CN104313492A - 一种具有高强度韧性的pc钢棒及其热处理方法 - Google Patents

一种具有高强度韧性的pc钢棒及其热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有高强度韧性的PC钢棒，其成分重量百分含量为：C：0.32-0.35%、Si：1.1-1.3%、Mn：0.26-0.28%、Ni：0.33-0.35%、Cr：0.18-0.21%、Mo：0.18-0.20%、V：0.01-0.03%、Sr：0.25-0.27%、Nb：0.04-0.06%、B：0.003-0.005%、Cu：0.01-0.05%、Ti：0.13-0.15%，稀土元素：0.16-0.18%，余量为Fe和不可避免的其他杂质；其中，稀土元素包括：13-15%镨、6-8%钕、5-7%钷、1-3%铕、7-9%钆、12-14%铒、15-17%钇，其余为镧；本发明还公开了一种具有高强度韧性的PC钢棒的热处理方法；本发明产品具有高强度韧性、低松弛性、与混凝土握裹力强，同时具有良好的可焊接性和镦锻性，可广泛应用于高强的与应力或凝土离心管桩、电杆、高架桥墩、铁路轨枕等预应力构件中。

Description

一种具有高强度韧性的PC钢棒及其热处理方法
技术领域
本发明属于预应力钢材制造领域，涉及一种具有高强度韧性的PC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，是由日本高周波热炼株式会社于20世纪60年代开发的一种技术含量很高的预应力钢材，1964年获准日本专利，属于预应力强度级别中的中间强度级。由于它具有高强度韧性、低松弛性、与混凝土握裹力强，良好的可焊接性、镦锻性、节省材料等特点，在国外已被广泛应用于高强的与应力或凝土离心管桩、电杆、高架桥墩、铁路轨枕等预应力构件中，在国际、尤其是亚洲具有十分广阔的市场。
PC钢棒在我国尽管起步较晚，在80年代末期开始和引进该产品的生产技术；无锡市锡澄轧钢厂自1987年开始自主试制PC钢棒，1988年向广州南方管桩厂提供第一批产品，检验合格后用于生产φ400PHC桩，并在试桩成功后全部用于工程。通过设备引进与开发，设计生产能力发展迅速，但就整体而言，目前仍处于生产和应用的探索阶段。国内产品与进口PC钢棒相比，差距主要表现在：钢棒性能通条性能均匀性差；在加工过程中镦裂现象比较严重；挺直度达不到要求；松弛度高；外观及包装质量差等。
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，提供一种具有高强度韧性的PC钢棒及其热处理方法，本发明产品具有高强度韧性、低松弛性、与混凝土握裹力强，同时具有良好的可焊接性和镦锻性，可广泛应用于高强的与应力或凝土离心管桩、电杆、高架桥墩、铁路轨枕等预应力构件中。 
为了解决以上技术问题，本发明提供一种具有高强度韧性的PC钢棒，其成分重量百分含量为：
C：0.32-0.35%、Si：1.1-1.3%、Mn：0.26-0.28%、Ni：0.33-0.35%、Cr：0.18-0.21%、Mo：0.18-0.20%、V：0.01-0.03%、Sr：0.25-0.27%、Nb：0.04-0.06%、B：0.003-0.005%、Cu：0.01-0.05%、Ti：0.13-0.15%，稀土元素：0.16-0.18%，余量为Fe和不可避免的其他杂质；
所述稀土元素包括：13-15%镨、6-8%钕、5-7%钷、1-3%铕、7-9%钆、12-14%铒、15-17%钇，其余为镧。
本发明进一步限定的技术方案是：
本发明还提供一种具有高强度韧性的PC钢棒，其成分重量百分含量为：
C：0.32%、Si：1.1%、Mn：0.26%、Ni：0.33%、Cr：0.18%、Mo：0.18%、V：0.01%、Sr：0.25%、Nb：0.04%、B：0.003%、Cu：0.01%、Ti：0.13%，稀土元素：0.16%，余量为Fe和不可避免的其他杂质；
其中，稀土元素包括：13%镨、6%钕、5%钷、1%铕、7%钆、12%铒、15%钇，其余为镧。
本发明还提供一种具有高强度韧性的PC钢棒，其成分重量百分含量为：
