CN104032223A

CN104032223A - 一种pc钢棒及其热处理方法

Info

Publication number: CN104032223A
Application number: CN201410270107.8A
Authority: CN
Inventors: 肖运根; 陈伟新; 章隆泉; 过俊宏; 顾肖红
Original assignee: Wuxi Chongan District Technology Innovation Service Center
Current assignee: Wuxi Chongan District Technology Innovation Service Center
Priority date: 2014-06-17
Filing date: 2014-06-17
Publication date: 2014-09-10

Abstract

本发明公开了一种PC钢棒及其热处理方法，所述钢棒中各成分的含量比以重量百分比计算为：0.35-0.50%C，1.55-2.0%Si，0.35-0.55%Mn，0.31-0.55%Cr，以及0.02-0.10%Mo、0.02-0.3%V、0.02-0.05%Nb、0.0005%-0.01%B中的一种或几种，主要杂质P、S含量不大于0.05%，Cu小于0.25%，余量为铁和熔炼过程中不可避免的其他微量杂质。本发明所得钢棒具有焊接性好、热处理工艺简单、易于大批量生产的特点。

Description

一种PC钢棒及其热处理方法

技术领域

本发明涉及金属材料领域，具体地说是一种中碳低合金钢棒及其热处理方法。

背景技术

预应力混凝土用钢棒简称PC钢棒，因其具有高强度韧性、低松弛性以及良好的可焊接性、墩锻性等特点，被广泛的应用于高强预应力混凝土离心管桩、电杆、高架桥墩、铁路轨枕等预应力构件中，在国内外具有十分广阔的应用前景。

PC钢棒的生产是采用热轧盘条为原料，通过阴螺纹拉拔、感应加热、淬火、回火等工序制成，当前国内PC棒的材料牌号主要有30MnSi和45Si2Cr系列。GB/T24587-2009《预应力混凝土钢棒用热轧盘条》中规定了30MnSi的化学成分为：0.28-0.33％C,0.70-1.10％Si，0.90-1.30％Mn，≤0.25％的Cr，≤0.025％的P、S，≤0.25％的Ni以及≤0.20％的Cu，其碳当量在0.510-0.627之间。45Si2Cr的化学成分为：0.43-0.48％C,1.55-1.95％Si，0.40-0.70％Mn，0.30-0.60％Cr，≤0.025％的P、S，≤0.25％的Ni，以及≤0.20％的Cu，其碳当量在0.587-0.747之间。现有国标并未对PC棒的材料成份未作明确规定，只列出当前能达到的力学性能，包括最大抗拉强度为1570MPa，屈服强度最大为1420MPa，最大力总伸长率大于3.5％，断后伸长率大于7.0％以及1000h下最低松弛值为2.0(初始应力为抗拉强度的70％时)。由此可知，优化成份和改进工艺还能使PC棒的力学性能再上一个台阶。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种PC钢棒及其热处理方法，通过调整化学成分，改进热处理工艺参数使得生产的PC钢棒力学性能显著提高。本发明是通过以下技术方案实现的：

一种PC钢棒，所述钢棒中各成分的含量比以重量百分比计算为：

0.35-0.50％C，1.55-2.0％Si，0.35-0.55％Mn，0.31-0.55％Cr，以及0.02-0.10％Mo、0.02-0.3％V、0.02-0.05％Nb、0.0005％-0.01％B中的一种或几种，主要杂质P、S含量不大于0.05％，Cu小于0.25％，余量为铁和熔炼过程中不可避免的其他微量杂质。

本发明所述钢棒的显微组织由回火马氏体组成。

一种本发明所述PC钢棒的热处理方法，包括将钢棒经感应加热使得钢棒完全奥氏体化后，立即水淬冷却以获得全马氏体组织，钢棒水淬完成后立即进行低温回火处理，最终获得显微组织为回火马氏体的产物。

本发明所述感应加热的温度范围为850-1050℃。

本发明所述低温回火的温度范围为180-250℃。

本发明采用以上技术方案具有如下优点：

本发明可使得钢棒的力学性能达到屈服强度达到1790MPa，抗拉强度达到1780MPa，最大力总伸长率大于3.5％，芯部到表面的硬度均在40HRC以上，并具有焊接性好、热处理工艺简单、易于大批量生产的特点。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案进行详细说明：

