【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种耐土壤腐蚀高强度钢铁零部件及其制备方法和应用，属于金属材料。
技术介绍
1、土壤环境中由于cl-、so42-、hco3-及微生物的存在且富含水分，钢铁材料极易发生腐蚀。目前地下涵洞、隧道、输油管道等深埋地下的耐蚀钢板已经得到充分推广，但是与之匹配的耐土壤腐蚀螺栓、支架等零部件研究较少，尤其是具有高强度级别的零部件，如10.9级高强度螺栓，几乎没有耐土壤腐蚀专用材料的研发与生产。
2、高强度级别零部件由于显著减轻自重、提高设备安全性正快速推广。但土壤环境中使用的高强度螺栓螺纹处等位置更容易富集水分和各种离子，腐蚀行为非常复杂；附着的微生物甚至会代谢出h+，进而诱发氢致延迟断裂，并且零件强度越高，延迟断裂越严重。专利zl202010040639.8公开了一种耐海洋大气腐蚀的高强度螺栓，其主要合金化元素为3％ni，展示出很好的耐cl-腐蚀能力。但土壤中含水量比海洋大气高，溶解的盐离子不仅数量更多、种类也更加复杂，还会出现微生物腐蚀；ni元素只能固溶，不能形成碳化物，无法形成足够的氢陷阱。因此，依靠ni强化的氧化层和基体对土壤腐蚀和延迟断裂的抵抗能力不足，需要致密度更高、稳定性更好的氧化层和更多的细小碳化物才能满足耐土壤腐蚀的要求。含cr12％以上的304等不锈钢螺栓虽然能够形成更加致密的含cr氧化层，但奥氏体组织强度较低，无法实现高耐腐蚀性和高强度的协同提高，同时不锈钢成本也非常高，不能大范围应用。
3、综上，常见的含cu耐候钢、含ni耐海洋大气腐蚀钢都无法有效阻止土壤中的腐蚀行为；高cr不锈
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是，在不大幅增加合金元素成本的基础上，获得一种耐土壤腐蚀高强度钢铁零部件的制备方法，该法可提高零件抗氢致延迟断裂能力和耐土壤腐蚀能力。
2、同时，本专利技术提供一种耐土壤腐蚀高强度钢铁零部件，该钢铁零部件实现了高耐腐蚀性、抗氢致延迟断裂能力和高强度的协同提高。
3、同时，本专利技术提供一种耐土壤腐蚀高强度钢铁零部件的应用。
4、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
5、一种耐土壤腐蚀高强度钢铁零部件，以质量百分比计，其化学成分如下，c：0.10％～0.30％，si：0.10％～0.60％，mn：0.50％～1.50％，cr：3.0％～5.0％，ni：≤0.5％，mo：0.20～0.50％，v：≤0.1％，nb≤0.1％，ti：≤0.1％，cu：0.30％～0.70％，p≤0.02％，余量为fe及不可避免杂质。
6、优选地，ti+nb+v的质量百分数为0.05％～0.20％，cr质量百分数为3.50％～4.50％，cu的质量百分数为0.40％～0.60％。
7、耐土壤腐蚀高强度钢铁零部件包括螺栓。
8、螺栓的纵向抗拉强度为1082-1206mpa，屈服强度为982-1093mpa，断后伸长率为14.9-18.2％，-20℃冲击功kv2为67-178j，dfsr值为0.84～0.88，模拟土壤环境加速试验失重2.7～3.5g。
9、一种耐土壤腐蚀高强度钢铁零部件的制备方法，包括以下步骤：
10、s01，取原料冶炼、连铸、热轧成棒材或者线材；
11、s02，棒材或者线材经1000℃-1100℃保温0.5h-1.5h，后穿水或者风冷至700℃-750℃，自然冷却至室温；
12、s03，棒材或者线材下料，冷变形成螺栓零部件毛坯；
13、s04，将螺栓零部件毛坯加热至900℃-950℃，保温30min-60min，油冷至室温；
14、s05，再加热至500℃-600℃保温1h-1.5h，空冷至室温；
15、s06，再机加工成螺栓成品；
16、s07，螺栓成品至于氧化性气氛炉中进行氧化回火，加热至200℃-250℃保温10-20min后空冷至室温，获得耐土壤腐蚀高强度钢铁零部件。
17、s03中，冷变包括冷镦或冷弯。
18、s02中，穿水或者风冷的表面冷速控制在50-100℃/s。
19、s03获得的螺栓零部件毛坯若经过热锻成型，则将s02移至s03之后完成。
20、s07中，氧化回火的炉膛氧气体积分数控制在30％-50％。
21、一种耐土壤腐蚀高强度钢铁零部件在地下涵洞、隧道、输油管道中的应用。
22、本专利技术具有以下新特点：
23、(1)在传统零部件用中碳合金钢基础上降低c元素含量，提高cr元素含量。使用固溶cr元素弥补c元素带来的强度不足，并提高基体的电位，提高耐蚀性。控制热处理工艺，使得一部分cr元素在基体形成高cr的马氏体回火组织，达到高强度的目的。氧化回火过程中形成高cr、无缺陷的、致密、稳定氧化膜，阻止使用过程中的腐蚀行为，尤其是提高针对土壤环境中so42-、hco3-、cl-、h+的耐腐蚀性。
24、(2)添加适量mo、cu元素，进一步提高含cr氧化膜的致密性，提高阻碍直径小的cl-、h+进入的能力，提高耐cl-腐蚀、氢致延迟断裂能力。
25、(3)控制热处理工艺，使得一部分cr元素在回火过程形成细小含cr碳化物。cr元素与c结合能力更强，回火过程中形成的含cr碳化物相比渗碳体更加细小，增强捕获氢离子能力，进一步提高零件抗氢致延迟断裂能力。
