一种桥梁用大规格钢拉杆用钢35CrNiMo及其生产方法与流程

　　

　　本发明属于新材料领域；尤其涉及一种桥梁用大规格钢拉杆用钢35crnimo及其生产方法。

　　背景技术：

　　我国社会经济已进入高质量发展，交通运输业发展亦趋于成熟，桥梁建设从普通向大型、陆地向跨海等纵深发展，桥梁结构及服役环境的不断变化，对桥梁建设用原材料提出了很高的要求。钢拉杆作为桥梁的关键部件，对桥梁的运营安全起到非常重要的作用，我国常用钢拉杆材料主要有40cr、35-42crmo等钢，而且钢材规格一般不大于φ80mm。随着桥梁结构的不断优化及大型化、服役环境的恶劣化，普通的拉杆材料规格、力学性能明显不满足使用要求，尤其低温冲击韧性达不到现代大型悬索桥拉杆用钢要求。

　　所以，针对以上问题，很有必要研制开发一种大规格、且力学性能优良的桥梁用钢拉杆用钢35crnimo，改善拉杆用钢材料性能，推动我国大型桥梁建设持续健康快速发展。

　　技术实现要素：

　　本发明的目的是提供了一种桥梁用大规格钢拉杆用钢35crnimo及其生产方法。

　　本发明是通过以下技术方案实现的：

　　本发明涉及一种桥梁用大规格钢拉杆用钢35crnimo，包括如下质量百分的各组分：

　　本发明所述35crnimo钢属于微合金化的新型合金结构钢，其化学成分设计：

　　c是仅次于铁的主要元素，直接影响钢的强度、塑性、韧性等指标，随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度提高，而塑性和韧性降低，为保证钢拉杆强度及冲击韧性，c含量控制在0.40％以下；

　　si是炼钢过程重要的脱氧剂和还原剂，且对钢的强度有一定的影响，si含量控制在0.40％一下；

　　mn能与fe无限固溶，可提高钢材强度，且对塑性指标影响较小，mn含量按0.40％～0.70％控制；

　　p、s为钢中的有害元素，特别是能降低钢的冲击韧性、耐腐蚀性，根据生产实际水平，尽量控制到最低；

　　cr是提高淬透性的元素之一，可明显提高钢材的硬度及耐磨性，cr含量按0.80％～1.10％控制；

　　ni能提高钢的冲击韧性及强度，为保证钢拉杆零下40℃冲击功要求，ni含量控制在0.40％～0.60％；

　　mo能提高钢的淬透性，改善回火脆性，mo含量控制在0.15％～0.25％；

　　v是细化钢材组织及晶粒的主要元素，主要以碳化物形式存在，能很好的改善屈强比及低温性能，v含量控制在0.08％以下；

　　al作为主要的脱氧剂，还能起细化晶粒的作用，al含量控制在0.020％～0.040％。

　　可见上述表述，35crnimo钢中各化学成分之间有相互协同作用，缺一不可。

　　本发明所涉及的35crnimo钢化学成分设计见表1所示。

　　表1单位：％

　　本发明还涉及前述的桥梁用大规格钢拉杆用钢35crnimo的生产方法，包括：

　　冶炼→连铸→保温(红送)→轧制→过程穿水→齿条冷却→坑冷保温→(精整)→探伤→检验、检查→包装、上交。

　　上述所述冶炼的方法具体为：consteel电炉冶炼+lf+vd；

　　所述浇铸的方法具体为：三机三流大方坯410mm×530mm连铸，该钢液相线温度1498℃，连铸过程过热度按20～35℃控制；

　　所述保温红送的装炉温度≥550℃。

　　所述轧制的方法，具体为以下：

　　(1)连铸坯加热

　　连铸坯加热制度为：预热段温度≤850℃、加热一段温度1030～1070℃、加热二段温度1210～1260℃、均热1段温度1200～1250℃、均热2段温度1190～1230℃，总加热时间控制在8～12h，高温扩散时间≥3.5h。

