屈服強度650MPa級大規格含鈮鋼拉杆用熱軋圓鋼及其熱處理工藝的製作方法
2023-06-19 23:35:26
屈服強度650MPa級大規格含鈮鋼拉杆用熱軋圓鋼及其熱處理工藝的製作方法
【專利摘要】本發明公開了屈服強度650MPa級大規格含鈮鋼拉杆用熱軋圓鋼，其特徵在於，其化學成分質量百分比（wt％）為：C0.40～0.45%，Si0.17～0.37%，Mn0.70～0.90%，P≤0.015%，S≤0.010%，Cr1.00～1.20%，Mo0.20～0.30%，Ni0.15～0.30%，Nb0.020～0.060%，Als0.015～0.050%，其餘為鐵和殘餘的微量雜質；熱軋圓鋼的熱處理工藝，包括正火、淬火、回火工序，本發明通過採用Nb、Ni複合合金化原理，結合對熱處理工藝的優化，用細晶強化、析出強化和相變強化機制，得到具有均勻細密索氏體+下貝氏體金相組織的熱軋圓鋼組織狀態，開發出了高性能的大規格650MPa高強度鋼拉杆用熱軋圓鋼，同時明顯減少了合金元素的添加量，顯著降低了生產成本。
【專利說明】屈服強度650MPa級大規格含鈮鋼拉杆用熱軋圓鋼及其熱處理工藝
【技術領域】
[0001]本發明屬於高強度鋼拉杆用合金結構鋼熱軋圓鋼生產【技術領域】，尤其涉及屈服強度650MPa級直徑O 150mm以上大規格鋼拉杆用熱軋圓鋼及其熱處理工藝
【背景技術】
[0002]高強度鋼拉杆用鋼廣泛應用於地下建築如超高層建築地基、船閘、碼頭、船塢和地鐵坑道，在地面建築如體育場館、會展中心、火車站候車廳、博物館、核電站和橋梁等諸多領域，都需要各種規格和用途的鋼拉杆，其需求量不斷上升。鋼拉杆在建築結構中不僅是個連接件，更重要的是承受拉應力，在鋼結構中起著舉足輕重的作用。
[0003]鋼拉杆國標GB/T20934-2007中，鋼拉杆強度級別規定有GLG345、GLG460、GLG550、GLG650。其中，強度級別為650MPa的鋼拉杆規格直徑範圍為0 20~O 120mm。近年來，隨著國內外大型鋼結構工程的迅猛發展，鋼拉杆強度級別不斷提高，規格品種不斷增多，而且直徑不斷增大。
[0004]目前，國內屈服強度550MPa級以下的高強度鋼拉杆的製造技術已經成熟，而650MPa級以上級別的鋼拉杆，尚處在研製開發階段，主要使用中碳中合金結構鋼。為了保證鋼拉杆高的強韌性指標，大規格鋼拉杆通常採用中碳CrNiMo合金結構鋼材料，如40CrNiMoA等，Ni含量在1.25%以上，導致生產成本偏高。
【發明內容】
[0005]為現有技術的缺陷，本發明提供一種屈服強度650MPa級大規格含鈮鋼拉杆用熱軋圓鋼，能大幅度降低合金元素的用量，結合本發明熱處理工藝，從而生產出高性能低成本的大規格高強度鋼拉杆用熱軋圓鋼。
[0006]為解決上述技術問題，本發明提供一種屈服強度650MPa級大規格含鈮鋼拉杆用熱軋圓鋼，其化學成分質量百分比(wt%)為:C0.40~0.45%, Si0.17~0.37%, Mn0.70~
0.90%, P ≤ 0.015%, S ≤ 0.010%, Crl.00 ~1.20%, Mo0.20 ~0.30%, Ni0.15 ~0.30%,Nb0.020~0.060%, Als0.015~0.050%，其餘為鐵和殘餘的微量雜質。
[0007]本發明還提供屈服強度650MPa級大規格含鈮鋼拉杆用熱軋圓鋼的熱處理工藝，包括正火、淬火、回火工序，所述正火工序如下:將按權利要求1成分生產的鋼拉杆用熱軋圓鋼加熱至860~900，1:加熱保溫時間根據所述鋼拉杆用熱軋圓鋼的直徑按1.2~
1.7min/mm計算,空冷。
[0008]所述淬火工序包括以下步驟:(I)將按權利要求1成分生產的鋼拉杆用熱軋圓鋼加熱至830~870，1:加熱保溫時間根據所述鋼拉杆用熱軋圓鋼的直徑按1.5~2.0min/mm計算；(2 )保溫後進行聚合物水基快速淬火劑或鹽水-空氣雙介質循環控時冷卻，水冷時間根據所述鋼拉杆用熱軋圓鋼的直徑以1.0~2.0min/lOOmm確定；空冷時間根據所述鋼拉杆用熱軋圓鋼的直徑以0.5~1.0min/lOOmm確定；(3)循環冷卻後期時段，當工件表面冷卻到250~270°C時停止水冷，出水空冷，如4min之內表面溫度回升不超過300°C，則隨後空冷，不再水冷；如4min之內表面溫度回升超過300°C，則繼續入水冷卻。
[0009]所述回火工序如下:將按權利要求1成分生產的鋼拉杆用熱軋圓鋼加熱至610~670，1:加熱保溫時間根據所述鋼拉杆用熱軋圓鋼的直徑按2~2.5min/mm計算，水或油冷卻。
[0010]本發明設計思想如下:
