一种新能源汽车电池盖固定螺母的加工工艺

摘要

本发明公开了一种新能源汽车电池盖固定螺母的加工工艺，包括以下步骤：步骤1，材料成型；步骤2，数控机床加工；步骤3，震动抛光；步骤4，二次加工；步骤5，再次抛光；步骤6，FQC检测；步骤7，镀防护层；步骤8，IQC抽检；步骤9，全检外观；步骤10，包装出货。本发明工艺是由现有的CNC加工方案，更改为普通自动车床分解工序加工，自动车床一序加工出产品的外形几何尺寸、外径的八字花纹，以及内螺纹，二序精加工内螺纹的孔径，以及去除切断部位的毛刺，保证螺纹孔符合图纸的要求。

权利要求

1.一种新能源汽车电池盖固定螺母的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，材料成型：通过合成工艺制备得到高性能碳钢材料；

步骤2，数控机床加工：将高性能碳钢材料使用计算机辅助制造加工成型，得到螺母粗坯；

步骤3，震动抛光：对螺母粗坯的表面进行抛光处理，去除表面的毛刺氧化皮，得到抛光后的螺母粗坯；

步骤4，二次加工：对抛光后的螺母粗坯的端面进行细致的钻孔、扩孔及倒角处理，得到扩孔和倒角后的螺母粗坯；

步骤5，再次抛光：对扩孔和倒角后的螺母粗坯再次进行表面抛光处理，以去除其表面的细渣，得到再次抛光后的螺母粗坯；

步骤6，FQC检测：将再次抛光后的螺母粗坯置于待检区分批进行抽检，检测再次抛光后的螺母粗坯的尺寸以及孔径是否合格，检测合格后得到FQC检测后的螺母粗坯；

步骤7，镀防护层：对FQC检测后的螺母粗坯使用锌镍镀液进行电镀处理，得到镀防护层后的螺母粗坯；

步骤8，IQC抽检：将镀防护层后的螺母粗坯进行表面品质抽检，检测镀层的完整性与均匀度，合格后得到IQC抽检后的螺母粗坯；

步骤9，全检外观：对IQC抽检后的螺母粗坯进一步地进行全面的表观检测，合格后得到手机注塑用成型块；

步骤10，包装出货：待上述步骤全部完成后，即包装出货。

2.根据权利要求1所述的一种新能源汽车电池盖固定螺母的加工工艺，其特征在于，所述防护层的厚度为80～120μm。

3.根据权利要求1所述的一种新能源汽车电池盖固定螺母的加工工艺，其特征在于，所述高性能碳钢材料以重量百分比计，包括以下成分：C：0.18％～0.22％、Si：0.20％～

0.34％、Mn：0.58％～1.05％、B：0.04％～0.08％、Ta：0.02％～0.04％、Sc：0.01％～

0.03％、P≤0.03％、S≤0.02％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

4.根据权利要求1所述的一种新能源汽车电池盖固定螺母的加工工艺，其特征在于，所述高性能碳钢材料的制备过程为：a.按照重量百分比依次称取Fe、C、Si、Mn和Sc原料混合至碳酸氢钠溶液浸泡处理2～4h后，经过过滤、水洗和干燥后，得到混合原料；

b.将混合原料置于真空感应炉内，在真空的条件下升温至580～650℃，热处理1～3h后，得到混合预处理物；

c.将混合原料预处理物置于高温熔炼炉内，在真空条件下升温至1650～1700℃后，熔融搅拌0.5～1h，得到混合熔融物；

d.将混合原料熔融物进行脱磷和脱硫处理，直至P≤0.03％和S≤0.02％后，继续搅拌

0.2～0.4h后，得到混合搅拌物；

e.将混合搅拌物注入AOD炉内，升温至1650～1700℃，抽真空至真空度达到80～

100mbar时，用氧枪吹氧，直至碳含量达标后，吹氧结束后通入氩气，进行脱氧处理，然后加入二硼化钽纳米粉，继续搅拌0.2～0.4h后，得到混合处理物；

f.将混合处理物逐渐降温至1300～1350℃后，迅速浇铸至模具中，冷却后，得到碳钢毛坯；

g.将碳钢毛坯置于高温反应炉内依次经过淬火处理、回火处理和冷却处理后，得到高性能碳钢材料。

5.根据权利要求4所述的一种新能源汽车电池盖固定螺母的加工工艺，其特征在于，所述二硼化钽纳米粉的粒径为20～50nm，二硼化钽纳米粉在使用前经过预热处理，预热处理的温度为650～700℃，预热处理时间为0.2～0.5h。

