專利名稱:大直徑高強(qiáng)度熱軋鋼棒及其生產(chǎn)方法
本發(fā)明是關(guān)于一種具有良好金相組織的大直徑熱軋鋼棒及其生產(chǎn)方法，這種鋼棒在其斷面上具有很高的強(qiáng)度和良好的韌性，所采用的生產(chǎn)方法是控制珠光體轉(zhuǎn)變溫度。
在這以前，熱軋鋼棒一般都是用一個(gè)鉛池進(jìn)行所謂的鉛浴冷卻、用空氣冷卻或者用熱水冷卻，但是這些方法都有一些問(wèn)題。比如說(shuō)，在鉛浴冷卻方法中可以得到較高的強(qiáng)度，可是使用鉛池會(huì)使工作環(huán)境變壞，也就是說(shuō)有環(huán)境汚染問(wèn)題。空氣冷卻或熱水冷卻方法也有其缺點(diǎn)，因?yàn)檫@些冷卻方法不可能象鉛浴冷卻時(shí)那樣穩(wěn)定和迅速，所以在低溫時(shí)不可能加速相的轉(zhuǎn)變。
另一方面，用淬火-回火方法也可以得到高強(qiáng)度鋼棒，不過(guò)，這種所謂的回火馬氏體鋼在延遲破裂性能方面好象不如珠光體鋼。因此，從可靠性的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，有必要得到一種強(qiáng)度較高的珠光體鋼。但是，對(duì)于大直徑的鋼棒，特別是直徑大于20毫米的鋼棒，它具有大量的熱量，冷卻較慢，使用一般常用的方法用空氣冷卻或熱水冷卻是不可能在低溫度下影響珠光體的轉(zhuǎn)變的。這就是說(shuō)，轉(zhuǎn)變溫度要比小直徑鋼棒時(shí)高，所以，不添加大量的提高淬硬性的元素就很難得到超過(guò)120公斤/毫米2的抗拉強(qiáng)度。
要求高強(qiáng)度的高碳鋼鋼棒，比如預(yù)應(yīng)力混凝土用的鋼筋，從來(lái)就是用這樣的工藝方法生產(chǎn)的即鋼坯加熱、熱軋、在冷床上以一定的速度冷卻，比如用自然風(fēng)冷、強(qiáng)迫風(fēng)冷或噴水霧冷卻，使奧氏體鋼產(chǎn)生珠光體轉(zhuǎn)變。
不過(guò)，當(dāng)奧氏體的熱軋鋼棒在軋制以后馬上進(jìn)行冷卻使之發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變就會(huì)引起一個(gè)問(wèn)題，即生產(chǎn)出來(lái)的鋼棒韌性降低。作為表示韌性的指標(biāo)，有一些關(guān)于延伸率、減面率以及韌性降低與減面率對(duì)應(yīng)的各種數(shù)據(jù)。由于韌性，也就是減面率在經(jīng)過(guò)一段很長(zhǎng)的時(shí)效時(shí)間，如幾百小時(shí)甚至更長(zhǎng)一些以后是可以恢復(fù)的(雖然恢復(fù)得不完全)，所以如果所軋的鋼棒允許放置這么長(zhǎng)時(shí)間的話，這也算不上是一個(gè)大缺點(diǎn)，因?yàn)樵谏a(chǎn)廠一般都有一定的儲(chǔ)存量，鋼棒在使用以前總要放一段時(shí)間的，這是過(guò)去的情況。不過(guò)，目前情況有所不同了，鋼種和形狀規(guī)格等都已經(jīng)多樣化了，生產(chǎn)廠已不再可能做相應(yīng)的儲(chǔ)備，并且按照使用的情況不得不在得到完全的時(shí)效恢復(fù)韌性以前就把鋼材投入市場(chǎng)。在這種情況下，鋼棒的韌性會(huì)是不均勻的，并且有時(shí)候是有危險(xiǎn)的，特別是當(dāng)這些鋼棒是承受很大拉力的時(shí)候。
這樣，為了改善鋼棒的韌性，就得考慮采取一種強(qiáng)化時(shí)效處理，不過(guò)這樣生產(chǎn)出來(lái)的鋼棒也有一個(gè)缺點(diǎn)，這就是屈服應(yīng)力在抗斷應(yīng)力中所占比例小。通常，預(yù)應(yīng)力混凝土用的鋼筋所承受的應(yīng)力是屈服應(yīng)力的70-80%，因此希望鋼棒具有較高的屈服應(yīng)力。此外，上面所講的這種鋼棒還有一個(gè)缺點(diǎn)，那就是它的直度較差，不容易運(yùn)送。
中碳或高碳鋼熱軋鋼棒通常是這樣生產(chǎn)的，即先將鋼坯加熱，接著用幾道或者十幾道軋制成最終的形狀，在軋制以后將鋼棒送到冷床上冷卻，使奧氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w組織，這樣可以得到較高的抗拉強(qiáng)度。
中碳或高碳鋼的性能是隨所采取的熱處理的條件變化的，以往的生產(chǎn)方法是在軋制結(jié)束之后馬上冷卻，鋼坯在加熱爐中加熱時(shí)的溫度分布影響到軋制中的和軋制后的軋件溫度分布，因此使產(chǎn)品在縱向方向的機(jī)械性能受到了影響。旣使在加熱爐中加熱的溫度分布是均勻的，如果軋制過(guò)程出現(xiàn)了麻煩，生產(chǎn)作業(yè)線上有了停頓，所軋制的鋼棒溫度就會(huì)降低，結(jié)果也會(huì)使產(chǎn)品的機(jī)械性能在縱向方向不均勻。
本發(fā)明的槪述本發(fā)明的一個(gè)目的就是要生產(chǎn)出高強(qiáng)度、高韌性的直徑大于20毫米的大直徑鋼棒，克服以往生產(chǎn)技術(shù)中所存在的上述缺點(diǎn)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是通過(guò)控制珠光體的轉(zhuǎn)變溫度來(lái)得到良好金相組織的大直徑熱軋鋼棒。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種生產(chǎn)高強(qiáng)度、高韌性大直徑鋼棒的方法，鋼棒直徑大于20毫米。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種生產(chǎn)全長(zhǎng)機(jī)械性能均勻的中碳或高碳鋼鋼棒的方法。
本發(fā)明還有一個(gè)目的，那就是提供一種能夠得到穩(wěn)定的良好韌性的高碳鋼熱軋鋼棒的生產(chǎn)方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種可以穩(wěn)定地得到良好的直度和高屈服應(yīng)力的高碳鋼熱軋鋼棒的生產(chǎn)方法。
對(duì)于含碳量為0.5-0.9%，層間距離為0.05-0.15%微米的金相組織的低合金鋼熱軋鋼棒來(lái)說(shuō)上述目的是可以達(dá)到的，這種高強(qiáng)度鋼棒的直徑至少為20毫米，抗拉強(qiáng)度至少為120公斤/毫米2，減面率至少為20%，生產(chǎn)這種高強(qiáng)度大直徑熱軋鋼棒的方法是將熱軋鋼棒以一個(gè)恒定的速度進(jìn)行冷卻，其特征是對(duì)冷卻進(jìn)行控制，使珠光體在Tc到Tc+40℃這樣的溫度范圍內(nèi)開始轉(zhuǎn)變，這里Tc是指一個(gè)臨界溫度，在這個(gè)溫度下，恒速冷卻曲線與珠光體開始轉(zhuǎn)變曲線相接觸;這個(gè)珠光體開始轉(zhuǎn)變曲線是鋼棒連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的一個(gè)，轉(zhuǎn)變時(shí)的最高溫度加以控制，不超過(guò)Tc+80℃。
