专利名称：一种热处理超大直径高强度钢材及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种钢材及其制造方法，特别地，涉及一种热处理超大直径高强度钢 材及其制造方法。
背景技术：
本发明是应中国高铁建设而研究开发传统的钢材直径相对较小，最大的直径在 16. 0mm，虽然抗拉强度很高，但是总体计算其能承载的拉力还是很小的。而目前高速铁路上 应用的直径为32mm的钢材，其抗拉强度又较低，总体计算，其能承载的拉力还是很小的。因 此现有技术中的钢材不能完全满足工程的需求。同时由于传统钢材的各项参数、性能也较 劣，因此就给现实使用中带来安全隐患，同时也降低了工作效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，为了应对高速铁路的快速发展，公开了 一种大直径的、具有很高强度的钢材，大大提高了钢材承受的最大的拉力，并且具有非常优 秀的性能。本发明的目的在于公开一种承载的拉力范围大大提高的钢材，并且在满足一定的 要求后，还可以缩小钢材的直径；在保证钢材整体性能的同时，还能节省材料，同时也能大 幅度降低能源和原材料的消耗。本发明公开了 一种含有多合金成份经过高温淬火、中温回火获得高强度 (1750Mpa)的大直径钢材。其强度和延韧性、钢的内在晶粒、金属金相组织结构以全新的超 级状态表现。其成品的抗拉强度在0 20. Omm以上大直径钢材中具特殊物理性能，它所具有 的超高强度可达到1400-1750Mpa之间；良好的延韧性能，其断面延长率可达LtlIOO = 8 15%，断面收缩率30 55% ；又具有极低的松驰性，松驰率(预加70%力时)2. 0 5. 0% /Kh,是一种经特殊机械加工工序，加热在线流动淬火、回火热处理工艺程序下制造的高强 钢材。在使用时可在最大张拉力80%力之下或非张拉延伸的自然状态下应用。本发明以节材40 %的目的进行研究试验并获得理想产品。本产品的应用范围即是 混凝土建筑业构造钢筋，它一般与混凝土结合使用，也可单独在张拉后做锚杆应用。建筑业 使用它可以有效增强抗震抗裂、抗弯抗剪能力，减轻建筑物重量，从而起到坚固耐久、高承 载、高抗震抗裂作用。它有多种表面形态，如圆形、螺纹形、外表面凸肋或凹槽，连续的或不 连续螺旋凸肋或凹槽形。圆形光面系列的产品在使用时，为了锚固张拉应力，则不论定长段 距长短，均在端头区外表面加工螺纹并配备与之相啮合的螺母。圆形光面类产品可以在混 凝土硬化后张拉应用，也可以在混凝土软状态下置入或先拉力或后拉力使用。外表带有凸 肋或凹槽，连续的或不连续的肋与槽或外螺旋纹配内孔螺旋套的产品是在混凝土软状态预 置在设定的环境内应用。它是一种高等级的建筑钢材，它最适宜在C30(抗压30mpa)以上 混凝土中应用。本发明的规格为直径或不规则圆的径向公称尺寸Φ 16. OOmm-Φ32. OOmm之间的任何尺寸规格。本发明的有益效果是1、减少了能源和原材料的消耗，在满足产品性能要求的同 时大约可以节省40%的原材料；2、从国标中可以看到，高强度钢材的直径都很小，直径大 的钢材其强度又很小，而本产品既具有较大的直径，也具有超高的强度，综合起来能够承受 超大的力；3、结合生产中特殊的工艺，利用热轧出的钢材直接进入后面的生产流程，避免对 热轧后的半成品在进行重新加热，节约能源。
图1为本发明的一种制造方法的步骤示意图；图2为本发明的另一种制造方法的步骤示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文 字能够据以实施。本发明利用不同合金成份的物理特性，将几种合金材料熔为一体。其化学成份 的结构采用以铁(Fe)为基体，控制碳(C)至0.35% 0.50% ；硅(Si)L 1.9% ；锰 (Mn)0. 30% 0. 8% ；铬 0. 30% 0. 70%，矾(V)O. 05% 0. 15%。为了增加淬透性，在特 殊条件下熔钢时加入0.003 0.005%的硼(B)。当在一般用途或淬火介质条件满足了强 度和韧性时则不加入“V”和“B”。根据不同强度和延韧性的要求和不同使用范围，可在上述 范围内调整合金成份及含量。本发明制造产品的工艺路线分为(1)加热钢坯直接轧制成型规格淬火、回火; (2)热轧成型后钢材自然环境冷态后再加工再加热淬火、回火。这两种工艺的区别在于，钢 坯热轧后是不是直接进入到生产淬火的阶段，第一种工艺是直接进入到淬火的阶段，并接 着进行回火处理；第二种工艺则是由自然冷却的钢材作为原材料，需要重新进行钢材的加 热，达到一定温度进行保温后再进入到后面淬火和回火的阶段。