6.根据权利要求4所述的一种新能源汽车电池盖固定螺母的加工工艺，其特征在于，步骤c中，搅拌速率控制在40～120r/min，搅拌时间控制在20～40min。

7.根据权利要求4所述的一种新能源汽车电池盖固定螺母的加工工艺，其特征在于，步骤e中，所述吹氧的氧气压力0.2～0.5MPa，氧气流量100～200Nm3/h，吹氧时间0.1～0.3h。

8.根据权利要求4所述的一种新能源汽车电池盖固定螺母的加工工艺，其特征在于，步骤g中，所述淬火处理的温度为980～1050℃，淬火处理的时间为2～4h。

9.根据权利要求4所述的一种新能源汽车电池盖固定螺母的加工工艺，其特征在于，步骤g中，所述回火处理温度为530～580℃，回火处理的时间为4～6h。

10.根据权利要求4所述的一种新能源汽车电池盖固定螺母的加工工艺，其特征在于，步骤g中，所述冷却处理为在回火结束后，先风冷至220～260℃，再水冷至70～80℃。

说明书

一种新能源汽车电池盖固定螺母的加工工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及新能源汽车领域，具体涉及一种新能源汽车电池盖固定螺母的加工工艺。

背景技术

[0002] 随着社会的发展，有限的石油资源和环境污染问题变得日益突出，这使得新能源汽车越来越引起社会的重视。由于电动汽车具有如下优点：无污染、噪声小、结构简单、使用维护方便和能量转换效率高等。近几年来，电动汽车得到快速的发展。目前新能源汽车是汽车行业最火热的名词之一，新能源汽车的设计与传统汽车还是存在较大的差异，对于固定动力电池的螺母，要求的性能也是有区别于传统的焊接螺母，要求螺母具有较好的力学性能和耐腐蚀性，然而常规的碳钢材料螺母的表现并不能达到预期。

发明内容

[0003] 针对现有技术中存在的常规的碳钢材料螺母力学性能和耐腐蚀性不足的问题，本发明的目的是提供一种新能源汽车电池盖固定螺母的加工工艺。

[0004] 本发明的目的采用以下技术方案来实现：

[0005] 一种新能源汽车电池盖固定螺母的加工工艺，包括以下步骤：

[0006] 步骤1，材料成型：通过合成工艺制备得到高性能碳钢材料；

[0007] 步骤2，数控机床加工：将高性能金属复合材料使用计算机辅助制造加工成型，得到螺母粗坯；

[0008] 步骤3，震动抛光：对螺母粗坯的表面进行抛光处理，去除表面的毛刺氧化皮，得到抛光后的螺母粗坯；

[0009] 步骤4，二次加工：对抛光后的螺母粗坯的端面进行细致的钻孔、扩孔及倒角处理，得到扩孔和倒角后的螺母粗坯；

[0010] 步骤5，再次抛光：对扩孔和倒角后的螺母粗坯再次进行表面抛光处理，以去除其表面的细渣，得到再次抛光后的螺母粗坯；

[0011] 步骤6，FQC检测：将再次抛光后的螺母粗坯置于待检区分批进行抽检，检测再次抛光后的螺母粗坯的尺寸以及孔径是否合格，检测合格后得到FQC检测后的螺母粗坯；

[0012] 步骤7，镀防护层：对FQC检测后的螺母粗坯使用锌镍镀液进行电镀处理，得到镀防护层后的螺母粗坯；

[0013] 步骤8，IQC抽检：将镀防护层后的螺母粗坯进行表面品质抽检，检测镀层的完整性与均匀度，合格后得到IQC抽检后的螺母粗坯；

[0014] 步骤9，全检外观：对IQC抽检后的螺母粗坯进一步地进行全面的表观检测，合格后得到手机注塑用成型块；

[0015] 步骤10，包装出货：待上述步骤全部完成后，即可包装出货。

[0016] 优选地，所述防护层的厚度为80～120μm。

[0017] 优选地，所述高性能碳钢材料以重量百分比计，包括以下成分：C：0.18％～0.22％、Si：0.20％～0.34％、Mn：0.58％～1.05％、B：0.04％～0.08％、Ta：0.02％～
0.04％、Sc：0.01％～0.03％，P≤0.03％、S≤0.02％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

