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来源:未知 发布时间:2019-09-06 19:42
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  高速重载铁路用预应力钢棒 35Si2Cr 盘条的开发 车 安 任玉辉 赵学博 袁 野 (鞍钢股份有限公司线) 摘 : 要:本文介绍了高速重载铁路用混凝土预应力钢棒 35Si2Cr 盘条控轧控冷工艺参数的设计,并对轧后检验结果进行了分析总结。盘条经拉拔调质后各项性能指标均满足用户要求。 关键词:预应力钢棒;35Si2Cr;控轧控冷 新建山西中南部铁路通道自山西兴县瓦塘站引出,途经晋豫鲁 3 省 12 市,终点日照南站,全线 公里,是目前我国第一条真正意义上的重载铁路,也是世界上一次建成里程最长的重载铁路。为满足工程要求,需采用公称直径为16mm,抗拉强度不低于 1420MPa,延伸率不低于 8.0%的低松弛预应力钢棒应用于混凝土 T 梁横向连接。 图 1 重载铁路混凝土 T 梁横向连接应用图示 为此专门开发了 35Si 2 Cr 预应力钢以满足上述要求。该钢种与传统预应力钢棒 37Si 2 Mn 相比,回火温度高,提高了钢棒抗延迟断裂性能及塑性指标,更利于工程安全性。 1 工艺设计与控制 412 35Si 2 Cr 钢由于用途较为苛刻,对钢质洁净度要求较高,重点要控制盘条夹杂物、偏析。盘条夹杂物尺寸大、数量多,不利于盘条的拉拔和预应力钢棒在混凝土内的应用。为此,在 35Si 2 Cr 钢的生产过程,LF 炉精炼时间不低于 50 分钟,LF 炉精炼结束后进行弱吹氩搅拌,时间控制在 15-20 分钟,促进钢中夹杂物上浮排出钢液。针对偏析控制,采用恒拉速、不超过 30℃的低过热度和较强二冷水控制。钢坯连铸后,采用下线缓冷工艺,进一步降低钢坯偏析。钢坯连铸后进行连轧,为保证连轧坯表面质量,特别是防止连轧坯表面脱碳,对连轧坯进行 4面全修磨,每面修磨量在 1-1.5mm。 表 1 给出了 35Si 2 Cr 钢的化学成分,此钢经转炉冶炼后再经 LF 精炼和 VD 真空脱气处理,保证[H]2.0ppm ,[N]50.0ppm。 表 1 化学成分 化学成分,% 牌号 C Si Mn P S Cr Ni Cu 35Si 2 Cr 0.34~0.38 1.55~1.85 0.40~0.70 0.020 0.020 0.30~0.60 0.25 0.20 轧制方面,鞍钢线材新线采用完全自主设计的生产工艺布局,具有国际一流水平,其工艺流程如下: 1.1 加热温度的设定 从轧钢角度看,温度高时钢坯的塑性好,变形抗力小;温度低时塑性差,变磁盘吊上料 步进式加热炉 高压水除鳞 辊道保温 4架粗轧机轧 辊道保温 2架粗轧机轧制 6#飞剪切头 活套调节张力 6架预精轧机组水冷控制 20#飞剪切头 8架中轧机组 14#飞剪切头 夹送、吐丝 在线测径 冷却辊道 旁通水冷控制 4 架双模块机散卷控制冷却 P&F链运输 立式卷芯架集 质量检查、修头 压紧打捆 称重、挂标签 卸卷 入库 413 形抗力大。但随着加热温度的提高,钢中化学元素的行为发生变化,轧制后往往发生钢材力学性能的改变,而且钢的氧化烧损率也随着加热温度的升高而急剧增加,若氧化皮不易脱落,在轧钢时会造成轧件的表面缺陷,如铁皮压入等。另外,加热温度高,必然降低加热炉寿命,也明显增加燃料消耗。因此,应从工艺、钢种、规格、质量、成材率和节能降耗等诸因素综合考虑,合理选择加热温度。由于该钢 Si 元素含量较高,而 Si 为易脱碳元素,因此该钢种对于脱碳的控制为质量控制的重中之重。表 2 给出了两种加热工艺控制方案,图 2 显示了采用方案 1生产盘条的边部组织脱碳形貌。 表 2 两种加热工艺对比 方案 炉膛温度,℃ 出炉温度,℃ 开轧温度,℃ 脱碳层类型 全脱碳深度,um 总脱碳,um 1 108010 98010 94010 全脱碳+半脱碳 30 110um 2 103010 93010 90010 半脱碳 0 40um 图 2 采用方案 1 生产的 35Si2Cr 盘条的边部组织脱碳形貌,100X 从加热实践看,我们设定炉内温度为 1030℃,出炉温度930℃,这一工艺是合理的。此外,轧钢厂应特别重视加热介质的热值与炉内残氧量的控制。当炉内残氧百分比>5%时,极易在短时间内产生钢坯边角部严重脱碳,此严重脱碳钢坯经轧制后在盘条边部对称区域可见严重全脱碳组织。 1.2 控制轧制工艺设定 控制轧制和控制冷却技术是高速线材生产的两大关键环节。