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CN1045623C - 一种高强度建筑钢筋发蓝、低碳马氏体热处理方法 - Google Patents

一种高强度建筑钢筋发蓝、低碳马氏体热处理方法 Download PDF

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Abstract

一种高强度建筑钢筋发蓝、低碳马氏体热处理方法。它利用低碳钢或低碳合金钢钢筋，进行处理，使其具有发蓝、自回火特性，高机械性能，其步骤：钢筋热至Ac3之上50-150℃时：保温；发蓝介质液强烈冷却淬火，同时对钢筋表面进行发蓝处理。它替代中碳合金钢筋，处理后有同样高机械性能且达标，同时发蓝；取消回火，节省设备、电能和厂房，改造旧有生产线节省成本；直接与热轧钢筋联用，用钢筋余热进行处理，为建筑工程节约钢材，经济效益显著。

Description

一种高强度建筑钢筋发蓝、低碳马氏体热处理方法
本发明涉及一种钢材热处理方法，特别是一种高强度建筑钢筋发蓝、低碳马氏体热处理方法。
根据国标和日本标准，对使用高强度建筑钢筋的机械性能要求，国标GB4463-84规定：抗拉强度(σb)最低是1470N/mm2；延伸率(δ10)＞6％；日本JIRS3109标准规定：抗拉强度(σb)最低是1420N/mm2，延伸率(δ8)＞5％。为保障工程质量，钢筋应具有足够的机械性能，所以这些钢筋的材质一般都是如40Si2Mn、48Si2Mn、45Si2cr、30CrMnSi、30MnB等中碳合金钢和27SiMnB。钢筋经轧制后进行热处理，由于制品细长，公知的热处理方法是在自动生产线上进行，主要工艺依次包括：用双向矫直辊对钢筋进行校直，淬火感应器将钢筋加热至900-1000℃，冷却淬火，回火感应器再将淬火后钢筋加热至400-450℃，进行回火，回火后冷却，收盘。热处理后金相组织为屈氏体。普通制品在应用中易于生锈，为增加防锈功能，还应另行单独进行一次实施极度困难的发蓝处理。这种工艺方法，显然要求材质好，工序长，能耗大，费时费力；购置设备昂贵、占用厂房长度较大，耗资较大。
为了解决这个技术难题，人们正在努力研究新的方法。经专利检索，美国专利申请号184324就描述了一种“热轧盘条直接热处理方法”，它是利用盘条本身从滚压机出来的余热经过一个可控冷却设备，将温度降到Ms-550℃范围内的一系列步骤，并随之将盘条重新加热到与等温冷却曲线(T、T、T)鼻子相对应的温度下保温，以期达到向索氏体组织结构完全转变的目的。在实施中它会取得有益效果，但是在如何解决好以最节约手段获得较好技术、经济效果方面，似乎仍存有不足。
本发明的目的是要提供一种高强度建筑钢筋发蓝、低碳马氏体热处理方法，它能有效地利用低碳钢筋进行淬火后，形成板条状马氏体组织，使其具有自回火特性，取消回火工序，提高机械性能，且同时完成发蓝处理。
本发明的目的是这样实现的：利用低碳钢或低碳合金钢的钢筋，进行低碳马氏体处理后，使其具有发蓝、自回火特性，以及高机械性能。其工艺包括如下步骤：1．所说的低碳钢筋本身热至Ac3之上50-150℃时；2．保温0-10分钟；3．在淬火过程中，直接由温度为15-60℃的发蓝介质液强烈冷却淬火，与其同时对钢筋表面进行发蓝处理。
取消所说的直接由温度为15-60℃的发蓝介质液强烈冷却淬火，而是采用直接由温度为15-60℃的淬火介质液进行处理，以取得同样的高机械性能。
所说的使其具有自回火特性，是指在淬火冷却过程中钢筋发生自行回火，以取消回火工序。
本发明的优点：利用低碳钢或低碳合金钢替代中碳合金钢的钢筋处理后，可取得同样高强度钢筋的机械性能并能达标，同时还具有发蓝防锈功能；对建筑工程而言，可相对缩减钢筋断面，节约钢材；淬火后，取消回火工序，节省设备、电能和厂房长度，改造旧有生产线，可节约成本；直接与钢筋热轧制联用，利用轧制钢筋余热进行处理，其经济效益更加显著。
附图说明：
图1是根据本发明提出的一种高强度建筑钢筋发蓝、低碳马氏体热处理方法的碳素钢20奥氏体连续冷却转变曲线示意图；
图2是试验结果所得板条状马氏体金相组织照片。
下面结合图1～2详细说明依据本发明提出的方法细节。
该发明包括利用低碳钢钢筋，进行低碳马氏体处理后，使其具有发监、自回火特性，以及高机械性能。其工艺包括如下步骤：
1．低碳钢筋本身热至Ac3之上50-150℃时；
2．保温0-10分钟；
3．在淬火过程中，直接由温度为15-60℃的发蓝介质液强烈冷却淬火，与其同时对钢筋表面进行发蓝处理。
