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CN103643150B - 屈服强度650MPa级大规格含铌钢拉杆用热轧圆钢及其热处理工艺 - Google Patents

屈服强度650MPa级大规格含铌钢拉杆用热轧圆钢及其热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了屈服强度650MPa级大规格含铌钢拉杆用热轧圆钢，其特征在于，其化学成分质量百分比（wt％）为：C0.40～0.45%，Si0.17～0.37%，Mn0.70～0.90%，P≤0.015%，S≤0.010%，Cr1.00～1.20%，Mo0.20～0.30%，Ni0.15～0.30%，Nb0.020～0.060%，Als0.015～0.050%，其余为铁和残余的微量杂质；热轧圆钢的热处理工艺，包括正火、淬火、回火工序，本发明通过采用Nb、Ni复合合金化原理，结合对热处理工艺的优化，用细晶强化、析出强化和相变强化机制，得到具有均匀细密索氏体+下贝氏体金相组织的热轧圆钢组织状态，开发出了高性能的大规格650MPa高强度钢拉杆用热轧圆钢，同时明显减少了合金元素的添加量，显著降低了生产成本。

Description

屈服强度650MPa级大规格含铌钢拉杆用热轧圆钢及其热处理工艺
技术领域
本发明属于高强度钢拉杆用合金结构钢热轧圆钢生产技术领域，尤其涉及屈服强度650MPa级直径Φ150mm以上大规格钢拉杆用热轧圆钢及其热处理工艺。
背景技术
高强度钢拉杆用钢广泛应用于地下建筑如超高层建筑地基、船闸、码头、船坞和地铁坑道，在地面建筑如体育场馆、会展中心、火车站候车厅、博物馆、核电站和桥梁等诸多领域，都需要各种规格和用途的钢拉杆，其需求量不断上升。钢拉杆在建筑结构中不仅是个连接件，更重要的是承受拉应力，在钢结构中起着举足轻重的作用。
钢拉杆国标GB/T20934-2007中，钢拉杆强度级别规定有GLG345、GLG460、GLG550、GLG650。其中，强度级别为650MPa的钢拉杆规格直径范围为Φ20～Φ120mm。近年来，随着国内外大型钢结构工程的迅猛发展，钢拉杆强度级别不断提高，规格品种不断增多，而且直径不断增大。
目前，国内屈服强度550MPa级以下的高强度钢拉杆的制造技术已经成熟，而650MPa级以上级别的钢拉杆，尚处在研制开发阶段，主要使用中碳中合金结构钢。为了保证钢拉杆高的强韧性指标，大规格钢拉杆通常采用中碳CrNiMo合金结构钢材料，如40CrNiMoA等，Ni含量在1.25％以上，导致生产成本偏高。
发明内容
为现有技术的缺陷，本发明提供一种屈服强度650MPa级大规格含铌钢拉杆用热轧圆钢，能大幅度降低合金元素的用量，结合本发明热处理工艺，从而生产出高性能低成本的大规格高强度钢拉杆用热轧圆钢。
为解决上述技术问题，本发明提供一种屈服强度650MPa级大规格含铌钢拉杆用热轧圆钢，其化学成分质量百分比(wt％)为：C0.40～0.45％，Si0.17～0.37％，Mn0.70～0.90％，P≤0.015％，S≤0.010％，Cr1.00～1.20％，Mo0.20～0.30％，Ni0.15～0.30％，Nb0.020～0.060％，Als0.015～0.050％，其余为铁和残余的微量杂质。
本发明还提供屈服强度650MPa级大规格含铌钢拉杆用热轧圆钢的热处理工艺，包括正火、淬火、回火工序，所述正火工序如下：将按权利要求1成分生产的钢拉杆用热轧圆钢加热至860～900℃，加热保温时间根据所述钢拉杆用热轧圆钢的直径按1.2～1.7min/mm计算，空冷。
所述淬火工序包括以下步骤：(1)将按权利要求1成分生产的钢拉杆用热轧圆钢加热至830～870℃，加热保温时间根据所述钢拉杆用热轧圆钢的直径按1.5～2.0min/mm计算；(2)保温后进行聚合物水基快速淬火剂或盐水-空气双介质循环控时冷却，水冷时间根据所述钢拉杆用热轧圆钢的直径以1.0～2.0min/100mm确定；空冷时间根据所述钢拉杆用热轧圆钢的直径以0.5～1.0min/100mm确定；(3)循环冷却后期时段，当工件表面冷却到250～270℃时停止水冷，出水空冷，如4min之内表面温度回升不超过300℃，则随后空冷，不再水冷；如4min之内表面温度回升超过300℃，则继续入水冷却。
