CN108588352A - 一种大型桥梁索夹铸钢件的淬火水槽及调质方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大型桥梁索夹铸钢件的淬火水槽，包括槽体，槽体侧壁设有进水管和排水管，进水管和排水管均设置阀门。同时本发明还提供一种大型桥梁索夹铸钢件的调质方法，包括以下步骤：步骤一：焊接吊环和拉筋；步骤二：将索夹钢铸件放入热处理炉中加热，先升温至350℃±20℃，保温1h，再升温至650±20℃，保温2h，再升温至900±20℃，保温6h；步骤三：将槽体中注入冷水，通过排气管对槽体中的水进行鼓气搅拌，将步骤二中加热后的索夹铸钢件吊运至槽体中的水中进行淬火；步骤四：索夹钢铸件水冷温度低于200℃后，将工件平放装入热处理炉回火处理。该淬火水槽和调质方法能够提高淬火质量，实现批量淬火，调质处理后满足对低温冲击韧性的要求。

Description

一种大型桥梁索夹铸钢件的淬火水槽及调质方法

技术领域

本发明涉及铸钢材料制造领域，特别涉及一种大型桥梁索夹铸钢件的淬火水槽及调质方法。

背景技术

五峰山长江大桥是江苏南北中轴城际交通枢纽的重要工程，是一座钢桁梁公铁两用双层悬索桥，上层是8车道高速公路，下层是4线高速铁路，搭载的公路和铁路车道数量和重量，远远超出国际同类桥梁，截止2017年，世界悬索桥中位列第一，是中国高速铁路第一座现代悬索桥。该桥主缆直径吊索与索夹采用销接式连接，索夹采用上下对合式结构。索夹铸件作为悬索桥中主缆悬索与吊索连接的核心受力构件，除了要承受桥体钢箱梁、钢桁梁、混凝土等的质量负荷外，还需要承受桥上通过载荷的交变应力作用，索夹铸钢件产品的质量对全桥的安全有着至关重要的作用。

索夹铸件材料为ZG20Mn，要求调质(淬火+回火)处理；材料性能除满足JB/T6402-2006标准中ZG20Mn调质性能要求外，附加了低温冲击韧性(-20℃，AKv≥27J)要求，如下表。

JB/T6402-2006标准中ZG20Mn材料的化学成分要求如下：

ZG20Mn材料调质的机械性能要求如下：

索夹采用上下对合式结构，上索夹轮廓尺寸2450mm×1550mm×700mm，毛坯重量约5300Kg；下索夹轮廓尺寸2450mm×1550mm×1650mm，毛坯重量约7400Kg；索夹形状为两半圆筒结构，两侧有销孔凸台，下索夹下部有吊耳板，壁厚不均，最小壁厚55mm，最大壁厚300mm。按常规淬火处理时，索夹的开口侧会张开，吊耳板会发生变形，严重影响产品质量，增加产品返修成本。

索夹数量多，重量较重，淬火前热容量大。现有技术条件下，索夹淬火槽水温升高较快，一般当淬火水温超过40℃时，水的冷却能力下降，会影响淬火效果，因此每次只能烧高温、淬火一套(2件)索夹。这样索夹不仅烧高温成本高，生产效率也低；此外，淬火槽水的浸湿速度低，静止水的冷却特性不是很理想。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种大型桥梁索夹铸钢件的淬火水槽及调质方法，提高淬火质量，实现批量淬火，调质处理后满足对低温冲击韧性的要求。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种大型桥梁索夹铸钢件的淬火水槽，包括槽体，所述槽体侧壁设有进水管和排水管，进水管用于与冷水水源连通，进水管和排水管均设置阀门。

优选的方案中，所述槽体底部铺设排气管，排气管上侧设有若干排气孔，排气管的进气端与压缩空气管道连接。

优选的方案中，所述进水管和排水管分别设置在槽体的相对侧，进水管设置在槽体侧壁的上端，排水管设置在槽体侧壁的下端。

一种大型桥梁索夹铸钢件的调质方法，包括以下步骤：

步骤一：将索夹钢铸件的上、下索夹工件均焊接吊环，吊环设置在上、下索夹工件的半圆筒体的外侧，使上、下索夹工件的开口侧先进入水中；

步骤二：将索夹钢铸件放入热处理炉中加热，先升温至350℃±20℃，保温1h，再升温至650±20℃，保温2h，再升温至900±20℃，保温6h；

步骤三：打开进水管阀门，将槽体中注入冷水，注水完成以后，关闭进水管上的阀门，开启压缩空气管道上的阀门，通过排气管对槽体中的水进行鼓气，将步骤二中加热后的索夹钢铸件吊运至槽体中的水中进行淬火；