由于高速线 轧制是在规定的孔型系统中完成的,变形条件基本固定,各道次的变形参数已确定,在实际生产中主要是通过控温轧制来实现的。线材高速轧后的控制冷却技术,也被称为在线热处理,是直接关系到线材最终性能的关键工艺。 线材轧制速度快,变形热来不及散失,造成轧制线材温度急剧升高,为控制线材的最终性能,需要控制轧制温度。轧制过程中的温度控制主要是通过机组间的水箱来实现的。鞍钢新线)后至双模块(TMB)前设有 3个水箱。为了控制轧件升温,降低轧件进入 TMB 机组的温度,保证轧制效果,水箱参数设定如下表 3 所示: 表 3 控温轧制水箱设定标准 水箱号 1# 2# 6# 5# 开口度 40 40 20 20 在 TMB 机组后设置 1 架水冷箱,使轧件从终轧温度冷却至所需的吐丝温度,进一步控制线材奥氏体的晶粒度,减少氧化铁皮的生成量。为了使盘条性能均匀,要求在轧制过程中轧件温降应该处于平缓下降状态,出 BGV02 机组后,轧件的温度应控制在 1000℃1040℃。经过 3 个水箱冷却,盘条截面温度均匀后,使轧件入 TMB 温度控制在 870-890℃范围内。如下表 4 所示。 表 4 在线闭环温度控制参数设计与实测 规格 说明 BGV02 出口温度(℃) TMB 入口温度(℃) 吐丝温度(℃) 设定值 102020 88010 85010 16.0mm 实测值 1045 850 850 设定值 102020 89010 88010 17.0mm 实测值 1040 910 870 1.3 控制冷却 控制冷却的目的是为了进行奥氏体相变控制,确保通过运输及风冷相变来得到精确地显微组织。对于预应力钢棒盘条来说,钢的显微组织中以 P+F 的拉拔性能和淬火性能为佳。要得到期望组织,就要对线材的吐丝后温度有效的控制。其冷却速度是通过改变轧件吐丝温度、斯太尔摩辊道速度,线环间距,来进行调整。控制冷却参数设定如下表 5、6 所示(以16、17mm 规格为例): 415 表 5 风冷辊道设定标准,m/s 辊道序号 1#辊道 2-17#辊道 18、19#辊道 辊道速度(m/s) 0.50 0.51-0.63 0.50、0.525 表 6 风机转数设定标准,rpm 风机序号 规格 1#-4#风机 5#-6#风机 7#-18#风机 16mm 850 750 0 转数(rpm) 17mm 850 750 0 根据现场温度测量与相关距离时间换算,得出距离-温度曲线 左)与时间-温度曲线 右),最后计算得出平均冷速值。 表 7 现场实测温度(非搭接点测量),℃ 规格 吐丝 2 # 3 # 4 # 5 # 6 # 7 # 8 # 9 # 10# 16mm 850 790 730 745 750 730 736 720 700 685 17mm 870 810 750 755 746 745 740 735 720 690 图 3 距离-温度曲线(左),时间-温度曲线(右) 根据上图数据可得平均冷速,如表 8,所示: 表 8 平均冷速,℃/s 规格 吐丝温度,℃ 相变前平均冷速,℃/s 16mm 850 5.833 17mm 870 6.666 生产实践表明,以 850℃吐丝时,平均冷速为 5.5-6℃/s 对于此钢种为佳。 2 轧制结果及分析 轧后对不同组试样的力学性能进行了测试,测试结果如下表 9 所示: 416 表 9 力学性能(非时效) 规格 抗拉强度,MPa 同圈性能差,MPa 延伸率,% 面缩,% 16mm 768 25 19.5 51 17mm 781 41 20 45 图 4 给出了 35Si2Cr 钢在 200 倍下的心部组织,从图中可见,组织为 F+P,显微形貌均匀。心部晶粒尺度较边部略大,约为 7-7.5 级,F 呈网状特征。 图 4 显微组织形貌,200X 17.0mm 规格 35Si2Cr 盘条经拉拔,生产16.0mm 规格光圆钢棒,钢棒经检验,其外形尺寸、力学性能指标均符合相关标准及其用户的内控指标要求,性能稳定。将16.0mm 钢棒进行热处理,热处理工艺详见下表 10,热处理后性能检验指标均符合要求。 表 10 热处理工艺及检验结果 工艺参数 力学性能 抗拉强度(MPa) 伸长率(%) 面缩率(%) 标准值 规格mm 速度m/min 淬火温度℃ 回火温度℃ 1420 7.0 50 16.0 15 950-970 495-505 1470-1510 8.5-9.5 55-60 通过上表可以看出,调质后制成的预应力钢棒完全满足客户的需求。鞍钢35Si2Cr 产品开发基本成功。 417

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