一种重防腐的高强度地脚螺栓及其制备方法与流程

2021-01-30 16:01:52|

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本发明属于地脚螺栓技术领域，具体涉及一种重防腐的高强度地脚螺栓及其制备方法。

背景技术：

螺栓是建筑和机械设计中最常用的零件之一，螺栓的运用范围有：电子产品，机械产品，车辆，数码产品，电力设备，船舶，水利工程等。近些年，螺栓的工艺不断的改进，螺栓的性能也在跟进需求不断的发生改变，现代工业对螺栓的要求越来越高，尤其是对螺栓的强度要求，目前传统的螺栓的强度不能很好的满足需求，螺栓在震动的设备上容易松动和产生裂纹。钢铁制成的螺栓暴露在大气环境中往往会受到腐蚀生锈，生锈的螺栓受到振动力时会松动脱落，造成安全事故或经济损失。因此螺栓在应用前后要对其进行防锈处理。螺栓的防锈处理通常有六价铬钝化、涂防锈油及防锈漆等，六价铬钝化效果好，但六价铬对人及环境存在较大的危害，已逐渐被欧美等发达国家禁止使用。防锈油是最传统的方法，但防锈时间较短；防锈漆也有比较好的防锈较果，但溶剂型的防锈漆对人和环境也有一定危害，量大时还在安全隐患。

地脚锚栓别名加劲锚板地脚螺栓、焊接地脚螺栓、锚爪式地脚螺栓、筋板式地脚螺栓、地脚栓、地脚螺丝、地脚丝等。专供埋于混凝土地基中，作固定各种机器、设备的底座用。地脚螺栓有毛料、粗杆、细杆不同形式之分。毛料即原材料钢材不经改制，用圆钢或线材直接加工而成；粗杆或称为a型，细杆或称为b型，都由钢材改制成相应要求的杆径后加工而成。它们目前大多应用合金钢作为材料。由于长期暴露在室外，而传统合金钢材料容易腐蚀。随着土地资源紧缺，地基的面积缩小，对地脚螺栓强度提出了严格要求。合金钢材料强度低，质量大，耐腐蚀差的问题突显出来。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种通过对螺栓合金材料的化学成分的选择及其含量的优化，使螺栓合金材料强度高的重防腐的高强度地脚螺栓；制备地脚螺栓的方法简单易行，有利于提高生产效率。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：本发明提供一种重防腐的高强度地脚螺栓，由高强耐候螺栓钢加工而成，所述螺栓钢的各化学成分的重量份数应满足下述要求：c0.2～0.4，si0.14～0.21，mn0.52～0.76，v0.07～0.14，w0.01～0.04，p0.02～0.04，s0.02～0.04，ni0.21～0.26，sn0.2～0.3，cu0.1～0.36，al0.12～0.33，si0.06～0.42，co0.24～0.33，b0.002～0.004，mo0.3～0.5，ti0.12～0.26，cr0.07～0.13，nb0.002～0.004，钕铁硼0.07～0.14，余量为fe和微量杂质；高强耐候螺栓钢根据化学成分预测公式计算的耐腐蚀指数i≥6.0。

一种重防腐的高强度地脚螺栓的制备方法，包括以下步骤：

步骤a，铸造杆料，按重量份计，先将12～14份的废钢投入中频电炉中熔化成钢水，再加入增碳剂，待中频电炉内的温度升至1080～1260℃时，再投入28～33份的钢锭、30～36份的废铁和13～14份的回炉料，然后排渣，排渣后加入锰铁、硅铁等合金，待中频电炉内的温度升至1470℃时出炉时，进行浇注，控制杆料毛坯的各化学成分的重量百分比应满足下述要求：c0.26～0.33、mn0.6～0.72、v0.09～0.12、si0.15～0.35、w0.01～0.04、p≤0.025、s≤0.035、ni0.21～0.24、sn0.2～0.3、cu0.12～0.28,余量为铁；

步骤b，对铸造成型后的杆料进行锻造成形加工，锻打温度控制为760-840℃，在锻打模具的模膛内壁上覆盖薄层粉煤灰，锻打成型后利用精密车床车削出螺栓的外螺纹；

步骤c，热处理：将螺栓外螺纹在570℃下，用淬火油进行淬火，再将淬火后的螺栓在330℃下进行回火，持续时间60-70min，将螺栓的光杆段630℃下，用水性淬火液进行淬火，再将淬火后的螺栓在420℃下进行回火，持续时间60-70min，最后进行渗碳处理，将渗碳剂送入回火炉内，在1080～1200℃温度范围内渗碳处理90-120min；

步骤d，磷化处理，首先用18％氢氧化钙溶液洗涤进行脱脂处理，温度控制在52～60℃之间，时间为6-7min，然后水洗；再用18％khso4溶液洗涤进行酸洗处理，温度控制在18～21℃，时间为1-2min，然后水洗；

