35VB 钢与大直径高强度螺栓

2022-01-04孙富

机电产品开发与创新 2021年6期

孙富

（定西高强度紧固件股份有限公司，甘肃定西 743000）

0 引言

35VB 钢种始见于GB/T 1231—84《钢结构用高强度大六角头螺栓、螺母、垫圈技术条件》，该标准中螺栓的最大直径规格为M30。

1987 年5 月26 日，在铁道部科技局、冶金部钢铁司联合主持的鉴定会上，通过了 “高强度螺栓用新钢种35VB”的鉴定转产和“35VB 新钢种高强度螺栓”新产品的鉴定。这两项科研成果是由铁道部科学研究院、大冶钢厂、上海标准件公司、上海先锋螺丝厂、铁道部大桥工程局桥梁科学研究所、清华大学等六单位经过近十年研制成功的，但当时的研制仅限于M30 及以下规格。

本文主要以M36、10.9 级螺栓进行试验验证。

1 35VB 钢的主要性能

1.1 相变临界点

相变临界点，见表1。

表1 相变临界点

1.2 冷变形性能

螺栓用钢的冷变形性能系指冷镦性能和螺纹滚轧性能，是以尽可能小的变形拉力和尽可能高而不产生破裂的变形能力来评价。一般认为考核塑性的可靠指标断面收缩率Z 在50%以上比较合格，而35VB 钢在56%以上。冷顶锻试验时，当镦粗高度减小到1/2、1/3 时，表面均未出现裂纹，证明35VB 钢有良好的冷变形性能。

1.3 淬透性

螺栓的最终性能主要取决于螺栓淬火后的金相组织。

35VB 钢淬火后的金相组织是大量板条状马氏体与少量变晶马氏体。另外，根据石家庄钢厂的实验结果，当芯部要求90%马氏体时，盐水淬火的临界直径为φ38mm，而且从我公司多年的生产实践证明，35VB 钢的淬透性完全可以满足生产10.9 级M36 及以下规格螺栓的要求。

1.4 力学性能

35VB 钢经不同淬火温度、450℃回火后的力学性能见表2，经870℃淬火不同温度回火后的力学性能见表3。可见，只要适当的回火温度处理，35VB 钢的力学性能完全能满足GB/T3098.1 中10.9 级高强度螺栓的要求。

表2 450℃回火后的力学性能

表3 870℃淬火不同温度回火后的力学性能

1.5 低温冲击韧性

不同炉号的35VB，经870℃水淬，450℃回火后，在20℃、0℃、-20℃、-40℃、-60℃及-76℃进行冲击韧性试验，结果见图1。

图1 35VB 不同温度下的冲击值

表明35VB 钢的脆性转变温度低于-40℃。冲击断口的宏观观察，发现由室温到-40℃所有断口的特征都是灰色纤维状，有剪切唇及放射状裂纹扩展区，随着试验温度的下降，-60℃时的断口上只见明显的放射状裂纹拓展区，剪切唇很小；-76℃时断口齐平无塑性变形。冲击断口的电子显微镜观察，室温至-20℃是穿晶断裂具有塑性韧窝特征，见图2，从-40℃到-76℃都是穿晶脆性断裂，具有准解理花样和撕裂棱特征，见图3。

图2 室温至-20℃冲击断口图

图3 -40℃到-76℃冲击断口图

1.6 抗延迟断裂性能

对于高强度螺栓用钢不但要考虑其常规力学性能，而且必须从断裂力学观点考虑其选材、成分以及制定热处理工艺。

另外，从表4 看出，所有样件硬度检测结果均低于39.8HRC（390HV），根据ISO/TR 20491：2019（GB/Z XX XX 已报批），螺栓硬度低于390HV 时，不会由于氢的存在而导致机械性能延迟下降，所以具有较高的抗延迟断裂性能。

表4 35VB M36×L 10.9 级螺栓性能检测结果统计表

通过对35VB 钢断裂韧度和应力腐蚀门槛值测定，以及大量的生产实践证明，选用大于440℃回火工艺（我公司实际生产中回火温度为450℃），在使用中不会发生延迟断裂。

2 35VB 钢的比较优势

2.1 资源优势

近30 年来，国内外针对紧固件用材做了大量的研究开发工作，诸如邢钢在2010 年10 月又研制出10.9 级高强度螺栓用51B20 新钢种，35VB 就是当时针对大直径高强度螺栓而专门研发的钢种。与同类其他钢种相比，该钢种不仅具有优越的综合性能，而且充分考虑了V、B 等合金元素在我国的富有资源，容易形成批量生产。

2.2 工艺性能

首先，35VB 在大冶钢厂、石家庄钢厂等国内大型钢铁生产厂家经过30 多年的批量生产，工艺成熟，质量稳定。其次，相对于35CrMo、42CrMo， 35VB 在生产高强度螺栓时不再进行退火处理，符合我国节能减排的方针，而且该钢材具有良好的冷变形性能，适合于冷镦生产高强度螺栓，生产效率较高，生产周期较短。第三，35VB 热处理工艺较为简便，适合常规水淬工艺，特别是我公司采用托辊式网带自动化生产线，性能十分稳定，表4 为M36 螺栓批量生产性能检测结果。