高強度鋼拉杆及其熱處理方法

2023-10-23 21:57:57 3

專利名稱：：高強度鋼拉杆及其熱處理方法
技術領域：
：本發明屬於冶金領域，特別涉及一種高強度鋼拉杆及其熱處理方法。
背景技術：
：鋼拉杆作為建造大跨度建築物、碼頭船雞及橋梁結構的重要構件，主要用於工程項目結構中受預應力的部位及環境。我國現行的鋼拉杆標準為GB/T20934-2007,是適用於土木工程結構用的鋼拉杆，其中對杆體的力學性能規定如下:tableseeoriginaldocumentpage5上述標準中沒有列入屈服強度650-1080N/mn^的產品，也沒有將鬆弛性性能列入對鋼拉杆檢驗的要求.鬆弛率(Vs)系單位時間的應力下降值，即給定瞬間的應力^"弛曲線的斜率，Vs=d6/dt。然而鋼拉杆主要使用在預應力結構中，所以對鋼拉杆進行鬆弛率的檢驗是必要的。傳統的鋼拉杆生產工藝是採用火焰爐或者電阻爐進行成批的加熱，通過天車吊裝搬運，採用冷卻液槽進行成批的冷卻。釆用這種傳統的熱處理工藝，操作笨重、能耗大，加熱時間長，要用數小時的時間完成從室溫加熱到淬火加熱溫度，鋼拉杆表面脫碳嚴重、顯微組織晶粒粗大。存在加熱不均、冷卻不均，產品批與批、根與根之間的性能和質量波動大的缺點，同時容易造成鋼拉杆彎曲變形，產品平直度超出標準的要求，且鬆弛率較高，由於我國國家標準對鬆弛率沒有規定，此技術問題也尚未得到有效解決。
發明內容本發明的目的在於提供一種高強度鋼拉杆，具有細小的顯微組織，表面氧化少，產品強韌性好，鋼拉杆的平直度好。本發明的另一目的在於提供一種上述高強度鋼拉杆的熱處理方法。為了實現上述目的，本發明是這樣實現的一種高強度鋼拉杆，其中化學成分按重量百分比為C:0.25-0.50%、Si:0.30-1.8°/。、Mn:0.50-1.8%,P、S^0.03。/。的碳素結構鋼；或C:0.25-0.50%、Si:0.30-1.8%、Mn:0.50-1.8%,P、S^O.03%,Mo:0.15-0.55%、Cr:0.25-1.2%的合金結構鋼；該高強度鋼拉杆採用在拉應力狀態下的連續感應熱處理方式熱處理；該高強度鋼拉杆的力學性能為屈服強度650-1080N/mm2，抗拉強度850-1230N/mm2,斷後伸長率^9-15%，鬆弛率^4.0%;該高強度鋼拉杆的顯微組織是細小的回火馬氏體組織，該回火馬氏體組織保持有回火馬氏體特徵，富含有回火索氏體層、鐵素體的組織。化學成分還包括0.005-0.05。/。M，M為V、Ti、B中的一種或幾種。鬆弛率￡2.5%。採用碳素結構鋼時，其力學性能為屈服強度650-930N/mm2，抗拉強度850-1080N/mm2,斷後伸長率^11-15%，鬆弛率^4.0%或2.5%。採用合金結構鋼時，其力學性能為屈服強度785-1080N/mm2,抗拉強度1030-1230N/mm2,斷後伸長率^9-13%，鬆弛率^4.0%或2.5%。一種高強度鋼拉杆的熱處理方法，其中化學成分為按重量百分比為C:0.25-0.50%、Si:0.30-1.8%、Mn:0.50-1.8%,P、S^0.03。/。的碳素結構鋼；或C:0.25-0.50%、Si:0.30-1.8%、Mn:0.50-1.8%，P、S^O.03%,Mo:0.15-0.55%、Cr:0.25-1.2°/。