屈服强度650MPa级大规格含钒钢拉杆用热轧圆钢及其热处理工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了屈服强度650MPa级大规格含钒钢拉杆用热轧圆钢及其热处理工艺，热轧圆钢的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%，V0.02～0.09%，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V、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。
【专利说明】屈服强度650MPa级大规格含钒钢拉杆用热轧圆钢及其热处理工艺
【技术领域】
[0001]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O 150mm以上大规格钢拉杆用热轧圆钢及其热处理工艺
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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0 20~O 120mm。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。
[0004]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】
[0005]为现有技术的缺陷，本发明提供一种屈服强度650MPa级大规格含钒钢拉杆用热轧圆钢，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。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供一种屈服强度650MPa级大规格含钒钢拉杆用热轧圆钢，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%, Crl.00 ~1.20%, Mo0.20 ~0.30%, Ni0.15 ~0.30%,V0.02~0.09%, Als0.015~0.050%，其余为铁和残余的微量杂质。
[0007]本发明还提供屈服强度650MPa级大规格含钒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860~900，1: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。
[0008]所述淬火工序包括以下步骤:(I)将按权利要求1成分生产的钢拉杆用热轧圆钢加热至830~870，1: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/lOOmm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/lOOmm确定；(3)循环冷却后期时段，当工件表面冷却到250~270°C时停止水冷，出水空冷，如4min之内表面温度回升不超过300°C，则随后空冷，不再水冷；如4min之内表面温度回升超过300°C，则继续入水冷却。
[0009]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610~670，1: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。
[0010]本发明设计思想如下:
[0011](I)钒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(0150~O250mm)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。
[0012]本发明通过采用V、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。
[0013]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，R&或Rp0.2 ≥ 650MPa, A ≥ 15%, Z ≥ 45%, -40°C冲击吸收功 KV2 ≥ 34J。
【具体实施方式】
[0014]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炉精炼一RH或VD真空脱气一圆坯连铸一铸坯加热炉加热一开坯机轧制一六机架连轧机轧制。
[0015]下面以C>250mm、150mm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。
[0016]实施例1:0250mm钢拉杆用热轧圆钢
[0017]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:
[0018](I)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860~900，1: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。
[0019](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830~870，1: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/lOOmm ;空冷时间的确定:
0.5~1.0min/lOOmm。循环冷却后期时段，当工件表面冷却到250~270°C时停止水冷，出水空冷，如4min之内表面温度回升不超过300°C，则随后空冷，不再水冷；如4min之内表面温度回升超过300°C，则继续入水冷却。
[0020](3)回火:将大规格高强度钢拉杆用热轧圆钢加热至610~670，°C加热保温时间按2~2.5min/mm计算,水或油冷却。
[0021]表1钢拉杆用热轧圆钢的熔炼化学成分质量百分比(wt %)
[0022]
【权利要求】
1.一种屈服强度650MPa级大规格含钒钢拉杆用热轧圆钢，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%, Crl.00 ~1.20%, Mo0.20 ~0.30%, Ni0.15 ~0.30%, V0.02 ~0.09%,Als0.015~0.050%，其余为铁和残余的微量杂质。
2.一种屈服强度650MPa级大规格含钒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860~900，1: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/lOOmm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/lOOmm确定；(3)循环冷却后期时段，当工件表面冷却到.250~270°C时停止水冷，出水空冷，如4min之内表面温度回升不超过300°C，则随后空冷，不再水冷；如4min之内表面温度回升超过300°C，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~.670，1: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。
【文档编号】C22C38/46GK103643149SQ201310704267
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月19日 优先权日:2013年12月19日
【发明者】孙维, 汪开忠, 杜松林, 许兴, 于文坛, 谢世红 申请人:马钢(集团)控股有限公司, 马鞍山钢铁股份有限公司