下面參照附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明的原理和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。
圖1是按本發(fā)明的方法生產(chǎn)熱軋鋼棒的一個(gè)圖解，圖上表示鋼棒的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(即CCT曲線)，也就是說(shuō)，圖上示出了珠光體開始轉(zhuǎn)變曲線Ps、珠光體轉(zhuǎn)變結(jié)束曲線Pf以及按本發(fā)明的冷卻曲線3，這里Tc是恒速冷卻曲線與珠光體開始轉(zhuǎn)變曲線Ps相切的一點(diǎn)，即臨界溫度。
圖2所示是珠光體轉(zhuǎn)變溫度的控制范圍(陰影部分)，在本發(fā)明的實(shí)例1中，對(duì)本發(fā)明的鋼棒來(lái)說(shuō)，這個(gè)臨界溫度Tc＝570℃，圖上表明所得到的鋼棒的抗拉強(qiáng)度(公斤/毫米2)。
圖3是鋼棒的橫斷面，表示測(cè)量珠光體層間距離的位置。
圖4(a)和(b)所示分別表示在空氣冷卻和控制冷卻條件下，珠光體的層間距離。
圖5(a)、(b)、(c)和(d)所示是在空氣冷卻(以往生產(chǎn)技術(shù))和控制冷卻(本發(fā)明的方法)條件下，珠光體金相組織的顯微照片。
圖6的曲線表明抗拉強(qiáng)度與碳含量以及減面率與碳含量之間的關(guān)系。
圖7所示是按照本發(fā)明進(jìn)行控制冷卻的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
圖8-圖10所示是鋼棒整個(gè)長(zhǎng)度(60米)上的抗拉強(qiáng)度、減面率和延伸率，這些數(shù)據(jù)是從本發(fā)明的實(shí)例中取得的。
圖11所示是按照以往的生產(chǎn)技術(shù)所生產(chǎn)的熱軋鋼棒，在其不同位置上的終軋溫度，抗拉強(qiáng)度和減面率。
圖12所示是抗拉強(qiáng)度和減面率與終軋溫度之間的關(guān)系。
圖13所示是按照本發(fā)明的生產(chǎn)方法所得到熱軋鋼棒，在其不同位置上的終軋溫度、抗拉強(qiáng)度和減面率。
圖14中的曲線表示鋼棒經(jīng)過(guò)自然時(shí)效和強(qiáng)化時(shí)效時(shí)，鋼棒韌性(即減面率)與時(shí)效時(shí)間的關(guān)系。
圖15中的曲線表示，當(dāng)鋼棒冷卻到室溫、再加熱并在不同溫度下保溫時(shí)，韌性(即減面率)隨時(shí)間的變化情況。
圖16中的曲線表示，當(dāng)鋼棒在冷卻過(guò)程中在不同溫度下保溫時(shí)，韌性(即減面率)隨時(shí)間變化的情況。
圖17中的曲線表示，當(dāng)鋼棒冷卻到室溫時(shí)，在300℃保持40個(gè)小時(shí)，然后在冷卻到室溫的過(guò)程中施加一個(gè)相當(dāng)于拉斷強(qiáng)度之95%的拉力，或者不施加這一拉力時(shí)，鋼棒的機(jī)械性能和直度的情況。
圖18中的曲線表示，當(dāng)鋼棒熱軋后進(jìn)行冷卻的過(guò)程中，在400℃溫度下保溫并且施加一個(gè)相當(dāng)于拉斷強(qiáng)度之95%的拉力時(shí)，或者不施加這一拉力時(shí);鋼棒的機(jī)械性能和直度的情況。
對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明發(fā)明者為解決上面所講的問(wèn)題做出了各種努力，最后成功地用控制珠光體轉(zhuǎn)變溫度的方法得到了金相組織非常好的高強(qiáng)度大直徑的熱軋鋼棒，同時(shí)添加的合金元素保持盡可能少的程度。
于是，這種高強(qiáng)度的大直徑熱軋鋼棒可以用這樣的方法來(lái)生產(chǎn)，這種方法就是使熱軋出來(lái)的鋼棒以恒定的速度進(jìn)行冷卻，其特征是這種冷卻要按這樣的方式來(lái)控制，使其珠光體轉(zhuǎn)變?cè)赥c到(Tc+40℃)這一溫度范圍內(nèi)開始，這里Tc是一個(gè)臨界溫度，恒速冷卻曲線與連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變(CCT)曲線的珠光體開始轉(zhuǎn)變曲線(Ps)在這一點(diǎn)上相切，在轉(zhuǎn)變過(guò)程中的最高溫度控制在Tc+80℃或更低一些。
圖1所示是32毫米直徑鋼棒的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的珠光體開始轉(zhuǎn)變曲線(Ps)和珠光體轉(zhuǎn)變結(jié)束曲線(Pf)的一例，鋼棒的主要化學(xué)成份是0.75%C，0.81%Si，1.21%Mn，0.8%Cr。除非特別說(shuō)明，這里用的%都是指重量的百分?jǐn)?shù)。
作為我們的研究結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)鋼棒加熱到奧氏體溫度范圍接著以恒定速度冷卻時(shí)，按圖1中曲線1所代表的恒速冷卻并不能得到Tc，而由曲線2所代表的恒速冷卻才能得到Tc。還發(fā)現(xiàn)這樣的情況當(dāng)控制冷卻時(shí)如果使鋼棒的珠光體轉(zhuǎn)變?cè)赥c到(Tc+40℃)范圍內(nèi)開始，轉(zhuǎn)變潛熱的最高溫度在Tc+80℃以下，那么就可以得到非常好的金相組織，抗拉強(qiáng)度至少為120公斤/毫米2，上述轉(zhuǎn)變潛熱是由于珠光體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的。在圖1中，按照本發(fā)明的冷卻曲線3表示，而按照以往的空氣冷卻方法的曲線用4表示。
珠光體開始轉(zhuǎn)變的溫度限制在Tc至(Tc+40℃)的范圍內(nèi)是因?yàn)?，如果低于臨界溫度Tc，則不會(huì)發(fā)生珠光體的轉(zhuǎn)變，卻會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，如果溫度高于(Tc+40℃)則不可能得到所要求的強(qiáng)度。由于珠光體轉(zhuǎn)變引起的轉(zhuǎn)變潛熱的最高溫度限制在Tc+80℃以下是因?yàn)椋绻哂赥c+80℃就不可能得到此要求的強(qiáng)度，旣使珠光體轉(zhuǎn)變溫度在Tc到(Tc+40℃)范圍內(nèi)也會(huì)由于所產(chǎn)生的熱量而達(dá)不到要求的強(qiáng)度。
