阅读说明：本技术 1570MPa级抗延迟断裂钢棒及其制造方法 (1570 MPa-grade delayed fracture resistant steel bar and manufacturing method thereof ) 是由 尹一 刘祥 陈克东 徐曦 安绘竹 于 2019-10-31 设计创作，主要内容包括：1570MPa级抗延迟断裂钢棒及其制造方法,钢中化学成分按重量百分比计含有：C：0.34％～0.37％,Si：1.80％～2.00％,Mn：0.60％～0.90％,P：≤0.020％,S：≤0.020％,Ti：0.05％～0.08％,余量为Fe和不可避免的杂质。与现有技术相比,本发明的有益效果是：一种1570MPa级抗延迟断裂PC钢棒用盘条及其制造方法,提高Si元素含量,合理添加金属元素Ti,并调整热轧控冷和钢棒生产工艺,主要用于高强度抗延迟断裂PC钢棒,能够满足在1570MPa强度级下抗延迟断裂的要求。(1570 MPa-level delayed fracture resistant steel bar and a manufacturing method thereof, wherein the steel comprises the following chemical components in percentage by weight: c: 0.34-0.37%, Si: 1.80% -2.00%, Mn: 0.60% -0.90%, P: less than or equal to 0.020%, S: less than or equal to 0.020%, Ti: 0.05 to 0.08 percent, and the balance of Fe and inevitable impurities. Compared with the prior art, the invention has the beneficial effects that: a wire rod for 1570 MPa-level delayed fracture resistant PC steel rod and a manufacturing method thereof are disclosed, which improve the content of Si element, reasonably add metal element Ti, and adjust the hot rolling cooling control and steel rod production process, are mainly used for high-strength delayed fracture resistant PC steel rod, and can meet the requirement of delayed fracture resistance under 1570MPa strength level.)

1570MPa级抗延迟断裂钢棒及其制造方法

技术领域

本发明属于热轧盘条技术领域，尤其涉及一种1570MPa级抗延迟断裂钢棒及其制造方法。

背景技术

管桩用PC钢棒采用中碳低合金钢盘条，经过机械除磷，预拉拔和螺旋槽成型，感应加热到900℃以上淬火，400℃以上回火，得到回火屈氏体组织。钢棒的强度级别一般为1470MPa级。为了提高淬透性，钢中都加入提高淬透性的合金元素。由于钢棒生产过程中感应加热速度很快，造成钢中合金元素和杂质元素不能在奥氏体化过程中完全溶解，聚集在原始奥氏体晶界，在淬火回火后，杂质在原始奥氏体晶界成为氢的聚集点，在钢棒成卷存放和张拉及服役过程中，由于氢脆产生延迟断裂，是PC钢棒的一个重要质量缺陷。

PC钢棒常用的强度级别是1470MPa，常用的钢种是30MnSi，钢中C含量0.28-0.33％，Si含量0.60-0.90％，Mn含量0.90-1.30％，没有其它合金元素，钢棒的强度只能达到1420MPa级，而且延迟断裂问题经常发生。随着港口建设对大规格管桩的使用，提出了对1570MPa级钢棒的需求。该级别钢棒目前常用的钢种是35Si₂Mn，钢中C含量0.34-0.38％，Si含量1.55-1.85％，Mn含量0.60-0.90％，没有其它合金元素。钢棒的强度提高后，其延迟断裂敏感性提高。由于现用的35Si₂Mn钢Si含量较低，而且没有添加抑制延迟断裂的微合金元素，造成钢棒延迟断裂问题时常发生。因此，开发1570MPa级PC钢棒，除了提高钢棒的强度外，还要降低其延迟断裂敏感性，同时降低其屈强比，提高均匀延伸性能，防止钢棒屈服后迅速断裂。

发明内容

本发明提供了一种1570MPa级抗延迟断裂PC钢棒及其制造方法，提高Si元素含量，合理添加金属元素Ti，并调整热轧控冷和钢棒生产工艺，主要用于高强度抗延迟断裂PC钢棒，能够满足在1570MPa强度级下抗延迟断裂的要求。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

1570MPa级抗延迟断裂钢棒，钢中化学成分按重量百分比计含有：C：0.34％～0.37％，Si：1.80％～2.00％，Mn：0.60％～0.90％，P：≤0.020％，S：≤0.020％，Ti：0.05％～0.08％，余量为Fe和不可避免的杂质。

C：提高含C量，能提高钢的淬透性和回火时碳化物析出，提高钢棒强度。当钢中含碳量超过0.37wt％时，滚焊性能下降，因此将含碳量控制在0.34wt％～0.37wt％。

Si：可以提高钢的淬透性，通过固溶强化提高强度，可使母材淬火后回火过程中组织分解转变速度减慢，增加回火抗力，提高组织回火稳定性，从而使强度随回火温度升高而下降的程度减弱，进而提高生产过程中钢棒性能的可控性，Si含量越高，钢的抗延迟断裂能力越强。但Si含量过高，影响滚焊性能，根据抗拉强度计算，将含硅量控制在1.80wt％～2.00wt％。

Mn与S结合成MnS,氢诱发裂纹往往以MnS为起点发生延迟断裂，会增加高强度钢的延迟断裂敏感性,而对淬透性和强度的影响不大，因此将Mn含量控制在0.6wt％～0.9wt％。