C：0.35%、Si：1.3%、Mn：0.28%、Ni：0.35%、Cr：0.21%、Mo：0.20%、V：0.03%、Sr：0.27%、Nb：0.06%、B：0.005%、Cu：0.05%、Ti：0.15%，稀土元素：0.18%，余量为Fe和不可避免的其他杂质；
其中，稀土元素包括：15%镨、8%钕、7%钷、3%铕、9%钆、14%铒、17%钇，其余为镧。
本发明还提供一种具有高强度韧性的PC钢棒，其成分重量百分含量为：
C：0.33%、Si：1.12%、Mn：0.27%、Ni：0.34%、Cr：0.2%、Mo：0.19%、V：0.02%、Sr：0.26%、Nb：0.05%、B：0.004%、Cu：0.03%、Ti：0.14%，稀土元素：0.17%，余量为Fe和不可避免的其他杂质；
其中，稀土元素包括：14%镨、7%钕、6%钷、2%铕、8%钆、13%铒、16%钇，其余为镧。
进一步的，
本发明还提供一种具有高强度韧性的PC钢棒的热处理方法，包括如下具体步骤：
步骤（1）：将坯料高炉冶炼，并精轧到需要尺寸的PC钢棒锻坯，所述冶炼的温度为860-880℃ ；
步骤（2）：将步骤（1）中的PC钢棒锻坯降温至400-550℃，然后进行扩氢退火处理；
步骤（3）：对步骤（2）中扩氢退火处理后的PC钢棒锻坯进行粗加工，除去其表面的黑皮；
步骤（4）：依次对步骤（3）中粗加工后的PC钢棒锻坯进行高温淬火与低温回火处理；
步骤（5）：对步骤（4）中处理后的PC钢棒锻坯依次进行精加工，即得到PC钢棒成品。
前述，步骤（2）中的扩氢退火处理具体包括：将步骤（1）得到的PC钢棒锻坯进炉加热至910-930℃并保温300-320分钟，炉冷至380-420℃保温120-150分钟，使过冷奥氏体部分转变为下贝氏体，并析出表面部分的氢，随后再加热到620-680℃保温480-670分钟，炉冷至310-330℃出炉空冷。
步骤（4）中的高温淬火与低温回火处理具体包括：将粗加工后的PC钢棒锻坯进炉加热至870-890℃并保温15-19分钟，然后迅速水冷，再将PC钢棒锻坯加热至180-220℃并保温22-32分钟，最后空冷至室温。
前述水冷淬火处理时的初试水温低于32℃。
本发明的有益效果是：
本发明的成分中的Cr会导致碳及合金元素的严重偏析，钢筋会出现共晶碳化物，从而降低钢筋的冲击韧度；本发明通过加入稀土金属，可有效减弱钢筋的合金元素偏析现象，可大幅度提高钢筋的冲击韧度。
本发明采用了扩氢退火处理，处理过程中，将PC钢棒锻坯进炉加热至910-930℃并保温300-320分钟，炉冷至380-420℃保温120-150分钟，使过冷奥氏体部分转变为下贝氏体，并析出表面部分的氢，而大部分氢仍然留在芯部；随后再加热到620-680℃保温480-670分钟，此时，一方面，PC钢棒锻坯的塑性较大，不会因为氢的聚集造成很大的压力开裂，另一方面发生了未转变的过冷奥氏体想珠光体的转变；氢由于溶解度降低而脱溶析出，由于芯部与表面存在氢浓度差，扩散速度增大，于是析出的氢原子便由内向外扩散至钢的表面，结合成氢分子逸出。
本发明通过淬火和回火处理，不但可以细化晶粒，提高钢筋的韧性，同时还可以减轻或消除带状组织等缺陷，提高钢筋整体冲击性能，使钢筋组织更为均匀稳定，从而获得较好的综合力学性能，本产品具有高强度韧性、低松弛性、与混凝土握裹力强，同时具有良好的可焊接性和镦锻性。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种具有高强度韧性的PC钢棒，其成分重量百分含量为：
C：0.32%、Si：1.1%、Mn：0.26%、Ni：0.33%、Cr：0.18%、Mo：0.18%、V：0.01%、Sr：0.25%、Nb：0.04%、B：0.003%、Cu：0.01%、Ti：0.13%，稀土元素：0.16%，余量为Fe和不可避免的其他杂质；
其中，稀土元素包括：13%镨、6%钕、5%钷、1%铕、7%钆、12%铒、15%钇，其余为镧。
本实施例还提供一种具有高强度韧性的PC钢棒的热处理方法，包括如下具体步骤：
步骤（1）：将坯料高炉冶炼，并精轧到需要尺寸的PC钢棒锻坯，所述冶炼的温度为860℃ ；
