CN101429619B - 高强度钢拉杆及其热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冶金领域，特别涉及一种高强度钢拉杆及其热处理生产方法。所述高强度钢拉杆化学成分按重量百分比为：C：0.25-0.50％、Si：0.30-1.8％、Mn：0.50-1.8％，P、S≤0.03％；Mo：0.15-0.55％、Cr：0.25-1.2％、V、Ti、B中的一种或几种；力学性能为：屈服强度650-1080N/mm2，抗拉强度850-1230N/mm2，断后伸长率≥9-15％，松弛率≤4.0％或2.5％；显微组织是回火马氏体组织。高强度钢拉杆采用在拉应力状态下的感应热处理，淬火加热温度：850-1050℃，然后冷却到250℃以下，回火加热温度：400-700℃；成品钢拉杆的显微组织基本上是微细的回火马氏体组织。
Description
技术领域
本发明属于冶金领域，特别涉及一种高强度钢拉杆及其热处理方法。
背景技术
钢拉杆作为建造大跨度建筑物、码头船坞及桥梁结构的重要构件，主要用于工程项目结构中受预应力的部位及环境。我国现行的钢拉杆标准为GB/T20934--2007，是适用于土木工程结构用的钢拉杆，其中对杆体的力学性能规定如下：
上述标准中没有列入屈服强度650-1080N/mm2的产品，也没有将松弛性性能列入对钢拉杆检验的要求.松弛率(Vs)系单位时间的应力下降值，即给定瞬间的应力松弛曲线的斜率，Vs＝dб/dt。然而钢拉杆主要使用在预应力结构中，所以对钢拉杆进行松弛率的检验是必要的。
传统的钢拉杆生产工艺是采用火焰炉或者电阻炉进行成批的加热，通过天车吊装搬运，采用冷却液槽进行成批的冷却。采用这种传统的热处理工艺，操作笨重、能耗大，加热时间长，要用数小时的时间完成从室温加热到淬火加热温度，钢拉杆表面脱碳严重、显微组织晶粒粗大。存在加热不均、冷却不均，产品批与批、根与根之间的性能和质量波动大的缺点，同时容易造成钢拉杆弯曲变形，产品平直度超出标准的要求，且松弛率较高，由于我国国家标准对松弛率没有规定，此技术问题也尚未得到有效解决。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种高强度钢拉杆，具有细小的显微组织，表面氧化少，产品强韧性好，钢拉杆的平直度好。
本发明的另一目的在于：提供一种上述高强度钢拉杆的热处理方法。
为了实现上述目的，本发明是这样实现的：
一种高强度钢拉杆，其中：化学成分按重量百分比为C：0.25-0.50％、Si：0.30-1.8％、Mn：0.50-1.8％，P、S≤0.03％的碳素结构钢；或C：0.25-0.50％、Si：0.30-1.8％、Mn：0.50-1.8％，P、S≤0.03％，Mo：0.15-0.55％、Cr：0.25-1.2％的合金结构钢；该高强度钢拉杆采用在拉应力状态下的连续感应热处理方式热处理；该高强度钢拉杆的力学性能为：屈服强度650-1080N/mm2，抗拉强度850-1230N/mm2，断后伸长率≥9-15％，松弛率≤4.0％；该高强度钢拉杆的显微组织是细小的回火马氏体组织，该回火马氏体组织保持有回火马氏体特征，富含有回火索氏体层、铁素体的组织。
化学成分还包括0.005-0.05％M，M为V、Ti、B中的一种或几种。松弛率≤2.5％。
采用碳素结构钢时，其力学性能为：屈服强度650-930N/mm2，抗拉强度850-1080N/mm2，断后伸长率≥11-15％，松弛率≤4.0％或2.5％。
采用合金结构钢时，其力学性能为：屈服强度785-1080N/mm2，抗拉强度1030-1230N/mm2，断后伸长率≥9-13％，松弛率≤4.0％或2.5％。
一种高强度钢拉杆的热处理方法，其中：化学成分为按重量百分比为：C：0.25-0.50％、Si：0.30-1.8％、Mn：0.50-1.8％，P、S≤0.03％的碳素结构钢；或C：0.25-0.50％、Si：0.30-1.8％、Mn：0.50-1.8％，P、S≤0.03％，Mo：0.15-0.55％、Cr：0.25-1.2％的合金结构钢；力学性能为：屈服强度650-1080N/mm2，抗拉强度850-1230N/mm2，断后伸长率≥9-15％，松弛率≤4.0％或2.5％；该高强度钢拉杆采用拉应力状态下的连续感应加热方式热处理，其中：淬火加热温度850-1050℃，然后冷却到250℃以下，回火加热温度400-700℃。