26、(4)热轧成棒材或者线材后，原材料经1000℃-1100℃保温1h，消除可能存在的大尺寸含cr碳化物，提高cr元素使用效率并降低大尺寸含cr碳化物成为原电池中的阴极，减轻电化学腐蚀。同时保留ti、nb的碳氮化物不溶解，阻止奥氏体晶粒长大，细化组织，提高塑韧性。控制冷速50-100℃/s冷至750℃，避免冷却高温段含cr碳化物析出并长大，后续空冷过程中形成合金渗碳体。
27、(5)毛坯热处理过程中加热至900℃-950℃，保温30min-60min，使合金渗碳体中的cr充分固溶，油冷时全部固溶至基体中。500℃-600℃保温1h-1.5h，部分cr元素代替fe元素析出形成含cr碳化物，提高强度、提高抗氢致延迟断裂性能，另一部分固溶在基体中，提高强度、形成致密的含cr氧化膜，提高耐土壤腐蚀能力。
28、(6)成品的氧化回火工艺通过人为提高氧化温度和氧含量，在零件表面形成人工制成的极薄含cr氧化层。相比自然环境中形成的氧化层更加致密，缺陷更少，显著提高阻碍高含水量土壤环境中大量so42-、hco3-、cl-、h+等离子渗入透过氧化膜与基体反应、发生腐蚀的能力。同时避免了磷化处理等表面处理带来的污染和氢脆风险。
29、本专利技术中元素作用及配比依据如下：
30、c：钢中的基本强化元素，热处理后形成含cr碳化本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种耐土壤腐蚀高强度钢铁零部件，其特征在于，以质量百分比计，其化学成分如下，C：0.10％～0.30％，Si：0.10％～0.60％，Mn：0.50％～1.50％，Cr：3.0％～5.0％，Ni：≤0.5％，Mo：0.20～0.50％，V：≤0.1％，Nb≤0.1％，Ti：≤0.1％，Cu：0.30％～0.70％，P≤0.02％，余量为Fe及不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的一种耐土壤腐蚀高强度钢铁零部件，其特征在于，Ti+Nb+V的质量百分数为0.05％～0.20％，Cr质量百分数为3.50％～4.50％，Cu的质量百分数为0.40％～0.60％。
3.根据权利要求1所述的一种耐土壤腐蚀高强度钢铁零部件，其特征在于，耐土壤腐蚀高强度钢铁零部件包括螺栓。
4.根据权利要求3所述的一种耐土壤腐蚀高强度钢铁零部件，其特征在于，螺栓的纵向抗拉强度为1082-1206MPa，屈服强度为982-1093MPa，断后伸长率为14.9-18.2％，-20℃冲击功KV2为67-178J，DFSR值为0.84～0.88，模拟土壤环境加速试验失重2.7～
5.根据权利要求1～4任意一项所述的一种耐土壤腐蚀高强度钢铁零部件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，S03中，冷变包括冷镦或冷弯。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，S02中，穿水或者风冷的表面冷速控制在50-100℃/s。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，S03获得的螺栓零部件毛坯若经过热锻成型，则将S02移至S03之后完成。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，S07中，氧化回火的炉膛氧气体积分数控制在30％-50％。
10.根据权利要求1～4任意一项所述的一种耐土壤腐蚀高强度钢铁零部件在地下涵洞、隧道、输油管道中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种耐土壤腐蚀高强度钢铁零部件，其特征在于，以质量百分比计，其化学成分如下，c：0.10％～0.30％，si：0.10％～0.60％，mn：0.50％～1.50％，cr：3.0％～5.0％，ni：≤0.5％，mo：0.20～0.50％，v：≤0.1％，nb≤0.1％，ti：≤0.1％，cu：0.30％～0.70％，p≤0.02％，余量为fe及不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的一种耐土壤腐蚀高强度钢铁零部件，其特征在于，ti+nb+v的质量百分数为0.05％～0.20％，cr质量百分数为3.50％～4.50％，cu的质量百分数为0.40％～0.60％。
3.根据权利要求1所述的一种耐土壤腐蚀高强度钢铁零部件，其特征在于，耐土壤腐蚀高强度钢铁零部件包括螺栓。
4.根据权利要求3所述的一种耐土壤腐蚀高强度钢铁零部件，其特征在于，螺栓的纵向抗拉强度为1082-1206mpa，屈服强度为982-1093...
【专利技术属性】
技术研发人员：马金锁，赵秀明，侯华兴，张先鸣，黄华，吴萌，杨益春，龚国强，林田子，谢家成，许莉钧，王桂娟，王加杰，
申请(专利权)人：南京福贝尔五金制品有限公司，
类型：发明
国别省市：
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