[0018] 优选地，所述高性能碳钢材料的制备过程为：

[0019] a.按照重量百分比依次称取Fe、C、Si、Mn和Sc原料混合至碳酸氢钠溶液浸泡处理2～4h后，经过过滤、水洗和干燥后，得到混合原料；

[0020] b.将混合原料置于真空感应炉内，在真空的条件下升温至580～650℃，热处理1～3h后，得到混合预处理物；

[0021] c.将混合原料预处理物置于高温熔炼炉内，在真空条件下升温至1650～1700℃后，熔融搅拌0.5～1h，得到混合熔融物；

[0022] d.将混合原料熔融物进行脱磷和脱硫处理，直至P≤0.03％和S≤0.02％后，继续搅拌0.2～0.4h后，得到混合搅拌物；

[0023] e.将混合搅拌物注入AOD炉内，升温至1650～1700℃，抽真空至真空度达到80～100mbar时，用氧枪吹氧，直至碳含量达标后，吹氧结束后通入氩气，进行脱氧处理，然后加入二硼化钽纳米粉，继续搅拌0.2～0.4h后，得到混合处理物；

[0024] f.将混合处理物逐渐降温至1300～1350℃后，迅速浇铸至模具中，冷却后，得到碳钢毛坯；

[0025] g.将碳钢毛坯置于高温反应炉内依次经过淬火处理、回火处理和冷却处理后，得到高性能碳钢材料。

[0026] 优选地，所述二硼化钽纳米粉的粒径为20～50nm，二硼化钽纳米粉在使用前经过预热处理，预热处理的温度为650～700℃，预热处理时间为0.2～0.5h。

[0027] 优选地，步骤c中，所述搅拌速率控制在40～120r/min，搅拌时间控制在20～40min。

[0028] 优选地，步骤e中，所述二硼化钽纳米粉(TaB2)的加入量按照所述高性能碳钢材料中的B和Ta的重量百分比称取。

[0029] 优选地，步骤e中，所述吹氧的氧气压力0.2～0.5MPa，氧气流量100～200Nm3/h，吹氧时间0.1～0.3h。

[0030] 优选地，步骤g中，所述淬火处理的温度为980～1050℃，淬火处理的时间为2～4h。

[0031] 优选地，步骤g中，所述回火处理温度为530～580℃，回火处理的时间为4～6h。

[0032] 优选地，步骤g中，所述冷却处理为在回火结束后，先风冷至220～260℃，再水冷至70～80℃。

[0033] 本发明的有益效果为：

[0034] 本发明提供了一种新能源汽车电池盖固定螺母的加工工艺，所使用的工艺简便实用，所得到的螺母具有较强的耐候性和耐腐蚀性。其中工艺是由现有的CNC加工方案，更改为普通自动车床分解工序加工，自动车床一序加工出产品的外形几何尺寸、外径的八字花纹，以及内螺纹，二序精加工内螺纹的孔径，以及去除切断部位的毛刺，保证螺纹孔符合图纸的要求。

[0035] 本发明的工艺过程中，从原材料加工成粗坯，再使用粗坯逐渐打磨成所需成品，在此过程中经过多次质检包括抽检和全检，能够保证最终得到的螺母的合格率。

[0036] 本发明所制备的螺母使用的原材料是在现有碳钢材料的技术上改进得到的高性能碳钢材料，碳钢由于比常规的钢材碳含量高因此具有较高的硬度和耐磨性，很适合作为需要旋拧的螺母材料，但是其也由于碳含量过高导致其吸湿性过高很容易被腐蚀，因此本发明基于此，将碳钢中的碳含量控制在中等的水平，同时在制备过程中添加了稀土钪元素和二硼化钽，以特殊的工艺对碳钢进行改性，最终得到的碳钢具有较好的耐候性和耐腐蚀性。

附图说明

[0037] 利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

[0038] 图1是本发明一种新能源汽车电池盖固定螺母的加工工艺的流程图。

具体实施方式

[0039] 为了更清楚的说明本发明，对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

[0040] 为了更加便于理解，本发明将二硼化钽(TaB2)的添加效果做了如下解释：

[0041] 首先，二硼化钽本身具有高熔点、高硬度、高耐磨性和耐蚀性的优点，以及优异的化学惰性，因此能够在环境中表现出更高的稳定性。二硼化钽加入至钢材中后能够增强钢材的耐磨性和耐腐蚀性。

