CN103934653A - 高速铁路专用高强度高塑性钢筋加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钢筋加工方法，具体的说是一种高速铁路专用高强度高塑性钢筋加工方法，将冶炼好的钢筋按以下步骤进行加工：酸洗磷化—拉拔—热轧刻肋—一次热处理—收线—滚压螺纹齿—二次热处理—包装入库；本发明采用在线连续空冷和淬火工艺技术，可使产品强度等级在900～1450Mpa，伸长率大于15%以上，强屈比大于1.15以上，1000h松弛率小于2.5%，伸长率高、强度高。

Description

高速铁路专用高强度高塑性钢筋加工方法
技术领域
本发明涉及一种钢筋加工方法，具体的说是一种高速铁路专用高强度高塑性钢筋加工方法。
背景技术
随着全球工业化的发展，需要工程结构和装备轻量化，以提高其经济性、安全性，因而迫切要求钢材在保证有足够韧性的前提下，大幅度提高强度。20世纪90年代中期开始，日本、中国、韩国先后启动了提高钢材强度的国家研发项目。
尽管近年高强度钢筋在国内的推广应用有了长足进步，但与国外发达国家相比，还存在很大差距。在美、英、日、德、俄等欧美及东南亚国家已普遍采用了Ⅲ级以上钢筋，很少使用Ⅱ级钢筋，有的国家早已淘汰Ⅱ级钢筋，即使使用也只是作为配筋，主筋均采用400 MPa级和500 MPa级钢筋，有的强度等级甚至达到700 MPa级。
“十一五”期间，我国要实现铁路运输现代化，建设城际高速铁路20余条，约4000km。高速铁路列车运行速度达到350km/h左右。如此高的列车运行速度，首先轨道建设要创新，以适应高速列车安全运行，据德国和日本高速铁路的建设，高速铁路均采用无砟路基和预应力混凝土轨枕板，其轨枕板受力主筋均采用大规格、高强度预应力处理钢筋，目前国内尚无此产品。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种高速铁路专用高强度高塑性钢筋加工方法，具有良好的锚固性能，延性好，强屈比高，抗拉强度高。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：高速铁路专用高强度高塑性钢筋加工方法，将冶炼好的钢筋按以下步骤进行加工：酸洗磷化—拉拔—热轧刻肋—一次热处理—收线—滚压螺纹齿—二次热处理—包装入库；
在热轧刻肋工艺中，用轧辊将钢筋热轧成表面具有螺纹肋，热轧温度为1000～1250℃；
一次热处理工艺中，将热轧刻肋好的钢筋送入加热炉加热到1200～1300℃，然后经在线冷却装置通过压缩空气或雾状淬火液快速冷却到700～800℃，然后在淬火装置内用水或淬火液进行为时10～25秒钟高压淬火，然后经过回火加热炉加热到650～700℃回火，再通过回火冷却装置冷却处理到常温；
滚压螺纹齿工艺中，先将经调质处理好的钢筋通过液压剪剪成2～6m长的钢筋段，在990～1150℃温度下通过带有10～20°倾斜角度的光面滚压轮挤压钢筋段的两端，将钢筋的螺纹肋挤压进基圆内，再经过螺纹辊将钢筋段两端进行滚压，将钢筋两端热轧成表面带弧角过渡的螺纹齿结构；
二次热处理工艺中，将两端表面具有螺纹齿的钢筋送入加热炉加热到850～950℃，然后经在线冷却装置通过压缩空气或雾状淬火液快速冷却到650～700℃，然后在淬火装置内用水或淬火液进行为时15～20秒钟淬火，然后经过回火加热炉加热到500～600℃回火，再通过回火冷却装置冷却处理到常温。
由于本发明的加工方法采用前后两次不同的热处理工艺，第一次热处理可以使没有热轧之前的钢筋获得方便热轧成连续状螺纹齿的性能特性：抗拉强度等级在600～770Mpa，强屈比1.13 左右，金相组织为由铁素体和马氏体组织组成；第二次热处理则用于提高具有螺纹齿钢筋的性能：抗拉强度等级在900～1450Mpa，强屈比大于1.15 以上，金相组织为由铁素体、索氏体和屈氏体组织组成。
本发明进一步限定的技术方案是：前述的高速铁路专用高强度高塑性钢筋加工方法，所述光面滚压轮按重量百分比包含以下组分：C：0.35～0.45%，Mn：0.25～0.35%，Si：0.15～0.25%，Cr：2.15～3. 05%，Mo：0.05～0.08%，Al:0.012～0.014%，其余为Fe及不可避免的杂质；
