PC钢棒热处理工艺研究

作者：信息来源:模具 2008-6-25

字体大小:小 中 大网友评论条 进入论坛

摘要：通过对几种成分钢号的热处理试验，摸索生产PC钢棒的合理热处理工艺制度，包括淬火温度、回火温度以及回火后的冷却方式，研制的钢种在合理的成分范围内和采用合理的热处理工艺制度完全能达到日本同类钢的力学性能指标，为国内生产同类产品提供了依据。关键词：PC钢...

摘　要：　通过对几种成分钢号的热处理试验，摸索生产PC钢棒的合理热处理工艺制度，包括淬火温度、回火温度以及回火后的冷却方式，研制的钢种在合理的成分范围内和采用合理的热处理工艺制度完全能达到日本同类钢的力学性能指标，为

内生产同类产品提供了依据。
　　关键词：　PC钢棒；钢成分；热处理；力学性能
　　中图分类号：TG249.2　　　文献标识码：A　　　文章编号：1001-3814(2000)03-0037-02

The Research of Heat-treatment Technique for PC Steel Bar

ZHOU He-min
（School of Materials Science and Engineering,Beijing Polytechni c University）

　　Abstract：　This paper try to find out the reasonable t echnique of heat-treatment for PC steel bar,including the temperature of quench ing and tempering and the cooling fashion after tempering,by means of heat-trea tment experiments of steel grade.These steel bars,only in the conditions of a re asonable range of chemical composition and heat-treatment technique,can have th esame mechanical properties of those of Japan.All of that provide basis for prod ucing domestic PC steel bar products.
　　Key words：　PC steel bar; ingredient of steel; heat-treat ment; mechanical property

　　PC钢棒日本高周波热冶株式会社开发的一种低碳低合金热处理强化高强度预应力混凝土钢筋。目前，日本、韩国、意大利等国家广泛应用种产品。PC钢棒按日本工业标准JISG3109生产(要求σ_b≥1422 MPa；σ_s≥1275 MPa；δ₈≥5%)，主要应用于制作港口混凝土管桩、高层建筑地基混凝土管桩、桥墩混凝土管桩^{［1 ］}。
　　为了开发这种产品，我们在对日本实物解剖的基础上，进行钢种与热处理工艺研究，以期了解热处理工艺与力学性能的关系，并指导生产。

1　实验方法

1.1　试验用钢
　　试验用钢的化学成分见表1。其中2^#、3^#是在解剖日本实物的基础上，对化学成分进行调整，用非真空感应炉冶炼，钢锭经锻造开坯成50 mm方坯后再在φ 400/250轧机上轧制成的φ12 mm棒条。其热轧态的力学性能如表2所示。

表1　试验钢成分(w,%)

编号CSiMnPSVTi备注1^#0.340.920.750.0110.003——日本Ulbon 钢 φ11 mm2^#0.250.671.490.0140.0140.110.042研制钢 φ 12 mm3^#0.320.711.000.0080.002——研制钢φ12 m m

表2　热轧φ12 mm棒条的力学性能

编号σ_0.2(MPa)σ_b (MPa)δ₁₀（％)ψ (%)　2^#
3^#600
435765
67020
1559
65　　注：热轧φ12 mm试料，取270 mm

，直接拉伸试验。

　　在设计2^#钢成分时，采用比日本Ulbon钢实物更低的碳含量，同时加入微量V、Ti元素，以便细化晶粒和形成微细碳氮化物，提高钢的强韧性。3^#钢是模拟日本Ulbon钢的成分。
1.2　热处理及性能检验
　　φ12 mm试料在箱式电阻炉内加热，以水作为淬火介质。热处理后的φ12 mm试料制成两种试样进行拉伸试验：一种是φ12 ×270 (mm)；另一种是φ5 mm标准试样。用金相显微镜观察断面的显微组织。

2　实验结果及分析

2.1　不同成分钢号的淬透性
　　对2^#、3^#钢在940℃×15 min水淬，350℃×15 min回火空冷后的φ12 mm试样的横断面检测硬度，同时对试样横断面边部及中心部位进行金相检验，结果如表3。

表3　硬度和金相组织检验结果

编号距边缘不同处HRC金相组织1 mm3 mm中心边部中心1^#43.54847.5马氏体马氏体+少量铁素体2^#48.548.544马氏体马氏体+少量贝氏体3^#48.548.548.5马氏体马氏体2.2　淬火、回火温度对力学性能的影响
2.2.1　淬火、回火温度对力学性能的影响
　　为了摸索最佳淬火工艺制度，将2^#、3^#钢φ12×270 (mm)试样分别于不同淬火温度下保温15 min水淬，再于不同温度回火15 min后空冷，然后进行拉伸试验，结果见表4。可见，在同一淬火温度下，随着回火温度的提高，σ_b有所下降。对于2^#钢，当淬火温度在880～920℃之间，回火温度在300～350℃时，σ_b＞142 2 MPa；回火温度超过350℃，σ_b偏低；940℃淬火时，回火温度超过300℃，σ_b 不够。而对于3^#钢，其回火温度范围较宽些，淬火温度在880～940℃之间，回火温度在300～370℃时，σ_b≥1 422 MPa。

