一种aisi4340预应力钢棒的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种AISI4340预应力钢棒的制造方法，以AISI4340MOD钢为坯料，将所述坯料冶炼并精轧到需要尺寸的预应力钢棒锻坯依次进行扩氢热处理、粗加工、水冷淬火与空冷淬火，并钢棒锻坯外表面涂覆聚乙烯防腐涂层与聚乙烯热缩套；本发明所设计的一种AISI4340预应力钢棒的制造方法强度高、延性好、抗滞后断裂性强、节省钢材、低松弛、易焊接、镦锻性能好等优点，并能够大大加强防腐密封性、有效提高机械强度。
【专利说明】—种AIS14340预应力钢棒的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种AISI4340预应力钢棒的制造方法。
【背景技术】
[0002]现有技术中，刚才原料成分中碳和氮元素的原子活性较低，各原子形成的气团不能与位错形成强烈的相互作用，外界无需提供较大的应力就能开动位错，从而使性能很不稳定，同时钢棒锻坯中氢含量在2.0ppm以上，钢棒锻坯容易产生裂纹从而诱发氢致裂纹及氢致延迟滞后裂纹。
[0003]现有技术中一般只采用单一的淬火方式，这样就不能防止了锻件的淬火开裂和内裂，同时碳化物不能进一步充分溶解，无法均匀扩散，从而不能避免碳化物在晶间的析出造成晶间腐蚀和点蚀超标，影响了前面冶炼后热处理工艺产生的技术效果。
[0004]许多国外公司生产的预应力钢筋外部大多没有设置任何绝缘防护层，靠绝缘扣件实现轨道板中预应力钢筋间的绝缘，绝缘效果不理想，虽有采用在预应力钢筋上涂覆改性浙青的做法，虽然涂覆改性浙青可以提高预应力钢筋的绝缘防腐性能，但在施工过程中会造成环境污染。
【发明内容】
[0005]本发明 所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种强度高、延性好、抗滞后断裂性强、节省钢材、低松弛、易焊接、镦锻性能好等优点，并能够大大加强防腐密封性、有效提高机械强度的AISI4340预应力钢棒的制造方法。
[0006]为了解决以上技术问题，本发明提供一种AISI4340预应力钢棒的制造方法，包括如下步骤:
[0007]步骤(1):以AISI4340M0D钢为坯料，AISI4340M0D钢的组分含量包括以下质量百分比的各组分:碳:0.3%-0.32%、硅:0.18%-0.36%、锰:0.50%-0.70%、铬:0.90%-1.10%、钥:0.20%-0.30%、磷:0-0.02%、硫:0-0.025%、氢:0-1.8ppm、镍:0-0.40%、钒:0-0.03%、铜:
0-0.30%,0-0.9%残余元素，其余为Fe ；
[0008]将坯料冶炼并精轧到需要尺寸的预应力钢棒锻坯，冶炼的温度为800°C -850°C ；
[0009]步骤(2):对步骤(1)中的预应力钢棒锻坯进行扩氢热处理；
[0010]步骤(3):对步骤(2)中扩氢热处理后的预应力钢棒锻坯进行粗加工，除去其表面的黑皮，依次对其进行水冷淬火与空冷淬火；
[0011]步骤(4):截取预定长度上述淬火处理后的预应力钢棒锻坯，并在预应力钢棒锻坯两端开设预定长度的螺纹，在上述钢棒锻坯位于两端螺纹之间部分的外表面涂覆聚乙烯防腐涂层，并进行干燥处理，重复上述涂覆/干燥处理过程2-4次；
[0012]步骤(5):在前述聚乙烯防腐涂层外套设聚乙烯热缩套，并使其加热收紧，重复上述套设/加热收紧过程2-4次，即得到预应力钢棒。
[0013]本发明进一步限定的技术方案是:[0014]进一步的，前述的一种AISI4340预应力钢棒的制造方法，AISI4340M0D钢的组分含量包括以下质量百分比的各组分，碳:0.3%、硅:0.18%、锰:0.50%、铬:0.90%、钥:0.20%、磷:0%、硫:0%、氢:1.0ppm、镍:0%、钒:0%、铜:0-0.30%,0-0.9% 残余元素，其余为 Fe。