[0042] 其次，二硼化钽是由硼元素和钽元素组成的化合物，其呈六方结构，结构中的钽元素能够参与脱氧，因此二硼化钽的加入能够同时减少钢水中的氧含量。钢材制备过程中氧含量较高的话，会与铁结合形成FeO，并以薄膜状分布于晶界上，从而造成钢的热裂以及脆性增大的问题。而加入二硼化钽后，在高温条件下，二硼化钽中的钽具有较强的吸气行，能够与氧气结合形成更稳定的氧化钽，从而避免了与铁的结合，也避免了热裂以及脆性较大的现象。

[0043] 此外，二硼化钽中的钽还能在高温高压的条件下与碳结合，生产Ta‑C体系化合物，Ta‑C体系化合物具有高熔点、高硬度以及良好的耐腐蚀性，因此二硼化钽的加入能够减少吹氧过程中氧气的通入量以及吹氧时间，不仅避免了需要通入大量氧才能除去少量碳造成的氧气浪费，也减少了通入大量氧造成的钢水氧含量过高后续脱氧的复杂度，而且还从另一侧面增强了碳钢的耐腐蚀性。

[0044] 结合以下实施例对本发明作进一步描述。

[0045] 实施例1

[0046] 一种新能源汽车电池盖固定螺母的加工工艺，包括以下步骤：

[0047] 步骤1，材料成型：通过合成工艺制备得到高性能碳钢材料；

[0048] 步骤2，数控机床加工：将高性能金属复合材料使用计算机辅助制造加工成型，得到螺母粗坯；

[0049] 步骤3，震动抛光：对螺母粗坯的表面进行抛光处理，去除表面的毛刺氧化皮，得到抛光后的螺母粗坯；

[0050] 步骤4，二次加工：对抛光后的螺母粗坯的端面进行细致的钻孔、扩孔及倒角处理，得到扩孔和倒角后的螺母粗坯；

[0051] 步骤5，再次抛光：对扩孔和倒角后的螺母粗坯再次进行表面抛光处理，以去除其表面的细渣，得到再次抛光后的螺母粗坯；

[0052] 步骤6，FQC检测：将再次抛光后的螺母粗坯置于待检区分批进行抽检，检测再次抛光后的螺母粗坯的尺寸以及孔径是否合格，检测合格后得到FQC检测后的螺母粗坯；

[0053] 步骤7，镀防护层：对FQC检测后的螺母粗坯使用锌镍镀液进行电镀处理，防护层的厚度为80～120μm，得到镀防护层后的螺母粗坯；

[0054] 步骤8，IQC抽检：将镀防护层后的螺母粗坯进行表面品质抽检，检测镀层的完整性与均匀度，合格后得到IQC抽检后的螺母粗坯；

[0055] 步骤9，全检外观：对IQC抽检后的螺母粗坯进一步地进行全面的表观检测，合格后得到手机注塑用成型块；

[0056] 步骤10，包装出货：待上述步骤全部完成后，即可包装出货。

[0057] 高性能碳钢材料以重量百分比计，包括以下成分：C：0.21％、Si：0.28％、Mn：0.72％、B：0.06％、Ta：0.03％、Sc：0.03％，P≤0.03％、S≤0.02％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

[0058] 高性能碳钢材料的制备过程为：

[0059] a.按照重量百分比依次称取Fe、C、Si、Mn和Sc原料混合至碳酸氢钠溶液浸泡处理3h后，经过过滤、水洗和干燥后，得到混合原料；

[0060] b.将混合原料置于真空感应炉内，在真空的条件下升温至625℃，热处理2h后，得到混合预处理物；

[0061] c.将混合原料预处理物置于高温熔炼炉内，在真空条件下升温至1680℃后，熔融搅拌0.8h，得到混合熔融物；其中，搅拌速率控制在80r/min，搅拌时间控制在30min；

