CN111378901B

CN111378901B - 一种1420MPa级PC钢棒专用母材盘条及其制备方法

Info

Publication number: CN111378901B
Application number: CN202010411974.4A
Authority: CN
Inventors: 张红斌; 陈伟; 张卫强; 李晓云; 王卫东; 张森; 赵亮; 王文峰; 马松; 文玉兵; 苏灿东
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Kunming Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Group Kunming Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2020-05-15
Filing date: 2020-05-15
Publication date: 2021-07-23
Anticipated expiration: 2040-05-15
Also published as: CN111378901A

Abstract

本发明公开了一种1420MPa级PC钢棒专用母材盘条及其制备方法，所述母材盘条按质量百分比计包括以下化学成分：C:0.27%～0.32%、Si:0.80%～1.00%、Mn:1.0%～1.20%、Ti:0.010～0.017%、P≤0.025%、S≤0.025%、Mo≤0.010%、N:≤0.0060%，且Si+Mn≤2.0%、Si:N≥160，其余为Fe及不可避免的不纯物，其制备方法包括加热、粗中轧和预精轧、预控冷、精轧、控制冷却、吐丝及缓冷工序。本发明通过钢材成分优化设计和轧钢工艺的偶合控制，适当提高钢的开轧温度、进精轧温度和吐丝温度，轧后采用缓冷，以降低轧制后PC钢棒专用母材盘条的残余应力和过饱的N、C间隙原子数量，缩短自然时效时间和提高时效综合性能，满足下游用户制作PC钢棒时的要求，防止拉拔断裂、淬火裂纹、滞后断裂和镦头开裂等质量事故。

Description

一种1420MPa级PC钢棒专用母材盘条及其制备方法

技术领域

本发明属于钢材轧制技术领域，具体涉及一种1420MPa级PC钢棒专用母材盘条及其制备方法。

背景技术

PC钢棒（预应力混凝土用钢棒）具有高强韧性、低松弛性、节省材料等优点，在管桩、高架桥墩、铁路轨枕、电杆等预应力构件中得到广泛应用。随着我国高速公路、桥梁和高层、超高层建筑等的高速发展，国内PC钢棒市场需求快速增长，1420MPa级PC钢棒专用母材盘条需求较大。但1420MPa级PC钢棒专用母材盘条属高强度合金钢，为保证强度普遍采用低温轧制、快速冷却方式进行生产。由于低温轧制和快速冷却往往会造成钢材中存在较多的位错和较高的残余应力以及大量的过饱和的N、C隙间原子，使母材所需的自然时效时间较长和时效性能较差，在下游用户制作PC钢棒时易发生拉拔断裂、淬火裂纹、滞后断裂和镦头开裂等质量事故。为保证质量往往要求钢中的N含量极低或需加入较贵的Nb、V固N元素等，对炼钢工艺装备要求较高，生产成本也较高。同时，低温轧制、快速冷却方式生产也要求轧机的电机功率较大和有较强的冷却装置等。另外，有的成分设计不合理，下游用户制作PC钢棒时感应加热时间较长和需采用快速淬火及低温回火温工艺以满足PC钢棒所需强度的要求，往往造成用户的生产效率降低、淬火开裂或残余应力消除不充分发生滞后断裂等。

综上所述，开发一种适用于普通炼钢厂和高线轧钢厂生产的具备优异强韧性、淬透性和防滞后断裂性能等综合良好性能的1420MPa级PC钢棒专用母材盘条及其制备方法是极其必要的。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种1420MPa级PC钢棒专用母材盘条；本发明的第二目的在于提供所述1420MPa级PC钢棒专用母材盘条的制备方法。

本发明的第一目的是这样实现的：一种1420MPa级PC钢棒专用母材盘条，按质量百分比计包括以下化学成分：C:0.27%～0.32%、Si:0.80%～1.00%、Mn:1.0%～1.20%、Ti:0.010～0.017%、P≤0.025%、S≤0.025%、Mo≤0.010%、N:≤0.0060%，且Si+Mn≤2.0%、Si:N≥160，其余为Fe及不可避免的不纯物。