[0015]前述的一种AISI4340预应力钢棒的制造方法，AISI4340M0D钢的组分含量包括以下质量百分比的各组分，碳:0.32%、硅:0.36%、锰:0.70%、铬:1.10%、钥:0.30%、磷:0.02%、硫:0.025%、氢:1.8ppm,ll:0.40%、钒:0.03%、铜:0.30%,0-0.9% 残余元素，其余为 Fe。
[0016]前述的一种AISI4340预应力钢棒的制造方法，步骤(2)中扩氢热处理具体包括:将步骤(1)得到的预应力钢棒锻坯进炉加热至880±10°C并保温360分钟，空冷至300± 10°C保温180分钟，然后再加热至600± 15°C保温650分钟，炉冷至360±20°C出炉空冷。
[0017]前述的一种AISI4340预应力钢棒的制造方法，步骤(3)中水冷的时间t按照经验公式按t=H*D计算，其中，低合金钢系数H为0.8-1.6s/mm, D为预应力钢棒锻坯的直径，D的单位为mm，t为淬火水冷时间，t的单位为秒，空冷淬火的时间为水冷却时间的1/2。
[0018]前述的一种AISI4340预应力钢棒的制造方法，步骤(4)中涂覆聚乙烯防腐涂层后，干燥处理为静置干燥处理，静置时间为28个小时。
[0019]前述的一种AISI4340预应力钢棒的制造方法，所述水冷淬火处理时的初试水温低于36°C。
[0020]前述的一种AISI4340预应力钢棒的制造方法，步骤(4)中涂覆/干燥处理的重复次数为3次，步骤(5)中套设 /加热收紧的重复次数为3次。
[0021]本发明的有益效果是:
[0022]本发明原料成分中由于加入硅:0.18%-0.36%、锰:0.50%~0.70%、铬:
0.90%-1.10%，从而可以提高碳和氮元素的原子活性，使各原子形成的气团能与位错形成强烈的相互作用，钉扎位错，产生屈服平台，使得需要外界提供较大的应力才能开动位错；
[0023]本发明步骤(2)中的扩氢热处理，保证钢棒锻坯氢含量在2.0ppm以下的前提下，进一步降低氢的含量，防止钢棒锻坯产生白点裂纹和热处理应力诱发氢致裂纹及氢致延迟滞后裂纹；
[0024]本发明步骤(3)中利用所述水冷/空冷间歇淬火工艺进行调质热处理的过程中，开始时淬火的水温低于36°C，通过水冷/空冷间歇淬火，最大限度地防止了锻件的淬火开裂和内裂，同时也获得均匀细小淬火，降低淬火温度可有效地防止钢棒锻坯淬裂倾向；
[0025]同时可以使碳化物进一步充分溶解，均匀扩散，避免了碳化物在晶间的析出造成晶间腐蚀和点蚀超标，保证了材料的铁素体含量在35%左右,可以进一步使材料固溶充分，避免了热处理方式加热不均，固溶不均带来的腐蚀速率超标和硬度超标，巩固了前面冶炼后热处理工艺产生的技术效果；
[0026]本发明中使用的聚乙烯防腐技术是防腐性能最优良的技术，在钢棒表面涂覆三层聚乙烯防腐涂层及套设三层聚乙烯热缩套，可大大加强防腐密封性、有效提高机械强度，且本发明所述方法制造的绝缘防腐预应力钢棒的防水性强、质量稳定、施工方便、适用性强、不污染环境；
[0027]利用本发明所述方法制造的绝缘防腐预应力钢棒用于高速铁路无砟轨道板中，其表面的二至4层聚乙烯防腐涂层和二至四层聚乙烯热缩套对棒体起到了保护作用，使棒体与混凝土轨道板具有绝缘作用，并能防酸、盐的腐蚀，碱、防止了棒体在长时间使用后氧化腐蚀，延长了轨道板的使用寿命。
【具体实施方式】
[0028]实施例1
[0029]本实施例提供的一种AISI4340预应力钢棒的制造方法，包括如下步骤:
[0030]步骤(1):以AISI4340M0D钢为坯料，AISI4340M0D钢的组分含量包括以下质量百分比的各组分，碳:0.3%、硅:0.18%、锰:0.50%、铬:0.90%、钥:0.20%、磷:0%、硫:0%、氢:
1.0ppm、镍:0%、钒:0%、铜:0-0.30%,0-0.9% 残余元素，其余为 Fe ；
[0031]将坯料冶炼并精轧到需要尺寸的预应力钢棒锻坯，冶炼的温度为800°C ；
[0032]步骤(2):将步骤(1)得到的预应力钢棒锻坯进炉加热至890°C并保温360分钟，空冷至310°C保温180分钟，然后再加热至615°C保温650分钟，炉冷至380°C出炉空冷；