[0062] d.将混合原料熔融物进行脱磷和脱硫处理，直至P≤0.03％和S≤0.02％后，继续搅拌0.3h后，得到混合搅拌物；

[0063] e.将混合搅拌物注入AOD炉内，升温至1675℃，抽真空至真空度达到90mbar时，用氧枪吹氧，直至碳含量达标后，吹氧结束后通入氩气，进行脱氧处理，然后加入二硼化钽纳米粉，继续搅拌0.3h后，得到混合处理物；其中，二硼化钽纳米粉(TaB2)的加入量按照所述高性能碳钢材料中的B和Ta的重量百分比称取；二硼化钽纳米粉的粒径为20～50nm，二硼化钽纳米粉在使用前经过预热处理，预热处理的温度为670℃，预热处理时间为0.4h；搅拌速3
率控制在100r/min，搅拌时间控制在30min；吹氧的氧气压力0.3MPa，氧气流量150Nm/h，吹氧时间0.2h；

[0064] f.将混合处理物逐渐降温至1328℃后，迅速浇铸至模具中，冷却后，得到碳钢毛坯；

[0065] g.将碳钢毛坯置于高温反应炉内依次经过淬火处理、回火处理和冷却处理后，得到高性能碳钢材料；其中，淬火处理的温度为1020℃，淬火处理的时间为3h；回火处理温度为565℃，回火处理的时间为5h；冷却处理为在回火结束后，先风冷至240℃，再水冷至70℃。

[0066] 实施例2

[0067] 一种新能源汽车电池盖固定螺母的加工工艺，包括以下步骤：

[0068] 步骤1，材料成型：通过合成工艺制备得到高性能碳钢材料；

[0069] 步骤2，数控机床加工：将高性能金属复合材料使用计算机辅助制造加工成型，得到螺母粗坯；

[0070] 步骤3，震动抛光：对螺母粗坯的表面进行抛光处理，去除表面的毛刺氧化皮，得到抛光后的螺母粗坯；

[0071] 步骤4，二次加工：对抛光后的螺母粗坯的端面进行细致的钻孔、扩孔及倒角处理，得到扩孔和倒角后的螺母粗坯；

[0072] 步骤5，再次抛光：对扩孔和倒角后的螺母粗坯再次进行表面抛光处理，以去除其表面的细渣，得到再次抛光后的螺母粗坯；

[0073] 步骤6，FQC检测：将再次抛光后的螺母粗坯置于待检区分批进行抽检，检测再次抛光后的螺母粗坯的尺寸以及孔径是否合格，检测合格后得到FQC检测后的螺母粗坯；

[0074] 步骤7，镀防护层：对FQC检测后的螺母粗坯使用锌镍镀液进行电镀处理，防护层的厚度为80～120μm，得到镀防护层后的螺母粗坯；

[0075] 步骤8，IQC抽检：将镀防护层后的螺母粗坯进行表面品质抽检，检测镀层的完整性与均匀度，合格后得到IQC抽检后的螺母粗坯；

[0076] 步骤9，全检外观：对IQC抽检后的螺母粗坯进一步地进行全面的表观检测，合格后得到手机注塑用成型块；

[0077] 步骤10，包装出货：待上述步骤全部完成后，即可包装出货。

[0078] 高性能碳钢材料以重量百分比计，包括以下成分：C：0.19％、Si：0.31％、Mn：0.93％、B：0.05％、Ta：0.04％、Sc：0.01％，P≤0.03％、S≤0.02％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

[0079] 高性能碳钢材料的制备过程为：

[0080] a.按照重量百分比依次称取Fe、C、Si、Mn和Sc原料混合至碳酸氢钠溶液浸泡处理2h后，经过过滤、水洗和干燥后，得到混合原料；

[0081] b.将混合原料置于真空感应炉内，在真空的条件下升温至580℃，热处理3h后，得到混合预处理物；

[0082] c.将混合原料预处理物置于高温熔炼炉内，在真空条件下升温至1650℃后，熔融搅拌1h，得到混合熔融物；其中，搅拌速率控制在40r/min，搅拌时间控制在20min；

[0083] d.将混合原料熔融物进行脱磷和脱硫处理，直至P≤0.03％和S≤0.02％后，继续搅拌0.2h后，得到混合搅拌物；

[0084] e.将混合搅拌物注入AOD炉内，升温至1650℃，抽真空至真空度达到80mbar时，用氧枪吹氧，直至碳含量达标后，吹氧结束后通入氩气，进行脱氧处理，然后加入二硼化钽纳米粉，继续搅拌0.2h后，得到混合处理物；其中，二硼化钽纳米粉(TaB2)的加入量按照所述高性能碳钢材料中的B和Ta的重量百分比称取；二硼化钽纳米粉的粒径为20～50nm，二硼化钽纳米粉在使用前经过预热处理，预热处理的温度为650℃，预热处理时间为0.5h；搅拌速3
率控制在120r/min，搅拌时间控制在20min；吹氧的氧气压力0.2MPa，氧气流量100Nm/h，吹氧时间0.3h；