所述轧辊需进行以下表面处理：
①       加热：加热温度为770～810℃；
②       冷却：以5～10℃/s冷速冷却至500～700℃；
③       淬火：在淬火装置内用水或淬火液进行15～25秒的淬火；
回火：回火温度为600～630℃。
使用以上成分组成的光面滚压轮以及表面调质处理后，使微细碳化物在完全变为马氏体的基质中大量析出，形成硬度高的组织，光面滚压轮硬度比本发明所需热轧的钢筋稍大，易在钢筋体表面热轧形成螺纹齿，但硬度也不能过大，硬度太大容易损伤钢筋体，热轧成材率较低。因此，选用以上成分的滚压轮，硬度适当，可热轧出本发明所需的螺纹齿。
前述的高速铁路专用高强度高塑性钢筋加工方法，所述光面滚压轮在钢筋端部表面挤压的长度为45mm～55mm，便于后续螺纹齿的挤压成形。
前述的高速铁路专用高强度高塑性钢筋加工方法，所述螺纹齿尖端的弧度为2°～5°。
进一步的，前述的高速铁路专用高强度高塑性钢筋加工方法，在热轧刻肋工艺中，用轧辊将钢筋热轧成表面具有螺纹肋，热轧温度为1250℃；
一次热理工艺中，将热轧刻肋好的钢筋送入加热炉加热到1250℃，然后经在线冷却装置通过压缩空气或雾状淬火液快速冷却到700℃，然后在淬火装置内用水或淬火液进行为时10秒钟高压淬火，然后经过回火加热炉加热到650℃回火，再通过回火冷却装置冷却处理到常温；
滚压螺纹齿工艺中，先将经调质处理好的钢筋通过液压剪剪成5m长的钢筋段，在990℃温度下通过带有15°倾斜角度的光面滚压轮挤压钢筋段的两端，将钢筋的螺纹肋挤压进基圆内，再经过螺纹辊将钢筋段两端进行滚压，将钢筋两端热轧成表面带弧角过渡的螺纹齿结构；
二次热处理工艺中，将两端表面具有螺纹齿的钢筋送入加热炉加热到850℃，然后经在线冷却装置通过压缩空气或雾状淬火液快速冷却到650℃，然后在淬火装置内用水或淬火液进行为时20秒钟淬火，然后经过回火加热炉加热到500℃回火，再通过回火冷却装置冷却处理到常温。
本发明的工艺具有以下优点：采用在线连续空冷和淬火工艺技术，可使产品强度等级在900～1450Mpa，伸长率大于15%以上，强屈比大于1.15 以上，1000h松弛率小于2.5%，伸长率高、强度高；采用的在线连续空冷工艺技术的强度等级在600～770Mpa，金相组织为由铁素体、马氏体、少量贝氏体组织组成，其中铁素体均匀分布在马氏体及贝氏体组织内，采用的淬火工艺技术的强度等级在1000～1450Mpa，金相组织为由铁素体、索氏体和屈氏体组织组成。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提出一种高速铁路专用高强度高塑性钢筋，结构如1所示，每根钢筋长5m，包括钢筋体1和钢筋体两端部表面的螺纹齿2，螺纹齿2在钢筋体端部表面50mm的程度范围内呈连续分布，螺纹齿2的宽度为3mm，高度为0.5mm，螺纹齿尖端具有5°的弧形过渡。
本实施例的高速铁路专用高强度高塑性钢筋，按重量百分比包含以下组分：C：0 .35%，Si：0.5%，Mn：1.5%，Nb：0.04%，Cr:0.08%，V：0.02%，B：0.001%，Mo：0.004%，Al：0.01%%，P:0.02%，S：0.015%，Ti：0.0085%，Ni：0.0035%，复合稀土：6%，余量为Fe和其他杂质，其中复合稀土按重量百分比包含以下组分：La：33%，Ce：11%，Y：10%，Sc：15%，Gd：5%，Sm： 7%，Dy：2%，Pr：17%。
本实施例的高速铁路专用高强度高塑性钢筋的加工方法，按以下步骤进行：
⑴将按上述盘好经拉直处理后的钢筋送入加热炉加热到1250℃，经热轧刻肋后，然后经在线冷却装置通过雾状淬火液快速冷却到700℃，然后在淬火装置内用水进行为时10秒钟高压淬火，然后经过回火加热炉加热到650℃回火，再通过回火冷却装置冷却处理到常温。