两种工艺在进入到淬火阶 段之后的工艺则完全一样。下面分别介绍用两种工艺制造本发明的钢材的方法。如图1所示，首先将组分和质量百分比为碳(C)O. 35% 0.50%、硅(Si)L 1.9%、锰(Mn)O. 30% 0.8%、铬(Cr)O. 30% 0. 70%，余量为铁(Fe)的物质制成钢坯并 热轧至条状或盘卷状或者将所述制成的钢坯直接热轧成所需的规格和尺寸。然后将热轧的钢坯表层的氧化物经过化学处理或机械处理干净，这个处理过程可 以在线处理或在进入生产线前处理。之后将所述处理过的钢坯进入机械拉拔或精轧体系将 钢条拉拔精轧成型。然后进行矫直处理，而当机械拉拔精轧生产线设置微张力时也可以不 进行矫直处理。然后将半成品在自然环境中冷却至850°C以下。然后进入感应电加热炉管道梯度加热步骤，从而使钢进入完全奥氏体化组织状 态。由于根据不同的物理、力学性能要求的产品合金成份则不同，因此根据合金成份及含量 设计加热到850°C 1050°C。当加热钢材至880°C 1050°C温度区段后，根据不同材料要 求和线速度需进行保温3米 12米，以达到均热棒体，晶粒均勻的目的。保温区采用阻热 保温或金属管道加电炉丝辐射保温或者耐热炉料保温，且用氮(N)氩气体防止氧化。在达 到均热的目的下保持钢棒表层无氧化，则是制造优等成品的有效方法。
下面就进入至将所述保温过的半成品进行淬火和回火以至最后定型的步骤。淬火介质可用盐淬、碘淬或者温度较低的高压水。淬火的主要介质是水，水在无其 他介质加入时的温度控制在40°C以下，高压均勻冷却金属外表淬火。淬火时间是根据线速 度(15米/分 20米/分)0. 6 0. 8秒内将850°C 1050°C的成形规格钢筋淬冷到250°C 以下，此时高温淬火处理即告结束。工艺达到的钢筋特征是硬度HRCM° 61°，钢筋横断 面的芯部、边缘部和1/2、3/4处及圆表部的多点平均部区之间硬度偏差不大于4°，此时的 钢棒结构为细晶粒马氏体。当成形钢筋在完成淬火工艺后，为了消除脆性和因奥氏体淬火形成的内应力则必 须中温 550°C)回火，也可称为中温回火。回火冷却介质采用低于40°C的水，以达 到钢的缓析晶，提高柔韧性。从而最终定型得到产品。下面再介绍利用第二种工艺制造钢材的方法。如图2所示，首先将组分和质量百分比为碳(C)O. 35% 0.50%、硅(Si)L 1.9%、锰(Mn)O. 30% 0.8%、铬(Cr)O. 30% 0. 70%，余量为铁(Fe)的物质制成钢坯并 热轧至条状或盘卷状或者将所述制成的钢坯直接热轧成所需的规格和尺寸。然后将热轧的钢坯表层的氧化物经过化学处理或机械处理干净，这个处理过程可 以在线处理或在进入生产线前处理。之后将所述处理过的钢坯进入机械拉拔或精轧体系将 钢条拉拔精轧成型。然后进行矫直处理，而当机械拉拔精轧生产线设置微张力时也可以不 进行矫直处理。在此之后，就是跟第一种工艺一样的淬火和回火步骤。即是淬火介质可用 盐淬、碘淬或者温度较低的高压水。淬火的主要介质是水，水在无其他介质加入时的温度控 制在40°C以下，高压均勻冷却金属外表淬火。淬火时间是根据线速度(15米/分 20米 /分)0. 6 0. 8秒内将850°C 1050°C的成形规格钢筋淬冷到250°C以下，此时高温淬火 处理即告结束。工艺达到的钢筋特征是硬度HRCM。 61°，钢筋横断面的芯部、边缘部和 1/2、3/4处及圆表部的多点平均部区之间硬度偏差不大于4°，此时的钢棒结构为细晶粒 马氏体。当成形钢筋在完成淬火工艺后，为了消除脆性和因奥氏体淬火形成的内应力则必 须中温 550°C)回火，也可称为中温回火。回火冷却介质采用低于40°C的水，以达 到钢的缓析晶，提高柔韧性。从而最终定型得到产品。如图3、4、5、6和7所示，本发明产品的规格为直径或不规则圆的径向的公称尺寸 Φ 16. OOmm-Φ32. OOmm之间的任何尺寸规格。产品类型可以为光面、光面带螺纹、精轧螺纹、 螺纹钢、螺旋肋、螺旋槽等。尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列 运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地 实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限 于特定的细节和这里示出与描述的图例。
权利要求