[0011](I)鈮是強烈形成高硬度碳化物的元素，並能細化晶粒，提高的回火穩定性，同時改善鋼的衝擊韌性及回火脆性。(2)鎳既能提高鋼的強度，又能使鋼保持良好的塑性和韌性。當鎳0.15~0.30%時，就可顯著提高鋼的低溫衝擊韌性。(3)大規格(0150~O250mm)中碳合金結構鋼，只有在淬火時加大內層的冷卻速度，得到更多的馬氏體和下貝氏體，再經過回火，才可獲得均勻細密索氏體+下貝氏體的金相組織，從而才可獲得良好的韌塑性及合適的強度指標。(4)淬火過程中，採用空冷的目的是均勻圓鋼截面溫度，減少裂紋傾向。
[0012]本發明通過採用Nb、Ni複合合金化原理，結合對熱處理工藝的優化，用細晶強化、析出強化和相變強化機制，得到具有均勻細密索氏體+下貝氏體金相組織的熱軋圓鋼組織狀態，開發出了高性能的大規格650MPa高強度鋼拉杆用熱軋圓鋼，同時明顯減少了合金元素的添加量，可顯著降低生產成本。
[0013]採用本發明的化學成分、工藝流程和熱處理工藝工藝參數，取同直徑400mm長的熱軋圓鋼進行調質處理，測定鋼材的縱向力學性能可達到:Rm> 850MPa，R&或Rp0.2 ≥ 650MPa, A ≥ 15%, Z ≥ 45%, _40°C衝擊吸收功 KV2 ≥ 34J。
【具體實施方式】
[0014]本發明大規格高強度鋼拉杆用熱軋圓鋼生產工藝流程為:電弧爐或轉爐冶煉—LF爐精煉一RH或VD真空脫氣一圓坯連鑄一鑄坯加熱爐加熱一開坯機軋制一六機架連軋機軋制。
[0015]下面以C>250mm、150mm兩個規格的高強度鋼拉杆用熱軋圓鋼為例來詳細說明
本發明。
[0016]實施例1:0250mm鋼拉杆用熱軋圓鋼
[0017]鋼拉杆用熱軋圓鋼的熔煉化學成分見表1、鋼拉杆用熱軋圓鋼整體熱處理後性能指標見表2。熱處理工藝步驟及參數為:
[0018](I)正火:將長為300~400mm的大規格高強度鋼拉杆用熱軋圓鋼加熱至860~900，1:加熱保溫時間按1.2~1.7min/mm計算，空冷。經正火後不僅細化了晶粒，而且改善了組織的不均勻性，為隨後的最終熱處理做好組織準備。
[0019](2)淬火:將長為300~400mm的大規格高強度鋼拉杆用熱軋圓鋼加熱至830~870，1:加熱保溫時間按1.5~2.0min/mm計算，隨後進行聚合物水基快速淬火劑或鹽水-空氣雙介質循環控時冷卻。水冷時間的確定:1.0~2.0min/lOOmm ;空冷時間的確定:
0.5~1.0min/lOOmm。循環冷卻後期時段，當工件表面冷卻到250~270°C時停止水冷，出水空冷，如4min之內表面溫度回升不超過300°C，則隨後空冷，不再水冷；如4min之內表面溫度回升超過300°C，則繼續入水冷卻。
[0020](3)回火:將大規格高強度鋼拉杆用熱軋圓鋼加熱至610~670，°C加熱保溫時間按2~2.5min/mm計算,水或油冷卻。
[0021]表1鋼拉杆用熱軋圓鋼的熔煉化學成分質量百分比(wt %)
[0022]
【權利要求】
1.一種屈服強度650MPa級大規格含鈮鋼拉杆用熱軋圓鋼，其特徵在於，其化學成分質量百分比(wt % )為:C0.40 ~0.45%, Si0.17 ~0.37%, Mn0.70 ~0.90%, P ≤ 0.015%,S ≤ 0.010%, Crl.00 ~1.20%, Mo0.20 ~0.30%, Ni0.15 ~0.30%, Nb0.020 ~0.060%,Als0.015~0.050%，其餘為鐵和殘餘的微量雜質。
2.一種屈服強度650MPa級大規格含鈮鋼拉杆用熱軋圓鋼的熱處理工藝，包括正火、淬火、回火工序，其特徵在於，所述正火工序如下:將按權利要求1成分生產的鋼拉杆用熱軋圓鋼加熱至860~900，1:加熱保溫時間根據所述鋼拉杆用熱軋圓鋼的直徑按1.2~1.7min/mm計算,空冷； 所述淬火工序包括以下步驟:(I)將按權利要求1成分生產的鋼拉杆用熱軋圓鋼加熱至830~870, "€加熱保溫時間根據所述鋼拉杆用熱軋圓鋼的直徑按1.5~2.0min/mm計算；(2)保溫後進行聚合物水基快速淬火劑或鹽水-空氣雙介質循環控時冷卻，水冷時間根據所述鋼拉杆用熱軋圓鋼的直徑以1.0~2.0min/lOOmm確定；空冷時間根據所述鋼拉杆用熱軋圓鋼的直徑以0.5~1.0min/lOOmm確定；(3)循環冷卻後期時段，當工件表面冷卻到250~270°C時停止水冷，出水空冷，如4min之內表面溫度回升不超過300°C，則隨後空冷，不再水冷；如4min之內表面溫度回升超過300°C，則繼續入水冷卻； 所述回火工序如下:將按權利要求1成分生產的鋼拉杆用熱軋圓鋼加熱至610~670，1:加熱保溫時間根據所述鋼拉杆用熱軋圓鋼的直徑按2~2.5min/mm計算，水或油冷卻。
【文檔編號】C22C38/48GK103643150SQ201310704360
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月19日 優先權日:2013年12月19日
【發明者】孫維, 汪開忠, 杜松林, 許興, 於文壇, 謝世紅 申請人:馬鋼(集團)控股有限公司, 馬鞍山鋼鐵股份有限公司