CN103643150B - 屈服强度650MPa级大规格含铌钢拉杆用热轧圆钢及其热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了屈服强度650MPa级大规格含铌钢拉杆用热轧圆钢,其特征在于,其化学成分质量百分比(wt%)为: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%,其余为铁和残余的微量杂质;热轧圆钢的热处理工艺,包括正火、淬火、回火工序,本发明通过采用Nb、Ni复合合金化原理,结合对热处理工艺的优化,用细晶强化、析出强化和相变强化机制,得到具有均匀细密索氏体+下贝氏体金相组织的热轧圆钢组织状态,开发出了高性能的大规格650MPa高强度钢拉杆用热轧圆钢,同时明显减少了合金元素的添加量,显著降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明属于高强度钢拉杆用合金结构钢热轧圆钢生产技术领域,尤其涉及屈服强度650MPa级直径Φ150mm以上大规格钢拉杆用热轧圆钢及其热处理工艺。
背景技术
高强度钢拉杆用钢广泛应用于地下建筑如超高层建筑地基、船闸、码头、船坞和地铁坑道,在地面建筑如体育场馆、会展中心、火车站候车厅、博物馆、核电站和桥梁等诸多领域,都需要各种规格和用途的钢拉杆,其需求量不断上升。钢拉杆在建筑结构中不仅是个连接件,更重要的是承受拉应力,在钢结构中起着举足轻重的作用。
钢拉杆国标GB/T20934-2007中,钢拉杆强度级别规定有GLG345、GLG460、GLG550、GLG650。其中,强度级别为650MPa的钢拉杆规格直径范围为Φ20~Φ120mm。近年来,随着国内外大型钢结构工程的迅猛发展,钢拉杆强度级别不断提高,规格品种不断增多,而且直径不断增大。
目前,国内屈服强度550MPa级以下的高强度钢拉杆的制造技术已经成熟,而650MPa级以上级别的钢拉杆,尚处在研制开发阶段,主要使用中碳中合金结构钢。为了保证钢拉杆高的强韧性指标,大规格钢拉杆通常采用中碳CrNiMo合金结构钢材料,如40CrNiMoA等,Ni含量在1.25%以上,导致生产成本偏高。
发明内容
为现有技术的缺陷,本发明提供一种屈服强度650MPa级大规格含铌钢拉杆用热轧圆钢,能大幅度降低合金元素的用量,结合本发明热处理工艺,从而生产出高性能低成本的大规格高强度钢拉杆用热轧圆钢。
为解决上述技术问题,本发明提供一种屈服强度650MPa级大规格含铌钢拉杆用热轧圆钢,其化学成分质量百分比(wt%)为: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%,其余为铁和残余的微量杂质。
本发明还提供屈服强度650MPa级大规格含铌钢拉杆用热轧圆钢的热处理工艺,包括正火、淬火、回火工序,所述正火工序如下:将按权利要求1成分生产的钢拉杆用热轧圆钢加热至860~900℃,加热保温时间根据所述钢拉杆用热轧圆钢的直径按1.2~1.7min/mm计算,空冷。
所述淬火工序包括以下步骤:(1)将按权利要求1成分生产的钢拉杆用热轧圆钢加热至830~870℃,加热保温时间根据所述钢拉杆用热轧圆钢的直径按1.5~2.0min/mm计算;(2)保温后进行聚合物水基快速淬火剂或盐水-空气双介质循环控时冷却,水冷时间根据所述钢拉杆用热轧圆钢的直径以1.0~2.0min/100mm确定;空冷时间根据所述钢拉杆用热轧圆钢的直径以0.5~1.0min/100mm确定;(3)循环冷却后期时段,当工件表面冷却到250~270℃时停止水冷,出水空冷,如4min之内表面温度回升不超过300℃,则随后空冷,不再水冷;如4min之内表面温度回升超过300℃,则继续入水冷却。
所述回火工序如下:将按权利要求1成分生产的钢拉杆用热轧圆钢加热至610~670℃,加热保温时间根据所述钢拉杆用热轧圆钢的直径按2~2.5min/mm计算,水或油冷却。
本发明设计思想如下:
(1)铌是强烈形成高硬度碳化物的元素,并能细化晶粒,提高的回火稳定性,同时改善钢的冲击韧性及回火脆性。(2)镍既能提高钢的强度,又能使钢保持良好的塑性和韧性。当镍0.15~0.30%时,就可显著提高钢的低温冲击韧性。(3)大规格(Φ150~Φ250mm)中碳合金结构钢,只有在淬火时加大内层的冷却速度,得到更多的马氏体和下贝氏体,再经过回火,才可获得均匀细密索氏体+下贝氏体的金相组织,从而才可获得良好的韧塑性及合适的强度指标。(4)淬火过程中,采用空冷的目的是均匀圆钢截面温度,减少裂纹倾向。
本发明通过采用Nb、Ni复合合金化原理,结合对热处理工艺的优化,用细晶强化、析出强化和相变强化机制,得到具有均匀细密索氏体+下贝氏体金相组织的热轧圆钢组织状态,开发出了高性能的大规格650MPa高强度钢拉杆用热轧圆钢,同时明显减少了合金元素的添加量,可显著降低生产成本。