首先要说明的是，所说低碳钢是指低碳碳素钢和低碳合金钢(以下亦同)。钢筋本身热至Ac3之上50-150℃时。这里包括有两个方面的意思，其一是指常温下钢筋，经感应加热设备将钢筋加热至该温度区间；其二是指钢筋热轧时，热轧制完成后，钢筋本身所具有的余热至该温度区间，当然余热淬火温度应不低于AR3对于本发明而言，重要的在于热处理方法，较少涉及加热方式和设备，尤其无论是哪一个方面，其热处理方法基本相同。温度区间内的温度值，这要由技术人员依据材质、用途、加热条件等因素具体确定。对常温下的低碳钢筋处理，同样需要常规的以双向矫直辊对其进行校直，感应加热设备进行加热，淬火作业完成后，进行收盘。淬火圈用扁铜管依螺旋形绕制而成，其下方设有回收淬火介质液的漏斗。淬火圈全部长度，需根据钢筋的直径、进行速度等因素计算确定。强烈冷却淬火有三种方式，则涉及淬火圈各有不同。其一淬火全过程均为喷淬，淬火圈水平方向(依钢筋进行的一致方向)设置。淬火圈的全长内圆(即扁铜管内壁)上分布制有指向钢筋行进轨迹位置的喷孔，喷淬工作压力为400-600kpa，以实现淬火圈全部长度内进行喷淬。其二淬火全过程为喷淬、浸淬相结合，即一段为水平方向设置的淬火圈，随之另一段设有略向下倾斜的管子，且从钢筋进入那端向管子内连续、充足的喷水，管子的另一端出水，实现钢筋一段(淬火圈内)进行喷淬，另一段(管子内)在流动的淬火介质内浸淬。其三淬火全过程为浸淬，设有一条略向下倾斜的管子，同样对管子内进、出淬火介质液，实现钢筋穿过管子过程中，全程在流动的淬火介质液内浸淬，自然应取消淬火圈。用发蓝溶液做淬火介质液即所说的发蓝介质液，以得到淬火，发蓝双重效果。这是由于在淬火的同时，钢的铁离子正处在高能状态，很容易析出，并与发蓝溶液中的氧化剂作用生成四氧化三铁层。发蓝溶液化学成份组成，依重量百分比有65-10％的亚硝酸钠，10-65％的硝酸钠，10-20％的硝酸钾和余量水。若选用以亚硝酸钠为主的发蓝溶液进行淬火，则发蓝化学反应方程式为：
由于低碳钢的马氏体开始转变点Ms和马氏体转变终了点Mf均在室温之上，淬火冷却过程中钢筋会发生自行回火，故具有自回火特性，以取消回火工序。那么淬火后，钢筋表层会存有压应力，而这压应力正好有利于满足建筑工程构件承受交变载荷的需要。即便要消除压应力，也只能有220℃温度下进行回火处理。低碳钢筋淬火后，基本是板条状马氏体组织，每一板条形成时彼此相互平行，不会产生冲击，不出显微裂纹，马氏体板条中有较高的位错密度；再由于低碳马氏体固溶的过饱和碳含量较低，晶格扭曲较小，以及具有自回火特性，故低碳钢筋马氏体处理后，具有中硬度，高强度，良好的塑性、韧性，以及优良的焊接性能。不同低碳钢种的钢筋处理后，其机械性能见附表1。对于那些含碳量过低的低碳钢筋，淬火后抗拉强度在1078N/mm2以上，甚至达到高强度国标要求。这有两个意义，第一公知的热轧制钢筋利用余热淬火，因钢筋过长，无法进行回火，就是回火也难于控制，长期影响着该技术的进步，本发明着力解决了这个难题。第二低碳钢筋淬火后，对应用中可相对减小钢筋直径，节约钢材，更有现实意义。
以碳钢20作为试验钢筋，做进一步说明。常温下其物理常数是毛胚直径10mm,Ac3855℃,Ms425℃,Mf270℃。处理过程是这样的，钢筋经过校直；以中频感应器对钢筋本身加热至855+145=1000℃；保温零分钟；采用全程喷淬作业，淬火介质液选用25℃水，喷淬工作压力400kpa；淬火后不回火，直接收盘。从附图1可以看出冷却曲线(图中以箭头线表示)降到Ms点时，奥氏体开始转变成马氏体。最先产生的马氏体在随后的冷却过程中析出碳化物，发生自行回火，冷却到Mr点时，奥氏体全部变成马氏体，并完成自回火。处理后所得板条状马氏体组织见附图2。
最后要说明的是，本方法也可以取消所说的直接由温度为15-60℃的发蓝介质液，而是采用直接由温度为15-60℃的水、盐水、碱水或油水的其中之一做淬火介质液进行处理，以取得同样的钢筋金相组织和高机械性能，但它无有防锈保护功能。
附表1    低碳马氏体处理机械性能表
 热处理毛坯直径(mm) 钢号     硬度HRC  抗拉强度σb(N/mm2)  屈服极限σo2(N/mm2)    延伸率δ10(％) 断面收缩率ψ(％)
  φ10 25MnSiB     47.0     1637     1470     11.8     49.2
  φ10 20Mnsi     41.5     1425     1215     9.6     54.7
  φ10 20MnV     46.0     1499     1215     9.3     52.0
  φ10 20     44.0     1440     1264     9.0     36.0
注：1．根据机械性能指标不同，选用合适钢号；
2．硬度HRC40-47，正值弹簧的弹性范围内，故钢筋还具有较
   好弹性。

Claims (3)

1．一种高强度建筑钢筋发监、低碳马氏体热处理方法，其特征是利用低碳钢或低碳合金钢的钢筋，进行低碳马氏体处理后，使其具有发蓝、自回火特性，以及高机械性能，其工艺包括如下步骤：
a．所说的低碳钢筋本身热至Ac3之上50-150℃时；
b．保温0-10分钟；
c．在淬火过程中，直接由温度为15-60℃的发蓝介质液强烈冷却淬火，与其同时对钢筋表面进行发蓝处理。
2．如权利要求1所述的热处理方法，其特征是取消所说的直接由温度为15-60℃的发蓝介质液强烈冷却淬火，而是采用直接由温度为15-60℃的淬火介质液进行处理，以取得同样的高机械性能。
3．如权利要求1所述的热处理方法，其特征是使其具有自回火特性，是指在淬火冷却过程中钢筋发生自行回火，以取消回火工序。
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