CN117070838A - 一种桥墩用12.9级大规格高强度预应力紧固件钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种桥墩用12.9级大规格高强度预应力紧固件钢，涉及钢铁生产技术领域，其化学成分及质量百分比如下：C：0.38～0.45％，Si：0.17～040％，Mn：0.60～1.20％，Cr：0.90～1.45％，Mo：0.15～0.60％，Ni：0.20～0.75％，P：≤0.020％，S：≤0.010％，Cu≤0.25%，Al：0.010～0.050％，H：≤1.0ppm，V+Ti+Nb≤0.50%，B≤0.0050%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。本发明生产的预应力紧固件产品达到了12.9级强度要求，整体拉伸的力学性能同时满足以下要求：抗拉强度：1240～1400MPa，屈服强度：1100～1250MPa，断后延伸率8‑17％，最大力下总伸长率≥3.5%。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁生产技术领域，特别是涉及一种桥墩用12.9级大规格高强度预应力紧固件钢及其制备方法。
背景技术
近年来，我国桥梁建设发展的非常迅速，向着跨海、跨国际、轻质、多用途和环保方向发展，呈现跨径不断增大，桥型不断丰富、结构不断轻型化，对桥梁预应力紧固件提出了更高的要求。目前用CrMo类钢材进行热处理调质后生产10 .9级强度已经普遍使用，但是CrMo类圆钢在＞φ65mm调质后等直径拉伸很难达到10.9级以及12.9级的强度要求，并且芯部很难淬透。
尤其是跨径大、桥墩高度更高的跨海大桥，需要增加桥墩的截面积，但是受运载船的称重和吊臂限制，桥墩截面加大后会导致海上吊运桥墩无法完成等诸多问题。未来桥梁将向着跨海、跨国际发展，跨径将不断增大，对预应力紧固件的强度要求也会逐渐提高，将紧固件的强度提高到12.9级可以解决大跨距、桥墩高度增高并且桥墩截面不增加的技术难题。因此，开发桥墩用12.9级大规格高强度预应力紧固件钢，不但具有迫切的研究价值，也具有良好的经济效益和工业应用潜力。
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，提供一种桥墩用12.9级大规格高强度预应力紧固件钢及其制备方法。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案如下：
一种桥墩用12.9级大规格高强度预应力紧固件钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0 .38～0 .45％，Si：0 .17～0 40％，Mn：0 .60～1 .20％，Cr：0.90～1 .45％，Mo：0.15～0 .60％，Ni：0 .20～0 .75％，P：≤0 .020％，S：≤0 .010％，Cu≤0.25%，Al：0 .010～0 .050％，H：≤1.0ppm，V+Ti+Nb≤0.50%，B≤0.0050%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
本发明还提供了一种桥墩用12.9级大规格高强度预应力紧固件钢的制备方法，包括以下步骤：电炉/转炉冶炼→LF炉精炼→VD/RH真空脱气→连铸方坯→铸坯检查→铸坯加热→轧制→退火→联合探伤→圆钢成品。
作为本发明所述桥墩用12.9级大规格高强度预应力紧固件钢的制备方法的一种优选方案，其中：在得到圆钢成品之后，还包括：对圆钢成品进行调质处理。
作为本发明所述桥墩用12.9级大规格高强度预应力紧固件钢的制备方法的一种优选方案，其中：调质后等直径拉伸的钢的抗拉强度≥1230MPa，屈服强度≥1080MPa。
作为本发明所述桥墩用12.9级大规格高强度预应力紧固件钢的制备方法的一种优选方案，其中：调质后等直径拉伸的钢的断后伸长率≥6%。
作为本发明所述桥墩用12.9级大规格高强度预应力紧固件钢的制备方法的一种优选方案，其中：调质后等直径拉伸的钢的最大力下总伸长率≥3.5%。
作为本发明所述桥墩用12.9级大规格高强度预应力紧固件钢的制备方法的一种优选方案，其中：调质后的钢在室温下的冲击功≥50J。
作为本发明所述桥墩用12.9级大规格高强度预应力紧固件钢的制备方法的一种优选方案，其中：交变应力在700~750Mpa应力范围内时，钢的疲劳寿命≥200万次。
本发明的有益效果是：