的合金結構鋼；力學性能為屈服強度650-1080N/mm2,抗拉強度850-1230N/mm2，斷後伸長率^9-15%，鬆弛率^4.0%或2.5%;該高強度鋼拉杆採用拉應力狀態下的連續感應加熱方式熱處理，其中淬火加熱溫度850-1050°C，然後冷卻到250。C以下，回火加熱溫度400-700。C。連續感應加熱方式熱處理為將上述化學成分的碳素結構鋼或合金結構鋼棒材，在感應熱處理生產線上完成拉杆杆體的上料、輥道輸送、前牽引輥送進、淬火感應加熱、淬火冷卻、回火感應加熱、回火冷卻、後牽引輥送進、輥道輸送、下料、收集包裝步驟，所述拉應力狀態通過如下方式產生通過控制前、後牽引輥的轉速差，對運行中的鋼拉杆建立起稍大於高溫狀態下微塑性變形抗力的拉應力。化學成分還包括0.005-0.05。/。M,M為V、Ti、B中的一種或幾種。鋼拉杆一直是在輸送輥道上運送。鋼拉杆杆體在感應熱處理生產線上連續地通過以下裝置上料平臺、前輸送輥道、前牽引輥、淬火感應加熱器、淬火冷卻器、回火感應加熱器、回火冷卻器、後牽引輥、後輸送輥道、下料平臺、收集裝置。淬火感應加熱器是等徑多匝線圈，奧氏體化加熱速度大於或等於500。C/min。本發明是將感應加熱技術應用於鋼拉杆的生產當中，作為鋼拉杆原料的熱軋棒材是按著設定的速度一根接著一根的連續的通過裝有感應加熱器和冷卻器的熱處理生產線。加熱時間短，在2分鐘之內從室溫加熱到淬火加熱溫度，加熱均勻、冷卻均勻，產品顯^f鼓組織細小、表面脫碳層淺，根與根之間的性能離散度小、產品平直度好。將化學成分為(按重量％),C:0.25-0,50%、Si:0.30-1.8%、Mn:0.50-1.8%,P、S^O.03%,添加或者不添加Mo:0.15-0.55%、Cr:0.25-1.2%、微量的V、Ti、B元素中的一種或幾種的優質碳素結構鋼或合金結構鋼棒材，在感應熱處理生產線上採用淬火加熱溫度850-1050°C,然後冷卻到250。C以下，回火加熱溫度400-700。C的熱處理工藝。所生產的鋼拉杆的力學性能可以達到屈服強度650-1080N/mm2,抗拉強度850-1230N/mm2，斷後伸長率$9-15%,鬆弛率^4.0%或2.5%($4.0%為普通鬆弛，$2.5%為低鬆弛，按照工況要求)。顯微組織基本上是回火馬氏體組織(保持有回火馬氏體特徵，富含有回火索氏體層、鐵素體的組織)本發明利用裝置在感應熱處理生產線上的前、後兩個牽引輥，通過控制兩個牽引輥的轉述差，對在高溫運行中的鋼拉杆施加到稍大於高溫下微塑性變形抗力的拉應力，造成奧氏體晶粒缺陷密度增加，穩定性下降，促進奧氏體向馬氏體轉變的形核數量增加，使馬氏體及其亞結構細化，位錯密度增加，繼承了奧氏體形變強化效應。及時(數秒內)快速冷卻又是鋼拉杆表面形成了有益的壓應力，提高了鋼拉杆的強度和抗鬆弛性能。與現有技術相比，本發明的有益效果在於1、加熱速度快、鋼拉杆表面氧化少，顯微組織細小、產品強韌性好。2、鋼拉杆在生產線上運行速度穩定，加熱溫度和冷卻時間不變，產品性能離散度小，生產作業率高。3、鋼拉杆在熱處理過程中一直是在輸送輥道上運送，發生彎曲變形的可行性小，產品平直度好。4、通過在連續感應熱處理中控制前、後牽引輥的轉速差，對運行中的鋼拉杆建立起稍大於高溫狀態下微塑性變形抗力的拉應力，完成帶有回火索氏體層組織的連續感應加熱方式的熱處理。5、所生產的鋼拉杆的力學性能可以達到屈服強度650-1080N/mm2，抗拉強度850-1230N/mm2，斷後伸長率^9-15%，鬆弛率￡4.0%或2.5%。