CN110747404A - 1570MPa级抗延迟断裂钢棒及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
1570MPa级抗延迟断裂钢棒及其制造方法,钢中化学成分按重量百分比计含有:C:0.34%~0.37%,Si:1.80%~2.00%,Mn:0.60%~0.90%,P:≤0.020%,S:≤0.020%,Ti:0.05%~0.08%,余量为Fe和不可避免的杂质。与现有技术相比,本发明的有益效果是:一种1570MPa级抗延迟断裂PC钢棒用盘条及其制造方法,提高Si元素含量,合理添加金属元素Ti,并调整热轧控冷和钢棒生产工艺,主要用于高强度抗延迟断裂PC钢棒,能够满足在1570MPa强度级下抗延迟断裂的要求。
Description
技术领域
本发明属于热轧盘条技术领域,尤其涉及一种1570MPa级抗延迟断裂钢棒及其制造方法。
背景技术
管桩用PC钢棒采用中碳低合金钢盘条,经过机械除磷,预拉拔和螺旋槽成型,感应加热到900℃以上淬火,400℃以上回火,得到回火屈氏体组织。钢棒的强度级别一般为1470MPa级。为了提高淬透性,钢中都加入提高淬透性的合金元素。由于钢棒生产过程中感应加热速度很快,造成钢中合金元素和杂质元素不能在奥氏体化过程中完全溶解,聚集在原始奥氏体晶界,在淬火回火后,杂质在原始奥氏体晶界成为氢的聚集点,在钢棒成卷存放和张拉及服役过程中,由于氢脆产生延迟断裂,是PC钢棒的一个重要质量缺陷。
PC钢棒常用的强度级别是1470MPa,常用的钢种是30MnSi,钢中C含量0.28-0.33%,Si含量0.60-0.90%,Mn含量0.90-1.30%,没有其它合金元素,钢棒的强度只能达到1420MPa级,而且延迟断裂问题经常发生。随着港口建设对大规格管桩的使用,提出了对1570MPa级钢棒的需求。该级别钢棒目前常用的钢种是35Si2Mn,钢中C含量0.34-0.38%,Si含量1.55-1.85%,Mn含量0.60-0.90%,没有其它合金元素。钢棒的强度提高后,其延迟断裂敏感性提高。由于现用的35Si2Mn钢Si含量较低,而且没有添加抑制延迟断裂的微合金元素,造成钢棒延迟断裂问题时常发生。因此,开发1570MPa级PC钢棒,除了提高钢棒的强度外,还要降低其延迟断裂敏感性,同时降低其屈强比,提高均匀延伸性能,防止钢棒屈服后迅速断裂。
发明内容
本发明提供了一种1570MPa级抗延迟断裂PC钢棒及其制造方法,提高Si元素含量,合理添加金属元素Ti,并调整热轧控冷和钢棒生产工艺,主要用于高强度抗延迟断裂PC钢棒,能够满足在1570MPa强度级下抗延迟断裂的要求。
为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案实现:
1570MPa级抗延迟断裂钢棒,钢中化学成分按重量百分比计含有:C:0.34%~0.37%,Si:1.80%~2.00%,Mn:0.60%~0.90%,P:≤0.020%,S:≤0.020%,Ti:0.05%~0.08%,余量为Fe和不可避免的杂质。
C:提高含C量,能提高钢的淬透性和回火时碳化物析出,提高钢棒强度。当钢中含碳量超过0.37wt%时,滚焊性能下降,因此将含碳量控制在0.34wt%~0.37wt%。
Si:可以提高钢的淬透性,通过固溶强化提高强度,可使母材淬火后回火过程中组织分解转变速度减慢,增加回火抗力,提高组织回火稳定性,从而使强度随回火温度升高而下降的程度减弱,进而提高生产过程中钢棒性能的可控性,Si含量越高,钢的抗延迟断裂能力越强。但Si含量过高,影响滚焊性能,根据抗拉强度计算,将含硅量控制在1.80wt%~2.00wt%。
Mn与S结合成MnS,氢诱发裂纹往往以MnS为起点发生延迟断裂,会增加高强度钢的延迟断裂敏感性,而对淬透性和强度的影响不大,因此将Mn含量控制在0.6wt%~0.9wt%。
P和S是有害元素,它们能使钢的塑性和韧性下降,因此含量越少越好。
Ti:细化晶粒,降低晶界元素偏析,与C、N形成亚微米Ti化合物在回火时析出,回火时析出的碳氮化钒是有效的氢陷阱。穿晶分布的氢陷阱捕获吸收的氢,使其不能扩散,降低晶界氢浓度,防止晶界开裂。因此,添加Ti元素可以抑制钢棒的延迟断裂倾向,提高钢棒的抗延迟断裂能力。
1570MPa级抗延迟断裂钢棒的制造方法,
1)连铸方坯控制拉速不大于1.2m/min;钢坯加热时控制升温速度不大于15℃/min,均热温度1150±15℃;
2)盘条直径12-14mm,吐丝温度890±15℃;
3)钢棒生产过程中淬火温度920-950℃,回火温度430-460℃,钢棒运行速度30-45m/min。
所述盘条显微组织为铁素体+珠光体,铁素体按体积百分比计含量为20%-30%,晶粒度6-8级,脱碳层深度≤0.05mm。
所述盘条抗拉强度800-850MPa,断面收缩率≥45%。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1)本发明的成分考虑了满足1570MPa级PC钢棒抗拉强度等力学性能的要求,并考虑了抗拉强度提高后延迟断裂敏感性升高的问题,通过化学成分优化和添加Ti元素细化晶粒,降低晶界元素偏析,碳氮化钛析出穿晶分布形成氢陷阱捕获可扩散氢,防止延迟断裂。