步骤（2）：将步骤（1）中的PC钢棒锻坯降温至400℃，然后进行扩氢退火处理；
步骤（3）：对步骤（2）中扩氢退火处理后的PC钢棒锻坯进行粗加工，除去其表面的黑皮；
步骤（4）：依次对步骤（3）中粗加工后的PC钢棒锻坯进行高温淬火与低温回火处理；
步骤（5）：对步骤（4）中处理后的PC钢棒锻坯依次进行精加工，即得到PC钢棒成品。
其中，步骤（2）中的扩氢退火处理具体包括：将步骤（1）得到的PC钢棒锻坯进炉加热至910℃并保温320分钟，炉冷至380℃保温150分钟，使过冷奥氏体部分转变为下贝氏体，并析出表面部分的氢，随后再加热到620℃保温670分钟，炉冷至310℃出炉空冷；
步骤（4）中的高温淬火与低温回火处理具体包括：将粗加工后的PC钢棒锻坯进炉加热至870℃并保温19分钟，然后迅速水冷，再将PC钢棒锻坯加热至180℃并保温32分钟，最后空冷至室温；
前述水冷淬火处理时的初试水温低于32℃。
实施例2
本实施例提供一种具有高强度韧性的PC钢棒，其成分重量百分含量为：
C：0.35%、Si：1.3%、Mn：0.28%、Ni：0.35%、Cr：0.21%、Mo：0.20%、V：0.03%、Sr：0.27%、Nb：0.06%、B：0.005%、Cu：0.05%、Ti：0.15%，稀土元素：0.18%，余量为Fe和不可避免的其他杂质；
其中，稀土元素包括：15%镨、8%钕、7%钷、3%铕、9%钆、14%铒、17%钇，其余为镧。
本实施例还提供一种具有高强度韧性的PC钢棒的热处理方法，包括如下具体步骤：
步骤（1）：将坯料高炉冶炼，并精轧到需要尺寸的PC钢棒锻坯，所述冶炼的温度为880℃ ；
步骤（2）：将步骤（1）中的PC钢棒锻坯降温至550℃，然后进行扩氢退火处理；
步骤（3）：对步骤（2）中扩氢退火处理后的PC钢棒锻坯进行粗加工，除去其表面的黑皮；
步骤（4）：依次对步骤（3）中粗加工后的PC钢棒锻坯进行高温淬火与低温回火处理；
步骤（5）：对步骤（4）中处理后的PC钢棒锻坯依次进行精加工，即得到PC钢棒成品。
前述，步骤（2）中的扩氢退火处理具体包括：将步骤（1）得到的PC钢棒锻坯进炉加热至930℃并保温300分钟，炉冷至420℃保温120分钟，使过冷奥氏体部分转变为下贝氏体，并析出表面部分的氢，随后再加热到680℃保温480分钟，炉冷至330℃出炉空冷；
步骤（4）中的高温淬火与低温回火处理具体包括：将粗加工后的PC钢棒锻坯进炉加热至890℃并保温15分钟，然后迅速水冷，再将PC钢棒锻坯加热至220℃并保温22分钟，最后空冷至室温；
前述水冷淬火处理时的初试水温低于32℃。
实施例3
本实施例提供一种具有高强度韧性的PC钢棒，其成分重量百分含量为：
C：0.33%、Si：1.12%、Mn：0.27%、Ni：0.34%、Cr：0.2%、Mo：0.19%、V：0.02%、Sr：0.26%、Nb：0.05%、B：0.004%、Cu：0.03%、Ti：0.14%，稀土元素：0.17%，余量为Fe和不可避免的其他杂质；
其中，稀土元素包括：14%镨、7%钕、6%钷、2%铕、8%钆、13%铒、16%钇，其余为镧。
本实施例还提供一种具有高强度韧性的PC钢棒的热处理方法，包括如下具体步骤：
步骤（1）：将坯料高炉冶炼，并精轧到需要尺寸的PC钢棒锻坯，所述冶炼的温度为870℃ ；
步骤（2）：将步骤（1）中的PC钢棒锻坯降温至480℃，然后进行扩氢退火处理；
步骤（3）：对步骤（2）中扩氢退火处理后的PC钢棒锻坯进行粗加工，除去其表面的黑皮；
步骤（4）：依次对步骤（3）中粗加工后的PC钢棒锻坯进行高温淬火与低温回火处理；
步骤（5）：对步骤（4）中处理后的PC钢棒锻坯依次进行精加工，即得到PC钢棒成品。
前述，步骤（2）中的扩氢退火处理具体包括：将步骤（1）得到的PC钢棒锻坯进炉加热至920℃并保温310分钟，炉冷至400℃保温135分钟，使过冷奥氏体部分转变为下贝氏体，并析出表面部分的氢，随后再加热到650℃保温550分钟，炉冷至320℃出炉空冷。
步骤（4）中的高温淬火与低温回火处理具体包括：将粗加工后的PC钢棒锻坯进炉加热至880℃并保温17分钟，然后迅速水冷，再将PC钢棒锻坯加热至200℃并保温27分钟，最后空冷至室温。