一般來(lái)說(shuō)，結(jié)晶晶粒愈小，也就是說(shuō)終軋溫度愈低，則韌性愈好，可是晶粒愈小則淬硬性愈差。因此，如果珠光體在較高的溫度下轉(zhuǎn)變就難以同時(shí)得到高強(qiáng)度和高韌性。
不過(guò)，按照本發(fā)明的方法，對(duì)于直徑為20毫米以上的熱軋鋼棒來(lái)說(shuō)也能得到小于ASTM NO.8的結(jié)晶晶粒，通過(guò)強(qiáng)化冷卻控制珠光體的轉(zhuǎn)變溫度，可以得到120公斤/毫米2甚至更高的強(qiáng)度以及20%或更高的減面率。
按照本發(fā)明的方法生產(chǎn)的熱軋鋼棒在斷面上具有一種非常好的金相組織，珠光體的層間距離在0.05-0.15微米范圍內(nèi)。比如，用化學(xué)成分0.71%C，0.79%Si，1.25%Mn，0.78%Cr，0.009%P和0.013%S的鋼軋制成直徑為32毫米的鋼棒，終軋溫度為980℃，然后放在空氣中讓其產(chǎn)生珠光體轉(zhuǎn)變，或者用水霧進(jìn)行控制冷卻，也就是用空氣和水進(jìn)行噴冷。在每一種情況下都用電子顯微鏡來(lái)測(cè)量珠光體的層間距離，在鋼棒的表面部分(r/R＝0.9-1.0)、中間部分(r/R＝0.5-0.6)及中心部分(r/R＝0.0-0.10)各測(cè)量三個(gè)位置，如圖3所示，(R＝16毫米)。測(cè)量的結(jié)果示于圖4中。圖4(a)所示是在空氣中冷卻的鋼棒的珠光體層間距離而圖4(b)所示是用本發(fā)明的控制冷卻方法所得的結(jié)果，在空氣中冷卻的鋼棒中，珠光體的層間距離是從表面向中心逐漸增加，中心部分的有些層間距離超過(guò)了0.2微米。在大直徑的鋼棒中，這種現(xiàn)象相當(dāng)明顯。這就是說(shuō)，珠光體的轉(zhuǎn)變是從鋼棒表面附近的地方開始，逐漸向中心部分發(fā)展，因此中心部分的溫度由于轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生的熱量而高一些。結(jié)果，接近中心的轉(zhuǎn)變是在較高的溫度下進(jìn)行，因而使珠光體的層間距離增大。相反，如果按照本發(fā)明的方法，在轉(zhuǎn)變過(guò)程中用水霧進(jìn)行控制冷卻，雖然層間距離也有向中心部分逐漸增大的趨勢(shì)如圖4(b)所示，但是這種增大是很小的，最大的層間距離不超過(guò)0.13微米，這要比空氣冷卻鋼棒的情況小多了。
圖5(a)-(d)所示是空冷和控制冷卻的鋼棒的典型電子顯微照片(X5000)，圖5(a)和(b)分別表示在一般空冷技術(shù)條件下鋼棒表面部分和中心部分的照片，而(C)和(d)分別表示按本發(fā)明的控制冷卻方法時(shí)的情況，從這些照片中可以明顯看出，在后一種情況下層間距離要小一些。一般來(lái)說(shuō)，抗拉強(qiáng)度和減面率隨層間距離的減小而提高，所以在這一方面，按本發(fā)明的方法所生產(chǎn)的鋼棒，不論中心部分還是周邊部分，珠光體的層間距離最大也不超過(guò)0.13微米，因此具有較理想的金相組織。由于這種鋼棒是用作預(yù)應(yīng)力混凝土鋼筋的，因此在其全長(zhǎng)上具有均勻的強(qiáng)度是特別重要的，如果有局部的薄弱部分，就會(huì)在這里拉斷。按本發(fā)明方法生產(chǎn)的鋼棒在長(zhǎng)度方向和斷面上都具有均勻的組織，因此可以在整個(gè)長(zhǎng)度上具有均勻的高強(qiáng)度。
按照本發(fā)明進(jìn)行的溫度控制，如前所述，是通過(guò)一系列的噴咀將水或者空氣和水形成的水霧，從熱軋鋼棒的周圍均勻地噴射到其表面上，通過(guò)連續(xù)地或者間斷地噴射水或水霧，同時(shí)又控制水量和/或空氣量就可以得到一個(gè)適當(dāng)?shù)睦鋮s速度，從而控制珠光體開始轉(zhuǎn)變的溫度。此外，在轉(zhuǎn)變開始以后，還要通過(guò)噴水或噴水霧來(lái)控制轉(zhuǎn)變潛熱的最高溫度。
如果把上述的控制冷卻方法運(yùn)用到結(jié)晶晶粒調(diào)整到ASTM NO.8或者小于控制終軋溫度所達(dá)到的晶粒大小的熱軋鋼棒上，就會(huì)得到強(qiáng)度高，減面率又大的鋼棒。
在本發(fā)明的推薦實(shí)施例中，熱軋鋼棒是用一個(gè)或者兩個(gè)輥?zhàn)邮蛊浠剞D(zhuǎn)、向前運(yùn)動(dòng)和/或向前向后運(yùn)動(dòng)，以便使鋼棒冷卻均勻，在此同時(shí)用風(fēng)吹或者噴水霧的辦法來(lái)控制鋼棒從950°冷卻到500℃。在熱軋鋼棒的圓周方向用均勻的風(fēng)進(jìn)行吹冷在950到500℃范圍內(nèi)控制鋼棒的溫度。當(dāng)鋼棒所含的熱量較大時(shí)，就難以用吹風(fēng)的辦法來(lái)控制在上述溫度范圍內(nèi)，因此最好是從圓周方向噴以均勻的水霧。不過(guò)，由于在整個(gè)過(guò)程中都用水霧噴冷是不經(jīng)濟(jì)的，所以可以在珠光體轉(zhuǎn)變開始以前仍用吹風(fēng)的辦法冷卻，而噴霧冷卻只是用于要排除蓄熱的情況下。在950到500℃溫度范圍內(nèi)來(lái)冷卻熱軋鋼棒，就可以有效地達(dá)到均勻的控制冷卻，如上面所講的那樣，在冷卻過(guò)程中鋼棒要進(jìn)行回轉(zhuǎn)或者向前運(yùn)動(dòng)。
為了使鋼棒在前后運(yùn)動(dòng)的同時(shí)又能夠回轉(zhuǎn)，最好的辦法是配置回轉(zhuǎn)用的輥?zhàn)雍颓昂筮\(yùn)動(dòng)用的輥?zhàn)樱⑶以谝欢〞r(shí)間間隔時(shí)使輥?zhàn)臃崔D(zhuǎn)進(jìn)行前后運(yùn)動(dòng)，也可以配置鼓形輥(中間細(xì)的輥?zhàn)?，輥?zhàn)悠叫胁⑴c鋼棒中心線方向傾斜一個(gè)角度，每隔一定的一段時(shí)間使回轉(zhuǎn)方向改變一次。
此外，在本發(fā)明中最好使用一個(gè)控制冷卻系統(tǒng)用來(lái)確定具體的溫度滯后，如上所述，這一系統(tǒng)包括一個(gè)計(jì)算裝置，測(cè)定鋼棒表面溫度的裝置以及冷卻裝置，這個(gè)冷卻裝置由一些分割的冷卻單元組成。作為控制冷卻標(biāo)準(zhǔn)的“時(shí)間-溫度”是按照鋼棒的直徑、化學(xué)成分以及終軋溫度計(jì)算得出的。在熱軋以后的冷卻開始到珠光體轉(zhuǎn)變結(jié)束這個(gè)時(shí)間內(nèi)，每隔一定的時(shí)間就測(cè)一次鋼棒的表面溫度。與上述的“時(shí)間-溫度”標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，冷卻系統(tǒng)即根據(jù)對(duì)比中的差別來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的操作。