P和S是有害元素，它们能使钢的塑性和韧性下降，因此含量越少越好。

Ti：细化晶粒，降低晶界元素偏析，与C、N形成亚微米Ti化合物在回火时析出，回火时析出的碳氮化钒是有效的氢陷阱。穿晶分布的氢陷阱捕获吸收的氢，使其不能扩散，降低晶界氢浓度，防止晶界开裂。因此，添加Ti元素可以抑制钢棒的延迟断裂倾向，提高钢棒的抗延迟断裂能力。

1570MPa级抗延迟断裂钢棒的制造方法，

1)连铸方坯控制拉速不大于1.2m/min；钢坯加热时控制升温速度不大于15℃/min，均热温度1150±15℃；

2)盘条直径12-14mm，吐丝温度890±15℃；

3)钢棒生产过程中淬火温度920-950℃，回火温度430-460℃，钢棒运行速度30-45m/min。

所述盘条显微组织为铁素体+珠光体，铁素体按体积百分比计含量为20％-30％，晶粒度6-8级，脱碳层深度≤0.05mm。

所述盘条抗拉强度800-850MPa，断面收缩率≥45％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明的成分考虑了满足1570MPa级PC钢棒抗拉强度等力学性能的要求，并考虑了抗拉强度提高后延迟断裂敏感性升高的问题，通过化学成分优化和添加Ti元素细化晶粒，降低晶界元素偏析，碳氮化钛析出穿晶分布形成氢陷阱捕获可扩散氢，防止延迟断裂。

2)本发明经过各元素成分的合理优化，保证了冶炼时成分比较容易稳定控制，并调整了轧制冷却工艺以得到性能更加优异的产品。对获得的盘条加工成钢棒进行了应力腐蚀性能测试表明：本发明的1570MPa级钢棒用盘条生产的钢棒，应力腐蚀性能高于普通盘条生产的钢棒，且力学性能稳定。

附图说明

图1是本发明盘条显微组织金相图(×500)；

图2是本发明钢棒显微组织金相图(×500)；

图3是钢棒回火的碳氮化钛析出图(×20000)；

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明：

见图1-图3，1570MPa级抗延迟断裂钢棒，钢中化学成分按重量百分比计含有：C：0.34％～0.37％，Si：1.80％～2.00％，Mn：0.60％～0.90％，P：≤0.020％，S：≤0.020％，Ti：0.05％～0.08％，余量为Fe和不可避免的杂质。

1570MPa级抗延迟断裂钢棒的制造方法，

1)盘条用钢由转炉冶炼，LF精炼，连铸为(178-186)×(178-186)mm²方坯，由于该钢种P、S含量较低，含碳量较高，因此在冶炼时选用低S铁水，挡渣出钢，罐内顶吹Ar，合成渣洗，保证钢水成分均匀，夹杂含量低。由于钢水流动性较差，凝固收缩率大，连铸时控制拉速不大于1.2m/min；由于含Si钢导热性差，易开裂和烧不透，因此钢坯加热时控制升温速度不大于15℃/min，均热温度1150±15℃。

2)轧制时控制拉钢系数，保证表面质量，根据不同规格控制水冷和风冷流量，吐丝温度890±15℃，控冷辊道入口速度0.2-0.4m/s，1-3架风机开50％，用于控制铁素体含量，4-7架关闭，确保产品组织性能。

3)由于钢中Si含量提高，通过固溶强化提高强度，可使母材淬火后回火过程中组织分解转变速度减慢,增加回火抗力,提高组织回火稳定性,从而使强度随回火温度升高而下降的程度减弱。同时由于添加了Ti元素，回火时析出强化提高钢棒强度。由于上述原因，钢棒生产过程中淬火温度920-950℃，回火温度430-460℃，钢棒运行速度30-45m/min。降低延迟断裂倾向，提高钢棒的均匀延伸性能，同时还能保证抗拉强度达到要求。

所述盘条显微组织为铁素体+珠光体，铁素体按体积百分比计含量为20％-30％，晶粒度6-8级，脱碳层深度≤0.05mm。

所述盘条抗拉强度800-850MPa，断面收缩率≥45％

以下是本发明中实施例与对比例的各化学成分对应的生产工艺。其中，表1为对比例与本发明盘条实施例的具体成分设计，表2为对比例与本发明盘条实施例热轧生产控制冷却工艺，表3为对比例与本发明盘条实施例的力学性能检验结果，表4为对比例与本发明实施例的钢棒生产工艺，表5是对比例与本发明实施例的钢棒力学性能，表6是对比例与本发明实施例的应力腐蚀性能试验结果。

表1具体化学成分(Wt％)

表2控制冷却工艺情况

表3盘条力学性能试验结果

表4钢棒生产工艺

表5钢棒力学性能试验结果

表6应力腐蚀试验结果

本发明针对1570MPa级PC钢棒的延迟断裂问题，通过改进钢棒用盘条的化学成分设计，以及在钢棒生产过程中提高回火温度，解决高强度钢棒延迟断裂问题，提高均匀延伸性能。通过对高强度PC钢棒延迟断裂原因的分析，各元素对钢棒延迟断裂敏感性的影响，以及合金元素对强化原始奥氏体晶界和降低延迟断裂敏感性的作用，确定采用中碳高硅锰钢，提高Si含量，通过添加Ti元素，提高钢棒生产回火温度，在保证PC钢棒抗拉强度的同时，提高抗延迟断裂性能，研发可以推广使用的“1570MPa级抗延迟断裂PC钢棒用盘条”。本发明基于解决高强度PC钢棒延迟断裂问题，应用于预应力混凝土用钢棒和管桩行业，具备了优异的力学性能、抗延迟断裂性能和经济性，市场前景广阔。