连续感应加热方式热处理为：将上述化学成分的碳素结构钢或合金结构钢棒材，在感应热处理生产线上完成拉杆杆体的上料、辊道输送、前牵引辊送进、淬火感应加热、淬火冷却、回火感应加热、回火冷却、后牵引辊送进、辊道输送、下料、收集包装步骤，
所述拉应力状态通过如下方式产生：通过控制前、后牵引辊的转速差，对运行中的钢拉杆建立起稍大于高温状态下微塑性变形抗力的拉应力。
化学成分还包括0.005-0.05％M，M为V、Ti、B中的一种或几种。
钢拉杆一直是在输送辊道上运送。
钢拉杆杆体在感应热处理生产线上连续地通过以下装置：上料平台、前输送辊道、前牵引辊、淬火感应加热器、淬火冷却器、回火感应加热器、回火冷却器、后牵引辊、后输送辊道、下料平台、收集装置。
淬火感应加热器是等径多匝线圈，奥氏体化加热速度大于或等于500℃/min。
本发明是将感应加热技术应用于钢拉杆的生产当中，作为钢拉杆原料的热轧棒材是按着设定的速度一根接着一根的连续的通过装有感应加热器和冷却器的热处理生产线。加热时间短，在2分钟之内从室温加热到淬火加热温度，加热均匀、冷却均匀，产品显微组织细小、表面脱碳层浅，根与根之间的性能离散度小、产品平直度好。
将化学成分为(按重量％)，C：0.25-0.50％、Si：0.30-1.8％、Mn：0.50-1.8％，P、S≤0.03％，添加或者不添加Mo：0.15-0.55％、Cr：0.25-1.2％、微量的V、Ti、B元素中的一种或几种的优质碳素结构钢或合金结构钢棒材，在感应热处理生产线上采用淬火加热温度：850-1050℃，然后冷却到250℃以下，回火加热温度：400-700℃的热处理工艺。所生产的钢拉杆的力学性能可以达到：屈服强度：650-1080N/mm2，抗拉强度：850-1230N/mm2，断后伸长率：≥9-15％，松弛率：＜4.0％或2.5％(≤4.0％为普通松弛，≤2.5％为低松弛，按照工况要求)。显微组织基本上是回火马氏体组织(保持有回火马氏体特征，富含有回火索氏体层、铁素体的组织)。
本发明利用装置在感应热处理生产线上的前、后两个牵引辊，通过控制两个牵引辊的转述差，对在高温运行中的钢拉杆施加到稍大于高温下微塑性变形抗力的拉应力，造成奥氏体晶粒缺陷密度增加，稳定性下降，促进奥氏体向马氏体转变的形核数量增加，使马氏体及其亚结构细化，位错密度增加，继承了奥氏体形变强化效应。及时(数秒内)快速冷却又是钢拉杆表面形成了有益的压应力，提高了钢拉杆的强度和抗松弛性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、加热速度快、钢拉杆表面氧化少，显微组织细小、产品强韧性好。
2、钢拉杆在生产线上运行速度稳定，加热温度和冷却时间不变，产品性能离散度小，生产作业率高。
3、钢拉杆在热处理过程中一直是在输送辊道上运送，发生弯曲变形的可行性小，产品平直度好。
4、通过在连续感应热处理中控制前、后牵引辊的转速差，对运行中的钢拉杆建立起稍大于高温状态下微塑性变形抗力的拉应力，完成带有回火索氏体层组织的连续感应加热方式的热处理。
5、所生产的钢拉杆的力学性能可以达到：屈服强度：650-1080N/mm2，抗拉强度：850-1230N/mm2，断后伸长率：≥9-15％，松弛率：≤4.0％或2.5％。显微组织基本上是回火马氏体组织(保持有回火马氏体特征，富含有索氏体层、铁素体的组织)。
具体实施方式
下面结合实施例介绍本发明的具体实施方式。
各个实施例涉及的成分参见以下表1。
本发明采用的原料为碳素结构钢或合金结构钢棒材，在感应热处理生产线上连续的完成钢拉杆杆体的上料、辊道输送、前牵引辊松进、淬火感应加热、淬火冷却、回火感应加热、回火冷却、后牵进辊送进、辊道输送、下料、收集包装的全生产过程。淬火加热温度：850-1050℃，然后冷却到250℃以下，回火加热温度：400-700℃。
其中，在感应热处理生产线上采用等径多匝线圈的中频感应器对钢拉杆杆体进行加热，奥氏体化加热速度不低于500℃/分，为淬火前准备好细小的奥氏体晶粒预组织。
钢拉杆杆体是在感应热处理生产线上以设定的速度[2-15米/分]连续的通过上料平台、前输送辊道、前牵引辊、淬火感应加热器、淬火冷却器、回火感应加热器、回火冷却器、后牵引辊、后输送辊道、下料平台、收集装置。钢拉杆加热、冷却均匀，消除了淬火软点，钢拉杆的平直度优良。