冷卻裝置是由一些分割的冷卻單元組成，每個(gè)冷卻單位的冷卻能力可以單獨(dú)控制。在分割的冷卻區(qū)前面分別安裝了測(cè)溫的傳感器，連續(xù)地測(cè)量鋼棒的表面溫度。將鋼棒的化學(xué)成分、尺寸以及終軋溫度等數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算裝置中，以便事先得到一個(gè)冷卻模型作為標(biāo)準(zhǔn)(如圖7中的編號(hào)8所示)，把每個(gè)冷卻單元中測(cè)得的鋼棒溫度與標(biāo)準(zhǔn)的冷卻模型進(jìn)行比較，然后按照這一溫度差來(lái)控制冷卻的能力。按照這樣的控制冷卻系統(tǒng)，鋼棒經(jīng)受到上面所講的溫度滯后，因此得到了穩(wěn)定的質(zhì)量和高強(qiáng)度。
參照?qǐng)D7，鋼棒1借助于鼓形輥2而得到回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和向前的運(yùn)動(dòng)，輥?zhàn)?與鋼棒運(yùn)行方向傾斜布置，鋼棒通過(guò)一系列的分割的冷卻單元3進(jìn)行冷卻，這些冷卻單元是按照計(jì)算裝置4的要求單獨(dú)控制的。測(cè)溫傳感器5用來(lái)測(cè)量鋼棒1的表面溫度，這些測(cè)溫計(jì)安設(shè)在各個(gè)冷卻單元的前面，通過(guò)測(cè)溫裝置6進(jìn)行連續(xù)的測(cè)溫，每隔一段時(shí)間就把一個(gè)平均溫度輸入計(jì)算裝置4以便進(jìn)行冷卻的控制。作為冷卻用品介質(zhì)，可以任意選用風(fēng)吹、噴水和噴水霧。在圖7中，一根鋼棒是沿軸線方向移動(dòng)的，但是，也可以并聯(lián)移動(dòng)。如上所述，通過(guò)控制冷卻，可以得到質(zhì)量均勻的鋼棒，并實(shí)現(xiàn)珠光體的轉(zhuǎn)變。
在圖11中可以看到軋制終了以后鋼棒溫度的分布情況，以及冷卻以后鋼棒機(jī)械性能的分布情況，這里講的熱軋鋼棒比方說(shuō)是用斷面為160×250毫米的高碳鋼鋼坯，經(jīng)過(guò)12道次軋制成直徑為32毫米、長(zhǎng)度為60米的鋼棒，接著在冷床上進(jìn)行冷卻，鋼棒的化學(xué)成分為0.75%C，0.81%Si，1.21%Mn，0.80%Cr。這就是說(shuō)，軋制后鋼棒溫度的波動(dòng)范圍大約為90℃，至于冷卻后鋼棒的機(jī)械性能，對(duì)于溫度較高的部分來(lái)說(shuō)，抗拉強(qiáng)度較高而韌性(減面率)卻相反地降低了，對(duì)于溫度較低的部分來(lái)說(shuō)，抗拉強(qiáng)度較低而韌性(減面率)較高。對(duì)應(yīng)于這樣的溫度分布，抗拉強(qiáng)度的波動(dòng)大約為7公斤/毫米2，而減面率的波動(dòng)大約為5%。這是因?yàn)椋?dāng)終軋溫度較低時(shí)，鋼棒的奧氏體晶粒較細(xì)，因此韌性也相應(yīng)得到改善，但是淬硬性卻降低了，所以，當(dāng)珠光體在較高的溫度下轉(zhuǎn)變就會(huì)降低強(qiáng)度。
按照我們研究的結(jié)果，對(duì)于上述鋼棒來(lái)說(shuō)，當(dāng)終軋溫度波動(dòng)100℃時(shí)，鋼棒的強(qiáng)度將變化大約8公斤/毫米2，而減面率將變化大約5%，如圖12所示。
這個(gè)實(shí)施例是按照我們的研究結(jié)果得出的，為了生產(chǎn)整個(gè)長(zhǎng)度上具有均勻機(jī)械性能的中碳或高碳鋼熱軋鋼棒而采取的生產(chǎn)方法，其特征是，在軋制過(guò)程中將所軋的軋件放到一個(gè)保溫爐中進(jìn)行保溫，接著進(jìn)行軋制，總的減面率不小于10%。
適用于這一實(shí)施例的鋼的化學(xué)成分是0.3-0.9%C，0.25-2.0%Si，0.5-2.0%Mn，0.3-1.0%Cr，其余是Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。把這些鋼加熱到奧氏體穩(wěn)定的溫度，接著軋制和冷卻，促使珠光體轉(zhuǎn)變，從而得到高強(qiáng)度、高韌性的鋼棒。冷卻是采用上面所講的控制冷卻。
作為保溫爐可以采用任何一種燃油的、燒煤氣的和電加熱的常用加熱爐，不過(guò)，保溫條件必須是在800到1000℃溫度范圍內(nèi)，鋼坯全長(zhǎng)上的溫度波動(dòng)最多不超過(guò)60℃，因?yàn)槿绻麥囟鹊陀?00℃就有可能出現(xiàn)鐵素體相，如果溫度高于1000℃則奧氏體晶粒在珠光體轉(zhuǎn)變以前會(huì)有所長(zhǎng)大，從而使韌性降低。如果溫度波動(dòng)范圍為60℃或更大一些，這種鋼棒在其全長(zhǎng)上的抗拉強(qiáng)度將會(huì)變化至少5公斤/毫米2，也就得不到均勻的機(jī)械性能。
僅僅把鋼棒置于保溫爐內(nèi)進(jìn)行保溫并不能完全消除溫度滯后的作用，因此僅僅靠在保溫爐內(nèi)保溫然后取出來(lái)就進(jìn)行冷卻是不能得到均勻機(jī)械性能的。所以，在本發(fā)明的實(shí)施例中，所要軋制的鋼坯先在保溫爐內(nèi)保溫，接著進(jìn)行軋制，軋制時(shí)的總減面率至少為10%。在保溫爐中使之均勻化的奧氏體結(jié)晶晶粒，在終軋溫度下被軋制過(guò)程破碎以后，接著又恢復(fù)以便進(jìn)行再結(jié)晶。結(jié)果，熱軋鋼棒的結(jié)晶組織得到均勻化，從而使鋼棒得到均勻的機(jī)械性能，鋼棒與鋼棒之間是均勻的，在每根鋼棒上也是均勻的。
當(dāng)軋制時(shí)的減面率小于10%時(shí)是不可能得到充分再結(jié)晶的，奧氏體結(jié)晶粒仍保持軋制時(shí)的延伸狀態(tài)，因此，就不可能通過(guò)。保溫-軋制-再結(jié)晶的辦法來(lái)控制奧氏體的晶粒大小，結(jié)果就會(huì)使抗拉強(qiáng)度和減面率產(chǎn)生波動(dòng)。與此相反，如果鋼坯軋制時(shí)的減面率在10%以上，再結(jié)晶也進(jìn)行得很完全，使鋼棒整個(gè)長(zhǎng)度上具有預(yù)定的奧氏體晶粒大小，那么其金相組織將是均勻的，從而可以達(dá)到本發(fā)明的目的，那就是在鋼棒與鋼棒之間以及每根鋼棒本身都能得到均勻的機(jī)械性能。