2)本发明经过各元素成分的合理优化,保证了冶炼时成分比较容易稳定控制,并调整了轧制冷却工艺以得到性能更加优异的产品。对获得的盘条加工成钢棒进行了应力腐蚀性能测试表明:本发明的1570MPa级钢棒用盘条生产的钢棒,应力腐蚀性能高于普通盘条生产的钢棒,且力学性能稳定。
附图说明
图1是本发明盘条显微组织金相图(×500);
图2是本发明钢棒显微组织金相图(×500);
图3是钢棒回火的碳氮化钛析出图(×20000);
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明:
见图1-图3,1570MPa级抗延迟断裂钢棒,钢中化学成分按重量百分比计含有:C:0.34%~0.37%,Si:1.80%~2.00%,Mn:0.60%~0.90%,P:≤0.020%,S:≤0.020%,Ti:0.05%~0.08%,余量为Fe和不可避免的杂质。
1570MPa级抗延迟断裂钢棒的制造方法,
1)盘条用钢由转炉冶炼,LF精炼,连铸为(178-186)×(178-186)mm2方坯,由于该钢种P、S含量较低,含碳量较高,因此在冶炼时选用低S铁水,挡渣出钢,罐内顶吹Ar,合成渣洗,保证钢水成分均匀,夹杂含量低。由于钢水流动性较差,凝固收缩率大,连铸时控制拉速不大于1.2m/min;由于含Si钢导热性差,易开裂和烧不透,因此钢坯加热时控制升温速度不大于15℃/min,均热温度1150±15℃。
2)轧制时控制拉钢系数,保证表面质量,根据不同规格控制水冷和风冷流量,吐丝温度890±15℃,控冷辊道入口速度0.2-0.4m/s,1-3架风机开50%,用于控制铁素体含量,4-7架关闭,确保产品组织性能。
3)由于钢中Si含量提高,通过固溶强化提高强度,可使母材淬火后回火过程中组织分解转变速度减慢,增加回火抗力,提高组织回火稳定性,从而使强度随回火温度升高而下降的程度减弱。同时由于添加了Ti元素,回火时析出强化提高钢棒强度。由于上述原因,钢棒生产过程中淬火温度920-950℃,回火温度430-460℃,钢棒运行速度30-45m/min。降低延迟断裂倾向,提高钢棒的均匀延伸性能,同时还能保证抗拉强度达到要求。
所述盘条显微组织为铁素体+珠光体,铁素体按体积百分比计含量为20%-30%,晶粒度6-8级,脱碳层深度≤0.05mm。
所述盘条抗拉强度800-850MPa,断面收缩率≥45%
以下是本发明中实施例与对比例的各化学成分对应的生产工艺。其中,表1为对比例与本发明盘条实施例的具体成分设计,表2为对比例与本发明盘条实施例热轧生产控制冷却工艺,表3为对比例与本发明盘条实施例的力学性能检验结果,表4为对比例与本发明实施例的钢棒生产工艺,表5是对比例与本发明实施例的钢棒力学性能,表6是对比例与本发明实施例的应力腐蚀性能试验结果。
表1具体化学成分(Wt%)
表2控制冷却工艺情况
表3盘条力学性能试验结果
表4钢棒生产工艺
表5钢棒力学性能试验结果
表6应力腐蚀试验结果
本发明针对1570MPa级PC钢棒的延迟断裂问题,通过改进钢棒用盘条的化学成分设计,以及在钢棒生产过程中提高回火温度,解决高强度钢棒延迟断裂问题,提高均匀延伸性能。通过对高强度PC钢棒延迟断裂原因的分析,各元素对钢棒延迟断裂敏感性的影响,以及合金元素对强化原始奥氏体晶界和降低延迟断裂敏感性的作用,确定采用中碳高硅锰钢,提高Si含量,通过添加Ti元素,提高钢棒生产回火温度,在保证PC钢棒抗拉强度的同时,提高抗延迟断裂性能,研发可以推广使用的“1570MPa级抗延迟断裂PC钢棒用盘条”。本发明基于解决高强度PC钢棒延迟断裂问题,应用于预应力混凝土用钢棒和管桩行业,具备了优异的力学性能、抗延迟断裂性能和经济性,市场前景广阔。
Claims (4)
1.1570MPa级抗延迟断裂钢棒,其特征在于,钢中化学成分按重量百分比计含有:C:0.34%~0.37%,Si:1.80%~2.00%,Mn:0.60%~0.90%,P:≤0.020%,S:≤0.020%,Ti:0.05%~0.08%,余量为Fe和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的1570MPa级抗延迟断裂钢棒的制造方法,其特征在于;
1)连铸方坯控制拉速不大于1.2m/min;钢坯加热时控制升温速度不大于15℃/min,均热温度1150±15℃;
2)盘条直径12-14mm,吐丝温度890±15℃;
3)钢棒生产过程中淬火温度920-950℃,回火温度430-460℃,钢棒运行速度30-45m/min。
3.根据权利要求1所述的1570MPa级抗延迟断裂钢棒,其特征在于,所述盘条显微组织为铁素体+珠光体,铁素体按体积百分比计含量为20%-30%,晶粒度6-8级,脱碳层深度≤0.05mm。
4.根据权利要求1所述的1570MPa级抗延迟断裂钢棒用盘条钢,其特征在于,所述盘条抗拉强度800-850MPa,断面收缩率≥45%。
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