对于采用碳素结构钢为原料，其化学成分为(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元素中的一种或几种的优质碳素结构钢棒材生产的钢拉杆，其力学性能可以达到：屈服强度：650-930N/mm2，抗拉强度：850-1080N/mm2，断后伸长率：≥15-11％，松弛率：≤4.0％或2.5％。钢拉杆的晶粒细小、显微组织基本上是回火马氏体组织(保持有回火马氏体特征，富含有索氏体层、铁素体的组织)。
对于采用合金结构钢为原料，化学成分为(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Mo：0.15-0.55％、Cr：0.25-1.2％以及微量的V、Ti、B元素中的一种或几种的合金结构钢棒材生产的钢拉杆，其力学性能可以达到：屈服强度：785-1080N/mm2，抗拉强度：1030-1230N/mm2，断后伸长率：≥13-9％，松弛率：≤4.0％或2.5％。钢拉杆的晶粒细小、显微组织基本上是回火马氏体组织(保持有回火马氏体特征，富含有索氏体层、铁素体的组织)。
1、实验用热轧棒材钢的化学成分
实验用热轧棒材钢的化学成分见表1。
表1化学成分(重量％)
| 钢种 | C | Mn | Si | P | S | Cr | Mo | Ti | B |
| A | 0.26 | 1.42 | 0.75 | 0.022 | 0.018 | 0.05 | |||
| B | 0.32 | 0.92 | 1.25 | 0.020 | 0.016 | 0.005 | |||
| C | 0.42 | 0.75 | 0.35 | 0.021 | 0.016 | ||||
| D | 0.39 | 0.70 | 0.29 | 0.016 | 0.013 | 0.92 | |||
| E | 0.38 | 0.71 | 0.32 | 0.016 | 0.012 | 0.99 | 0.20 |
钢的化学成分分析按照GB/T223进行。
2、钢拉杆成品机械性能
钢拉杆成品机械性能见表2。
表2
试验钢筋的强屈比为：1.1-1.2之间。
拉伸试验按照GB/T228进行。
冲击试验按照GB/T229进行。
松弛试验按照GB/T10120进行。
Claims (14)
1.一种高强度钢拉杆，其特征在于：
化学成分按重量百分比为C：0.25-0.50％、Si：0.30-1.8％、Mn：0.50-1.8％，P、S≤0.03％的碳素结构钢；
该高强度钢拉杆采用在拉应力状态下的连续感应热处理方式热处理；该高强度钢拉杆的力学性能为：屈服强度650-930N/mm2，抗拉强度850-1080N/mm2，断后伸长率≥11％，松弛率＜4.0％；
该高强度钢拉杆的显微组织是细小的回火马氏体组织，该回火马氏体组织保持有回火马氏体特征，富含有回火索氏体层、铁素体的组织。
2.一种高强度钢拉杆，其特征在于：
化学成分按重量百分比为C：0.25-0.50％、Si：0.30-1.8％、Mn：0.50-1.8％，P、S≤0.03％，Mo：0.15-0.55％、Cr：0.25-1.2％的合金结构钢；
该高强度钢拉杆采用在拉应力状态下的连续感应热处理方式热处理；
该高强度钢拉杆的力学性能为：屈服强度785-1080N/mm2，抗拉强度1030-1230N/mm2，断后伸长率≥9％，松弛率＜4.0％；
该高强度钢拉杆的显微组织是细小的回火马氏体组织，该回火马氏体组织保持有回火马氏体特征，富含有回火索氏体层、铁素体的组织。
3.根据权利要求1或2所述的高强度钢拉杆，其特征在于：化学成分还包括0.005-0.05％M，M为V、Ti、B中的一种或几种。
4.根据权利要求1或2所述的高强度钢拉杆，其特征在于：松弛率≤2.5％。
5.根据权利要求1所述的高强度钢拉杆，其特征在于：断后伸长率≥15％。
6.根据权利要求2所述的高强度钢拉杆，其特征在于：断后伸长率≥13％。
7.一种高强度钢拉杆的热处理方法，其特征在于：
化学成分为按重量百分比为：C：0.25-0.50％、Si：0.30-1.8％、Mn：0.50-1.8％，P、S≤0.03％的碳素结构钢；
力学性能为：屈服强度650-930N/mm2，抗拉强度850-1080N/mm2，断后伸长率≥11％，松弛率≤4.0％；
该高强度钢拉杆采用拉应力状态下的连续感应加热方式热处理：其中：淬火加热温度850-1050℃，然后冷却到250℃以下，回火加热温度400-700℃；
所述拉应力状态通过如下方式产生：通过控制前、后牵引辊的转速差，对运行中的钢拉杆建立起稍大于高温状态下微塑性变形抗力的拉应力；
