一種橋梁用大規(guī)格鋼拉桿用鋼35CrNiMo及其生產(chǎn)方法與流程
本發(fā)明屬于新材料領(lǐng)域;尤其涉及一種橋梁用大規(guī)格鋼拉桿用鋼35crnimo及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù):
我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)已進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展,交通運(yùn)輸業(yè)發(fā)展亦趨于成熟,橋梁建設(shè)從普通向大型、陸地向跨海等縱深發(fā)展,橋梁結(jié)構(gòu)及服役環(huán)境的不斷變化,對(duì)橋梁建設(shè)用原材料提出了很高的要求。鋼拉桿作為橋梁的關(guān)鍵部件,對(duì)橋梁的運(yùn)營安全起到非常重要的作用,我國常用鋼拉桿材料主要有40cr、35-42crmo等鋼,而且鋼材規(guī)格一般不大于φ80mm。隨著橋梁結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化及大型化、服役環(huán)境的惡劣化,普通的拉桿材料規(guī)格、力學(xué)性能明顯不滿足使用要求,尤其低溫沖擊韌性達(dá)不到現(xiàn)代大型懸索橋拉桿用鋼要求。
所以,針對(duì)以上問題,很有必要研制開發(fā)一種大規(guī)格、且力學(xué)性能優(yōu)良的橋梁用鋼拉桿用鋼35crnimo,改善拉桿用鋼材料性能,推動(dòng)我國大型橋梁建設(shè)持續(xù)健康快速發(fā)展。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是提供了一種橋梁用大規(guī)格鋼拉桿用鋼35crnimo及其生產(chǎn)方法。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明涉及一種橋梁用大規(guī)格鋼拉桿用鋼35crnimo,包括如下質(zhì)量百分的各組分:
本發(fā)明所述35crnimo鋼屬于微合金化的新型合金結(jié)構(gòu)鋼,其化學(xué)成分設(shè)計(jì):
c是僅次于鐵的主要元素,直接影響鋼的強(qiáng)度、塑性、韌性等指標(biāo),隨著含碳量的增加,鋼材的強(qiáng)度和硬度提高,而塑性和韌性降低,為保證鋼拉桿強(qiáng)度及沖擊韌性,c含量控制在0.40%以下;
si是煉鋼過程重要的脫氧劑和還原劑,且對(duì)鋼的強(qiáng)度有一定的影響,si含量控制在0.40%一下;
mn能與fe無限固溶,可提高鋼材強(qiáng)度,且對(duì)塑性指標(biāo)影響較小,mn含量按0.40%~0.70%控制;
p、s為鋼中的有害元素,特別是能降低鋼的沖擊韌性、耐腐蝕性,根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際水平,盡量控制到最低;
cr是提高淬透性的元素之一,可明顯提高鋼材的硬度及耐磨性,cr含量按0.80%~1.10%控制;
ni能提高鋼的沖擊韌性及強(qiáng)度,為保證鋼拉桿零下40℃沖擊功要求,ni含量控制在0.40%~0.60%;
mo能提高鋼的淬透性,改善回火脆性,mo含量控制在0.15%~0.25%;
v是細(xì)化鋼材組織及晶粒的主要元素,主要以碳化物形式存在,能很好的改善屈強(qiáng)比及低溫性能,v含量控制在0.08%以下;
al作為主要的脫氧劑,還能起細(xì)化晶粒的作用,al含量控制在0.020%~0.040%。
可見上述表述,35crnimo鋼中各化學(xué)成分之間有相互協(xié)同作用,缺一不可。
本發(fā)明所涉及的35crnimo鋼化學(xué)成分設(shè)計(jì)見表1所示。
表1單位:%
本發(fā)明還涉及前述的橋梁用大規(guī)格鋼拉桿用鋼35crnimo的生產(chǎn)方法,包括:
冶煉→連鑄→保溫(紅送)→軋制→過程穿水→齒條冷卻→坑冷保溫→(精整)→探傷→檢驗(yàn)、檢查→包裝、上交。
上述所述冶煉的方法具體為:consteel電爐冶煉+lf+vd;
所述澆鑄的方法具體為:三機(jī)三流大方坯410mm×530mm連鑄,該鋼液相線溫度1498℃,連鑄過程過熱度按20~35℃控制;
所述保溫紅送的裝爐溫度≥550℃。
所述軋制的方法,具體為以下:
(1)連鑄坯加熱