采用本发明的化学成分、工艺流程和热处理工艺工艺参数,取同直径400mm长的热轧圆钢进行调质处理,测定钢材的纵向力学性能可达到:Rm≥850MPa,ReL或Rp0.2≥650MPa,A≥15%,Z≥45%,-40℃冲击吸收功KV2≥34J。
具体实施方式
本发明大规格高强度钢拉杆用热轧圆钢生产工艺流程为:电弧炉或转炉冶炼→LF炉精炼→RH或VD真空脱气→圆坯连铸→铸坯加热炉加热→开坯机轧制→六机架连轧机轧制。
下面以Φ250mm、Φ150mm两个规格的高强度钢拉杆用热轧圆钢为例来详细说明本发明。
实施例1:Φ250mm钢拉杆用热轧圆钢
钢拉杆用热轧圆钢的熔炼化学成分见表1、钢拉杆用热轧圆钢整体热处理后性能指标见表2。热处理工艺步骤及参数为:
(1)正火:将长为300~400mm的大规格高强度钢拉杆用热轧圆钢加热至860~900℃,加热保温时间按1.2~1.7min/mm计算,空冷。经正火后不仅细化了晶粒,而且改善了组织的不均匀性,为随后的最终热处理做好组织准备。
(2)淬火:将长为300~400mm的大规格高强度钢拉杆用热轧圆钢加热至830~870℃,加热保温时间按1.5~2.0min/mm计算,随后进行聚合物水基快速淬火剂或盐水-空气双介质循环控时冷却。水冷时间的确定:1.0~2.0min/100mm;空冷时间的确定:0.5~1.0min/100mm。循环冷却后期时段,当工件表面冷却到250~270℃时停止水冷,出水空冷,如4min之内表面温度回升不超过300℃,则随后空冷,不再水冷;如4min之内表面温度回升超过300℃,则继续入水冷却。
(3)回火:将大规格高强度钢拉杆用热轧圆钢加热至610~670℃,加热保温时间按2~2.5min/mm计算,水或油冷却。
表1钢拉杆用热轧圆钢的熔炼化学成分质量百分比(wt%)
表2钢拉杆用热轧圆钢整体热处理后性能指标
实施例2:Φ150mm钢拉杆用热轧圆钢
钢拉杆用热轧圆钢的熔炼化学成分见表3、钢拉杆用热轧圆钢整体热处理后性能指标见表4。热处理工艺步骤及参数为:
(1)正火:将长为300~400mm的大规格高强度钢拉杆用热轧圆钢加热至温度860~900℃,加热保温时间按1.2~1.7min/mm计算,空冷。经正火后不仅细化了晶粒,而且改善了组织的不均匀性,为随后的最终热处理做好组织准备。
(2)淬火:将长为300~400mm的大规格高强度钢拉杆用热轧圆钢加热至温度830~870℃,加热保温时间按1.5~2.0min/mm计算,随后进行聚合物水基快速淬火剂或盐水-空气双介质循环控时冷却。水冷时间的确定:1.0~2.0min/100mm;空冷时间的确定:0.5~1.0min/100mm。循环冷却后期时段,当工件表面冷却到250~270℃时停止水冷,出水空冷,如4min之内表面温度回升不超过300℃,则随后空冷,不再水冷;如4min之内表面温度回升超过300℃,则继续入水冷却。
(3)回火:将大规格高强度钢拉杆用热轧圆钢至加热温度610~670℃,加热保温时间按2~2.5min/mm计算,水或油冷却。
表3钢拉杆用热轧圆钢的熔炼化学成分质量百分比(wt%)
表4钢拉杆用热轧圆钢整体热处理后性能指标
Claims (2)
1.一种屈服强度650MPa级大规格含铌钢拉杆用热轧圆钢,其特征在于,其化学成分质量百分比(wt%)为: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%,其余为铁和残余的微量杂质;所述热轧圆钢具有均匀细密索氏体+下贝氏体金相组织。
2.一种屈服强度650MPa级大规格含铌钢拉杆用热轧圆钢的热处理工艺,包括正火、淬火、回火工序,其特征在于,所述正火工序如下:将按权利要求1成分生产的钢拉杆用热轧圆钢加热至860~900℃,加热保温时间根据所述钢拉杆用热轧圆钢的直径按1.2~1.7min/mm计算,空冷;所述淬火工序包括以下步骤:(1)将按权利要求1成分生产的钢拉杆用热轧圆钢加热至830~870℃,加热保温时间根据所述钢拉杆用热轧圆钢的直径按1.5~2.0min/mm计算;(2)保温后进行聚合物水基快速淬火剂或盐水-空气双介质循环控时冷却,水冷时间根据所述钢拉杆用热轧圆钢的直径以1.0~2.0min/100mm确定;空冷时间根据所述钢拉杆用热轧圆钢的直径以0.5~1.0min/100mm确定;(3)循环冷却后期时段,当工件表面冷却到250~270℃时停止水冷,出水空冷,如4min之内表面温度回升不超过300℃,则随后空冷,不再水冷;如4min之内表面温度回升超过300℃,则继续入水冷却;所述回火工序如下:将按权利要求1成分生产的钢拉杆用热轧圆钢加热至610~670℃,加热保温时间根据所述钢拉杆用热轧圆钢的直径按2~2.5min/mm计算,水或油冷却。
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