　　(2)轧制产材

　　①1250轧机开坯尺寸240mm×240mm，8架连轧机产φ130mm材；

　　②总压缩比控制≥10；

　　③轧制过程穿水，穿水处理后温降≥100℃，降低终轧温度，得到合适的金相组织，控制钢材屈强比。

　　④采用齿条冷床收集、保温，入坑温度≥500℃，保温时间≥48小时；

　　⑤钢材齐尺包装，用圆钢筋拧紧捆扎，逐支贴标签。

　　(3)钢材外形及内部质量

　　生产的钢材弯曲度≤3.0mm/m、不圆度不大于直径公差的70％，按gb/t4162标准中规定的b级质量要求探伤。

　　用本发明方法制备得到的桥梁用大规格钢拉杆用钢35crnimo，具有以下性能参数：

　　(1)力学性能

　　制备得到的桥梁用大规格φ130mm钢拉杆用钢35crnimo钢材取300mm长样坯进行整体热处理，热处理后两端去掉50mm，按照gb/t2975规定在1/2半径处取样，测定钢材的纵向力学性能应满足表2规定。

　　表2

　　(2)低倍组织

　　桥梁用大规格钢拉杆用钢35crnimo低倍组织中心疏松、一般疏松、锭型偏析均≤2.0级。

　　(3)高倍组织

　　桥梁用大规格钢拉杆用钢35crnimo轧后组织为铁素体+珠光体；调质处理后回火索氏体组织评级＜1.5级；带状组织≤2.5级。

　　(4)非金属夹杂物

　　桥梁用大规格钢拉杆用钢35crnimo非金属夹杂物检验应符合表3的规定。

　　表3

　　本发明具有以下优点：

　　(1)本发明所涉及的桥梁用大规格钢拉杆用钢35crnimo生产方法的开发，填补了国内大规格钢拉杆用钢的空白；

　　(2)采用本发明涉及的钢35crnimo制作的钢拉杆，对大型桥梁的安全稳定建设、提高建设效率、降低建设成本会产生显著效果，对大型桥梁建设长远发展具有重要意义。

　　附图说明

　　图1是本发明钢35crnimo的低倍组织照片图；

　　图2是本发明钢35crnimo的金相组织照片图，其中(a)为轧态组织图，(b)为调质态组织图。

　　图3是本发明钢35crnimo的带状组织效果图。

　　具体实施方式

　　下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。应当指出的是，以下的实施实例只是对本发明的进一步说明，但本发明的保护范围并不限于以下实施例。

　　实施例

　　本实施例涉及一种桥梁用大规格钢拉杆用钢35crnimo的生产方法，包括：

　　冶炼→连铸→保温(红送)→轧制→过程穿水→齿条冷却→坑冷保温→(精整)→探伤→检验、检查→包装、上交。

　　(1)连铸坯冶炼、浇铸

　　所述冶炼采用consteel电炉+lf精炼+vd脱气+410mm×530mm三机三流大方坯连铸。

　　配料：采用铁水+废钢，铁合金应经烘烤，镍板需退火处理，装炉量控制50-80吨，其中铁水占比控制60-80％，废钢量控制在20-40％。

　　其中，所述consteel电炉冶炼具体为：电炉渣料加入石灰500～800kg、白云石200～400kg，渣料总耗量60～80kg/t，出钢p：≤0.015％。出钢温度≥1620℃，出钢量65±3吨。出钢过程大包渣料：石灰500±100kg、复合脱氧剂100±10kg、预熔渣250±10kg，铝吨钢加入量：1.5kg/t～2.0kg/t。出钢过程大包脱氧剂及合金加入顺序：al锭或钢芯铝→复合脱氧剂(预熔渣或电渣帽)→合金→渣料。合金在出钢过程中加入，出钢完成后，根据出钢c含量及合金增碳量在大包中加入c粉增碳。