按照本發(fā)明的實(shí)施例，如上面所詳細(xì)講過(guò)的那樣，只要在軋制過(guò)程中比以往生產(chǎn)方法更好地將所要軋制的鋼坯置于保溫爐中進(jìn)行保溫，就能夠得到在整個(gè)長(zhǎng)度上具有均勻機(jī)械性能的中碳或高碳鋼熱軋鋼棒。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)在開始軋制時(shí)或軋制過(guò)程中連續(xù)不斷地測(cè)量鋼棒的表面溫度，測(cè)量在上述控制冷卻以前的溫度，然后把這些數(shù)據(jù)輸入進(jìn)去控制強(qiáng)化冷卻，使鋼棒整個(gè)長(zhǎng)度上的溫度分布不超過(guò)60℃(在預(yù)定的溫度范圍800到1000℃內(nèi))，并且以不小于10%的總減面率進(jìn)行軋制，這樣就可以生產(chǎn)出在整個(gè)長(zhǎng)度上具有均勻機(jī)械性能的、強(qiáng)度和韌性都非常好的中碳或高碳鋼熱軋鋼棒。
適用于這一實(shí)施例的鋼的化學(xué)成分是0.5-0.9%C，0.25-2.0Si，0.5-2.0%Mn，0.3-1.0%Cr，其余部分是Fe和不可避免的雜質(zhì)。將這些鋼加熱到奧氏體穩(wěn)定的溫度，接著進(jìn)行軋制和冷卻，促使珠光體轉(zhuǎn)變，從而得到高強(qiáng)度高韌性的鋼棒。強(qiáng)化冷卻是采用吹風(fēng)或噴水霧的辦法。
在本發(fā)明中，要得到高韌性的高碳鋼鋼棒，最好是使高碳鋼鋼棒在熱軋以后進(jìn)行珠光體轉(zhuǎn)變，接著冷卻到室溫、加熱并在100到500℃溫度下保溫3到50小時(shí);或者是在軋制后的冷卻過(guò)程中使鋼棒冷卻到100到500℃并在這個(gè)溫度下保溫，使鋼棒經(jīng)受一種強(qiáng)化時(shí)效處理。
發(fā)明者還發(fā)現(xiàn)，使熱軋鋼棒在控制冷卻條件下進(jìn)行珠光體轉(zhuǎn)變，接著按照上面所講的條件進(jìn)行強(qiáng)化時(shí)效，也能夠進(jìn)一步提高鋼棒的韌性。一般來(lái)說(shuō)，過(guò)去一直認(rèn)為只有把鋼材冷卻到室溫然后再加熱才能得到時(shí)效恢復(fù)作用，但是發(fā)明者經(jīng)過(guò)研究現(xiàn)，既使是在軋制后的冷卻過(guò)程中使鋼材在上面所講的溫度下保溫也能夠得到同樣的時(shí)效恢復(fù)。
由于在這些方法中時(shí)效都是在比較低的溫度下進(jìn)行的，因此就有可能利用軋制和加熱爐的廢熱來(lái)加熱軋后的爐子或保溫爐，從而可以取得節(jié)能的效果，同時(shí)包括軋制過(guò)程在內(nèi)的生產(chǎn)過(guò)程都能以簡(jiǎn)化，或者作為一個(gè)連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程來(lái)完成。在后面一種情況下，只需要保溫，所以更容易節(jié)能。
適用于這一實(shí)施例的高碳鋼的化學(xué)成分是0.6-0.9%C，0.25-2.0%Si，0.5-2.0%Mn，0.3-1.0%Cr，其余部分是Fe和不可避免的雜質(zhì)。
時(shí)效恢復(fù)的保溫溫度最好是在100到500℃，因?yàn)槿绻麥囟鹊陀?00℃，時(shí)效或恢復(fù)的效果不完全，還趕不上自然時(shí)效，如果溫度高于500℃，則將會(huì)因?yàn)橥嘶鸬淖饔枚箯?qiáng)度降低。保溫的時(shí)間最好是3到50小時(shí)，因?yàn)槿绻麜r(shí)間短于3小時(shí)就得不到充分的時(shí)效恢復(fù)，如果時(shí)間超過(guò)50小時(shí)則時(shí)效恢復(fù)已達(dá)到飽和狀態(tài)，對(duì)韌性不會(huì)有更多的改善。
這一實(shí)施例是容易實(shí)施的，只需要在軋鋼車間的冷卻裝置附近配置一座保溫爐就行了，把冷卻到室溫的鋼棒裝進(jìn)去，在適當(dāng)?shù)臏囟认卤?，另外一個(gè)辦法是，在冷卻裝置上配備一個(gè)測(cè)量鋼棒溫度的裝置，當(dāng)鋼棒冷卻到需要保溫的溫度時(shí)便將鋼棒裝入保溫爐中。保溫爐的加熱溫度比較低，最多是500℃，因此軋鋼加熱爐的廢氣就可以用作保溫爐加熱所需要的熱源。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，可以用以下的辦法生產(chǎn)屈服應(yīng)力高、直度好的高碳鋼鋼棒，這種方法就是使熱軋鋼棒以恒定的速度冷卻，其特征是使冷卻過(guò)程按這樣的方式進(jìn)行珠光體在Tc到(Tc+40℃)溫度范圍內(nèi)開始轉(zhuǎn)變，這里Tc是一個(gè)臨界溫度，恒速冷卻曲線與鋼棒連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變(CCT)曲線的珠光體轉(zhuǎn)變曲線在這一點(diǎn)上相切，同時(shí)轉(zhuǎn)變時(shí)的最高溫度控制在(Tc+80℃)以下，在鋼棒冷卻到室溫以后對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)化時(shí)效，或者是在冷卻到室溫的過(guò)程中進(jìn)行時(shí)效，并且在強(qiáng)化時(shí)效過(guò)程中或強(qiáng)化時(shí)效以后和冷卻到室溫的時(shí)候，給鋼棒加以一個(gè)抗拉應(yīng)力，這個(gè)應(yīng)力小于其拉斷應(yīng)力而大于其屈服應(yīng)力。
按照這個(gè)實(shí)施例，我們發(fā)現(xiàn)在上面所講的情況下，給剛剛熱軋終了正在進(jìn)行珠光體轉(zhuǎn)變的鋼棒施加一個(gè)應(yīng)力，可以得到直度更好，屈服應(yīng)力高的鋼棒。
適用于這一實(shí)施例的高碳鋼的化學(xué)成分是0.5-0.9%C，0.25-2.0%Si，0.5-2.0%Mn，0.3-1.0%Cr，其余部分是Fe和不可避免的雜質(zhì)。
強(qiáng)化時(shí)效是容易實(shí)現(xiàn)的，只需在軋鋼車間的冷卻裝置附近設(shè)置一座保溫爐，把冷卻到室溫的鋼棒裝進(jìn)去并在適當(dāng)?shù)臏囟认卤?，或者是在冷卻裝置上安設(shè)一個(gè)測(cè)量鋼棒溫度的裝置，當(dāng)鋼棒冷卻到保溫溫度時(shí)將其裝入保溫爐中。
在實(shí)現(xiàn)這一實(shí)施例時(shí)要在裝爐和在保溫爐中保溫時(shí)用夾具將鋼材的兩端夾住，或者是在從保溫爐中取出并冷卻到室溫的時(shí)候?qū)⑵鋬啥藠A住，然后給鋼棒施加以一個(gè)抗拉應(yīng)力，這個(gè)應(yīng)力小于拉斷應(yīng)力而大于屈服應(yīng)力。所施加的應(yīng)力無(wú)疑必須小于拉斷應(yīng)力，最好是比屈服應(yīng)力高些以便提高鋼棒的屈服應(yīng)力，盡管低于屈服應(yīng)力的應(yīng)力會(huì)帶來(lái)松弛方面的改進(jìn)。
