[发明专利]一种抗延迟断裂的16.9级螺栓制作及安全评估方法

摘要

一种抗延迟断裂的16.9级螺栓制作采用真空感应熔炼+真空自耗熔炼、锻造成型、复合热处理、机加工和电镀五个工序加工而成，其16.9级螺栓安全评估方法是采用有限元方法模拟螺栓在承受轴向拉伸载荷作用下最危险部位啮合第一扣处螺纹根部的应力集中系数K_t，从而计算出应力强度因子K_I，再利用断裂力学判据断裂韧性K_1scc(K_1scc)≥K_I确定出螺栓在大气及海洋环境下安全使用的韧性指标，保证螺栓在使用过程中不发生应力腐蚀断裂，从而建立螺栓在该环境下的使用安全性评估方法。该16.9级螺栓制作可制成M100以下的各种规格和形状的螺栓，适用于大气、海洋大气和海水环境，也可进行表面电镀处理以用于其他特殊环境。

主权项

1、一种抗延迟断裂的16.9级螺栓制作，其特征在于：该16.9级螺栓制作采用真空感应熔炼+真空自耗熔炼、锻造成型、复合热处理、机加工和电镀五个工序，其中：i、真空感应熔炼+真空自耗熔炼炉料全部采用纯净金属，将纯净金属放在真空感应炉熔炼，真空感应炉真空度≤3Pa，浇铸前进行炉前分析，浇铸成自耗电极棒，而后进行退火处理，退火后钢锭表面扒皮；再在真空自耗炉熔炼，使用水冷铜结晶器，真空度≤0.3Pa，自耗钢锭出炉空冷，而后进行退火处理，退火后钢锭表面扒皮；经上述过程处理后的钢锭的化学成分范围应控制在：C0.15～0.19，Mn≤0.10，Si≤0.10，S≤0.005，P≤0.008，S+P≤0.010，Cr1.80～2.00，Ni9.50～10.50，Co13.50～14.50，Mo0.90～0.10，Ti≤0.015，0≤0.0020，N≤0.0015；ii、锻造成型将钢锭在750Kg～2T自由锻锤模锻成螺栓毛坯，模具采用5CrNiMo或5CrMnMo制造，调质处理后模具硬度HRC40～44，模具单边留量≥3mm；加热设备采用电炉或煤气炉加热，热变形温度850～1160℃，总保温时间≤4h，最后一火次变形量≥15％；iii、复合热处理采用电炉进行复合热处理，淬火前需将螺栓毛坯进行表面加工，清除表面缺陷；深冷处理在酒精+干冰的饱和溶液中进行，保温时间≥15min，后取出回温进行480～530℃回火空冷，淬火与深冷间隔时间需小于1h，深冷与回火间隔时间不得超过4小时；复合热处理工艺路线：880～920℃空冷→630～680℃空冷→840～880℃淬火快冷→-63～-79℃深冷→480～530℃回火空冷；iv、机加工将螺栓毛坯在普通车床或数控车床上加工成螺栓，车刀选用硬质合金刀，螺纹部分采用车削加工；v、电镀将机加工后的螺栓进行表面电镀镉钛，镀层厚度≤0.04mm；工艺路线：去油→采用100～180目氧化铝粉喷磨料→弱酸浸蚀→去离子水清洗→电镀，电镀槽温15～35℃，电流密度2A/dm2h→出槽水洗→吹干→去氢，电镀后4小时内200±10℃保温时间≥12h→活化→钝化；经上述工序最终得到的抗延迟断裂的16.9级螺栓，其力学性能值应达到：Rm≥1620MPa，RP0.2≥1480MPa，A≥12％，Z纵向≥60％，Akv纵向≥61J，