⑵通过液压剪将处理好的钢筋剪成每段5米，用带有15°倾角的光面滚压轮挤压钢筋段的两端，将钢筋原有的螺纹肋挤压进基圆内，再通过螺纹辊挤压钢筋的两端，将两端热轧成表面具有螺纹齿结构，螺纹齿在端部的长度为50mm，热轧温度为990℃，带有15°倾角的光面滚压轮按重量百分比包含以下组分：C：0.38%，Mn：0.3%，Si：0.15%，Cr：2.15%，Mo：0.05%，Al:0.012%，其余为Fe及不可避免的杂质；光面滚压轮需进行以下表面处理：①加热：加热温度为800℃；②冷却：以8℃/s冷速冷却至550℃；③淬火：在淬火装置内用水进行15秒的淬火；④回火：回火温度为600℃；
⑶将热轧成两端表面具有螺纹齿的钢筋送入加热炉加热到850℃，然后经在线冷却装置通过雾状淬火液快速冷却到650℃，然后在淬火装置内用水进行为时20秒钟淬火，然后经过回火加热炉加热到500℃回火，再通过回火冷却装置冷却处理到常温。
实施例2
本实施例提出一种高速铁路专用高强度高塑性钢筋，结构与实施例1相同，区别在于本实施例的高速铁路专用高强度高塑性钢筋的组分和加工方法，本实施例的钢材按重量百分比包含以下组分：C：0.55%，Si：0.9%，Mn：1.7%，Nb：0.05%，Cr:0.09%，V：0.04%，B：0.003%，Mo：0.007%，Al：0.02%，P:0.035%，S：0.035%，Ti：0.01%，Ni：0.005%，复合稀土：7%，余量为Fe和其他杂质，其中复合稀土按重量百分比包含以下组分：La：35%，Ce：12%，Y：9%，Sc：14%，Gd：3%，Sm：6%，Dy：2%，Pr：19%。
高速铁路专用高强度高塑性钢筋的加工方法，按以下步骤进行：
⑴将冶炼好的钢筋送入加热炉加热到1200℃，，经热轧刻肋后，然后经在线冷却装置通过压缩空气快速冷却到720℃，然后在淬火装置内用淬火液进行为时15秒钟高压淬火，然后经过回火加热炉加热到660℃回火，再通过回火冷却装置冷却处理到常温。
⑵通过液压剪将处理好的钢筋剪成每段5米，用带有15°倾角角度的光面滚压轮挤压钢筋段的两端，将钢筋原有的螺纹肋挤压进基圆内，再通过螺纹辊挤压钢筋的两端，将两端热轧成表面具有螺纹齿结构，螺纹齿在端部的长度为55mm，热轧温度为1100℃，光面滚压轮按重量百分比包含以下组分：C：0.42%，Mn：0.35%，Si：0.20%，Cr：2.6%，Mo：0.05%，Al:0.015%，其余为Fe及不可避免的杂质；光面滚压轮需进行以下表面处理：①加热：加热温度为810℃；②冷却：以8℃/s冷速冷却至600℃；③淬火：在淬火装置内用淬火液进行15秒的淬火；④回火：回火温度为600℃；
⑶将热轧成两端表面具有螺纹齿的钢筋送入加热炉加热到850℃，然后经在线冷却装置通过雾状淬火液快速冷却到680℃，然后在淬火装置内用淬火液进行为时15秒钟淬火，然后经过回火加热炉加热到550℃回火，再通过回火冷却装置冷却处理到常温。
实施例3
本实施例提出一种高速铁路专用高强度高塑性钢筋，结构与实施例1相同，区别在于本实施例的高速铁路专用高强度高塑性钢筋的组分和加工方法，本实施例的钢材按重量百分比包含以下组分：C：0 .35%，Si：0.5%，Mn：1.5%，Nb：0.04%，Cr:0.08%，V：0.02%，B：0.001%，Mo：0.004%，Al：0.01%%，P:0.02%，S：0.015%，Ti：0.0085%，Ni：0.0035%，复合稀土：6%，余量为Fe和其他杂质，其中复合稀土按重量百分比包含以下组分：La：33%，Ce：11%，Y：10%，Sc：15%，Gd：5%，Sm： 7%，Dy：2%，Pr：17%。
高速铁路专用高强度高塑性钢筋的加工方法，按以下步骤进行：
⑴将冶炼好的钢筋送入加热炉加热到1250℃，经热轧刻肋后，然后经在线冷却装置通过压缩空气快速冷却到800℃，然后在淬火装置内用淬火液进行为时25秒钟高压淬火，然后经过回火加热炉加热到700℃回火，再通过回火冷却装置冷却处理到常温。
⑵通过液压剪将处理好的钢筋剪成每段5米，用带有15°倾角角度的光面滚压轮挤压钢筋段的两端，将钢筋原有的螺纹肋挤压进基圆内，再通过螺纹辊挤压钢筋的两端，将两端热轧成表面具有螺纹齿结构，螺纹齿在端部的长度为50mm，热轧温度为1250℃，光面滚压轮按重量百分比包含以下组分：C：0.45%，Mn：0.35%，Si：0.25%，Cr：3. 05%，Mo：0.08%，Al: 0.014%，其余为Fe及不可避免的杂质；光面滚压轮需进行以下表面处理：①加热：加热温度为790℃；②冷却：以10℃/s冷速冷却至700℃；③淬火：在淬火装置内用水或淬火液进行25秒的淬火；④回火：回火温度为630℃；