本发明的第二目的是这样实现的： 1420MPa级PC钢棒专用母材盘条的制备方法，包括加热、粗中轧和预精轧、预控冷、精轧、控制冷却、吐丝及缓冷工序，具体包括以下步骤：

A、加热：将钢坯送入加热炉，加热到1040～1070℃，所述钢坯按质量百分比计包括以下化学成分：C:0.27%～0.32%、Si:0.80%～1.00%、Mn:1.0%～1.20%、Ti:0.010～0.017%、P≤0.025%、S≤0.025%、Mo≤0.010%、N:≤0.0060%；且Si+Mn≤2.0%、Si:N≥160；其余为Fe及不可避免的不纯物；

B、粗中轧和预精轧：将加热后的钢坯进行十八道次轧制，开轧温度为1040～1070℃，轧制总压下率98.0%～98.6%；

C、预冷却：将出预精轧机组后的轧件分2段进行冷却，段间水冷后进行反吹扫，控制进精轧轧件的温度为940～970℃；

D、精轧：将经过预冷却的轧件进行6道次精轧，精轧总变形量70%～75%；

E、控制冷却：将精轧后的轧件分四段进行冷却，段间水冷后进行反吹扫，控冷至930～960℃；

F、吐丝及缓冷：将控冷后的轧件吐丝成盘条，经斯太尔摩冷却辊道自然缓冷到650～670℃进行集卷，集卷后的盘条在PF线自然冷却到室温即得到目标物。

本发明的有益效果为：

1、采用本发明所述制备方法生产的1420MPa级PC钢棒专用母材盘条金相组织为F+P，P占40%～50%，且呈均匀分布，铁素体晶粒度11.0～12.5级，晶粒回复好且均匀，断面收缩率62%～68%，抗拉强度665～690MPa，断面收缩率的同圈差≤4%，抗拉强度同圈差≤20%，具备良好的强韧性、淬透性，防滞后断裂性能等，满足制作1420MPa级PC钢棒的需要；

2、本发明制备方法与传统生产方法相比，通过钢材成分优化设计和轧钢工艺的偶合控制，适当提高钢的开轧温度、进精轧温度和吐丝温度，轧后采用缓冷，以降低轧制后PC钢棒专用母材盘条的残余应力和过饱的N、C间隙原子数量，缩短自然时效时间和提高时效综合性能，并能满足下游用户制作PC钢棒时缩短感应加热时间、降低淬火速率和采用高温回火消除残余应力等的要求，防止拉拔断裂、淬火裂纹、滞后断裂和镦头开裂等质量事故；

3、本发明的钢材成分设计简单、合理，对炼钢、轧钢的工艺装备要求不高，易于实现生产控制和满足下游用户高效生产和质量控制的需要。

附图说明

图1为实施例1制备的φ10mm PC钢棒专用母材的金相组织；

图2为实施例2制备的φ12mm PC钢棒专用母材的金相组织；

图3为实施例3制备的φ12mm PC钢棒专用母材的金相组织。

具体实施方式

下面对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

本发明所述1420MPa级PC钢棒专用母材盘条的化学成分按质量百分比计为：C:0.27%～0.32%、Si:0.80%～1.00%、Mn:1.0%～1.20%、Ti:0.010～0.017%、P≤0.025%、S≤0.025%、Mo≤0.010%、N:≤0.0060%；且需满足Si+Mn≤2.0%、Si:N≥160；其余为Fe及不可避免的不纯物。所述化学成分中加入Ti:0.010～0.017%，其目的在于使钢中的C、N原子以TiC、TiN的形式析出，减少钢中过饱包和的C、N间隙原子，以缩短钢材的时效周期、提高时效性能，并防止下游用户制作的PC钢棒发生产滞后断裂质量事故等。同时也有助于防止钢坯加热过程中原始奥氏体晶粒过分长大和后续轧制过程控冷过程中细化铁素体晶粒，提高钢的强度并改善塑韧性；Mo≤0.010%，其目的在于防止钢材金相组织中产生贝氏体，造成钢材的韧性降低，拉拔时发生脆断质量事故；N≤0.0060%，其目的在于减少钢材中过饱和的间隙N原子数量，以缩短钢材的时效周期、提高时效性能，并防止下游用户制作的PC钢棒发生产滞后断裂质量事故等；Si+Mn≤2.0%，其目的在于防止于由Si、Mn元素含量同时过高造成钢的强度过高而韧性和焊接性能下降，导致钢材拉拔时发生产断裂和后继使用难焊接的问题；Si:N≥160，其目的在于炼钢工序如果对N的控制能力相对较弱，钢中残余N较高时，Si按上线控制，以确保轧钢可采用更高的开终温度和缓冷工艺生产，减小轧后钢中的残余应力和过饱的C、N间隙原子数量。下游用户制作PC钢棒时减小淬火速率和高温回火工艺减小淬火应力，从而实现缩短时效周期和防止发生滞后断裂的质量问题。而如果炼钢工序的控制能力相对较强，钢中的残余N较小时，Si按下线控制生产，实现降低生产成本的同时，仍可保证钢材时效周期较短和防止滞后断裂的质量问题。