步骤四：索夹钢铸件水冷温度低于200℃后，重新将工件平放装入热处理炉回火处理。

优选的方案中，所述步骤一中，上、下索夹工件的半圆筒体的开口侧焊接拉筋，下索夹的耳板的两侧焊接拉筋。

优选的方案中，所述步骤三中，上、下索夹工件的开口侧先进入水中，上、下索夹工件的开口侧向上倾斜30～45°。

优选的方案中，所述步骤三中，上索夹在槽体中冷却2分钟后吊离槽体水面，在空气中冷却2分钟，再入槽体水中继续冷却6分钟后吊离槽体；下索夹在槽体中冷却3分钟后吊离槽体水面，在空气中冷却2分钟，再入槽体水中冷却7分钟后吊离槽体。

优选的方案中，所述步骤三中，索夹钢铸件在槽体中的水中进行淬火时，将进水管和排水管上的阀门打开，使槽体中的水保持在40℃以下。

优选的方案中，所述步骤三中，索夹钢铸件在槽体中的水中进行淬火时，行车吊运索夹钢铸件上下窜动。

优选的方案中，步骤四中，将索夹钢铸件放入热处理炉中，加热升温至620℃±20℃，保温4小时，出炉空冷。

本发明提供的一种大型桥梁索夹铸钢件的淬火水槽及调质方法，具有以下有益效果：

1、通过设置的进水管和排水管可以实现同时对槽体进行加水和排水，保证槽体中的水温，使槽体中的水保持流动，提高淬火质量，实现索夹铸钢件的批量淬火，提高淬火效率。

2、设置的排气管和排气孔，使索夹铸钢件在淬火的过程中槽体中的水进行翻滚，提高槽体中水的降温速度和浸湿速度，确保索夹淬火硬度均匀。

3、上、下索夹工件的半圆筒体的开口侧焊接拉筋及下索夹的耳板的两侧焊接拉筋，防止或减少上、下索夹工件的半圆筒体的开口侧张开变形，同时防止耳板倾斜变形。

4、上、下索夹工件的开口侧先进入水中，上、下索夹工件的开口侧向上倾斜30～45°，有利于半圆筒体内表面气膜破裂，蒸汽逸出，提高索夹冷却、淬硬效果。

5、索夹淬火时，吊着在槽体中上下窜动，有利于加强工件表面水的对流和蒸汽逸出，促进索夹冷却效果。

6、淬火冷却时，采用水-空气间隔冷却方法，降低索夹内外温差引起的热应力，从而减少淬火变形与裂纹缺陷。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的淬火水槽的结构示意图。

图2为本发明的上索夹的吊环及拉筋的安装位置图。

图3为本发明的下索夹的吊环及拉筋的安装位置图。

图4为本发明的调质处理工艺曲线。

图中：槽体1，进水管2，排水管3，排气管4，排气孔5，进气端6，吊环7，拉筋8。

具体实施方式

如图1所示，一种大型桥梁索夹铸钢件的淬火水槽，包括槽体1，所述槽体1侧壁设有进水管2和排水管3，进水管2用于与冷水水源连通，进水管2和排水管3均设置阀门。

进水管2和排水管3的直径相同，均为65mm。

具体的，所述进水管2和排水管3分别设置在槽体1的相对侧，进水管2设置在槽体1侧壁的上端，排水管3设置在槽体1侧壁的下端。进水管2和排水管3相对设置，有利于槽体1中水的对流，从而使冷水从上而下流入，热水从底部排出。

所述槽体1底部铺设排气管4，排气管4上侧设有若干排气孔5，排气管4的进气端6与有阀门的压缩空气管道连接。在本实施例中，排气管4的进气端6紧贴槽体1内壁铺设，排气管4的进气端6为四个，排气管4的直径为25mm，排气孔5的直径为5mm。通过向排气管4中鼓气，使排气孔5对槽体1中的水进行吹气搅拌，使槽体1中的水处于翻滚状态，提高淬火水槽中水的降温速度和浸湿速度，确保索夹淬火硬度均匀。

一种大型桥梁索夹铸钢件的调质方法，包括以下步骤：

步骤一：将索夹钢铸件的上、下索夹工件均焊接吊环7，如图2和图3所示，吊环7设置在上、下索夹工件的半圆筒体的外侧，使上、下索夹工件的开口侧先进入水中，吊环7为半圆形吊环，吊环7的直径为250mm，吊环7的截面直径为80mm，吊环7偏离上索夹或下索夹重心线的距离为200～250mm，在将上、下索夹工件吊起时，使上、下索夹工件的开口侧向上倾斜30～45°入水，有利于上、下索夹工件半圆筒体的内表面气膜破裂，蒸汽逸出，提高索夹冷却、淬硬效果。

优选的，上、下索夹工件的半圆筒体的开口侧焊接拉筋8，下索夹的耳板的两侧焊接拉筋8。上、下索夹工件的半圆筒体的开口侧焊接的拉筋8防止淬火的过程中索夹工件的半圆筒体的开口侧张开变形，下索夹的耳板的两侧焊接的拉筋8防止耳板倾斜变形。

步骤二：如图4所示，将索夹钢铸件放入热处理炉中加热，先升温至350℃±20℃，保温1h，使炉膛与钢铸件温度均匀，再按不超过80℃/h升温至650±20℃，保温2h，再按不超过100℃/h升温至900±20℃，保温6h；

