李曉剛,劉智勇,程學群,李祁,杜翠薇
受保護的技術使用者：北京科技大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28