（1）本发明采用炉外精炼LF和真空脱气VD/RH操作，降低钢种S、P元素及非金属夹杂物含量的，提高钢水纯净度和均匀性；控制中包钢水过热度，并采用结晶器电磁搅拌，减少铸坯的偏析程度；连铸坯经步进式加热炉加热，严格控制出钢节奏，均衡出钢，减小圆钢组织和性能的波动；圆钢经连续退火炉进行退火处理，达到用户要求的硬度要求；轧材100％进行超声波+漏磁联合探伤，超声波探伤精度为GB/T37566的3级；本发明生产的预应力紧固件产品经调制处理后达到了12.9级强度要求，整体拉伸的力学性能同时满足以下要求：抗拉强度：1240～1400MPa，屈服强度：1100～1250MPa，断后延伸率8-17％，最大力下总伸长率≥3.5%。
（2）本发明制备的产品采用感应线调质后芯部得到90％以上索氏体。
（3）本发明圆钢的制造采用连铸-连轧-感应热处理短流程工艺，生产的高强度预应力紧固件，节约了生产工序与成本，并通过感应淬火+纯水冷却，代替传统的油、水溶性淬火介质等淬火液，实现高效生产，同时绿色节能及环保。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为实施例1提供的桥墩用12.9级大规格高强度预应力紧固件钢的调质态芯部组织图；
图2为实施例2提供的桥墩用12.9级大规格高强度预应力紧固件钢的调质态芯部组织图；
图3为对比例的调质态芯部组织图。
实施方式
为使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施方式并结合附图，对本发明作出进一步详细的说明。
实施例1：本实施例提供了一种桥墩用12.9级大规格高强度预应力紧固件钢，为φ80规格的圆钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0.41％，Si：0.35％，Mn：0.98％，Cr：1.31％，Mo：0.40％，Ni：0.46%，P：0 .011％，S：0 .005％，Cu：0.08％，Al：0.029％，H：:0.9ppm，B：0.0005%，V+Nb+Ti≤0.40%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
本实施例中桥墩用12.9级大规格高强度预应力紧固件钢的制备方法如下：电炉/转炉冶炼→LF炉精炼→VD/RH真空脱气→连铸方坯→铸坯检查→铸坯加热→轧制→退火→联合探伤→圆钢成品→调制处理。具体如下：
采用转炉进行冶炼，以获得符合钢材化学成分的钢水；炼钢采用高性能精炼合成渣，控制钢材各类夹杂物的数量及形态，同时去除有害夹杂，控制精炼时间≥30分钟，RH高真空时间≥10分钟；冶炼得到的钢水连铸成矩形坯，在浇铸过程中，采用全保护浇注，配备轻压下、结晶器电磁搅拌和末端搅拌，控制过热度为25～32℃。铸坯加热时控制加热温度为1140～1250℃；KOCKS温度实际控制在835-850℃；轧后弱穿水并在冷床上使用保温罩盖，使圆钢缓慢冷却。采用连续式热处理炉进行退火处理，退火后轧材硬度平均在170-175HBW，满足≤180HBW的要求。紧固件进行感应调质处理，分别检测芯部小试样拉伸、1/4D拉伸和等直径整体拉伸，结果如表1。
实施例2：本实施例提供了一种桥墩用12.9级大规格高强度预应力紧固件钢，为φ100规格的圆钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0.40％，Si：0.36％，Mn：0.99％，Cr：1.30％，Mo：0.39％，Ni：0.48%，Cu：0.06％，P：0 .010％，S：0 .006％，Al：0.025％，H：:0.7ppm，B：0.0008%，V+Nb+Ti≤0.40%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
本实施例中桥墩用12.9级大规格高强度预应力紧固件钢的制备方法如下：电炉/转炉冶炼→LF炉精炼→VD/RH真空脱气→连铸方坯→铸坯检查→铸坯加热→轧制→退火→联合探伤→圆钢成品→调制处理。具体如下：
采用转炉进行冶炼，以获得符合钢材化学成分的钢水；炼钢采用高性能精炼合成渣，控制钢材各类夹杂物的数量及形态，同时去除有害夹杂，控制精炼时间≥30分钟，RH高真空时间≥10分钟；冶炼得到的钢水连铸成矩形坯，在浇铸过程中，采用全保护浇注，配备轻压下、结晶器电磁搅拌和末端搅拌，控制过热度为25～32℃。铸坯加热时控制加热温度为1140～1250℃；KOCKS温度实际控制在835-850℃；轧后弱穿水并在冷床上使用保温罩盖，使圆钢缓慢冷却。采用连续式热处理炉进行退火处理，退火后轧材硬度平均在170-175HBW，满足≤180HBW的要求。紧固件进行感应调质处理，分别检测芯部小试样拉伸、1/4D拉伸和等直径整体拉伸，结果如表1。
