CN115261731A - 一种连续梁桥用支座中大尺寸铸造奥氏体不锈钢球冠衬板 - Google Patents
一种连续梁桥用支座中大尺寸铸造奥氏体不锈钢球冠衬板 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种连续梁桥用支座中大尺寸铸造奥氏体不锈钢球冠衬板，包括以下步骤：真空感应炉熔炼，砂型铸造，1550‑1600℃浇注，1130‑1180℃固溶处理1.5‑2h，850‑930℃时效处理1‑2h，表面机械加工至表面粗糙度≤0.4μm；钢坯的成分范围为：以质量百分比计，碳含量为0.05‑0.08％，氮含量为0.15‑0.30％，铬含量为18‑20％，镍含量为8.0‑12％，钼含量为1.5‑3.0％，锰含量为1.5‑3.0％，铌含量为0.1‑0.3％，钛含量为0.03‑0.08％，硅含量为1.0‑2.0％，余量为铁及不可避免的杂质。本发明通过优化的成分和工艺设计相配合，调控不锈钢组织类型，实现强度与耐蚀的良好配合，为新型球冠衬板的制备、应用与推广提供一种技术思想与方案。
Description
技术领域
本发明属于新材料技术领域，涉及一种桥梁支座用球冠衬板，具体是 一种连续梁桥用支座中大尺寸铸造奥氏体不锈钢球冠衬板。
背景技术
2020年8月13日发布的《新时代交通强国铁路先行规划纲要》明确 指出，到2035年，全国铁路网运营里程达到20万公里左右，其中高铁7 万公里左右。20万人口以上城市实现铁路覆盖，50万人口以上城市高铁 通达。我国地形多样复杂，“八纵八横”高铁网的建设需要大量的桥梁， 作为连接桥体和桥墩的关键部件的连续梁桥用支座的性能对于桥梁安全 至关重要，而支座中的衬板链接上下支座并承受压力、实现扭转等功能， 是整个支座的关键部件之一。
球冠衬板的服役条件及环境，要求其制备材料既有较高的屈服强度、 塑性，又要有良好的耐蚀性。因此，目前球冠衬板主要采用高强铸钢或锻 钢加316或321不锈钢包覆层的方式制造，具体的是利用冲压方式将316 或321不锈钢板压覆在铸钢或锻钢球冠上，边缘缝隙进行焊接封闭。但是 这种方式存在以下问题：(1)球冠衬板为“非一体部件”，易起鼓，导 致转动不灵活；(2)大尺寸球面不锈钢采用拼接工艺，表面质量难以保 证；(3)焊缝处焊接材料会产生化学和电化学腐蚀，脱焊的风险；(4) 镜面不锈钢易损坏；(5)易脱空，球面轮廓度无法保证。尤其对于大型 支座而言，上述问题更为突出。随着我国高铁、普铁、城铁等铁路建设的 快速发展，目前桥梁支座用球冠衬板的制造及性能问题亟需解决。
发明内容
为了克服和解决现有桥梁支座球冠衬板制备技术与性能的不足与问 题，本发明创新性的提出了一种利用整体铸造奥氏体不锈钢制造大型球冠 衬板的方法，提供了一种连续梁桥用支座中大尺寸铸造奥氏体不锈钢球冠 衬板，通过碳、氮、钛、铌、钼等元素含量的优化设计，并与冶炼、铸造、 固溶及时效处理等工艺设计相配合，调控不锈钢组织类型，获得组织均匀、 晶粒细小且含有共格第二相粒子的铸造组织，通过细晶强化、共格粒子沉淀强化等实现强度与耐蚀的良好配合，为新型球冠衬板的制备、应用与推 广提供一种技术思想与方案。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种连续梁桥用支座中大尺寸铸造奥氏体不锈钢球冠衬板，该大尺寸 铸造奥氏体不锈钢球冠衬板的成分范围为：以质量百分比计，碳含量为 0.05-0.08％、氮含量为0.15-0.30％、铬含量为18-20％、镍含量为8.0-12％、 钼含量为1.5-3.0％、锰含量为1.5-3.0％、铌含量为0.1-0.3％、钛含量为 0.03-0.08％、硅含量为1.0-2.0％、余量为铁及不可避免的杂质。
所述的大尺寸铸造奥氏体不锈钢球冠衬板的尺寸为直径400-3000mm， 厚度20(边缘)-500mm(中心)，上述边缘指的是衬板周圈边缘位置处， 中心指的是衬板中心位置处。
一种连续梁桥用支座中大尺寸铸造奥氏体不锈钢球冠衬板的制备方 法包括如下步骤：
(1)配料与冶炼：选用硅锰铁、铁铬合金、铁镍合金、纯金属铌、 纯金属钛为原料，使用增碳剂、增氮剂调整碳氮含量，利用真空感应熔炼 炉进行冶炼；
(2)铸造：将熔炼的钢水进行砂型模铸造；
(3)固溶处理：对铸造后的钢锭进行固溶处理，使成分、组织均匀；
(4)时效处理：对固溶处理后的铸锭进行时效处理；
(5)表面机械加工：对时效后的铸锭进行表面机械加工。
所述的砂型模铸造工艺的浇注温度为1550-1600℃，浇注方式为真 空保护浇注，冷却方式为铸模的强化冷却。
所述的固溶处理中固溶温度为1130-1180℃，固溶时间为1.5-2h， 冷却方式为风冷。
所述的时效处理中时效温度为850-930℃，时效时间为1-2h，冷却 方式为风冷。