表4　不同淬火温度和回火温度下力学性能

力学性能880℃淬火900℃淬火920℃淬火940℃淬火σ_b(Mpa)δs(%)σ_b(Mpa)δs(%)σ_b(Mpa)δs(%)σ_b(Mpa)δs(%)2^#300℃回火15908.015908.515208.014808.5350℃回火15508.015108.514908.014208.5370℃回火14207.014208.014108.014108.53^#300℃回火16707.516907.517107.015708.0350℃回火16507.516407.516107.515008.0370℃回火15507.515207.015008.014908.0

表5　不同回火时间下力学性能

编号回火时间(min)σ_b(Mpa)σ_0.2(Mpa)δ₅(%)ψ(%)备注2^#15147013201147因φ5mm标准试样未加长,只能测δ₅,不能测δ_s2015401360124630155013701356401530136012483^#151400127012502014701320145830146013101456401460129014562.2.2　回火时间对力学性能的影响
　　将2^#、3^#钢φ12 mm钢棒在900 ℃×15 min水淬，再于350℃进行不同时间回火空冷后，制作成φ5mm标准试样在拉伸机上检测其力学性能，结果如表5所示。可见2 ^#钢的力学性能完全合格，达到标准要求。3^#钢除350℃×15 min回火的试样强度略低外，其余的都达到标准的力学性能要求。
　　由实验结果可知，随着回火时间的延长，σ_0.2和σ_b略有下降，δ₅有所提高，比较合理的回火时间是20～30 min。在确定回火工艺

数时，须同时考虑回火温度和时间的作用，即为了提高生产效率，可以将回火温度提高，而缩短回火时间。
2.3　回火后的冷却方式对力学性能的影响
　　取2^#钢φ12 mm试棒一根，截分成110～120 mm长的试棒，于不同温度加热保温15 min后水淬，分别进行350℃×15 min回火后空冷、水冷实验，然后加工成φ5 mm标准试样在拉伸机上进行检测，并进行了硬度检测，结果如表6所示。可看出，回火空冷或水冷对试件力学性能没有明显的影响，均能满足JISG3109标准要求。为了降温，便于生产中后续的卷取操作，可在回火后采用喷水冷却。

表6　冷却方式对力学性能的影响

热处理工艺σ_b
(MPa)σ_0.2
(MPa)δ₅（％）ψ(%)HRC920℃水淬，回火后水冷14861290105744920℃水淬，回火后空冷15001300105743900℃水淬，回火后水冷1486129295543900℃水淬，回火后空冷1489129295643880℃水淬，回火后水冷1500129295544880℃水淬，回火后空冷14891293955442.4　低温淬火、回火对力学性能的影响
　　试样均取自同一根2^#钢棒，分别于不同温度加热保温15 min水淬，于不同温度回火15 min 后水冷，然后加工成φ5 mm标准试样在拉伸机上进行检测，结果如表7。可见，淬火温度在850～880℃之间时，σ_b均在1500～1540 MPa之间；回火温度降低，伸长率和面缩率均有所降低。在低温淬火和低温回火时，伸长率(δ₅)明显低于900℃淬火、35 0℃回火时数值。当回火温度低于280℃至250℃时，σ_0.2在1250～1270 MPa之间，低于标准值(1275 MPa)。故可认为，3^＃钢回火温度应在280℃以上。

表7　低淬火、回火温度时3^#钢的力学性能

热处理工艺σ_b
(MPa)σ_0.2
(MPa)δ₅（％）ψ(%)880℃水淬，300℃回火1500～15101280～13009.5～10.055～57880℃水淬，280℃回火15301270～13009.5～10.054～57880℃水淬，250℃回火1530～15401250～12609.5～10.055～56860℃水淬，300℃回火1500～15201280～13009.0～10.057～58860℃水淬，280℃回火1520～15501280～13009.0～9.557～58850℃水淬，300℃回火1500～15101300～13109.5～10.055～56850℃水淬，280℃回火15401270～12809.0～9.553～563　结论

　　通过对所研制钢种在不同的热处理工艺制度下进行的实验研究，结果表明：
　　(1)当碳含量控制在0.25%左右，通过增加Mn含量提高淬透性，同时加入微量的V、T i元素；或模拟日本Ulbon钢成分，将碳含量控制在0.29%～0.32%，其性能满足日本JISG 3109标准要求。
　　(2)合理的淬火温度在880～920℃范围，回火温度在300～350℃范围，回火时间可采用15 ～30 min。在生产过程中，为了提高生产效率，可以将回火温度提高，而缩短回火时间。
　　(3)回火后采用自然空冷或喷水冷却均可，但为了在生产中便于后续卷取，最好采用喷水冷却，而后用压缩空气吹干。

</DIV>

分页：