对比例采用的φ80mm的42CrMoA的化学成分及质量百分比如下： C：0.41％，Si：0.27％，Mn：0.72％，Cr：1.15％，Mo：0.22％，Ni：0.08%，Cu：0.04％，P：0 .010％，S：0.006％，Al：0.029％，H：0.9ppm。
实施例1、实施例2与对比例的拉伸性能对比参见表1：
表1
实施例和对比例均采用700~750MPa应力范围将预应力紧固件整体做疲劳测试，疲劳寿命200万次未断裂。
调质后截面硬度对比参见表2：
表2
由上述表1可以看出，实施例1中φ80mm和实施例2中φ100mm圆钢制作预应力紧固件调质后的屈服强度均在1160MPa以上，抗拉强度均在1270MPa以上，延伸率在10％以上。由表2可知，实施例1中φ80mm和实施例2中φ100mm圆钢制作预应力紧固件调质后芯部硬度均在38HRC以上，均满足12.9级预应力紧固件性能要求，即满足：屈服强度≥1080MPa，抗拉强度≥1230Mpa，延伸率≥6%，最大力下总延伸率≥3.5%。
相较于实施例1和实施例2的产品，对比例中的对比产品在力学性能以及全截面硬度均匀性上明显较差，等直径拉伸的性能未满足要求：屈服强度1059MPa，未达到≥1080MPa的要求，抗拉强度1158MPa，未达到≥1230MPa的要求，同时芯部强度和硬度均低，芯表硬度差为4-5HRC。
由此，本申请的技术方案生产的预应力紧固件产品达到了12.9级强度要求，整体拉伸的力学性能同时满足以下要求：抗拉强度：1240～1290MPa，屈服强度：1100～1180MPa，断后延伸率8-14％，最大力下总伸长率≥3.5%。
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 (8)
1.一种桥墩用12.9级大规格高强度预应力紧固件钢，其特征在于：其化学成分及质量百分比如下：C：0 .38～0 .45％，Si：0 .17～0 40％，Mn：0 .60～1 .20％，Cr：0.90～1.45％，Mo：0 .15～0 .60％，Ni：0 .20～0 .75％，P：≤0 .020％，S：≤0 .010％，Cu≤0.25%，Al：0 .010～ 0 .050％，H：≤1.0ppm，V+Ti+Nb≤0.50%，B≤0.0050%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
2.一种基于权利要求1所述的桥墩用12.9级大规格高强度预应力紧固件钢的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：电炉/转炉冶炼→LF炉精炼→VD/RH真空脱气→连铸方坯→铸坯检查→铸坯加热→轧制→退火→联合探伤→圆钢成品。
3.根据权利要求2所述的桥墩用12.9级大规格高强度预应力紧固件钢的制备方法，其特征在于：在得到圆钢成品之后，还包括：对圆钢成品进行调质处理。
4.根据权利要求3所述的桥墩用12.9级大规格高强度预应力紧固件钢的制备方法，其特征在于：调质后等直径拉伸的钢的抗拉强度≥1230MPa，屈服强度≥1080MPa。
5.根据权利要求3所述的桥墩用12.9级大规格高强度预应力紧固件钢的制备方法，其特征在于：调质后等直径拉伸的钢的断后伸长率≥6%。
6.根据权利要求3所述的桥墩用12.9级大规格高强度预应力紧固件钢的制备方法，其特征在于：调质后等直径拉伸的钢的最大力下总伸长率≥3.5%。
7.根据权利要求3所述的桥墩用12.9级大规格高强度预应力紧固件钢的制备方法，其特征在于：调质后的钢在室温下的冲击功≥50J。
8.根据权利要求3所述的桥墩用12.9级大规格高强度预应力紧固件钢的制备方法，其特征在于：在700~750MPa应力范围内时，钢的疲劳寿命≥200万次。
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- 2023-08-07 CN CN202310981241.8A patent/CN117070838A/zh active Pending
Patent Citations (6)
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