所述感应加热时的奥氏体化加热速度大于或等于500℃/min。
8.一种高强度钢拉杆的热处理方法，其特征在于：
化学成分为按重量百分比为：C：0.25-0.50％、Si：0.30-1.8％、Mn：0.50-1.8％，P、S≤0.03％，Mo：0.15-0.55％、Cr：0.25-1.2％的合金结构钢；
力学性能为：屈服强度785-1080N/mm2，抗拉强度1030-1230N/mm2，断后伸长率≥9％，松弛率≤4.0％；
该高强度钢拉杆采用拉应力状态下的连续感应加热方式热处理：其中：淬火加热温度850-1050℃，然后冷却到250℃以下，回火加热温度400-700℃；
所述拉应力状态通过如下方式产生：通过控制前、后牵引辊的转速差，对运行中的钢拉杆建立起稍大于高温状态下微塑性变形抗力的拉应力；
所述感应加热时的奥氏体化加热速度大于或等于500℃/min。
9.根据权利要求7或8所述的热处理方法，其特征在于：松弛率≤2.5％。
10.根据权利要求7或8所述的热处理方法，其特征在于：所述连续感应加热方式热处理为：将上述化学成分的碳素结构钢或合金结构钢棒材，在感应热处理生产线上完成拉杆杆体的上料、辊道输送、前牵引辊送进、淬火感应加热、淬火冷却、回火感应加热、回火冷却、后牵引辊送进、辊道输送、下料、收集包装步骤。
11.根据权利要求7或8所述的热处理方法，其特征在于：化学成分还包括0.005-0.05％M，M为V、Ti、B中的一种或几种。
12.根据权利要求7或8所述的热处理方法，其特征在于：钢拉杆一直是在输送辊道上运送。
13.根据权利要求7或8所述的热处理方法，其特征在于：钢拉杆杆体在感应热处理生产线上连续地通过以下装置：上料平台、前输送辊道、前牵引辊、淬火感应加热器、淬火冷却器、回火感应加热器、回火冷却器、后牵引辊、后输送辊道、下料平台、收集装置。
14.根据权利要求13所述的热处理方法，其特征在于：淬火感应加热器是等径多匝线圈。
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Assignee: BEIJING IRON & STEEL RESEARCH XINZHI ENGINEERING TECHNOLOGY CENTER CO.,LTD. Assignor: CHINA IRON & STEEL RESEARCH INSTITUTE Group|NEW METALLURGY HI-TECH GROUP Co.,Ltd. Contract record no.: 2011990000396 Denomination of invention: High-strength steel tension rod and thermal treatment method thereof Granted publication date: 20101208 License type: Exclusive License Open date: 20090513 Record date: 20110525 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20170112 Address after: 100081 Beijing city Haidian District Daliushu Village No. 19 South Institute of Technology Building 801-810 Patentee after: BEIJING IRON & STEEL RESEARCH XINZHI ENGINEERING TECHNOLOGY CENTER CO.,LTD. Address before: 100081 Haidian District Institute of South Road, Beijing, No. 76 Patentee before: China Iron & Steel Research Institute Group Patentee before: NEW METALLURGY HI-TECH GROUP Co.,Ltd. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20101208 Termination date: 20211215 |