所述钢的金相组织为F+P，P占40%～50%，且呈均匀分布，铁素体晶粒度11.0～12.5级，晶粒回复好且均匀，断面收缩率62%～68%，抗拉强度665～690MPa，断面收缩率的同圈差≤4%，抗拉强度同圈差≤20%。金相组织的P占比控制在40%～50%，铁素体晶粒度控制为11.0～12.5级，其目的在于确保具备良好的强韧性、淬透性，防滞后断裂性能等，满足制作1420MPa级PC钢棒的需要，防止因P占比较低和铁素体晶粒过大导致钢材的强度较低，下游用户感应加热所需时间过长和需采用较快的淬火速率和低温回火来保证所制造PC钢棒的强度，从而造成生产率低和内应力过大产生的滞后断裂等质量问题；另一方面也防止因P占比过高和铁素体晶粒过细而导致钢材强度过高而韧性下降，用户拉拔过程中出现拉拔断裂的质量问题等。断面收缩率的同圈差≤4%，抗拉强度同圈差≤20%的目的在于确保盘条通盘性能的均匀性，以防止用户拉拔过程中因盘条的性能差异过大造成应力集中而断裂，并保证调质处理后PC钢棒性能的均匀性。

本发明所述1420MPa级PC钢棒专用母材盘条的制备方法包括加热、粗中轧和预精轧、预控冷、精轧、控制冷却、吐丝及缓冷工序，具体包括以下步骤：

F、吐丝及缓冷：将控冷后的轧件吐丝成盘条，经斯太尔摩冷却辊道自然缓冷到650～670℃进行集卷，集卷后的盘条在PF线自然冷却到室温即得到目标物。将自然缓冷到650～670℃的盘条进行集卷成盘卷并缓冷至室温的目的，是让轧件充分进行珠光体等温转变，让钢中的C、N原子以C、N化物的形式充分析出，减少钢中过饱和的C、N间隙原子，实现缩短钢材时效周期和改善时效性能，防止发生拉拔断裂、滞后断裂等质量问题。

步骤A所述钢坯为150mm×150mm方坯。

步骤A所述加热钢坯在均热段停留时间为30～35min，钢坯在加热炉中总停留时间控制在60～80min；钢坯在均热段和在炉总时间的规定的原因在于，一是确保钢坯内外和通条加热均匀，保证组织的均匀性，防止原始奥氏体晶粒过大和后续控冷不当产生魏低体组织，二是为防止在炉时间过长造成钢坯表面脱碳过深等。

步骤C中，所述预冷却的总水量为216m³/h，比水量为1.0:1.0。

步骤E中，所述冷却的总水量控制为288m³/h，比水量为2.0:2.5:3.0:2.0，

步骤F中，所述自然冷却为斯太尔摩线风机全关，保温罩盖全开，在辊道上输送到集卷处的过程中自然缓冷和PF线上自然冷却。采用自然冷却一是为了最大限度地消除轧件中的内应力，二是为了防止冷速过快造成钢材中过饱和的C、N间隙原子数量过多，导致钢材时效周期过长和时效性能差、易发生产滞后断裂的质量问题等。