前述水冷淬火处理时的初试水温低于32℃。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有高强度韧性的PC钢棒，其特征在于，其成分重量百分含量为：
C：0.32-0.35%、Si：1.1-1.3%、Mn：0.26-0.28%、Ni：0.33-0.35%、Cr：0.18-0.21%、Mo：0.18-0.20%、V：0.01-0.03%、Sr：0.25-0.27%、Nb：0.04-0.06%、B：0.003-0.005%、Cu：0.01-0.05%、Ti：0.13-0.15%，稀土元素：0.16-0.18%，余量为Fe和不可避免的其他杂质；
所述稀土元素包括：13-15%镨、6-8%钕、5-7%钷、1-3%铕、7-9%钆、12-14%铒、15-17%钇，其余为镧。
2.根据权利要求1所述的具有高强度韧性的PC钢棒，其特征在于，其成分重量百分含量为：
C：0.32%、Si：1.1%、Mn：0.26%、Ni：0.33%、Cr：0.18%、Mo：0.18%、V：0.01%、Sr：0.25%、Nb：0.04%、B：0.003%、Cu：0.01%、Ti：0.13%，稀土元素：0.16%，余量为Fe和不可避免的其他杂质；
所述稀土元素包括：13%镨、6%钕、5%钷、1%铕、7%钆、12%铒、15%钇，其余为镧。
3.根据权利要求1所述的具有高强度韧性的PC钢棒，其特征在于，其成分重量百分含量为：
C：0.35%、Si：1.3%、Mn：0.28%、Ni：0.35%、Cr：0.21%、Mo：0.20%、V：0.03%、Sr：0.27%、Nb：0.06%、B：0.005%、Cu：0.05%、Ti：0.15%，稀土元素：0.18%，余量为Fe和不可避免的其他杂质；
所述稀土元素包括：15%镨、8%钕、7%钷、3%铕、9%钆、14%铒、17%钇，其余为镧。
4.根据权利要求1所述的具有高强度韧性的PC钢棒，其特征在于，其成分重量百分含量为：
C：0.33%、Si：1.12%、Mn：0.27%、Ni：0.34%、Cr：0.2%、Mo：0.19%、V：0.02%、Sr：0.26%、Nb：0.05%、B：0.004%、Cu：0.03%、Ti：0.14%，稀土元素：0.17%，余量为Fe和不可避免的其他杂质；
所述稀土元素包括：14%镨、7%钕、6%钷、2%铕、8%钆、13%铒、16%钇，其余为镧。
5.一种具有高强度韧性的PC钢棒的热处理方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
步骤（1）：将坯料高炉冶炼，并精轧到需要尺寸的PC钢棒锻坯，所述冶炼的温度为860-880℃ ；
步骤（2）：将步骤（1）中的PC钢棒锻坯降温至400-550℃，然后进行扩氢退火处理；
步骤（3）：对步骤（2）中扩氢退火处理后的PC钢棒锻坯进行粗加工，除去其表面的黑皮；
步骤（4）：依次对步骤（3）中粗加工后的PC钢棒锻坯进行高温淬火与低温回火处理；
步骤（5）：对步骤（4）中处理后的PC钢棒锻坯依次进行精加工，即得到PC钢棒成品。
6.根据权利要求5所述的具有高强度韧性的PC钢棒的热处理方法，其特征在于，步骤（2）中的扩氢退火处理具体包括：将步骤（1）得到的PC钢棒锻坯进炉加热至910-930℃并保温300-320分钟，炉冷至380-420℃保温120-150分钟，使过冷奥氏体部分转变为下贝氏体，并析出表面部分的氢，随后再加热到620-680℃保温480-670分钟，炉冷至310-330℃出炉空冷。
7.根据权利要求5所述的具有高强度韧性的PC钢棒的热处理方法，其特征在于，步骤（4）中的高温淬火与低温回火处理具体包括：将粗加工后的PC钢棒锻坯进炉加热至870-890℃并保温15-19分钟，然后迅速水冷，再将PC钢棒锻坯加热至180-220℃并保温22-32分钟，最后空冷至室温。
8.根据权利要求5所述的具有高强度韧性的PC钢棒的热处理方法，其特征在于，所述水冷淬火处理时的初试水温低于32℃。
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