　　所述lf精炼具体为：温度≥1520℃时入lf精炼工位，给电加热≥20分钟后，温度合适、渣变白后取样分析化学成分，根据成分分析结果，按内控成分规定分批次加入锰铁、硅铁、铬铁、钼铁、镍板、钒铁调整成分；精炼过程氩气控制：100～400nl/min。精炼过程al控制：入精炼时目标al(0.030～0.050％)，如不在目标之内，精炼前期按0.050％目标一次喂al。过程调渣：可适当加如sic、c粉、al粒、石灰等进行调渣，精炼渣目标成分：cao：55～60％，sio2：6～10％，al2o3：22～28％，mgo≤7％。渣变白后可少量、多批次加入si－c粉、c粉进行扩散脱氧，按1.5-2.5kg/次加入，白渣精炼时间≥40分钟。

　　所述vd真空脱气具体为：温度1620℃～1640℃后入vd工位进行真空脱气，真空度0.5乇下保持时间≥15分钟，脱氧操作时的氩气控制：粗真空(＞200乇)氩气流量50～150nl/min，极真空时氩气流量100～200nl/min。破真空后，根据钢液温度进行弱氩搅拌操作时间≥20分钟，弱氩操作过程钢液渣面波动150-300mm。

　　所述大方坯连铸：真空脱气后钢包入lf炉工位升温，待钢液温度在1568～1588℃时，吊包入连铸机进行连续浇注连铸坯，电磁搅拌、冷却参数、拉矫机参数合适，生产出高洁净度及高均匀性的高品质钢标准要求的半成品铸坯。

　　(2)、轧制产材

　　410mm×530mm连铸坯采用步进梁加热炉加热，红送入炉温度≥550℃，预热段温度≤850℃、加热一段温度1030～1070℃、加热二段温度1210～1260℃、均热1段温度1200～1250℃、均热2段温度1190～1230℃，总加热时间控制在8～12h，高温扩散时间≥3.5h。

　　轧制产材规格：φ130mm。

　　产材总压缩比控制：≥10。

　　开轧温度控制1250轧机≥1150℃，平立轧机≥950℃。

　　轧制生产线设置穿水装置，轧制过程进行穿水处理，穿水处理后温降≥100℃，降低终轧温度。

　　钢材采用齿条冷床收集、保温，入坑温度≥500℃，保温时间≥48小时。

　　(3)、桥梁用大规格钢拉杆用钢35crnimo的检测

　　1、化学成分

　　取3样品，进行化学成分的检测，其结果见表4所示。

　　表4单位％

　　2、低倍组织

　　φ130mm钢材经低倍组织检验，中心疏松、一般疏松、锭型偏析均为1.0级，符合标准规定的≤2.0级。低倍组织照片如图1所示。

　　3、金相组织

　　取φ130mm钢材检验金相组织，在光学显微镜下放大200倍、500倍分别观察轧态组织、调质态组织，轧态组织为珠光体+铁素体+少量贝氏体，调质态组织为回火索氏体，组织均匀，无异常，金相组织照片如图2所示。

　　4、带状组织

　　检验钢材带状组织，级别为2.0级，符合标准≤2.5级规定，带状组织照片如图3所示。

　　5、力学性能

　　整体热处理制度：870℃淬火/2.5h/水冷，640回火/3h/水冷。钢棒样坯两端取掉50mm，在钢材距表面1/2半径处取样检验力学性能，力学性能检验数据见表5。

　　表5

　　6、超声波探伤

　　钢材出坑后100％人工超声波探伤，质量等级合gb/t4162a级水平。

　　综上所述，采用本发明的方法生产出来的钢材完全能够满足大型桥梁用大规格钢拉杆用钢选材要求，对大型桥梁的安全稳定建设、提高建设效率、降低建设成本会产生显著效果，对大型桥梁建设长远发展具有重要意义。