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宝马|日本螺栓用钢的最新发展( 三 )


另外 ， 原奥氏体晶粒粒径被细化到8μm ， 通过添加Ni和Ti提高耐蚀性 ， 从而还抑制了腐蚀环境中氢的发生及吸收 。
钢种B在临界扩散性氢含量的优势如图5所示 。

宝马|日本螺栓用钢的最新发展
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JIS SCM440的临界扩散性氢含量在抗拉强度为1200MPa时达到约0.19ppm ， 强度提高到1500MPa时 ， 即使仅有0.01ppm程度的少量扩散性氢也会发生延迟破坏 。
而钢种B则不然 ， 即使抗拉强度达到1500MPa ， 临界扩散性氢含量0.20ppm以上 ， 尽管强度高 ， 但比JIS SCM440~1200MPa级具有更优秀的耐延迟破坏性 。
另外如图6所示的带切口拉伸方式延迟破坏试验中 ， 表4的钢种A、B都显示出优于JIS SCM440的延迟破坏性 ， 从延迟破坏试验后的试验片断面可以确认 ， 相较于JIS SCM440因晶界破坏而断裂 ， 钢种B则转为结晶内破坏 ， 确认氢脆得到了抑制 。

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另外 ， 该概念的高强螺栓用钢 ， 不仅耐延迟破坏性能提高 ， 还在细微析出的合金碳化物的作用下实现了500℃高温环境下优于硼钢（33B2 ， 强度分类10.9级）及低合金高强钢（34Cr4 ， 强度分类12.9级）的强度并具有蠕变性能 。
此外 ， 还有关于以开发1600-2000MPa级的超高强螺栓为目标的研究 ， 在汽车发动机的阀门弹簧有应用业绩（抗拉强度1600-1900MPa）的JIS SUP12的基础上 ， 进一步增加Si含量、添加Mo ， 使用这2个钢种（表5） ， 进行了淬火回火热处理材料的定重负载延迟破坏评价 。

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图7所示为JIS SUP12（钢A）3个抗拉强度水平（1600MPa（A16）、1800MPa（A18）、2000MPa（A20）） ， 以及增加Si含量—添加Mo的钢种（钢B）1个抗拉强度水平（1800MPa（B18））的情况下 ， 拉伸负荷比与采用临界氢含量[Hc]与从环境中侵入的扩散性氢含量[He]的指标[Hc]/[He]的关系（各[He]分别为：0.05ppm、0.05ppm、0.11ppm、0.61ppm） 。

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结果显示 ， 耐延迟破坏性能以A16为最佳 ， 其后依次为B18、A18、A20 ， 在该强度范围内 ， 抗拉强度越低 ， 且添加Mo更为有效 。 而当[Hc]/[He]为1以上的负载保持在抗拉强度的0.3-0.6倍 。 因此 ， 在被用于螺栓时存在需要解决的问题 。
1600MPa级塑性区域紧固螺栓已开始实际应用 。 主要思路是通过高温回火热处理 ， 可得到减少了晶界膜状碳化物的细微碳化物分散组织 ， 成分设计中采用与JIS SCM440相比更高C-高Si-高Mo-低P-
低S措施实现回火软化阻力和析出硬化以及原奥氏体晶界的强化 。 化学成分如表6所示 ， 0.58%C-1.9%Si-0.3%Mn-1.2%Cr-1.7%Mo钢（样品-A）进行550℃回火热处理制造的螺栓 ， 在具有1600MPa抗拉强度的同时 ， 实现了与抗拉强度1200MPa的JIS SCM440螺栓同等的延迟破坏寿命 ， 且[Hc]/[He]超过5 ， 已经作为汽车发动机的塑性区域紧固螺栓进行量产 。

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3.2 珠光体型高碳高强螺栓
与前述调质钢型（淬火回火钢）思路不同的珠光体组织型的1600MPa级超高强螺栓也投入了实际应用 。 该螺栓使用高碳钢 ， 不添加特别元素而满足所需的性能 。
由于不进行软化热处理而进行冷加工 ， 存在加工性较差的问题 ， 但改变螺栓形状即可解决 。 改善延迟破坏的思路如图8所示 ， 通过拉丝加工成为珠光体组织 ， 不再残存可能成为延迟破坏起点的原奥氏体晶界 ， 且使氢的捕获能力得以提高 。


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