1.一种热处理超大直径高强度钢材，其组分和质量百分比如下碳(C)O. 35% 0. 50%、硅(Si) 1. 1. 9% M (Mn) 0. 30% 0. 8%、铬(Cr) 0. 30% 0. 70%，余量为铁 饰)。
2.根据权利要求1所述的热处理超大直径高强度钢材，其特征在于还包括矾 (V)O. 05% 0. 15% 和矾硼(B)O. 003 0. 005%。
3.—种制造如权利要求1所述的热处理大直径高强度钢材的方法，其特征在于所述 方法包括如下步骤步骤一、将组分和质量百分比为碳(C)O. 35% 0. 50%、硅(Si)L 1.9%、锰 (Mn)O. 30 % 0. 8%、铬(Cr)O. 30% 0. 70%，余量为铁(Fe)的物质制成钢坯并热轧至条 状或盘卷状或者将所述制成的钢坯直接热轧成所需的规格和尺寸；步骤二、将所述热轧后的钢坯表层的氧化物经化学处理或者机械处理干净； 步骤三、将所述处理过的钢坯进行机械拉拔调直从而制成需要规格的半成品； 步骤四、将所述半成品在自然环境中冷却至850°C以下；步骤五、将所述经过半成品放进感应电加热炉管道中进行梯度加热，加热到850°C 1050 0C ；步骤六、将所述加热后的半成品进行保温；步骤七、将经过保温的半成品在850°C 1050°C时急淬，淬火介质为盐淬、碘淬或者温 度较低的水高压淬火，根据线速度(15米/分 20米/分)在0. 6 0. 8秒内将850°C 1050°C的钢坯淬冷到250°C以下；步骤八、将淬火冷却后的半成品，放入感应加热炉中再次加热到410°C 550°C进行回 火，然后采用低于40°C的水作为冷却介质进行冷却，最后定型得到产品。
4.如权利要求3所述的制造热处理大直径高强度钢材的方法，其特征在于所述步骤 六中可以采用阻热保温或者金属管道加电炉丝辐射保温或者耐热炉料保温对所述加热后 的半成品进行保温，且保温长度为3米-12米，同时使用用氮氩气体防止所述半成品的氧 化。
5.如权利要求3所述的制造热处理大直径高强度钢材的方法，其特征在于所述步骤 七中，当使用温度较低的水高压淬火时，水的温度控制在40°C以下。
6.如权利要求3所述的制造热处理大直径高强度钢材的方法，其特征在于，所述步骤 八中的回火冷却介质还可以为矿物油。
7.—种制造如权利要求1所述的热处理大直径高强度钢材的方法，其特征在于所述 方法包括如下步骤步骤一、将组分和质量百分比为碳(C)O. 35% 0. 50%、硅(Si)L 1.9%、锰 (Mn)O. 30 % 0. 8%、铬(Cr)O. 30% 0. 70%，余量为铁(Fe)的物质制成钢坯并热轧至条 状或盘卷状或者将所述制成的钢坯直接热轧成所需的规格和尺寸；步骤二、将所述热轧后的钢坯表层的氧化物经化学处理或者机械处理干净； 步骤三、将所述处理过的钢坯进行机械拉拔调直从而制成需要规格的半成品； 步骤四、将所述半成品在850°C 1050°C时急淬，淬火介质为盐淬、碘淬或者温度较低 的水高压淬火，根据线速度(15米/分 20米/分)在0. 6 0. 8秒内将850°C 1050°C 的钢坯淬冷到250°C以下；步骤五、将淬火冷却后的半成品，放入感应加热炉中再次加热到410°C 550°C进行回 火，然后采用低于40°C的水作为冷却介质进行冷却，最后定型得到产品。
8.如权利要求7所述的制造热处理大直径高强度钢材的方法，其特征在于所述步骤 四中，当使用温度较低的水高压淬火时，水的温度控制在40°C以下。
9.如权利要求7所述的制造热处理大直径高强度钢材的方法，其特征在于，所述步骤 五中的回火冷却介质还可以为矿物油。
全文摘要
本发明公开了一种热处理超大直径高强度钢材及其制造方法。本发明的钢材的组分和质量百分比为碳(C)0.35％～0.50％、硅(Si)1.1％～1.9％、锰(Mn)0.30％～0.8％、铬(Cr)0.30％～0.70％，余量为铁(Fe)。本发明的制造工艺有两种，分别是加热钢坯直接轧制成型规格淬火、回火；以及热轧成型后钢材自然环境冷态后再加工再加热淬火、回火。本发明减少了能源和原材料的消耗，在满足产品性能要求的同时大约可以节省40％的原材料；本发明既具有较大的直径，也具有超高的强度，综合起来能够承受超大的力；结合生产中特殊的工艺，利用热轧出的钢材直接进入后面的生产流程，避免对热轧后的半成品在进行重新加热，节约能源。
文档编号C22C38/18GK102134679SQ201110042198
公开日2011年7月27日 申请日期2011年2月22日 优先权日2011年2月22日
发明者余景岐, 李国树, 牛斌, 艾铁岭, 谢志峰, 谢铁桥, 马琳 申请人:天津市银龙预应力钢材集团有限公司