步骤F所述室温为15～25℃。

实施例1

将150mm×150mm的冷方坯送入加热炉中加热，该钢坯含有以下质量百分比的化学成分：C：0.30%、Si：0.80%、Mn：1.18%、Ti:0.010%、P:0.013%、S:0.019%、Mo:0.008%、N:0.0045%、Si+Mn=21.98%、Si:N=177；其余为Fe及不可避免的不纯物；钢坯在均热段停留30min，在炉总时间60min，出炉后的钢坯进行十八道次的精中轧和预精轧轧制，总压下率98.6%，开轧温度1040℃，得到预精轧的轧件。预精轧后的轧件经2段进行水冷却，总水量216m³/h，比水量1.0:1.0，段间水冷后进行反吹扫，得到940℃的进精轧轧件。940℃的进精轧轧件再经精轧机组进行6道次精轧，精轧总压下率75%。将精轧后的轧件分四段进行控制冷却，总水量控制为288m³/h，比水量为2.0:2.5:3.0:2.0，段间水冷后进行反吹扫并吐丝，即得到吐丝温度931℃的盘条。将斯太尔摩冷却线的保温罩盖全开，风机全关，让盘条自然缓冷前行，冷却到650℃进行集卷成盘卷，盘卷在PF线自然冷却至室温即得到10mm规格的1420MPa级PC钢棒专用母材盘条。

按《GB/T 228.1金属材料拉伸试验》、《GB/T6394金属材料平均晶粒度测定法》、《GB/T 13298 金属显微组织检验方法》等标准进行性能、显微组织检测/检验，所制备的φ10mm 1420MPa级PC钢棒专用母材盘条的金相组织为F+P，P约占45%，且弥散均匀分布，铁素体晶粒度12.5级，晶粒回复好且均匀（见图1）。断面收缩率 62%，抗拉强度690MPa，断面收缩率同圈差4%，抗拉强度同圈差19MPa。产品自然时效5天后经用户制作预应力混凝土钢棒强度达1450MPa，没有出现质量问题，完全满足用户使用需要。

实施例2

将150mm×150mm的冷方坯送入加热炉中加热，该钢坯的化学成分按质量百分比计为：C:0.27%、Si:0.99%、Mn:1.01%、Ti:0.015%、P:0.016%、S:0.020%、Mo:0.005%、N:0.0060%、Si+Mn=2.0%、Si:N=165；其余为Fe及不可避免的不纯物。钢坯在均热段停留35min，在炉总时间80min，出炉后的钢坯进行十八道次的精中轧和预精轧轧制，总压下率98.0%，开轧温度1070℃，得到预精轧的轧件。预精轧后的轧件经2段进行水冷却，总水量216m³/h，比水量1：1，段间水冷后进行反吹扫，得到970℃的进精轧轧件。970℃的进精轧轧件再经精轧机组进行6道次精轧，精轧总压下率70%。将精轧后的轧件分四段进行控制冷却，总水量控制为288m³/h，比水量为2：2.5：3：2，段间水冷后进行反吹扫并吐丝，即得到吐丝温度959℃的盘条。斯太尔摩冷却线的保温罩盖全开，风机全关，让盘条自然缓冷前行，冷却到670℃进行集卷成盘卷，盘卷在PF线自然冷却至室温即得到12mm规格的1420MPa级PC钢棒专用母材盘条。

按《GB/T 228.1金属材料拉伸试验》、《GB/T6394金属材料平均晶粒度测定法》、《GB/T 13298 金属显微组织检验方法》等标准进行性能、显微组织检测、检验，所制备的φ12mm 1420MPa级PC钢棒专用母材盘条的金相组织为F+P，P约占43%，且弥散均匀分布，铁素体晶粒度11.0级，晶粒回复好且均匀（见图2）。断面收缩率 68%，抗拉强度665MPa，断面收缩率同圈差 3%，抗拉强度同圈差15MPa，产品自然时效5天后经用户制作预应力混凝土钢棒强度达1440MPa，没有出现质量问题，完全满足用户使用需要。