[0085] f.将混合处理物逐渐降温至1300℃后，迅速浇铸至模具中，冷却后，得到碳钢毛坯；

[0086] g.将碳钢毛坯置于高温反应炉内依次经过淬火处理、回火处理和冷却处理后，得到高性能碳钢材料；其中，淬火处理的温度为980℃，淬火处理的时间为4h；回火处理温度为530℃，回火处理的时间为6h；冷却处理为在回火结束后，先风冷至220℃，再水冷至70℃。

[0087] 实施例3

[0088] 一种新能源汽车电池盖固定螺母的加工工艺，包括以下步骤：

[0089] 步骤1，材料成型：通过合成工艺制备得到高性能碳钢材料；

[0090] 步骤2，数控机床加工：将高性能金属复合材料使用计算机辅助制造加工成型，得到螺母粗坯；

[0091] 步骤3，震动抛光：对螺母粗坯的表面进行抛光处理，去除表面的毛刺氧化皮，得到抛光后的螺母粗坯；

[0092] 步骤4，二次加工：对抛光后的螺母粗坯的端面进行细致的钻孔、扩孔及倒角处理，得到扩孔和倒角后的螺母粗坯；

[0093] 步骤5，再次抛光：对扩孔和倒角后的螺母粗坯再次进行表面抛光处理，以去除其表面的细渣，得到再次抛光后的螺母粗坯；

[0094] 步骤6，FQC检测：将再次抛光后的螺母粗坯置于待检区分批进行抽检，检测再次抛光后的螺母粗坯的尺寸以及孔径是否合格，检测合格后得到FQC检测后的螺母粗坯；

[0095] 步骤7，镀防护层：对FQC检测后的螺母粗坯使用锌镍镀液进行电镀处理，防护层的厚度为80～120μm，得到镀防护层后的螺母粗坯；

[0096] 步骤8，IQC抽检：将镀防护层后的螺母粗坯进行表面品质抽检，检测镀层的完整性与均匀度，合格后得到IQC抽检后的螺母粗坯；

[0097] 步骤9，全检外观：对IQC抽检后的螺母粗坯进一步地进行全面的表观检测，合格后得到手机注塑用成型块；

[0098] 步骤10，包装出货：待上述步骤全部完成后，即可包装出货。

[0099] 高性能碳钢材料以重量百分比计，包括以下成分：C：0.22％、Si：0.23％、Mn：1.02％、B：0.08、Ta：0.03％、Sc：0.02％，P≤0.03％、S≤0.02％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

[0100] 高性能碳钢材料的制备过程为：

[0101] a.按照重量百分比依次称取Fe、C、Si、Mn和Sc原料混合至碳酸氢钠溶液浸泡处理4h后，经过过滤、水洗和干燥后，得到混合原料；

[0102] b.将混合原料置于真空感应炉内，在真空的条件下升温至650℃，热处理1h后，得到混合预处理物；

[0103] c.将混合原料预处理物置于高温熔炼炉内，在真空条件下升温至1700℃后，熔融搅拌0.5h，得到混合熔融物；其中，搅拌速率控制在120r/min，搅拌时间控制在40min；

[0104] d.将混合原料熔融物进行脱磷和脱硫处理，直至P≤0.03％和S≤0.02％后，继续搅拌0.4h后，得到混合搅拌物；

[0105] e.将混合搅拌物注入AOD炉内，升温至1700℃，抽真空至真空度达到100mbar时，用氧枪吹氧，直至碳含量达标后，吹氧结束后通入氩气，进行脱氧处理，然后加入二硼化钽纳米粉，继续搅拌0.4h后，得到混合处理物；其中，二硼化钽纳米粉(TaB2)的加入量按照所述高性能碳钢材料中的B和Ta的重量百分比称取；二硼化钽纳米粉的粒径为20～50nm，二硼化钽纳米粉在使用前经过预热处理，预热处理的温度为700℃，预热处理时间为0.2h；搅拌速3
率控制在40r/min，搅拌时间控制在40min；吹氧的氧气压力0.5MPa，氧气流量200Nm /h，吹氧时间0.1h；