[0033]步骤(3):对步骤(2)中扩氢热处理后的预应力钢棒锻坯进行粗加工，除去其表面的黑皮，依次对其进行水冷淬火与空冷淬火，其中，水冷的时间t按照经验公式按t=H*D计算，其中，低合金钢系数H为0.8-1.6s/mm,D为预应力钢棒锻还的直径,D的单位为mm, t为淬火水冷时间，t的单位为秒，空冷淬火的时间为水冷却时间的1/2 ；
[0034]步骤(4):截取预定长度上述淬火处理后的预应力钢棒锻坯，并在预应力钢棒锻坯两端开设预定长度的螺纹，在上述钢棒锻坯位于两端螺纹之间部分的外表面涂覆聚乙烯防腐涂层，并进行干燥处理，重复上述涂覆/干燥处理过程2次，其中，干燥处理为静置干燥处理，静置时间为28个小时；
[0035]步骤(5):在前述聚乙烯防腐涂层外套设聚乙烯热缩套，并使其加热收紧，重复上述套设/加热收紧过程2次，即得到预应力钢棒。
[0036]实施例2
[0037]本实施例提供的一种AISI4340预应力钢棒的制造方法，包括如下步骤:
[0038]步骤(1):以AISI4340M0D钢为坯料，AISI4340M0D钢的组分含量包括以下质量百分比的各组分，碳:0.32%、硅:0.36%、锰:0.70%、铬:1.10%、钥:0.30%、磷:0.02%、硫:
0.025%、氢:1.8ppm,ll:0.40%、钒:0.03%、铜:0.30%,0-0.9% 残余元素，其余为 Fe ；
[0039]将坯料冶炼并精轧到需要尺寸的预应力钢棒锻坯，冶炼的温度为850°C ；
[0040]步骤(2):将步骤(1)得到的预应力钢棒锻坯进炉加热至870°C并保温360分钟，空冷至290°C保温180分钟，然后再加热至585°C保温650分钟，炉冷至340°C出炉空冷；
[0041]步骤(3):对步骤(2)中扩氢热处理后的预应力钢棒锻坯进行粗加工，除去其表面的黑皮，依次对其进行水冷淬火与空冷淬火，其中，水冷的时间t按照经验公式按t=H*D计算，其中，低合金钢系数H为0.8-1.6s/mm,D为预应力钢棒锻还的直径,D的单位为mm, t为淬火水冷时间，t的单位为秒，空冷淬火的时间为水冷却时间的1/2 ；
[0042]步骤(4):截取预定长度上述淬火处理后的预应力钢棒锻坯，并在预应力钢棒锻坯两端开设预定长度的螺纹，在上述钢棒锻坯位于两端螺纹之间部分的外表面涂覆聚乙烯防腐涂层，并进行干燥处理，重复上述涂覆/干燥处理过程4次，其中，干燥处理为静置干燥处理，静置时间为28个小时；
[0043]步骤(5):在前述聚乙烯防腐涂层外套设聚乙烯热缩套，并使其加热收紧，重复上述套设/加热收紧过程4次，即得到预应力钢棒。
[0044]实施例3
[0045]本实施例提供的一种AISI4340预应力钢棒的制造方法，包括如下步骤:
[0046]步骤(1):以AISI4340M0D钢为坯料，AISI4340M0D钢的组分含量包括以下质量百分比的各组分:碳:0.31%、硅:0.28%、锰:0.6%、铬:1%、钥:0.25%、磷:0.01%、硫:0.02%、氢:1.6ppm,ll:0.30%、钒:0.02%、铜:0.20%,0.8% 残余元素，其余为 Fe ；
[0047]将坯料冶炼并精轧到需要尺寸的预应力钢棒锻坯，冶炼的温度为825°C ；
[0048]步骤(2):将步骤(1)得到的预应力钢棒锻坯进炉加热至880°C并保温360分钟，空冷至300°C保温180分钟，然后再加热至600°C保温650分钟，炉冷至360°C出炉空冷；
[0049]步骤(3):对步骤(2)中扩氢热处理后的预应力钢棒锻坯进行粗加工，除去其表面的黑皮，依次对其进行水冷淬火与空冷淬火，其中，水冷的时间t按照经验公式按t=H*D计算，其中，低合金钢系数H为0.8-1.6s/mm,D为预应力钢棒锻还的直径,D的单位为mm, t为淬火水冷时间，t的单位为秒，空冷淬火的时间为水冷却时间的1/2 ；
[0050]步骤(4):截取预定长度上述淬火处理后的预应力钢棒锻坯，并在预应力钢棒锻坯两端开设预定长度的螺纹，在上述钢棒锻坯位于两端螺纹之间部分的外表面涂覆聚乙烯防腐涂层，并进行干燥处理，重复上述 涂覆/干燥处理过程3次，其中，干燥处理为静置干燥处理，静置时间为28个小时；