顯微組織基本上是回火馬氏體組織(保持有回火馬氏體特徵，富含有索氏體層、鐵素體的組織)。具體實施例方式下面結合實施例介紹本發明的具體實施方式。各個實施例涉及的成分參見以下表1。本發明採用的原料為碳素結構鋼或合金結構鋼棒材，在感應熱處理生產線上連續的完成鋼拉杆杆體的上料、輥道輸送、前牽引輥松進、淬火感應加熱、淬火冷卻、回火感應力。熱、回火冷卻、後牽進輥送進、輥道輸送、下料、收集包裝的全生產過程。淬火加熱溫度850-1050°C,然後冷卻到250。C以下，回火加熱溫度400-700°C。其中，在感應熱處理生產線上採用等徑多匝線圈的中頻感應器對鋼拉杆杆體進行加熱，奧氏體化加熱速度不低於50(TC/分，為淬火前準備好細小的奧氏體晶粒預組織。鋼拉杆杆體是在感應熱處理生產線上以設定的速度[2-15米/分]連續的通過上料平臺、前輸送輥道、前牽引輥、淬火感應加熱器、淬火冷卻器、回火感應加熱器、回火冷卻器、後牽引輥、後輸送輥道、下料平臺、收集裝置。鋼拉杆加熱、冷卻均勻，消除了淬火軟點，鋼拉杆的平直度優良。對於採用碳素結構鋼為原料，其化學成分為(按重量％),C:0.25-0.50%、Si:0.30-1.8%、Mn:0.50-1.8%，P、S《0.03。/。的添加或者不添加微量的V、Ti、B元素中的一種或幾種的優質碳素結構鋼棒材生產的鋼拉杆，其力學性能可以達到屈服強度650-930N/mm2,抗拉強度850-1080N/mm2,斷後伸長率>15-11%,鬆弛率《4.0%或2.5%。鋼拉杆的晶粒細小、顯微組織基本上是回火馬氏體組織(保持有回火馬氏體特徵，富含有索氏體層、鐵素體的組織)。對於採用合金結構鋼為原料，化學成分為(按重量％),C:0.25-0.50%、Si:0.30-1.8%、Mn:0.50-1.8%,P、S13-9%,鬆弛率《4.0%或2.5%。鋼拉杆的晶粒細小、顯微組織基本上是回火馬氏體組織(保持有回火馬氏體特徵，富含有索氏體層、鐵素體的組織)。1、實驗用熱軋棒材鋼的化學成分實驗用熱軋棒材鋼的化學成分見表1。表l化學成分(重量％)tableseeoriginaldocumentpage11鋼的化學成分分析按照GB/T223進行。鋼拉杆成品機械性能鋼拉杆成品機械性能見表2。表2tableseeoriginaldocumentpage12試-驗鋼筋的強屈比為1.1-1.2之間。拉伸試驗按照GB/T228進行。沖擊試驗按照GB/T229進行。+〉弛試—瞼按照GB/T10120進行。權利要求1、一種高強度鋼拉杆，其特徵在於化學成分按重量百分比為C0.25-0.50％、Si0.30-1.8％、Mn0.50-1.8％，P、S≤0.03％的碳素結構鋼；或C0.25-0.50％、Si0.30-1.8％、Mn0.50-1.8％，P、S≤0.03％，Mo0.15-0.55％、Cr0.25-1.2％的合金結構鋼；該高強度鋼拉杆採用在拉應力狀態下的連續感應熱處理方式熱處理；該高強度鋼拉杆的力學性能為屈服強度650-1080N/mm2，抗拉強度850-1230N/mm2，斷後伸長率≥9-15％，鬆弛率≤4.0％；該高強度鋼拉杆的顯微組織是細小的回火馬氏體組織，該回火馬氏體組織保持有回火馬氏體特徵，富含有回火索氏體層、鐵素體的組織。2、根據權利要求1所述的高強度鋼拉杆，其特徵在於化學成分還包括0.005-0.05%M，M為V、Ti、B中的一種或幾種。3、根據權利要求1所述的高強度鋼拉杆，其特徵在於鬆弛率^2.5%。