[0106] f.将混合处理物逐渐降温至1350℃后，迅速浇铸至模具中，冷却后，得到碳钢毛坯；

[0107] g.将碳钢毛坯置于高温反应炉内依次经过淬火处理、回火处理和冷却处理后，得到高性能碳钢材料；其中，淬火处理的温度为1050℃，淬火处理的时间为2h；回火处理温度为580℃，回火处理的时间为4h；冷却处理为在回火结束后，先风冷至260℃，再水冷至80℃。

[0108] 对比例

[0109] 一种高性能碳钢材料，以重量百分比计，包括以下成分：C：0.21％、Si：0.28％、Mn：0.72％、Sc：0.03％，P≤0.03％、S≤0.02％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

[0110] 高性能碳钢材料的制备过程为：

[0111] a.按照重量百分比依次称取Fe、C、Si、Mn和Sc原料混合至碳酸氢钠溶液浸泡处理3h后，经过过滤、水洗和干燥后，得到混合原料；

[0112] b.将混合原料置于真空感应炉内，在真空的条件下升温至625℃，热处理2h后，得到混合预处理物；

[0113] c.将混合原料预处理物置于高温熔炼炉内，在真空条件下升温至1680℃后，熔融搅拌0.8h，得到混合熔融物；其中，搅拌速率控制在80r/min，搅拌时间控制在30min；

[0114] d.将混合原料熔融物进行脱磷和脱硫处理，直至P≤0.03％和S≤0.02％后，继续搅拌0.3h后，得到混合搅拌物；

[0115] e.将混合搅拌物注入AOD炉内，升温至1675℃，抽真空至真空度达到90mbar时，用氧枪吹氧，直至碳含量达标后，吹氧结束后通入氩气，进行脱氧处理，得到混合处理物；其3
中，吹氧的氧气压力0.3MPa，氧气流量150Nm/h，吹氧时间0.2h；

[0116] f.将混合处理物逐渐降温至1328℃后，迅速浇铸至模具中，冷却后，得到碳钢毛坯；

[0117] g.将碳钢毛坯置于高温反应炉内依次经过淬火处理、回火处理和冷却处理后，得到高性能碳钢材料；其中，淬火处理的温度为1020℃，淬火处理的时间为3h；回火处理温度为565℃，回火处理的时间为5h；冷却处理为在回火结束后，先风冷至240℃，再水冷至70℃。

[0118] 为了更加清楚的对本发明进行说明，将本发明实施例1～3以及对比例制备的高性能碳钢材料进行性能上的检测对比，硬度、抗弯强度、冲击韧性和抗压强度根据标准GB/T 229‑2007、GB/T 228‑2002和GB/T 230‑2004进行检测。

[0119] 腐蚀速率：分别取实施例1～3以及对比例制备尺寸为100*50*5mm的四块钢板，使用砂纸打磨至150目后，将钢板表面清洗干净后干燥处理，然后分别称重，记录下腐蚀实验前的钢板重量M0，再分别将四块钢板置于四个容器内，容器内盛有0.05mol/L的乙酸溶液，使钢板完全被乙酸溶液浸没，然后置于室温下静置72h后，取出钢板并使用纯水洗涤钢板表面的锈斑，干燥后再次称重记为M1，通过公式计算腐蚀速率X(mm/a)：

[0120] X＝(M0‑M1)×87600/(A·T·D)；

[0121] 其中，A：钢板的表面积(cm2)，T：实验时间(h)，D：试片材质密度(g/cm3)，碳钢D＝3
7.8g/cm；

[0122] 结果如表1所示：

[0123] 表1不同高性能碳钢材料的性能

[0124]  实施例1 实施例2 实施例3 对比例
硬度(HRC) 78 72 79 66
抗弯强度(MPa) 3237 3102 3195 2743
2
冲击韧性(J/cm) 81 77 72 67
抗压强度(MPa) 2782 2653 2746 2315
腐蚀速率(mm/a) 0.021 0.026 0.025 0.318

[0125] 由表1可知，本发明实施例1～3制备的碳钢材料具有更好的力学性能和更低的腐蚀速率，能够取代现有的螺母材料使用。

[0126] 最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。