步骤三：打开进水管2阀门，将槽体1中注入冷水，注水完成以后，关闭进水管2上的阀门，此时水面距槽体顶部约300mm，开启压缩空气管道上的阀门，通过排气管4对槽体1中的水进行鼓气，将步骤二中加热后的索夹钢铸件吊运至槽体1中的水中进行淬火。

将进水管2和排水管3上的阀门打开，使槽体1中的水保持流动，槽体1中的水保持在40℃以下，保证槽体1中水的淬火能力。

索夹钢铸件在槽体1中进行淬火时，行车吊运索夹钢铸件上下窜动。有利于加强工件表面水的对流和蒸汽逸出，促进索夹冷却效果。

上索夹在槽体1中冷却2分钟后吊离槽体1水面，在空气中冷却2分钟，再入槽体1水中继续冷却6分钟后吊离槽体1；下索夹在槽体1中冷却3分钟后吊离槽体1水面，在空气中冷却2分钟，再入槽体1水中冷却7分钟后吊离槽体1。采用水-空气间隔冷却方法，降低索夹内外温差引起的热应力，从而减少淬火变形与裂纹缺陷。

步骤四：如图4所示，索夹钢铸件水冷温度低于200℃后，重新将工件平放装入热处理炉回火处理，具体为加热按不超过100℃/h升温至620℃±20℃，保温4小时，出炉空冷。

通过上述步骤得到满足调质机械性能要求的大型索夹铸钢件，下表为10个连体试样机械性能检测表。

部分索夹调质机械性能表

从测试结果可以看出，本发明经过调质处理后的索夹铸钢件的机械性能满足索夹产品的机械性能要求，-20℃的低温条件下，冲击性能Akv大于27J，满足桥梁索夹铸钢件材料的低温冲击性能要求。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大型桥梁索夹铸钢件的淬火水槽，包括槽体，其特征在于：所述槽体侧壁设有进水管和排水管，进水管用于与冷水水源连通，进水管和排水管均设置阀门。

2.根据权利要求1所述的一种大型桥梁索夹铸钢件的淬火水槽，其特征在于：所述槽体底部铺设排气管，排气管上侧设有若干排气孔，排气管的进气端与压缩空气管道连接。

3.根据权利要求1所述的一种大型桥梁索夹铸钢件的淬火水槽，其特征在于：所述进水管和排水管分别设置在槽体的相对侧，进水管设置在槽体侧壁的上端，排水管设置在槽体侧壁的下端。

4.一种大型桥梁索夹铸钢件的调质方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：将索夹钢铸件的上、下索夹工件均焊接吊环，吊环设置在上、下索夹工件的半圆筒体的外侧，使上、下索夹工件的开口侧先进入水中；

步骤二：将索夹钢铸件放入热处理炉中加热，先升温至350℃±20℃，保温1h，再升温至650±20℃，保温2h，再升温至900±20℃，保温6h；

步骤三：打开进水管阀门，将槽体中注入冷水，注水完成以后，关闭进水管上的阀门，开启压缩空气管道上的阀门，通过排气管对槽体中的水进行鼓气，将步骤二中加热后的索夹钢铸件吊运至槽体中的水中进行淬火；

步骤四：索夹钢铸件水冷温度低于200℃后，重新将工件平放装入热处理炉回火处理。

5.根据权利要求4所述的一种大型桥梁索夹铸钢件的调质方法，其特征在于：所述步骤一中，上、下索夹工件的半圆筒体的开口侧焊接拉筋，下索夹的耳板的两侧焊接拉筋。

6.根据权利要求4所述的一种大型桥梁索夹铸钢件的调质方法，其特征在于：所述步骤三中，上、下索夹工件的开口侧先进入水中，上、下索夹工件的开口侧向上倾斜30～45°。

7.根据权利要求4所述的一种大型桥梁索夹铸钢件的调质方法，其特征在于：所述步骤三中，上索夹在槽体中冷却2分钟后吊离槽体水面，在空气中冷却2分钟，再入槽体水中继续冷却6分钟后吊离槽体；下索夹在槽体中冷却3分钟后吊离槽体水面，在空气中冷却2分钟，再入槽体水中冷却7分钟后吊离槽体。

8.根据权利要求4所述的一种大型桥梁索夹铸钢件的调质方法，其特征在于：所述步骤三中，索夹钢铸件在槽体中的水中进行淬火时，将进水管和排水管上的阀门打开，使槽体中的水保持在40℃以下。

9.根据权利要求4所述的一种大型桥梁索夹铸钢件的调质方法，其特征在于：所述步骤三中，索夹钢铸件在槽体中的水中进行淬火时，行车吊运索夹钢铸件上下窜动。

10.根据权利要求4所述的一种大型桥梁索夹铸钢件的调质方法，其特征在于：步骤四中，将索夹钢铸件放入热处理炉中，加热升温至620℃±20℃，保温4小时，出炉空冷。