如表1所示各成分(以重量％表示)的钢，其中M1、M2、M3、M4为本发明给出的实施例。

表1本发明实施例用钢

钢号	C(％)	Si(％)	Mn(％)	Cr(％)	Mo(％)	P(％)	S(％)	V(％)	Cu(％)	Nb(％)
											M1	0.35	1.55	0.35	0.31	0.02	0.014	0.010	0.02	0.01	0.02
M2	0.39	1.80	0.40	0.43	0.08	0.009	0.005	0.05	0.02	0.035
											M3	0.40	1.65	0.38	0.40	0.10	0.011	0.003	0.10	0.05	0.042
M4	0.50	2.00	0.55	0.54	0.10	0.008	0.007	0.05	0.09	0.05

表1中M1、M2和M3、M4为本发明实施例用钢，各成分以重量百分比wt％％表示。

本发明选择的PC钢棒组分及数量在钢中的作用：

C：0.35-0.50％

C是强化钢材最合适的元素，也是强化马氏体的重要元素，C含量过高，钢的塑性和韧性急剧下降，加工性和焊接性也随之恶化，特别是当碳含量高于0.5％时易引起回火脆性。

Si：1.55-2.0％

Si对钢的强度起重要作用，仅次于碳的强化元素，钢中添加一定量的Si，既能强化马氏体，又可以保证较高的淬透性；同时，Si在奥氏体冷却过程中能抑制渗碳体的形核与长大，并可以延迟回火脆性的发生。

Mn：0.35-0.55％

Mn对增加淬透性的作用最强，然而Mn容易偏析，形成MnS等夹杂，恶化了钢的塑性和韧性，并使钢的焊接性能下降，因此，综合考虑选取的Mn含量在0.30-0.50％之间。

Cr：0.31-0.55％

Cr能有效提高钢的淬透性，在确保硬化深度方面起重要作用；并且Cr对奥氏体晶粒有细化作用，钢中加入一定量的Cr还可提高合金钢的耐大气腐蚀性。

此外，对可选的微合金元素：

B为0.0005％-0.01％，成本较低的B元素可以增加钢的淬透性，有助于提高晶界强度，提高钢棒的耐延迟断裂特性。

Mo为0.02-0.10％，Mo与C结合形成弥散析出碳化物，细化晶粒，提高钢的淬透性和强度。

Nb为0.02-0.05％，Nb能显著细化奥氏体晶粒，从而细化淬火后的马氏体，有效的提高钢的塑性和韧性，同时Nb具有析出强化作用，且降低钢棒的韧-脆转折温度。

V为0.02-0.3％，V在钢中析出碳化物起析出强化作用，而且由于主要析出于马氏体内，能提高钢棒的抗回火软化性能，有助于在改善塑性和韧性的前提下维持高的强度。

根据本发明的另一个方面，提供一种上述PC钢棒的热处理方法，具体为：将钢棒经感应加热使得钢棒完全奥氏体化后，立即水淬冷却以获得全马氏体组织，钢棒水淬完成后立即进行低温回火处理，低温回火处理可以使得残余奥氏体转变为马氏体，最终获得显微组织为回火马氏体的产物。该发明可使钢棒的力学性能，屈服强度达到1790MPa，抗拉强度达到1780MPa，最大力总伸长率达到4.5％，焊接性好、成本与45Si2Cr、30MnSi等现有产品相差不大、易于大批量生产等特点。

如表2所示，给出各实施例中所得PC钢棒的力学性能。

优选的，所述感应加热的温度范围为800-1050℃。

优选的，所述低温回火的温度范围为150-250℃。

优选的，所述钢棒热处理之后的显微组织由回火马氏体组成。

优选的，所述钢棒的最终显微组织为体积分数大于95％的回火马氏体组织。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种PC钢棒，其特征在于，所述钢棒中各成分的含量比以重量百分比计算为：

0.35-0.50%C，1.55-2.0%Si，0.35-0.55%Mn，0.31-0.55%Cr，以及0.02-0.10%Mo、0.02-0.3%V、0.02-0.05%Nb、0.0005%-0.01%B 中的一种或几种，杂质P、S含量不大于 0.05%，Cu 小于 0.25%，余量为铁和熔炼过程中不可避免的其他微量杂质。

2.根据权利要求1所述的一种PC钢棒，其特征在于，所述钢棒的显微组织为95%回火马氏体。

3.一种权利要求2所述的一种PC钢棒的热处理方法，其特征在于，将钢棒经感应加热使得钢棒完全奥氏体化后，立即水淬冷却以获得全马氏体组织，钢棒水淬完成后立即进行低温回火处理，最终获得显微组织为回火马氏体的产物。

4.根据权利要求3所述的一种PC钢棒的热处理方法，其特征在于，所述感应加热的温度范围为850-1050℃。

5.根据权利要求3所述的一种PC钢棒的热处理方法，其特征在于，所述低温回火的温度范围为180-250℃。