所述回火工序如下：将按权利要求1成分生产的钢拉杆用热轧圆钢加热至610～670℃，加热保温时间根据所述钢拉杆用热轧圆钢的直径按2～2.5min/mm计算，水或油冷却。
本发明设计思想如下：
(1)铌是强烈形成高硬度碳化物的元素，并能细化晶粒，提高的回火稳定性，同时改善钢的冲击韧性及回火脆性。(2)镍既能提高钢的强度，又能使钢保持良好的塑性和韧性。当镍0.15～0.30％时，就可显著提高钢的低温冲击韧性。(3)大规格(Φ150～Φ250mm)中碳合金结构钢，只有在淬火时加大内层的冷却速度，得到更多的马氏体和下贝氏体，再经过回火，才可获得均匀细密索氏体+下贝氏体的金相组织，从而才可获得良好的韧塑性及合适的强度指标。(4)淬火过程中，采用空冷的目的是均匀圆钢截面温度，减少裂纹倾向。
本发明通过采用Nb、Ni复合合金化原理，结合对热处理工艺的优化，用细晶强化、析出强化和相变强化机制，得到具有均匀细密索氏体+下贝氏体金相组织的热轧圆钢组织状态，开发出了高性能的大规格650MPa高强度钢拉杆用热轧圆钢，同时明显减少了合金元素的添加量，可显著降低生产成本。
采用本发明的化学成分、工艺流程和热处理工艺工艺参数，取同直径400mm长的热轧圆钢进行调质处理，测定钢材的纵向力学性能可达到：Rm≥850MPa，ReL或Rp0.2≥650MPa，A≥15％，Z≥45％，-40℃冲击吸收功KV2≥34J。
具体实施方式
本发明大规格高强度钢拉杆用热轧圆钢生产工艺流程为：电弧炉或转炉冶炼→LF炉精炼→RH或VD真空脱气→圆坯连铸→铸坯加热炉加热→开坯机轧制→六机架连轧机轧制。
下面以Φ250mm、Φ150mm两个规格的高强度钢拉杆用热轧圆钢为例来详细说明本发明。
实施例1：Φ250mm钢拉杆用热轧圆钢
钢拉杆用热轧圆钢的熔炼化学成分见表1、钢拉杆用热轧圆钢整体热处理后性能指标见表2。热处理工艺步骤及参数为：
(1)正火：将长为300～400mm的大规格高强度钢拉杆用热轧圆钢加热至860～900℃，加热保温时间按1.2～1.7min/mm计算，空冷。经正火后不仅细化了晶粒,而且改善了组织的不均匀性,为随后的最终热处理做好组织准备。
(2)淬火：将长为300～400mm的大规格高强度钢拉杆用热轧圆钢加热至830～870℃，加热保温时间按1.5～2.0min/mm计算，随后进行聚合物水基快速淬火剂或盐水-空气双介质循环控时冷却。水冷时间的确定：1.0～2.0min/100mm；空冷时间的确定：0.5～1.0min/100mm。循环冷却后期时段，当工件表面冷却到250～270℃时停止水冷，出水空冷，如4min之内表面温度回升不超过300℃，则随后空冷，不再水冷；如4min之内表面温度回升超过300℃，则继续入水冷却。
(3)回火：将大规格高强度钢拉杆用热轧圆钢加热至610～670℃，加热保温时间按2～2.5min/mm计算，水或油冷却。
表1钢拉杆用热轧圆钢的熔炼化学成分质量百分比(wt％)
表2钢拉杆用热轧圆钢整体热处理后性能指标
实施例2：Φ150mm钢拉杆用热轧圆钢
钢拉杆用热轧圆钢的熔炼化学成分见表3、钢拉杆用热轧圆钢整体热处理后性能指标见表4。热处理工艺步骤及参数为：
(1)正火：将长为300～400mm的大规格高强度钢拉杆用热轧圆钢加热至温度860～900℃，加热保温时间按1.2～1.7min/mm计算，空冷。经正火后不仅细化了晶粒,而且改善了组织的不均匀性,为随后的最终热处理做好组织准备。
(2)淬火：将长为300～400mm的大规格高强度钢拉杆用热轧圆钢加热至温度830～870℃，加热保温时间按1.5～2.0min/mm计算，随后进行聚合物水基快速淬火剂或盐水-空气双介质循环控时冷却。水冷时间的确定：1.0～2.0min/100mm；空冷时间的确定：0.5～1.0min/100mm。循环冷却后期时段，当工件表面冷却到250～270℃时停止水冷，出水空冷，如4min之内表面温度回升不超过300℃，则随后空冷，不再水冷；如4min之内表面温度回升超过300℃，则继续入水冷却。
(3)回火：将大规格高强度钢拉杆用热轧圆钢至加热温度610～670℃，加热保温时间按2～2.5min/mm计算，水或油冷却。
表3钢拉杆用热轧圆钢的熔炼化学成分质量百分比(wt％)
表4钢拉杆用热轧圆钢整体热处理后性能指标