4、根據權利要求1所述的高強度鋼拉杆，其特徵在於採用碳素結構鋼時，其力學性能為屈服強度650-930N/mm2，抗拉強度850-1080N/mm2,斷後伸長率^11-15%,鬆弛率^4.0%或2.5%。5、根據權利要求1所述的高強度鋼拉杆，其特徵在於採用合金結構鋼時，其力學性能為屈服強度785-1080N/mm2,抗拉強度1030-1230N/mm2,斷後伸長率^9-13%,鬆弛率^4.0%或2.5%。6、一種高強度鋼拉杆的熱處理方法，其特徵在於化學成分為按重量百分比為C:0.25-0.50%、Si:0.30-1.8%、Mn:0.50-1.8%,P、S^0.03。/。的碳素結構鋼；或C:0.25-0.50%、Si:0.30-1.8%、Mn:0.50-1.8%，P、SS0.03%，Mo:0.15-0.55%、Cr:0.25-1.2%的合金結構鋼；力學性能為屈服強度650-1080N/mm2，抗拉強度850-1230N/mm2，斷後伸長率^9-15%,鬆弛率^4.0%或2.5%;該高強度鋼拉杆採用拉應力狀態下的連續感應加熱方式熱處理其中淬火加熱溫度850-1050°C,然後冷卻到250。C以下，回火加熱溫度400-700°C。7、根據權利要求6所述的熱處理方法，其特徵在於所述連續感應加熱方式熱處理為將上述化學成分的碳素結構鋼或合金結構鋼棒材，在感應熱處理生產線上完成拉杆杆體的上料、輥道輸送、前牽引輥送進、淬火感應加熱、淬火冷卻、回火感應加熱、回火冷卻、後牽引輥送進、輥道輸送、下料、收集包裝步驟。8、根據權利要求6所述的熱處理方法，其特徵在於所述拉應力狀態通過如下方式產生通過控制前、後牽引輥的轉速差，對運行中的鋼拉杆建立起稍大於高溫狀態下微塑性變形抗力的拉應力。9、根據權利要求6所述的熱處理方法，其特徵在於化學成分還包括0.005-0.05%M，M為V、Ti、B中的一種或幾種。10、根據權利要求6所述的熱處理方法，其特徵在於鋼拉杆一直是在輸送輥道上運送。11、才艮據權利要求6所述的熱處理方法，其特徵在於鋼拉杆杆體在感應熱處理生產線上連續地通過以下裝置上料平臺、前輸送輥道、前牽引輥、淬火感應加熱器、淬火冷卻器、回火感應加熱器、回火冷卻器、後牽引輥、後輸送輥道、下料平臺、收集裝置。12、根據權利要求6所述的熱處理方法，其特徵在於淬火感應加熱器是等徑多匝線圈，奧氏體化加熱速度大於或等於500°C/min。全文摘要本發明屬於冶金領域，特別涉及一種高強度鋼拉杆及其熱處理生產方法。所述高強度鋼拉杆化學成分按重量百分比為C0.25-0.50％、Si0.30-1.8％、Mn0.50-1.8％，P、S≤0.03％；Mo0.15-0.55％、Cr0.25-1.2％、V、Ti、B中的一種或幾種；力學性能為屈服強度650-1080N/mm2，抗拉強度850-1230N/mm2，斷後伸長率≥9-15％，鬆弛率≤4.0％或2.5％；顯微組織是回火馬氏體組織。高強度鋼拉杆採用在拉應力狀態下的感應熱處理，淬火加熱溫度850-1050℃，然後冷卻到250℃以下，回火加熱溫度400-700℃；成品鋼拉杆的顯微組織基本上是微細的回火馬氏體組織。文檔編號C22C38/04GK101429619SQ20081023966公開日2009年5月13日申請日期2008年12月15日優先權日2008年12月15日發明者吉丁,孫本榮,範玫光申請人:中國鋼研科技集團公司;新冶高科技集團有限公司