所述的表面机械加工及抛光分为粗抛和精抛，产品表面粗糙度≤0.4 μm。
所述的大尺寸铸造奥氏体不锈钢球冠衬板的屈服强度为270MPa、抗 拉强度为470MPa，伸长率为30％，表面硬度为210HV10，3.5％NaCl溶液 中的点蚀电位为0.37V。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1、本发明选用硅锰铁、铁铬合金、铁镍合金、纯金属铌、纯金属钛 等为原料，使用增碳剂、增氮剂调整碳氮含量，依次通过真空感应炉熔炼、 砂型铸造、固溶处理、时效处理、表面机械加工的步骤，所得到的产品的 屈服强度为270MPa、抗拉强度为470MPa，伸长率为30％，表面硬度为210 HV10，3.5％NaCl溶液中的点蚀电位为0.37V。与现有的球冠衬板制备与 性能相比，制造工艺流程短，性能高、耐蚀性好、寿命长。
2、建立了一种大型球冠衬板制备的新技术方法。
3、通过本发明提出的方法可以解决目前不锈钢钢板包覆生产的球冠 衬板存在的诸如：界面结合处耐蚀性差，易脱焊；镜面不锈钢易损坏；易 脱空，球面轮廓度无法保证等一系列问题。正是因为本发明为整体成型、 整体加工制备，不需要焊接、压合等工序，所以以上问题不会出现。
附图说明
图1为本发明实施例一的铸造奥氏体不锈钢衬板的相图；
图2为本发明实施例二的铸造奥氏体不锈钢衬板的相图；
图3为本发明实施例三的铸造奥氏体不锈钢衬板的相图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本 发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然， 所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发 明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得 的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
(1)配料与冶炼：选用硅锰铁、铁铬合金、铁镍合金、纯金属铌、 纯金属钛等为原料，使用增碳剂、增氮剂调整碳氮含量，考虑熔炼烧损等 影响，最终使不锈钢产品的化学成分为，以质量百分比计，碳含量为0.05％， 氮含量为0.15％，铬含量为19％，镍含量为8.0％，钼含量为2.0％，锰含量 为1.5％，铌含量为0.1％，钛含量为0.05％，硅含量为1.0％，余量为铁及 不可避免的杂质。利用真空感应熔炼炉进行冶炼。
(2)铸造：将熔炼的钢水通过真空保护浇注的方式在1550℃进行砂 型模铸造，砂型模通过循环水进行强化冷却。
(3)固溶处理：对钢锭进行固溶处理，使成分、组织均匀，固溶温 度为1130℃，固溶时间为1.5h，固溶处理后风冷至室温。
(4)时效处理：对固溶处理后的铸锭进行时效处理，使钢锭中析出 细小的铌、钛的碳化物或碳氮化物等第二相粒子，时效温度为850℃，时 效时间1.5h，时效处理后风冷至室温。
(5)表面机械加工：对时效后的铸锭进行表面机械加工，分为粗抛 与精抛，粗抛目的是去除氧化铁皮、满足相应的尺寸要求以及表面整洁； 精抛采用抛光膏，目的使表面呈镜面光亮，表面粗糙度≤0.4μm。
如图1所示实施例一的铸造奥氏体不锈钢衬板的相图，所得到的产品 的屈服强度为270MPa、抗拉强度为470MPa，伸长率为30％，表面硬度为 210HV10，3.5％NaCl溶液中的点蚀电位为0.37V。
实施例二：
(1)配料与冶炼：选用硅锰铁、铁铬合金、铁镍合金、纯金属铌、 纯金属钛等为原料，使用增碳剂、增氮剂调整碳氮含量，考虑熔炼烧损等 影响，最终使不锈钢产品的化学成分为，以质量百分比计，碳含量为0.06％， 氮含量为0.25％，铬含量为19％，镍含量为8.0％，钼含量为2.5％，锰含量 为1.5％，铌含量为0.2％，钛含量为0.06％，硅含量为1.0％，余量为铁及 不可避免的杂质。利用真空感应熔炼炉进行冶炼。
(2)铸造：将熔炼的钢水通过真空保护浇注的方式在1580℃进行砂 型模铸造，砂型模通过循环水进行强化冷却。
(3)固溶处理：对钢锭进行固溶处理，使成分、组织均匀，固溶温 度为1180℃，固溶时间为1.5h，固溶处理后风冷至室温。
(4)时效处理：对固溶处理后的铸锭进行时效处理，使钢锭中析出 细小的铌、钛的碳化物或碳氮化物等第二相粒子，时效温度为900℃，时 效时间1.5h，时效处理后风冷至室温。
(5)表面机械加工：对时效后的铸锭进行表面机械加工，分为粗抛 与精抛，粗抛目的是去除氧化铁皮、满足相应的尺寸要求以及表面整洁； 精抛采用抛光膏，目的使表面呈镜面光亮，表面粗糙度≤0.4μm