連鑄坯加熱制度為:預(yù)熱段溫度≤850℃、加熱一段溫度1030~1070℃、加熱二段溫度1210~1260℃、均熱1段溫度1200~1250℃、均熱2段溫度1190~1230℃,總加熱時(shí)間控制在8~12h,高溫?cái)U(kuò)散時(shí)間≥3.5h。
(2)軋制產(chǎn)材
①1250軋機(jī)開坯尺寸240mm×240mm,8架連軋機(jī)產(chǎn)φ130mm材;
?、诳倝嚎s比控制≥10;
?、圮堉七^程穿水,穿水處理后溫降≥100℃,降低終軋溫度,得到合適的金相組織,控制鋼材屈強(qiáng)比。
?、懿捎谬X條冷床收集、保溫,入坑溫度≥500℃,保溫時(shí)間≥48小時(shí);
?、蒌摬凝R尺包裝,用圓鋼筋擰緊捆扎,逐支貼標(biāo)簽。
(3)鋼材外形及內(nèi)部質(zhì)量
生產(chǎn)的鋼材彎曲度≤3.0mm/m、不圓度不大于直徑公差的70%,按gb/t4162標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的b級(jí)質(zhì)量要求探傷。
用本發(fā)明方法制備得到的橋梁用大規(guī)格鋼拉桿用鋼35crnimo,具有以下性能參數(shù):
(1)力學(xué)性能
制備得到的橋梁用大規(guī)格φ130mm鋼拉桿用鋼35crnimo鋼材取300mm長樣坯進(jìn)行整體熱處理,熱處理后兩端去掉50mm,按照gb/t2975規(guī)定在1/2半徑處取樣,測(cè)定鋼材的縱向力學(xué)性能應(yīng)滿足表2規(guī)定。
表2
(2)低倍組織
橋梁用大規(guī)格鋼拉桿用鋼35crnimo低倍組織中心疏松、一般疏松、錠型偏析均≤2.0級(jí)。
(3)高倍組織
橋梁用大規(guī)格鋼拉桿用鋼35crnimo軋后組織為鐵素體+珠光體;調(diào)質(zhì)處理后回火索氏體組織評(píng)級(jí)<1.5級(jí);帶狀組織≤2.5級(jí)。
(4)非金屬夾雜物
橋梁用大規(guī)格鋼拉桿用鋼35crnimo非金屬夾雜物檢驗(yàn)應(yīng)符合表3的規(guī)定。
表3
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)本發(fā)明所涉及的橋梁用大規(guī)格鋼拉桿用鋼35crnimo生產(chǎn)方法的開發(fā),填補(bǔ)了國內(nèi)大規(guī)格鋼拉桿用鋼的空白;
(2)采用本發(fā)明涉及的鋼35crnimo制作的鋼拉桿,對(duì)大型橋梁的安全穩(wěn)定建設(shè)、提高建設(shè)效率、降低建設(shè)成本會(huì)產(chǎn)生顯著效果,對(duì)大型橋梁建設(shè)長遠(yuǎn)發(fā)展具有重要意義。
附圖說明
圖1是本發(fā)明鋼35crnimo的低倍組織照片圖;
圖2是本發(fā)明鋼35crnimo的金相組織照片圖,其中(a)為軋態(tài)組織圖,(b)為調(diào)質(zhì)態(tài)組織圖。
圖3是本發(fā)明鋼35crnimo的帶狀組織效果圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)指出的是,以下的實(shí)施實(shí)例只是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說明,但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于以下實(shí)施例。
實(shí)施例
本實(shí)施例涉及一種橋梁用大規(guī)格鋼拉桿用鋼35crnimo的生產(chǎn)方法,包括:
冶煉→連鑄→保溫(紅送)→軋制→過程穿水→齒條冷卻→坑冷保溫→(精整)→探傷→檢驗(yàn)、檢查→包裝、上交。
(1)連鑄坯冶煉、澆鑄
所述冶煉采用consteel電爐+lf精煉+vd脫氣+410mm×530mm三機(jī)三流大方坯連鑄。
配料:采用鐵水+廢鋼,鐵合金應(yīng)經(jīng)烘烤,鎳板需退火處理,裝爐量控制50-80噸,其中鐵水占比控制60-80%,廢鋼量控制在20-40%。
其中,所述consteel電爐冶煉具體為:電爐渣料加入石灰500~800kg、白云石200~400kg,渣料總耗量60~80kg/t,出鋼p:≤0.015%。出鋼溫度≥1620℃,出鋼量65±3噸。出鋼過程大包渣料:石灰500±100kg、復(fù)合脫氧劑100±10kg、預(yù)熔渣250±10kg,鋁噸鋼加入量:1.5kg/t~2.0kg/t。出鋼過程大包脫氧劑及合金加入順序:al錠或鋼芯鋁→復(fù)合脫氧劑(預(yù)熔渣或電渣帽)→合金→渣料。合金在出鋼過程中加入,出鋼完成后,根據(jù)出鋼c含量及合金增碳量在大包中加入c粉增碳。