此外，當(dāng)這一實(shí)施例在強(qiáng)化時(shí)效的過(guò)程中予以實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，鋼中的氫氣的擴(kuò)散加速了，從而還可以縮短時(shí)效的時(shí)間。
按照本發(fā)明的方法便可以用一種穩(wěn)定的方式通過(guò)控制珠光體轉(zhuǎn)變溫度得到強(qiáng)度較高、韌性較好的大直徑熱軋鋼棒，而不需要添加用來(lái)提高淬硬性的貴重元素。
下面給出一些實(shí)例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但并不就此限制本發(fā)明。
實(shí)例1直徑為32毫米，化學(xué)成分列在表1中的熱軋鋼棒從950℃以各種不同的冷卻速度進(jìn)行冷卻，冷卻速度用噴水或者噴水霧的辦法不斷調(diào)節(jié)，當(dāng)冷卻速度超過(guò)2.3℃/秒時(shí)，不產(chǎn)生珠光體轉(zhuǎn)變而只有馬氏體的轉(zhuǎn)變，從570℃開始才在2.3℃/秒的冷卻速度下產(chǎn)生珠光體的轉(zhuǎn)變。
表1成份 C Si Mn P S Cr(按重量%) 0.75 0.81 1.21 0.010 0.004 0.80于是，對(duì)Tc＝570℃的上述鋼棒進(jìn)行抗拉強(qiáng)度(公斤/毫米2)試驗(yàn)，不斷改變珠光體開始轉(zhuǎn)變溫度和珠光體轉(zhuǎn)變時(shí)的最高溫度，如表2所示，所得結(jié)果列在表2中及圖2中，圖2中的縱坐標(biāo)是珠光體開始轉(zhuǎn)變溫度(℃)而橫坐標(biāo)是珠光體轉(zhuǎn)變時(shí)的最高溫度(℃)，圖中以數(shù)字代表抗拉強(qiáng)度(公斤/毫米2)，陰影部分表示本發(fā)明的溫度范圍。
表 2
如果熱軋鋼棒以恒定的速度進(jìn)行冷卻，珠光體在Tc-(Tc+40℃)溫度范圍內(nèi)開始轉(zhuǎn)變，這里Tc是一個(gè)臨界溫度，恒速冷卻曲線與鋼棒的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變(CCT)曲線的珠光體開始轉(zhuǎn)變曲線在這一點(diǎn)上相切，珠光體轉(zhuǎn)變時(shí)的最高溫度控制在(Tc+80℃)以下，那么就可以得到抗拉強(qiáng)度至少為120公斤/毫米2的直徑為20毫米的鋼棒。
實(shí)例2化學(xué)成分列在表1中的直徑32毫米的鋼棒終軋溫度在750到1050℃范圍內(nèi)變化，并且用噴水或噴水霧的辦法進(jìn)行強(qiáng)化冷卻，使珠光體在590℃開始轉(zhuǎn)變，而珠光體轉(zhuǎn)變時(shí)的最高溫度為640℃。
終軋溫度與機(jī)械性能之間的關(guān)系列在表3中，平均數(shù)值8倍表3
旣使熱軋鋼棒的奧氏體晶粒小于ASTM NO.8，也可以得到減面率為20%或更高，抗拉強(qiáng)度為120公斤/毫米2或更高的直徑為20毫米或更大的鋼棒。
實(shí)例3當(dāng)鋼的化學(xué)成分是0.39-1.06%C，0.65-0.90%Si，1.10-1.30%Mn，0.65-0.95%Cr，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)時(shí)，以終軋溫度950℃將其軋成直徑32毫米的鋼棒，接著按本發(fā)明的方法進(jìn)行控制冷卻，對(duì)其抗拉強(qiáng)度和減面率進(jìn)行試驗(yàn)，所得結(jié)果示于圖6中，圖中縱坐標(biāo)表示抗拉強(qiáng)度(公斤/毫米2)和減面率(%)而橫坐標(biāo)表示碳含量(%)。
抗拉強(qiáng)度隨碳含量的增加而提高，但是當(dāng)碳含量超過(guò)0.9%時(shí)，減面率減小，抗拉強(qiáng)度也減小，彌散增加。
實(shí)例4將實(shí)例1中的鋼棒(Tc＝570℃)進(jìn)行熱軋并經(jīng)過(guò)控制冷卻，珠光體開始轉(zhuǎn)變溫度和珠光體轉(zhuǎn)變時(shí)的最高溫度分別確定為600℃和630℃，鋼棒以60轉(zhuǎn)/分的速度回轉(zhuǎn)，以80毫米/秒的速度前進(jìn)，同時(shí)在950°到500℃溫度范圍內(nèi)以40米/秒的速度進(jìn)行均勻地吹風(fēng)。這樣得到的鋼棒，其機(jī)械性能示于圖8中。
從測(cè)得的結(jié)果可以明顯看出，鋼棒的整個(gè)長(zhǎng)度(60米)上具有均勻的良好的機(jī)械性能，這是按照本發(fā)明進(jìn)行控制冷卻所得的結(jié)果。
實(shí)例5鋼棒(Tc＝570℃)熱軋后進(jìn)行控制冷卻，珠光體開始轉(zhuǎn)變溫度和珠光體轉(zhuǎn)變時(shí)的最高溫度分別確定為580℃和610℃，回轉(zhuǎn)輥使鋼棒以60轉(zhuǎn)/分的速度回轉(zhuǎn)，移送輥以50轉(zhuǎn)/分的速度使鋼棒在大約400毫米的距離內(nèi)往返移動(dòng)，從而使鋼棒旣回轉(zhuǎn)又移動(dòng)，同時(shí)在950到500℃溫度范圍內(nèi)用蒸汽(1.2大氣壓)和空氣(1.5大氣壓)的噴霧均勻地噴到鋼棒上。這樣得到的鋼棒，其機(jī)械性能示于圖9中。
從測(cè)得的結(jié)果可以明顯看出，鋼棒整個(gè)長(zhǎng)度(60米)上具有均勻的良好的機(jī)械性能，這是按照本發(fā)明進(jìn)行控制冷卻得到的結(jié)果。
實(shí)例6將實(shí)例1中的鋼棒進(jìn)行熱軋，接著進(jìn)行控制冷卻，珠光體開始轉(zhuǎn)變溫度和珠光體轉(zhuǎn)變時(shí)的最高溫度分別確定為595℃和610℃，將鋼棒送到一個(gè)回轉(zhuǎn)-移送裝置上，這里有鼓形輥，輥?zhàn)悠叫信c中心方向傾斜45°，輥?zhàn)右?0轉(zhuǎn)/分的速度回轉(zhuǎn)，每隔5秒鐘使鋼棒在大約400毫米的距離內(nèi)往返移動(dòng)一次，同時(shí)以40米/秒的速度進(jìn)行均勻的吹風(fēng)，使之從950℃冷卻到珠光體開始轉(zhuǎn)變溫度，在這以后，將鋼棒移送到另外一條平行布置的輥道上，在這里用水(1.2大氣壓)和空氣(1.5大氣壓)的水霧進(jìn)行均勻地噴霧，使鋼棒從珠光體開始轉(zhuǎn)變溫度冷卻到珠光體轉(zhuǎn)變時(shí)的最高溫度。這樣得到的鋼棒，其機(jī)械性能示于圖10中。