步骤e，钝化处理，将磷化处理后的螺栓浸入温度为100～120℃的钝化处理液中处理4-5min，所述钝化处理液是由下述重量配比的物质制备而成:3～6份水溶性钼酸盐、7～12份水溶性锰盐、70～100份碱性硅溶胶、80～100份水溶性丙烯酸树脂，80～100份水；

步骤f，渗铬处理，将钝化处理后的螺栓放入盐酸溶液润湿的铬铁粉中加热，加热到700～900℃，保持60-70min，再进行清洗、风干，即得成品螺栓。

上述的重防腐的高强度地脚螺栓的制备方法，所述步骤a包括步骤a1，选用所述成分的钢板酸洗除锈，并按照螺栓的规格大小截取适当大小的圆柱形坯料。

上述的重防腐的高强度地脚螺栓的制备方法，所述步骤b还包括：

步骤b1，软化退火分为两次，具体为：一次软化退火：将坯料在钟罩炉内进行等温软化退火，软化退火温度为760～840℃，保温时间为6～7小时，其硬度控制在小于hb120，控制甲醇流量26～32ml/min，煤气流量0.21～0.26nm3/h，二次软化退火：退火温度为670～760℃，时间5～6h,加醇流量21～26ml/min，煤气流量0.21～0.26nm3/h；

步骤b2，冷锻成型：将退火后的坯料切断至螺栓所需长度，常温下放入模具型腔内，以镦锻力使之形成螺栓所需的头部和杆部尺寸；

步骤b3，螺纹加工：在室温下选用滚丝机进行螺纹成型。

上述的重防腐的高强度地脚螺栓的制备方法，所述步骤e包括步骤e1，磷化处理，将钝化处理后的螺栓放入52～60℃磷化处理液中浸泡3-5min，再进行清洗、风干，即得成品螺栓，其中磷化处理液各组成成分的重量份为:60～70份聚乙二醇,33～37份马日夫盐,6～7份硝酸钠,2.6～3.6份三氯化铁，100～120份水。

上述的重防腐的高强度地脚螺栓的制备方法，所述步骤f包括步骤f1，发黑处理，对螺栓进行发黑处理，控制温度100～120℃；时间24-33min；再进行清洗、风干，即得成品螺栓。

本发明的优点在于：本发明这种重防腐的高强度地脚螺栓及其制备方法通过对螺栓合金材料的化学成分的选择及其含量的优化，本螺栓合金材料强度高；另外，由于本合金材料添加了铝，铝可以在合金材料的表面形成al2o3膜，以提高合金材料的耐腐蚀性；同时，适量的cr也能在一定程度上改善合金材料的耐腐蚀性。通过优化化学成分的组成及其配比，本螺栓合金材料的强度高、耐腐蚀性能优。本发明螺栓进行了多次冷镦挤压成型，提高了高强度螺栓整体强度，螺栓精度高，质量好，生产效率高，无切削无废料，单位成本大大下降。得到了整体金属流向方向一致的螺栓，大大提高了其抗拉强度。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

本发明提供一种重防腐的高强度地脚螺栓，由高强耐候螺栓钢加工而成，所述螺栓钢的各化学成分的重量份数应满足下述要求：c0.2～0.4，si0.14～0.21，mn0.52～0.76，v0.07～0.14，w0.01～0.04，p0.02～0.04，s0.02～0.04，ni0.21～0.26，sn0.2～0.3，cu0.1～0.36，al0.12～0.33，si0.06～0.42，co0.24～0.33，b0.002～0.004，mo0.3～0.5，ti0.12～0.26，cr0.07～0.13，nb0.002～0.004，钕铁硼0.07～0.14，余量为fe和微量杂质；高强耐候螺栓钢根据化学成分预测公式计算的耐腐蚀指数i≥6.0。

上述配方中，在确保合金材料的强度上，c是有用的元素，但若使其含量增加则刚体的韧性和耐腐蚀性变差，而且会引起延迟断裂。而si在碳化物的周边稠化，也会抑制c扩散的效果。而由于mo、v、ti等碳化物的二次硬化效应，可以进一步促进晶粒的细化。而v元素可有效抑制氢的扩散，也是钢的优良的脱氧剂，可以细化晶粒，提高材料的力学性能。