Claims (2)

1.一种屈服强度650MPa级大规格含铌钢拉杆用热轧圆钢，其特征在于，其化学成分质量百分比(wt％)为：C0.40～0.45％，Si0.17～0.37％，Mn0.70～0.90％，P≤0.015％，S≤0.010％，Cr1.00～1.20％，Mo0.20～0.30％，Ni0.15～0.30％，Nb0.020～0.060％，Als0.015～0.050％，其余为铁和残余的微量杂质；所述热轧圆钢具有均匀细密索氏体+下贝氏体金相组织。
2.一种屈服强度650MPa级大规格含铌钢拉杆用热轧圆钢的热处理工艺，包括正火、淬火、回火工序，其特征在于，所述正火工序如下：将按权利要求1成分生产的钢拉杆用热轧圆钢加热至860～900℃，加热保温时间根据所述钢拉杆用热轧圆钢的直径按1.2～1.7min/mm计算，空冷；所述淬火工序包括以下步骤：(1)将按权利要求1成分生产的钢拉杆用热轧圆钢加热至830～870℃，加热保温时间根据所述钢拉杆用热轧圆钢的直径按1.5～2.0min/mm计算；(2)保温后进行聚合物水基快速淬火剂或盐水-空气双介质循环控时冷却，水冷时间根据所述钢拉杆用热轧圆钢的直径以1.0～2.0min/100mm确定；空冷时间根据所述钢拉杆用热轧圆钢的直径以0.5～1.0min/100mm确定；(3)循环冷却后期时段，当工件表面冷却到250～270℃时停止水冷，出水空冷，如4min之内表面温度回升不超过300℃，则随后空冷，不再水冷；如4min之内表面温度回升超过300℃，则继续入水冷却；所述回火工序如下：将按权利要求1成分生产的钢拉杆用热轧圆钢加热至610～670℃，加热保温时间根据所述钢拉杆用热轧圆钢的直径按2～2.5min/mm计算，水或油冷却。
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