從測(cè)得的結(jié)果可以明顯看出，按照本發(fā)明進(jìn)行控制冷卻就可以得到在整個(gè)長(zhǎng)度(60米)上具有均勻而良好的機(jī)械性能的鋼棒。
實(shí)例7化學(xué)成分為0.75%C，0.81%Si，1.21%Mn和0.80%Cr的直徑為115毫米的鋼坯，加熱到1200℃，然后軋制成直徑為32毫米的鋼棒，終軋溫度為940℃，接著鋼棒以6米/分的速度前進(jìn)并以60轉(zhuǎn)/分的速度回轉(zhuǎn)，同時(shí)用噴水和空氣的混合水霧進(jìn)行控制冷卻。采用這樣的控制冷卻，珠光體開始轉(zhuǎn)變溫度為590±5℃，而珠光體轉(zhuǎn)變時(shí)的最高溫度為640±6℃。
所得到的鋼棒進(jìn)行拉力試驗(yàn)，平均的抗拉強(qiáng)度為128.4公斤/毫米2，彌散為1.93公斤/毫米2。
實(shí)例8將實(shí)例7中的高碳鋼鋼坯經(jīng)過(guò)12道次軋成直徑為32毫米的鋼棒，在此期間，有一座保溫爐，爐溫為950±10℃，在軋制終了以前兩道時(shí)將所軋的軋件保溫30分鐘，接著在最后兩道次中增加36%的軋制量然后冷卻之。
軋制溫度與鋼棒的機(jī)械性能示于圖13中。當(dāng)所軋的軋件在保溫爐中進(jìn)行保溫時(shí)，終軋溫度就比較均勻，溫差較小，即在25℃范圍內(nèi)，這樣就可以得到在整個(gè)長(zhǎng)度(60米)上具有均勻機(jī)械性能(抗拉強(qiáng)度和減面率)的鋼棒，如圖13所示。
如果在保溫爐中保溫15分鐘再進(jìn)行一次試驗(yàn)，可以得到在機(jī)械性能和其分布方面大體相同的結(jié)果。
實(shí)例9將實(shí)例7中的高碳鋼鋼坯經(jīng)過(guò)12道次軋制成直徑32毫米的鋼棒。與此同時(shí)，配備了幅射高溫計(jì)和強(qiáng)化冷卻裝置(噴咀)，在軋制終了以前兩道時(shí)將所軋的軋件在950°±10℃下保溫，接著在最后兩道次中進(jìn)行36%的軋制量，然后進(jìn)行控制冷卻。
當(dāng)熱軋鋼棒以不同的冷卻速度從950℃連續(xù)冷卻時(shí)，冷卻速度超過(guò)2.3℃/秒時(shí)不產(chǎn)生珠光體轉(zhuǎn)變而只有馬氏體的轉(zhuǎn)變，從570℃開始
在2.3℃/秒的冷卻速度下產(chǎn)生珠光體的轉(zhuǎn)變。
將鋼棒的臨界溫度確定為Tc＝570℃，鋼棒用噴霧的辦法進(jìn)行控制冷卻，使珠光體在590℃開始轉(zhuǎn)變，珠光體轉(zhuǎn)變時(shí)的最高溫度為640℃。
終軋溫度比較均勻，溫度差較小，采用強(qiáng)化冷卻所軋的軋件可以使終軋溫度差別控制在20℃，這樣的熱軋鋼棒再進(jìn)行控制冷卻，從而可以得到在整個(gè)長(zhǎng)度(60米)上具有均勻而良好機(jī)械性能的鋼棒。
實(shí)例10化學(xué)成分為0.75%C，0.81%Si，1.12%Mn和0.80%Cr的直徑為32毫米的高碳鋼鋼棒在軋制以后要進(jìn)行珠光體轉(zhuǎn)變，接著冷卻到室溫。軋制和冷卻以后的鋼棒具有大約為6-7%的減面率。
如果這些鋼棒可以自然地存放一個(gè)時(shí)期或者是在保溫爐內(nèi)在200°和400℃溫度下保溫，那么隨著時(shí)效時(shí)間的增長(zhǎng)，韌性(減面率)會(huì)有所變化，所得到的結(jié)果示于圖14中。
從圖14中可以看到，在鋼棒允許在室溫(20℃)下保持一段時(shí)間的情況下，自然時(shí)效進(jìn)行得十分緩慢，旣使經(jīng)過(guò)大約一個(gè)月(700小時(shí))以后仍然沒有得到充分的時(shí)效恢復(fù)，韌性還是比較差。與此相反，當(dāng)鋼棒在200℃和400℃下進(jìn)行強(qiáng)化時(shí)效時(shí)，鋼棒的減面率在經(jīng)過(guò)大約10小時(shí)的時(shí)效后可以恢復(fù)到28至40%，經(jīng)過(guò)大約50小時(shí)的時(shí)效后可以恢復(fù)到35至45%。
實(shí)例11化學(xué)成分列在表4中的直徑為32毫米的熱軋鋼棒在軋制和冷卻以后再在不同的溫度下進(jìn)行強(qiáng)化時(shí)效，然后測(cè)量韌性(減面率)隨時(shí)效時(shí)間的變化。
表4化學(xué)成份 C Si Mn P S Cr(按重量%) 0.76 0.82 1.18 0.010 0.004 0.82測(cè)得的結(jié)果示于圖15中，圖中的縱坐標(biāo)表示減面率(%)而橫坐標(biāo)表示保溫時(shí)間，即時(shí)效的時(shí)間。從圖15可以明顯看出，旣使是在100℃溫度下進(jìn)行大約3小時(shí)的時(shí)效，鋼棒的減面率可以提高大約1倍，在100到500℃溫度下強(qiáng)化時(shí)效3到50小時(shí)可以使鋼棒得到非常好的韌性。
實(shí)例12將實(shí)例11中的鋼棒在不同的溫度下進(jìn)行強(qiáng)化時(shí)效，也就是在軋制和冷卻過(guò)程中在一定溫度下保溫，然后測(cè)量韌性(減面率)隨時(shí)效時(shí)間的變化，測(cè)得的結(jié)果示于圖16中。
實(shí)例13實(shí)例10中的高碳鋼鋼棒在熱軋以后，用噴霧方法控制冷卻，使鋼棒產(chǎn)生珠光體轉(zhuǎn)變，接著冷卻到室溫。在軋制和冷卻以后，鋼棒具有相當(dāng)于拉斷強(qiáng)度的85%的屈服應(yīng)力。至于鋼棒的直度，每米鋼棒上的彎曲大約為4.8毫米。
這樣的鋼棒在軋制和冷卻以后，裝入300℃下的保溫爐中保溫40小時(shí)，并且立即在鋼棒上施加一個(gè)相當(dāng)于拉斷強(qiáng)度的95%的拉力。然后測(cè)量鋼棒的機(jī)械性，測(cè)得的結(jié)果示于圖17中，在該圖中同時(shí)示出了用以往技術(shù)不施加拉應(yīng)力時(shí)的情況。
從圖17可以看得很明顯，本發(fā)明的鋼棒與以往技術(shù)生產(chǎn)的鋼棒在拉斷強(qiáng)度方面并沒有多大的區(qū)別，但是在本發(fā)明的情況下屈服應(yīng)力明顯地改善了，同時(shí)鋼棒的彎曲得到糾正，從而得到了很好的直度。
實(shí)例14實(shí)例10中的高碳鋼鋼棒在熱軋和冷卻過(guò)程中達(dá)到400℃就在這個(gè)時(shí)候，將其裝入具有同樣溫度的保溫爐中，保溫大約2小時(shí)。用實(shí)例13中的類似方式給鋼棒施加一個(gè)相當(dāng)于拉斷強(qiáng)度的95%的拉力，并且使鋼棒進(jìn)行13個(gè)小時(shí)的強(qiáng)化時(shí)效，接著冷卻到室溫。然后測(cè)量鋼棒的機(jī)械性能和直度，測(cè)得的結(jié)果示于圖18中，在該圖中同時(shí)示出了用以往技術(shù)不施加拉應(yīng)力時(shí)的情況。