所述lf精煉具體為:溫度≥1520℃時(shí)入lf精煉工位,給電加熱≥20分鐘后,溫度合適、渣變白后取樣分析化學(xué)成分,根據(jù)成分分析結(jié)果,按內(nèi)控成分規(guī)定分批次加入錳鐵、硅鐵、鉻鐵、鉬鐵、鎳板、釩鐵調(diào)整成分;精煉過程氬氣控制:100~400nl/min。精煉過程al控制:入精煉時(shí)目標(biāo)al(0.030~0.050%),如不在目標(biāo)之內(nèi),精煉前期按0.050%目標(biāo)一次喂al。過程調(diào)渣:可適當(dāng)加如sic、c粉、al粒、石灰等進(jìn)行調(diào)渣,精煉渣目標(biāo)成分:cao:55~60%,sio2:6~10%,al2o3:22~28%,mgo≤7%。渣變白后可少量、多批次加入si-c粉、c粉進(jìn)行擴(kuò)散脫氧,按1.5-2.5kg/次加入,白渣精煉時(shí)間≥40分鐘。
所述vd真空脫氣具體為:溫度1620℃~1640℃后入vd工位進(jìn)行真空脫氣,真空度0.5乇下保持時(shí)間≥15分鐘,脫氧操作時(shí)的氬氣控制:粗真空(>200乇)氬氣流量50~150nl/min,極真空時(shí)氬氣流量100~200nl/min。破真空后,根據(jù)鋼液溫度進(jìn)行弱氬攪拌操作時(shí)間≥20分鐘,弱氬操作過程鋼液渣面波動(dòng)150-300mm。
所述大方坯連鑄:真空脫氣后鋼包入lf爐工位升溫,待鋼液溫度在1568~1588℃時(shí),吊包入連鑄機(jī)進(jìn)行連續(xù)澆注連鑄坯,電磁攪拌、冷卻參數(shù)、拉矯機(jī)參數(shù)合適,生產(chǎn)出高潔凈度及高均勻性的高品質(zhì)鋼標(biāo)準(zhǔn)要求的半成品鑄坯。
(2)、軋制產(chǎn)材
410mm×530mm連鑄坯采用步進(jìn)梁加熱爐加熱,紅送入爐溫度≥550℃,預(yù)熱段溫度≤850℃、加熱一段溫度1030~1070℃、加熱二段溫度1210~1260℃、均熱1段溫度1200~1250℃、均熱2段溫度1190~1230℃,總加熱時(shí)間控制在8~12h,高溫?cái)U(kuò)散時(shí)間≥3.5h。
軋制產(chǎn)材規(guī)格:φ130mm。
產(chǎn)材總壓縮比控制:≥10。
開軋溫度控制1250軋機(jī)≥1150℃,平立軋機(jī)≥950℃。
軋制生產(chǎn)線設(shè)置穿水裝置,軋制過程進(jìn)行穿水處理,穿水處理后溫降≥100℃,降低終軋溫度。
鋼材采用齒條冷床收集、保溫,入坑溫度≥500℃,保溫時(shí)間≥48小時(shí)。
(3)、橋梁用大規(guī)格鋼拉桿用鋼35crnimo的檢測(cè)
1、化學(xué)成分
取3樣品,進(jìn)行化學(xué)成分的檢測(cè),其結(jié)果見表4所示。
表4單位%
2、低倍組織
φ130mm鋼材經(jīng)低倍組織檢驗(yàn),中心疏松、一般疏松、錠型偏析均為1.0級(jí),符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的≤2.0級(jí)。低倍組織照片如圖1所示。
3、金相組織
取φ130mm鋼材檢驗(yàn)金相組織,在光學(xué)顯微鏡下放大200倍、500倍分別觀察軋態(tài)組織、調(diào)質(zhì)態(tài)組織,軋態(tài)組織為珠光體+鐵素體+少量貝氏體,調(diào)質(zhì)態(tài)組織為回火索氏體,組織均勻,無異常,金相組織照片如圖2所示。
4、帶狀組織
檢驗(yàn)鋼材帶狀組織,級(jí)別為2.0級(jí),符合標(biāo)準(zhǔn)≤2.5級(jí)規(guī)定,帶狀組織照片如圖3所示。
5、力學(xué)性能
整體熱處理制度:870℃淬火/2.5h/水冷,640回火/3h/水冷。鋼棒樣坯兩端取掉50mm,在鋼材距表面1/2半徑處取樣檢驗(yàn)力學(xué)性能,力學(xué)性能檢驗(yàn)數(shù)據(jù)見表5。
表5
6、超聲波探傷
鋼材出坑后100%人工超聲波探傷,質(zhì)量等級(jí)合gb/t4162a級(jí)水平。
綜上所述,采用本發(fā)明的方法生產(chǎn)出來的鋼材完全能夠滿足大型橋梁用大規(guī)格鋼拉桿用鋼選材要求,對(duì)大型橋梁的安全穩(wěn)定建設(shè)、提高建設(shè)效率、降低建設(shè)成本會(huì)產(chǎn)生顯著效果,對(duì)大型橋梁建設(shè)長遠(yuǎn)發(fā)展具有重要意義。