mn可以提高其强度，但是mn含量过多，则会使mn向晶界的偏析，其强度反而降低，耐延迟断裂性也会降低，因此，mn元素的含量优选0.52～0.76。

加入钛和铝后，组织更加细化，强度和塑性的指标均有显著的增加。铝主要和钛一起相互作用，如果单独的铝会使硬度提高而降低塑性，与钛搭配相互作用则会提高其塑性而硬度不会有所降低。所以，用ti作为变质剂来调节合金材料的组织形貌。在本发明中，ti以k2tif6形式加入，加入时用铝箔包裹，在高温下发生如下的反应：3k2tif6+13al＝3tial3+4alf3+6kf，3k2tif6+4al＝3ti+4alf3+6kf，ti+3cu＝cu3ti，分别形成tial3和cu3ti，可作为非自发的形核质点。此外，铝可以在合金的表面形成al2o3膜，提高合金的耐腐蚀性能和表面的光洁度。

sc是一种稀土元素，可强烈地细化组织结构，且与可其他元素形成颗粒状杂质，改善材料中杂质的分布，并改善材料的物理性质及加工性质。在本发明中，钪和铝共同作用，钪和铝会形成很多化合物如scal3、scal2、scal等，由于sc在所有稀土元素中原子半径是最小，主要的合金质点scal3熔点高且与al的距离较近，因此在结晶过程中容易形成过饱和的固溶体，在加热和挤压过程中容易析出共格的scal3质点，因而能强烈抑制再结晶过程和提高材料的稳定性。

cr元素添加到螺栓钢中可有效改善材料的抗氧化和抗腐蚀能力，提高材料的淬透性以增加材料的强度。

nb能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，nb元素还可以提高材料的韧性，但是过量的nb反而无法起到上述的作用。

钼(mo)元素具有强化材料晶界、提高材料淬透性、增强回火稳定性、也可以提高回火软化的阻力，但mo元素成本较大，不易过多使用。

钕铁硼是稀土永磁体材料，而co可以与钕铁硼一起作用，细化晶粒，抑制晶粒长大的作用，净化钢中晶界组织，使稀土富集在晶界中，合金以枝状方式生长，产生较多的结晶中心，明显抑制晶界反应，提高了抗拉强度、延伸率和硬度。

本发明还提供一种重防腐的高强度地脚螺栓的制备方法，包括以下步骤：

步骤f，渗铬处理，将钝化处理后的螺栓放入盐酸溶液润湿的铬铁粉中加热，加热到700～900℃，保持60-70min，再进行清洗、风干，即得成品螺栓。

进一步地，本发明一种重防腐的高强度地脚螺栓的制备方法的较佳的实施例中，所述步骤a包括步骤a1，备料，选用所述成分的钢板酸洗除锈，并按照螺栓的规格大小截取适当大小的圆柱形坯料。

进一步地，本发明一种重防腐的高强度地脚螺栓的制备方法的较佳的实施例中，所述步骤b还包括：

步骤b1，软化退火：软化退火分为两次，具体为：一次软化退火：将坯料在钟罩炉内进行等温软化退火，软化退火温度为760～840℃，保温时间为6～7小时，其硬度控制在小于hb120，控制甲醇流量26～32ml/min，煤气流量0.21～0.26nm3/h，二次软化退火：退火温度为670～760℃，时间5～6h,加醇流量21～26ml/min，煤气流量0.21～0.26nm3/h；

步骤b2，冷锻成型：将退火后的坯料切断至螺栓所需长度，常温下放入模具型腔内，以镦锻力使之形成螺栓所需的头部和杆部尺寸；

步骤b3，螺纹加工：在室温下选用滚丝机进行螺纹成型。

进一步地，本发明一种重防腐的高强度地脚螺栓的制备方法的较佳的实施例中，所述步骤e包括步骤e1，磷化处理，将钝化处理后的螺栓放入52～60℃磷化处理液中浸泡3-5min，再进行清洗、风干，即得成品螺栓，其中磷化处理液各组成成分的重量份为:60～70份聚乙二醇,33～37份马日夫盐,6～7份硝酸钠,2.6～3.6份三氯化铁，100～120份水。

进一步地，本发明一种重防腐的高强度地脚螺栓的制备方法的较佳的实施例中，所述步骤f包括步骤f1，发黑处理，对螺栓进行发黑处理，控制温度100～120℃；时间24-33min；再进行清洗、风干，即得成品螺栓。

本发明这种重防腐的高强度地脚螺栓及其制备方法通过对螺栓合金材料的化学成分的选择及其含量的优化，本螺栓合金材料强度高；另外，由于本合金材料添加了铝，铝可以在合金材料的表面形成al2o3膜，以提高合金材料的耐腐蚀性；同时，适量的cr也能在一定程度上改善合金材料的耐腐蚀性。通过优化化学成分的组成及其配比，本螺栓合金材料的强度高、耐腐蚀性能优。本发明螺栓进行了多次冷镦挤压成型，提高了高强度螺栓整体强度，螺栓精度高，质量好，生产效率高，无切削无废料，单位成本大大下降。得到了整体金属流向方向一致的螺栓，大大提高了其抗拉强度。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

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