[0051]步骤(5):在前述聚乙烯防腐涂层外套设聚乙烯热缩套，并使其加热收紧，重复上述套设/加热收紧过程3次，即得到预应力钢棒。
[0052]除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种AISI4340预应力钢棒的制造方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤(1):以AISI4340M0D钢为坯料，所述AISI4340M0D钢的组分含量包括以下质量百分比的各组分:碳:0.3%-0.32%、硅:0.18%-0.36%、锰:0.50%-0.70%、铬:0.90%-1.10%、钥:0.20%-0.30%、磷:0-0.02%、硫:0-0.025%、氢:0-1.8ppm、镍:0-0.40%、钒:0-0.03%、铜:0-0.30%,0-0.9%残余元素，其余为Fe ； 将所述坯料冶炼并精轧到需要尺寸的预应力钢棒锻坯，所述冶炼的温度为800 0C -850 0C ； 步骤(2):对步骤(1)中的预应力钢棒锻坯进行扩氢热处理； 步骤(3):对步骤(2)中扩氢热处理后的预应力钢棒锻坯进行粗加工，除去其表面的黑皮，依次对其进行水冷淬火与空冷淬火； 步骤(4):截取预定长度上述淬火处理后的预应力钢棒锻坯，并在预应力钢棒锻坯两端开设预定长度的螺纹，在上述钢棒锻坯位于两端螺纹之间部分的外表面涂覆聚乙烯防腐涂层，并进行干燥处理，重复上述涂覆/干燥处理过程2-4次； 步骤(5):在前述聚乙烯防腐涂层外套设聚乙烯热缩套，并使其加热收紧，重复上述套设/加热收紧过程2-4次，即得到预应力钢棒。
2.根据权利要求1所述的AISI4340预应力钢棒的制造方法，其特征在于: 所述AISI4340 M0D钢的组分含量包括以下质量百分比的各组分，碳:0.3%、硅:0.18%、锰:0.50%、铬:0.90%、钥:0.20%、磷:0%、硫:0%、氢:1.0ppm,镍:0%、钒:0%、铜:0-0.30%、0-0.9%残余元素，其余为Fe。
3.根据权利要求1所述的AISI4340预应力钢棒的制造方法，其特征在于: 所述AISI4340M0D钢的组分含量包括以下质量百分比的各组分，碳:0.32%、硅:0.36%、锰:0.70%、铬:1.10%、钥:0.30%、磷:0.02%、硫:0.025%、氢:1.8ppm、镍:0.40%、钒:0.03%、铜:0.30%,0-0.9%残余元素，其余为Fe。
4.根据权利要求1至3中任意一项权利要求所述的AISI4340预应力钢棒的制造方法，其特征在于: 步骤(2)中扩氢热处理具体包括:将步骤(1)得到的预应力钢棒锻坯进炉加热至880± 10°C并保温360分钟，空冷至300± 10°C保温180分钟，然后再加热至600± 15°C保温650分钟，炉冷至360±20°C出炉空冷。
5.根据权利要求1所述的AISI4340预应力钢棒的制造方法，其特征在于: 步骤(3)中水冷的时间t按照经验公式按t=H*D计算，其中，低合金钢系数H为0.8-1.6s/mm, D为预应力钢棒锻还的直径，D的单位为mm, t为淬火水冷时间，t的单位为秒，空冷淬火的时间为水冷却时间的1/2。
6.根据权利要求1所述的AISI4340预应力钢棒的制造方法，其特征在于，步骤(4)中涂覆聚乙烯防腐涂层后，干燥处理为静置干燥处理，静置时间为28个小时。
7.根据权利要求1所述的AISI4340预应力钢棒的制造方法，其特征在于，所述水冷淬火处理时的初试水温低于36°C。
8.根据权利要求1所述的AISI4340预应力钢棒的制造方法，其特征在于，步骤(4)中涂覆/干燥处理的重复次数为3次，步骤(5)中套设/加热收紧的重复次数为3次。
【文档编号】C22C38/46GK103643126SQ201310589388
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2013年11月20日
【发明者】吴海洋, 姚圣法 申请人:江苏天舜金属材料集团有限公司