如图2所示实施例二的铸造奥氏体不锈钢衬板的相图，所得到的产品 的屈服强度为300MPa、抗拉强度为510MPa，伸长率为28％，表面硬度为 230HV10，3.5％NaCl溶液中的点蚀电位为为0.39V。
实施例三：
(1)配料与冶炼：选用硅锰铁、铁铬合金、铁镍合金、纯金属铌、 纯金属钛等为原料，使用增碳剂、增氮剂调整碳氮含量，考虑熔炼烧损等 影响，最终使不锈钢产品的化学成分为，以质量百分比计，碳含量为0.08％， 氮含量为0.3％，铬含量为20％，镍含量为9.0％，钼含量为3.0％，锰含量 为1.5％，铌含量为0.3％，钛含量为0.08％，硅含量为1.5％，余量为铁及 不可避免的杂质。利用真空感应熔炼炉进行冶炼。
(2)铸造：将熔炼的钢水通过真空保护浇注的方式在1600℃进行砂 型模铸造，砂型模通过循环水进行强化冷却。
(3)固溶处理：对钢锭进行固溶处理，使成分、组织均匀，固溶温 度为1150℃，固溶时间为1.5h，固溶处理后风冷至室温。
(4)时效处理：对固溶处理后的铸锭进行时效处理，使钢锭中析出 细小的铌、钛的碳化物或碳氮化物等第二相粒子，时效温度为930℃，时 效时间1.5h，时效处理后风冷至室温。
(5)表面机械加工：对时效后的铸锭进行表面机械加工，分为粗抛 与精抛，粗抛目的是去除氧化铁皮、满足相应的尺寸要求以及表面整洁； 精抛采用抛光膏，目的使表面呈镜面光亮，表面粗糙度≤0.4μm
如图3所示实施例三的铸造奥氏体不锈钢衬板的相图，所得到的产品 的屈服强度为330MPa、抗拉强度为550MPa，伸长率为25％，表面硬度 为280HV10，3.5％NaCl溶液中的点蚀电位为0.40V。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照 前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解： 其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分 技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本 质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种连续梁桥用支座中大尺寸铸造奥氏体不锈钢球冠衬板，其特征在于，该大尺寸铸造奥氏体不锈钢球冠衬板的成分范围为：以质量百分比计，碳含量为0.05-0.08％、氮含量为0.15-0.30％、铬含量为18-20％、镍含量为8.0-12％、钼含量为1.5-3.0％、锰含量为1.5-3.0％、铌含量为0.1-0.3％、钛含量为0.03-0.08％、硅含量为1.0-2.0％、余量为铁及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种连续梁桥用支座中大尺寸铸造奥氏体不锈钢球冠衬板，其特征在于，所述的大尺寸铸造奥氏体不锈钢球冠衬板的尺寸为直径400-3000mm，厚度20-500mm。
3.根据权利要求1或2任一所述的一种连续梁桥用支座中大尺寸铸造奥氏体不锈钢球冠衬板，其特征在于，其制备方法包括：
(1)配料与冶炼：选用硅锰铁、铁铬合金、铁镍合金、纯金属铌、纯金属钛、纯金属钼为原料，使用增碳剂、增氮剂调整碳氮含量，利用真空感应熔炼炉进行冶炼；
(2)铸造：将熔炼的钢水进行砂型模铸造；
(3)固溶处理：对铸造后的钢锭进行固溶处理，使成分、组织均匀；
(4)时效处理：对固溶处理后的铸锭进行时效处理；
(5)表面机械加工：对时效后的铸锭进行表面机械加工。
4.根据权利要求3所述的一种连续梁桥用支座中大尺寸铸造奥氏体不锈钢球冠衬板，其特征在于，所述的砂型模铸造工艺的浇注温度为1550-1600℃，浇注方式为真空保护浇注，冷却方式为铸模的强化冷却。
5.根据权利要求3所述的一种连续梁桥用支座中大尺寸铸造奥氏体不锈钢球冠衬板，其特征在于，所述的固溶处理中固溶温度为1130-1180℃，固溶时间为1.5-2h，冷却方式为风冷。
6.根据权利要求3所述的一种连续梁桥用支座中大尺寸铸造奥氏体不锈钢球冠衬板，其特征在于，所述的时效处理中时效温度为850-930℃，时效时间为1-2h，冷却方式为风冷。
7.根据权利要求3所述的一种连续梁桥用支座中大尺寸铸造奥氏体不锈钢球冠衬板，其特征在于，所述的表面机械加工及抛光分为粗抛和精抛，产品表面粗糙度≤0.4μm。
8.根据权利要求1所述的一种连续梁桥用支座中大尺寸铸造奥氏体不锈钢球冠衬板，其特征在于，所述的大尺寸铸造奥氏体不锈钢球冠衬板的屈服强度为270MPa、抗拉强度为470MPa，伸长率为30％，表面硬度为210HV10，3.5％NaCl溶液中的点蚀电位为0.37V。
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