实施例3

将150mm×150mm冷方坯送入加热炉中加热，该钢坯的化学成分按质量百分比计为：C:0.32%、Si:0.85%、Mn:1.07%、Ti:0.017%、P:0.019%、S:0.014%、Mo:0.005%、N:0.0053%、Si+Mn=1.93%、Si:N=160；其余为Fe及不可避免的不纯物。钢坯在均热段停留32min，在炉总时间74min，出炉后的钢坯进行十八道次的精中轧和预精轧轧制，总压下率98.0%，开轧温度1058℃，得到预精轧的轧件。预精轧后的轧件经2段进行水冷却，总水量216m³/h，比水量1.0:1.0，段间水冷后进行反吹扫，得到957℃的进精轧轧件。957℃的进精轧轧件再经精轧机组进行6道次精轧，精轧总压下率70%。将精轧后的轧件分四段进行控制冷却，总水量控制为288m³/h，比水量为2.0:2.5:3.0:2.0，段间水冷后进行反吹扫并吐丝，即得到吐丝温度946℃的盘条。斯太尔摩冷却线的保温罩盖全开，风机全关，让盘条自然缓冷前行，冷却到664℃进行集卷成盘卷，盘卷在PF线自然冷却至室温即得到12mm规格的1420MPa级PC钢棒专用母材盘条。

按《GB/T 228.1金属材料拉伸试验》、《GB/T6394金属材料平均晶粒度测定法》、《GB/T 13298 金属显微组织检验方法》等标准进行性能、显微组织检测、检验，所制备的φ12mm 1420MPa级PC钢棒专用母材盘条的金相组织为F+P，P约占50%，且弥散均匀分布，铁素体晶粒度12.0级，晶粒回复好且均匀（见图3）。断面收缩率65%，抗拉强度685MPa，断面收缩率同圈差4%，抗拉强度同圈差17MPa，产品自然时效5天后经用户制作预应力混凝土钢棒强度达1450MPa，没有出现质量问题，完全满足用户使用需要。

Claims

1.一种1420MPa级PC钢棒专用母材盘条的制备方法，包括加热、粗中轧和预精轧、预控冷、精轧、控制冷却、吐丝及缓冷工序，其特征在于，具体包括以下步骤：

A、加热：将钢坯送入加热炉，加热到1040~1070℃，所述钢坯按质量百分比计包括以下化学成分：C 0.27%~0.32%、Si 0.80%~1.00%、Mn 1.0%~1.20%、Ti 0.010~0.017%、P≤0.025%、S≤0.025%、Mo≤0.010%、N≤0.0060%；且Si+Mn≤2.0%、Si:N≥160；其余为Fe及不可避免的不纯物；

B、粗中轧和预精轧：将加热后的钢坯进行十八道次轧制，开轧温度为1040~1070℃，轧制总压下率98.0%~98.6%；

C、预冷却：将出预精轧机组后的轧件分2段进行冷却，段间水冷后进行反吹扫，控制进精轧轧件的温度为940~970℃；

D、精轧：将经过预冷却的轧件进行6道次精轧，精轧总变形量70%~75%；

E、控制冷却：将精轧后的轧件分四段进行冷却，段间水冷后进行反吹扫，控冷至930~960℃；

F、吐丝及缓冷：将控冷后的轧件吐丝成盘条，经斯太尔摩冷却辊道上自然缓冷到650~670℃进行集卷，集卷后的盘条在PF线自然冷却到室温即得到1420MPa级PC钢棒专用母材盘条，盘条的金相组织为F+P，P的占比为40%~50%，且呈均匀分布，铁素体晶粒度11.0~12.5级，断面收缩率62%~68%，抗拉强度665~690MPa，断面收缩率的同圈差≤4%，抗拉强度同圈差≤20%。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A所述钢坯为150mm×150mm方坯。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A所述加热钢坯在均热段停留时间为30~35min，钢坯在加热炉中总停留时间控制在60~80min。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤C中，所述预冷却的总水量为216m³/h，比水量为1.0:1.0。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤E中，所述冷却的总水量控制为288m³/h，比水量为2.0:2.5:3.0:2.0。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤F中，所述自然冷却为斯太尔摩线风机全关，保温罩盖全开，在辊道上输送到集卷处的过程中自然缓冷和PF线上自然冷却。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤F所述室温为15~25℃。

8.一种根据权利要求1~7任一所述制备方法获得的1420MPa级PC钢棒专用母材盘条。