⑶将热轧成两端表面具有螺纹齿的钢筋送入加热炉加热到950℃，然后经在线冷却装置通过雾状淬火液快速冷却到700℃，然后在淬火装置内用淬火液进行为时20秒钟淬火，然后经过回火加热炉加热到600℃回火，再通过回火冷却装置冷却处理到常温。
经后续测试，以上实施例产品均符合设计要求，满足以下力学性能：抗拉强度≥910Mpa、屈服强度≥830Mpa、伸长率≥15%、1000h松弛率＜2.5%。
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 (5)

1. 高速铁路专用高强度高塑性钢筋加工方法，将冶炼好的钢筋按以下步骤进行加工：酸洗磷化—拉拔—热轧刻肋—一次热处理—收线—滚压螺纹齿—二次热处理—包装入库；
其特征在于：在热轧刻肋工艺中，用轧辊将钢筋热轧成表面具有螺纹肋，热轧温度为1000～1250℃；
一次热处理工艺中，将热轧刻肋好的钢筋送入加热炉加热到1200～1300℃，然后经在线冷却装置通过压缩空气或雾状淬火液快速冷却到700～800℃，然后在淬火装置内用水或淬火液进行为时10～25秒钟高压淬火，然后经过回火加热炉加热到650～700℃回火，再通过回火冷却装置冷却处理到常温；
滚压螺纹齿工艺中，先将经调质处理好的钢筋通过液压剪剪成2～6m长的钢筋段，在990～1150℃温度下通过带有10～20°倾斜角度的光面滚压轮挤压钢筋段的两端，将钢筋的螺纹肋挤压进基圆内，再经过螺纹辊将钢筋段两端进行滚压，将钢筋两端热轧成表面带弧角过渡的螺纹齿结构；
二次热处理工艺中，将两端表面具有螺纹齿的钢筋送入加热炉加热到850～950℃，然后经在线冷却装置通过压缩空气或雾状淬火液快速冷却到650～700℃，然后在淬火装置内用水或淬火液进行为时15～20秒钟淬火，然后经过回火加热炉加热到500～600℃回火，再通过回火冷却装置冷却处理到常温。
2.如权利要求1所述的高速铁路专用高强度高塑性钢筋加工方法，其特征在于：所述光面滚压轮按重量百分比包含以下组分：C：0.35～0.45%，Mn：0.25～0.35%，Si：0.15～0.25%，Cr：2.15～3. 05%，Mo：0.05～0.08%，Al:0.012～0.014%，其余为Fe及不可避免的杂质；
所述轧辊需进行以下表面处理：
加热：加热温度为770～810℃；
冷却：以5～10℃/s冷速冷却至500～700℃；
淬火：在淬火装置内用水或淬火液进行15～25秒的淬火；
回火：回火温度为600～630℃。
3.如权利要求1所述的高速铁路专用高强度高塑性钢筋加工方法，其特征在于：所述光面滚压轮在钢筋端部表面挤压的长度为45mm～55mm。
4.如权利要求1所述的高速铁路专用高强度高塑性钢筋加工方法，其特征在于：所述螺纹齿尖端的弧度为2°～5°。
5.如权利要求1所述的高速铁路专用高强度高塑性钢筋加工方法，其特征在于：在热轧刻肋工艺中，用轧辊将钢筋热轧成表面具有螺纹肋，热轧温度为1250℃；
一次热处理工艺中，将热轧刻肋好的钢筋送入加热炉加热到1250℃，然后经在线冷却装置通过压缩空气或雾状淬火液快速冷却到700℃，然后在淬火装置内用水或淬火液进行为时10秒钟高压淬火，然后经过回火加热炉加热到650℃回火，再通过回火冷却装置冷却处理到常温；
滚压螺纹齿工艺中，先将经调质处理好的钢筋通过液压剪剪成5m长的钢筋段，在990℃温度下通过带有15°倾斜角度的光面滚压轮挤压钢筋段的两端，将钢筋的螺纹肋挤压进基圆内，再经过螺纹辊将钢筋段两端进行滚压，将钢筋两端热轧成表面带弧角过渡的螺纹齿结构；
二次热处理工艺中，将两端表面具有螺纹齿的钢筋送入加热炉加热到850℃，然后经在线冷却装置通过压缩空气或雾状淬火液快速冷却到650℃，然后在淬火装置内用水或淬火液进行为时20秒钟淬火，然后经过回火加热炉加热到500℃回火，再通过回火冷却装置冷却处理到常温。
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