實(shí)例15將化學(xué)成分列在下面表5中的鋼坯熱軋成為直徑32毫米的鋼棒，終軋溫度為950℃，按照本發(fā)明的方法進(jìn)行控制冷卻和強(qiáng)化時(shí)效，并且在鋼棒上施加一個(gè)相當(dāng)于拉斷強(qiáng)度的95%的拉力，然后對(duì)鋼棒進(jìn)行拉力試驗(yàn)，測(cè)得的結(jié)果列在表6中。
表5化學(xué)成分(%)鋼號(hào) C Si Mn Cr Ni MoA 0.74 0.80 1.20 0.40 - -B 0.76 0.79 1.22 0.81 - -C 0.75 0.79 0.20 0.80 0.30 -D 0.74 0.80 0.21 0.79 0.25 0.11E 0.76 0.81 0.23 0.81 0.50 0.20表6鋼號(hào) 抗拉強(qiáng)度 屈服點(diǎn) 減面率(公斤/毫米2) (公斤/毫米2) (%)A 121.9 114.5 33.1B 127.6 120.0 35.4C 126.5 118.1 33.8D 129.3 121.8 36.2E 131.7 124.1 31.權(quán)利要求
1.大直徑的高強(qiáng)度熱軋鋼棒，碳含量為0.3～0.9%的低合金鋼具有層間距離為0.05到0.15微米的金相組織，鋼棒直徑至少為20毫米，抗拉強(qiáng)度至少為120公斤/毫米2，減面率至少為20%。
2.按照權(quán)利要求
1的大直徑高強(qiáng)度熱軋鋼棒，該低合金鋼的化學(xué)成份是;0.6～0.9%C，0.25～2.0%Si，0.5～2.0%Mn，0.3～1.0%Cr，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
3.按照權(quán)利要求
1的大直徑高強(qiáng)度熱軋鋼棒，該低合金鋼是通過(guò)在恒定速度下進(jìn)行熱軋鋼棒的冷卻方法得到的，其特征是冷卻是受到控制的，使珠光體在Tc到(Tc+40℃)溫度范圍內(nèi)開始轉(zhuǎn)變，這里Tc是一個(gè)臨界溫度，恒速冷卻曲線與連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的珠光體轉(zhuǎn)變開始曲線在這一點(diǎn)上相切，轉(zhuǎn)變時(shí)的最高溫度控制在(Tc+80℃)以下。
4.大直徑高強(qiáng)度熱軋鋼棒的生產(chǎn)方法是熱軋鋼棒以恒定的速度進(jìn)行冷卻，其特征在于冷卻是按照這樣的方式控制的，即珠光體轉(zhuǎn)變?cè)赥c到(Tc+40℃)溫度范圍內(nèi)開始，這里Tc是一個(gè)臨界溫度，恒速冷卻曲線與連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的珠光體轉(zhuǎn)變開始曲線在這一點(diǎn)上相切，轉(zhuǎn)變時(shí)的最高溫度控制在(Tc+80℃)以下。
5.按照權(quán)利要求
4所講的方法，是用噴水或噴水霧的辦法來(lái)進(jìn)行鋼棒的冷卻。
6.按照權(quán)利要求
4所講的方法，通過(guò)控制終軋溫度，熱軋鋼棒的晶粒要小于按照ASTM И0.8的晶粒大小。
7.按照權(quán)利要求
4的方法，熱軋鋼棒是一種低合金鋼，其化學(xué)成分是0.6～0.9%C，0.25～2.0%Si，0.5～2.0%Mn，0.3～1.0%Cr，其余是Fe和不可避免的雜質(zhì)。
8.按照權(quán)利要求
4的方法，冷卻是用吹風(fēng)的辦法吹到溫度為950到500℃的鋼棒上。
9.按照權(quán)利要求
4的方法，冷卻是用噴水霧的辦法噴到溫度為950到500℃的鋼棒上。
10.按照權(quán)利要求
4的方法，冷卻是這樣進(jìn)行的在珠光體開始轉(zhuǎn)變以前用吹風(fēng)的辦法，而在珠光體轉(zhuǎn)變開始以后用噴霧的辦法。
11.按照權(quán)利要求
4的方法，冷卻的時(shí)候鋼棒要回轉(zhuǎn)或者在軸向方向移動(dòng)。
12.按照權(quán)利要求
11的方法，鋼棒的回轉(zhuǎn)和軸向移動(dòng)是借助于輥?zhàn)印?br>13.按照權(quán)利要求
12的方法，所用的輥?zhàn)邮枪男蔚幕蛘咧虚g細(xì)的輥?zhàn)印?br>14.按照權(quán)利要求
4的方法，在軋制以后和冷卻以前的整個(gè)溫度范圍內(nèi)要有一些測(cè)溫的傳感器以便記錄鋼棒的冷卻模型。
15.按照權(quán)利要求
4的方法，在軋制過(guò)程中，熱軋鋼棒要在保溫爐內(nèi)在800到1000℃溫度下進(jìn)行保溫，并且在整個(gè)長(zhǎng)度上的溫度分布要使波動(dòng)范圍不超過(guò)60℃。
16.按照權(quán)利要求
4的方法，熱軋鋼棒先冷卻到室溫，然后加熱并在100°到500℃溫度下保溫3到50小時(shí)進(jìn)行強(qiáng)化時(shí)效。
17.按照權(quán)利要求
4的方法，熱軋鋼棒在其冷卻過(guò)程中達(dá)到100到500℃時(shí)，將鋼棒在這一溫度下進(jìn)行保溫3到50小時(shí)以進(jìn)行強(qiáng)化時(shí)效。
18.按照權(quán)利要求
17的方法，在強(qiáng)化時(shí)效的過(guò)程中或者強(qiáng)化時(shí)效以后，給鋼棒施加一個(gè)小于拉斷強(qiáng)度而大于屈服應(yīng)力的拉力。
19.一個(gè)按權(quán)利要求
1把大直徑高強(qiáng)度熱軋鋼棒用于預(yù)應(yīng)力混凝土的方法，
專利摘要
大直徑高強(qiáng)度熱軋鋼棒的低合金鋼具有0.3～ 0.9％的碳含量，具有層間距離為0.05～0.15微米的 金相組織，鋼棒直徑至少為20毫米，抗拉強(qiáng)度至少為 120公斤/毫米2，減面率至少為20％，這種鋼棒是按 這樣的方法生產(chǎn)的；熱軋鋼棒以恒定的速度冷卻，冷 卻速度是受到控制的，使珠光體轉(zhuǎn)變?cè)赥c到 (Tc+40℃)溫度范圍內(nèi)開始，這里Tc是一個(gè)臨界溫 度，恒速冷卻曲線與連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的珠光體轉(zhuǎn) 變開始曲線在這一點(diǎn)上相切，轉(zhuǎn)變時(shí)的最高溫度控 制在(Tc+80℃)以下。
文檔編號(hào)C22C38/34GK85105867SQ85105867
公開日1986年11月26日 申請(qǐng)日期1985年8月2日
發(fā)明者村井照幸, 橋本義弘 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan