CN103643125A - 一种预应力混凝土用钢棒及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预应力混凝土用钢棒及其生产工艺，其重量百分比化学成分为：C：0.19-0.26%，Si：0.55-0.70%，Mn：0.85-1.13%，S≤0.025%，P≤0.025%，Cu≤0.20%，Cr：0.080-0.095%，Mo：0.25-0.39%，镧系稀土：0.2-0.4%，余量为Fe；镧系稀土的组分质量百分比为：镧：13-19%，铈：21-24%，镨：23-25%，钕：16-20%，镝：11-14%，其余镧系元素：3-5%，以上镧系稀土各组分之和为100%，该预应力混凝土用钢棒强度高、延性好、抗滞后断裂性强、低松弛、易焊接等优点，该生产工艺简单，易操作、节省钢材，节省成本。

Description

一种预应力混凝土用钢棒及其生产工艺

技术领域

本发明属于冶炼技术领域，涉及一种钢棒及其生产工艺，具体的说是一种预应力混凝土用钢棒及其生产工艺。

背景技术

中国预应力钢材的生产起步于60年代初期，因受计划经济影响到20世纪80年代中期生产能力只有4．5万t，主要品种为普通松弛级预应力钢丝、钢绞线和调制热处理钢筋，属低档产品。随着我国改革开放和经济建设的不断深入，经国家“六五”、“七五”、“八五”、“九五”期间的发展，我国预应力钢材生产技术与装备发生了质的变化，拉动了我国高速线材生产的飞速发展，同时也促进了预应力混凝土结构工程领域设计、施工与用料的技术进步和更新换代，预应力钢棒在工程中的使用得到更大的发展空间，目前一般预应力混凝土用钢棒的生产工艺为放线—剥壳除锈—定型刻槽—校直—感应加热—淬火—回火—冷却—传动—剪切分线—收线，工艺成本高，浪费钢材，工序复杂操作不便且制造出来的钢棒性能差、延性差、易断裂等缺点，这些钢棒应用到工程、建筑物上，其滞后断裂的敏感性呈现线性增加，风险性大，这对预应力混凝土用钢棒产业而言将造成不可估量的质量隐患和巨大的经济损失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对以上现有技术存在的缺点，提出一种预应力混凝土用钢棒及其生产工艺，该预应力混凝土用钢棒强度高、延性好、抗滞后断裂性强、低松弛、易焊接、镦锻性能好等优点，同时其生产工艺简单易操作、节省钢材节省成本，给厂商带来良好的收益。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种预应力混凝土用钢棒，其重量百分比化学成分为：C：0.19-0.26%，Si：0.55-0.70%，Mn：0.85-1.13%，S≤0.025%，P≤0.025%，Cu≤0.20%，Cr:0.080-0.095%，Mo：0.25-0.39%，镧系稀土：0.25-0.40%，余量为Fe；

镧系稀土的组分质量百分比为：镧：13-19%，铈：21-24%，镨： 23-25%，钕：16-20%，镝：11-14%，其余镧系元素：3-5%，以上镧系稀土各组分之和为100%。

上述预应力混凝土用钢棒的生产工艺，按如下步骤进行：

㈠按重量百分比化学成分在钢厂经过冶炼、热轧和缓慢冷却制成带有或没有螺纹的钢棒，冶炼温度：1400-1580℃，粗轧温度：960-995℃，精轧温度：925-940℃，缓慢冷却采用斯太尔摩延迟冷却工艺，斯太尔摩入口端速度控制在15-17m/min，出口端速度控制在27-29m/min，平均冷却速度为2-4℃/s；

㈡将轧好的钢棒送入感应加热器加热到990-998℃，加热时间3-5min； 

㈢将感应加热完成的钢棒不经过保温直接用高压喷射水或淬火液进行淬火处理，淬火冷却速度190-220℃/s，淬火冷却时间6-27秒，使钢棒温度冷却到Ms点以下9-25℃；

㈣将淬火后的钢棒经过回火加热炉加热到590-610℃，保温5-7min；

㈤将回火后的钢棒冷却到室温，冷却采用水冷与空冷结合，先采用水冷以3-5℃/s的冷却速率将钢棒水冷至370-390℃，然后空冷至310-330℃，再采用水冷以1-2℃/s的冷却速率将钢棒水冷至250-270℃，最后空冷至室温；

㈥对钢棒逐个检查，剔除表面有缺陷的钢棒；

㈦将检验合格的钢棒用丝带进行打捆并称重，最终入库。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的预应力混凝土用钢棒，其重量百分比化学成分为：C：0.20%，Si：0.60%，Mn：0.91%，S：0.019%，P：0.017%，Cu：0.15%，Cr:0.080%，Mo：0.25%，镧系稀土：0.2%，余量为Fe；   

镧系稀土的组分质量百分比为：镧：18%，铈：21%，镨：23%，钕：20%，镝：13%，其余镧系元素：5%。

前述的预应力混凝土用钢棒，其重量百分比化学成分为：C：0.24%，Si：0.70%，Mn：1.01%，S：0.011%，P：0.009%，Cu：0.11%，Cr:0.095%，Mo：0.30%，镧系稀土：0.4%，余量为Fe；

镧系稀土的组分质量百分比为：镧：17%，铈：24%，镨：24%，钕：19%，镝：12%，其余镧系元素：4%。

前述的预应力混凝土用钢棒，C：0.26%，Si：0.65%，Mn：0.99%，S：0.020%，P：0.010%，Cu：0.09%，Cr:0.085%，Mo：0.39%，镧系稀土：0.3%，余量为Fe；

镧系稀土的组分质量百分比为：镧：19%，铈：23%，镨：25%，钕：17%，镝：14%，其余镧系元素：2%。

前述的预应力混凝土用钢棒生产工艺，步骤㈢中，高压喷射水或淬火液沿环绕在钢棒四个等份纵向方向喷出，压力大于等于8Mpa，步骤㈣中的保温在感应线圈或保温区间箱内进行。

本发明的有益效果是：

本发明采用的在线连续超高压控制淬火工艺技术和连续回火保温控温技术，增强产品强度，提高延伸率，保证了产品的质量要求及提高了钢棒的抗滞后断裂的性能，应用到预应力混凝土管桩内可减少钢棒用量25%以上，大大节约了钢棒耗用量。

本发明应用的超高压控制淬火工艺技术，将感应加热完成的钢棒不经过保温直接经过8MPa以上的沿环绕在钢棒体四个等份纵向方向的高压喷射水或淬火液进行淬火处理，淬火冷却速度190-220℃/s，淬火冷却时间6-27秒，使钢棒温度冷却到Ms点以下9-25℃；其作用为：将奥氏体晶粒经过超高压淬火后得到细化的马氏体和少量的极细铁素体，马氏体板条的分布较均匀，断口呈现出较均匀的韧窝分布和较少的微裂纹，提高钢棒的强度。

本发明步骤一中采用斯太尔摩延迟冷却工艺，钢棒的冷却速度可以进行人为的控制，比较容易保证钢棒的质量，也能适应不同钢种的要求，同时斯太尔摩工艺较为稳妥、可靠且设备不需要深的地基，操作方便。

本发明应用的连续回火保温控温技术，即将上述淬火处理的钢棒经过回火到590-610℃之间，然后在感应线圈或设置的保温区间箱内连续控制保温5-7min，其中感应线圈保温是方式一，主要利用钢棒余温经过感应低频分段连续加热；保温区间箱内保温是方式二，主要利用可控制恒定温度的保温箱内的加热体供热，确保在保温5-7min时间内精确控制温度的起伏变化量小于15℃；其作用为：将回火屈氏体保持维稳态，残留奥氏体分布呈厚的“薄片状”，使残留奥氏体具有高的形变协调能力、阻止裂纹扩展的能力和高的TRIP效应，从而使钢棒呈现出优良的塑性和抗滞后断裂的特性。

本发明回火后采用水冷与空冷结合，依次为：水冷-空冷-水冷-空冷，这样，通过回火后的冷却控制，可以使碳化物充分溶解，均匀扩散，避免了碳化物在晶间的析出造成晶间腐蚀和点蚀超标，保证了材料的铁素体含量小于0.5%，还可以使材料固溶充分，避免了热处理方式加热不均，固溶不均带来的腐蚀速率超标和硬度超标，从而带来了另一个技术指标的揽，获得了意想不到的技术效果。

本发明在钢棒制成后对产品进行逐个检查，确保产品合格率，本发明的预应力混凝土用钢棒强度高、延性好、抗滞后断裂性强、低松弛、易焊接、镦锻性能好等优点，同时其生产工艺简单易操作、节省钢材节省成本，给厂商带来良好的收益。

具体实施方式

实施例1

本实施例是一种预应力混凝土用钢棒，其重量百分比化学成分为：C：0.20%，Si：0.60%，Mn：0.91%，S：0.019%，P：0.017%，Cu：0.15%，Cr:0.080%，Mo：0.25%，镧系稀土：0.2%，余量为Fe；   

镧系稀土的组分质量百分比为：镧：18%，铈：21%，镨：23%，钕：20%，镝：13%，其余镧系元素：5%。

本实施例的预应力混凝土用钢棒的生产工艺，按以下步骤进行：

㈠按重量百分比化学成分在钢厂经过冶炼、热轧和缓慢冷却制成带有或没有螺纹的钢棒，冶炼温度：1400℃，粗轧温度：960℃，精轧温度：930℃，缓慢冷却采用斯太尔摩延迟冷却工艺，斯太尔摩入口端速度控制在16m/min，出口端速度控制在27m/min，平均冷却速度为2℃/s；

㈡将轧好的钢棒送入感应加热器加热到990℃，加热时间3min； 

㈢将感应加热完成的钢棒不经过保温直接用高压喷射水或淬火液进行淬火处理，高压喷射水或淬火液沿环绕在钢棒四个等份纵向方向喷出，压强大于等于8MPa，淬火冷却速度200℃/s，淬火冷却时间10秒，使钢棒温度冷却到Ms点以下12℃；

㈣将淬火后的钢棒经过回火加热炉加热到590℃，保温6min；保温在感应线圈内进行；

㈤将回火后的钢棒冷却到室温，冷却采用水冷与空冷结合，先采用水冷以4℃/s的冷却速率将钢棒水冷至380℃，然后空冷至320℃，再采用水冷以1℃/s的冷却速率将钢棒水冷至260℃，最后空冷至室温；

㈥对钢棒逐个检查，剔除表面有缺陷的钢棒；

㈦将检验合格的钢棒用丝带进行打捆并称重，最终入库。

实施例2

本实施例是一种预应力混凝土用钢棒，其重量百分比化学成分为：C：0.24%，Si：0.70%，Mn：1.01%，S：0.011%，P：0.009%，Cu：0.11%，Cr:0.095%，Mo：0.30%，镧系稀土：0.4%，余量为Fe；

镧系稀土的组分质量百分比为：镧：17%，铈：24%，镨：24%，钕：19%，镝：12%，其余镧系元素：4%。

本实施例的预应力混凝土用钢棒的生产工艺，按以下步骤进行：

㈠按重量百分比化学成分在钢厂经过冶炼、热轧和缓慢冷却制成带有或没有螺纹的钢棒，冶炼温度：1500℃，粗轧温度：995℃，精轧温度：925℃，缓慢冷却采用斯太尔摩延迟冷却工艺，斯太尔摩入口端速度控制在17m/min，出口端速度控制在28m/min，平均冷却速度为4℃/s；

㈡将轧好的钢棒送入感应加热器加热到995℃，加热时间4min； 

㈢将感应加热完成的钢棒不经过保温直接用高压喷射水或淬火液进行淬火处理，高压喷射水或淬火液沿环绕在钢棒四个等份纵向方向喷出，压强大于等于8MPa，淬火冷却速度220℃/s，淬火冷却时间20秒，使钢棒温度冷却到Ms点以下21℃；

㈣将淬火后的钢棒经过回火加热炉加热到610℃，保温7min；保温在感应线圈内进行；

㈤将回火后的钢棒冷却到室温，冷却采用水冷与空冷结合，先采用水冷以5℃/s的冷却速率将钢棒水冷至370℃，然后空冷至310℃，再采用水冷以1.5℃/s的冷却速率将钢棒水冷至270℃，最后空冷至室温；

㈥对钢棒逐个检查，剔除表面有缺陷的钢棒；

㈦将检验合格的钢棒用丝带进行打捆并称重，最终入库。

实施例3

本实施例是一种预应力混凝土用钢棒，其重量百分比化学成分为：C：0.26%，Si：0.65%，Mn：0.99%，S：0.020%，P：0.010%，Cu：0.09%，Cr:0.085%，Mo：0.39%，镧系稀土：0.3%，余量为Fe；

镧系稀土的组分质量百分比为：镧：19%，铈：23%，镨：25%，钕：17%，镝：14%，其余镧系元素：2%。

本实施例的预应力混凝土用钢棒的生产工艺，按以下步骤进行：

㈠按重量百分比化学成分在钢厂经过冶炼、热轧和缓慢冷却制成带有或没有螺纹的钢棒，冶炼温度：1580℃，粗轧温度：975℃，精轧温度：940℃，缓慢冷却采用斯太尔摩延迟冷却工艺，斯太尔摩入口端速度控制在15m/min，出口端速度控制在29m/min，平均冷却速度为3℃/s；

㈡将轧好的钢棒送入感应加热器加热到998℃，加热时间5min； 

㈢将感应加热完成的钢棒不经过保温直接用高压喷射水或淬火液进行淬火处理，高压喷射水或淬火液沿环绕在钢棒四个等份纵向方向喷出，压强大于等于8MPa，淬火冷却速度195℃/s，淬火冷却时间18秒，使钢棒温度冷却到Ms点以下16℃；

㈣将淬火后的钢棒经过回火加热炉加热到600℃，保温5min；保温在保温区间箱内进行；

㈤将回火后的钢棒冷却到室温，冷却采用水冷与空冷结合，先采用水冷以3℃/s的冷却速率将钢棒水冷至390℃，然后空冷至330℃，再采用水冷以2℃/s的冷却速率将钢棒水冷至250℃，最后空冷至室温；

㈥对钢棒逐个检查，剔除表面有缺陷的钢棒；

㈦将检验合格的钢棒用丝带进行打捆并称重，最终入库。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种预应力混凝土用钢棒，其特征在于：其重量百分比化学成分为：C：0.19-0.26%，Si：0.55-0.70%，Mn：0.85-1.13%，S≤0.025%，P≤0.025%，Cu≤0.20%，Cr:0.080-0.095%，Mo：0.25-0.39%，镧系稀土：0.2-0.4%，余量为Fe；

所述镧系稀土的组分质量百分比为：镧：13-19%，铈：21-24%，镨： 23-25%，钕：16-20%，镝：11-14%，其余镧系元素：3-5%，以上镧系稀土各组分之和为100%。

2.根据权利要求1所述的预应力混凝土用钢棒，其特征在于：其重量百分比化学成分为：C：0.20%，Si：0.60%，Mn：0.91%，S：0.019%，P：0.017%，Cu：0.15%，Cr:0.080%，Mo：0.25%，镧系稀土：0.2%，余量为Fe；

所述镧系稀土的组分质量百分比为：镧：18%，铈：21%，镨：23%，钕：20%，镝：13%，其余镧系元素：5%。

3.根据权利要求1所述的预应力混凝土用钢棒，其特征在于：其重量百分比化学成分为：C：0.24%，Si：0.70%，Mn：1.01%，S：0.011%，P：0.009%，Cu：0.11%，Cr:0.095%，Mo：0.30%，镧系稀土：0.4%，余量为Fe；

所述镧系稀土的组分质量百分比为：镧：17%，铈：24%，镨：24%，钕：19%，镝：12%，其余镧系元素：4%。

4.根据权利要求1所述的预应力混凝土用钢棒，其特征在于：其重量百分比化学成分为：C：0.26%，Si：0.65%，Mn：0.99%，S：0.020%，P：0.010%，Cu：0.09%，Cr:0.085%，Mo：0.39%，镧系稀土：0.3%，余量为Fe；

所述镧系稀土的组分质量百分比为：镧：19%，铈：23%，镨：25%，钕：17%，镝：14%，其余镧系元素：2%。

5.如权利要求1-4中任一权利要求所述的预应力混凝土用钢棒的生产工艺，按如下步骤进行：

㈠按重量百分比化学成分在钢厂经过冶炼、热轧和缓慢冷却制成带有或没有螺纹的钢棒，冶炼温度：1400-1580℃，粗轧温度：960-995℃，精轧温度：925-940℃，所述缓慢冷却采用斯太尔摩延迟冷却工艺，斯太尔摩入口端速度控制在15-17m/min，出口端速度控制在27-29m/min，平均冷却速度为2-4℃/s；

㈡将轧好的钢棒送入感应加热器加热到990-998℃，加热时间3-5min； 

㈢将感应加热完成的钢棒不经过保温直接用高压喷射水或淬火液进行淬火处理，淬火冷却速度190-220℃/s，淬火冷却时间6-27秒，使钢棒温度冷却到Ms点以下9-25℃；

㈣将淬火后的钢棒经过回火加热炉加热到590-610℃，保温5-7min；

㈤将回火后的钢棒冷却到室温，冷却采用水冷与空冷结合，先采用水冷以3-5℃/s的冷却速率将钢棒水冷至370-390℃，然后空冷至310-330℃，再采用水冷以1-2℃/s的冷却速率将钢棒水冷至250-270℃，最后空冷至室温；

㈥对钢棒逐个检查，剔除表面有缺陷的钢棒；

㈦将检验合格的钢棒用丝带进行打捆并称重，最终入库。

6.如权利要求5所述的预应力混凝土用钢棒的生产工艺，其特征在于：所述步骤㈢中，高压喷射水或淬火液沿环绕在钢棒四个等份纵向方向喷出，压力大于等于8Mpa，步骤㈣中的保温在感应线圈或保温区间箱内进行。