400MPa級(jí)耐候栓釘用盤條、生產(chǎn)方法及制備的栓釘技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種400MPa級(jí)耐候栓釘用盤條、生產(chǎn)方法及制備的栓釘，所述盤條成分按重量百分比計(jì)如下：[C]0.06％～0.10％，[Si]0.15％～0.25％，[Mn]0.30％～0.50％，[P]≤0.020％，[S]≤0.015％，[Al]0.02％～0.06％，[Ni]0.45％～0.65％，[Cr]0.30％～0.60％，[Cu]0.20％～0.40％，[Ti]0.005％～0.030％；余量為鐵及不可避免雜質(zhì)；生產(chǎn)法，包括冶煉?連鑄?鋼坯加熱?軋制?吐絲?冷卻；應(yīng)用本發(fā)明專利技術(shù)低碳鋼盤條生產(chǎn)的栓釘具有顯著的耐候性能，屈服強(qiáng)度不低于400MPa，同時(shí)保持良好的焊接性能。

Wire rod for 400 MPa weatherproof studs, production method and studs prepared

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
400MPa級(jí)耐候栓釘用盤條、生產(chǎn)方法及制備的栓釘
本專利技術(shù)屬于金屬材料領(lǐng)域，尤其涉及一種400MPa級(jí)耐候栓釘用盤條及其生產(chǎn)方法。
技術(shù)介紹
栓釘是電弧螺柱焊用圓柱頭焊釘(英文Cheeseheadstudsforarcstudwelding)的簡(jiǎn)稱，屬于一種高強(qiáng)度剛度連接的緊固件，用于各種鋼結(jié)構(gòu)工程中，在不同連接件中起剛性組合連接作用，適用于高層鋼骨結(jié)構(gòu)建筑、工業(yè)廠房建筑、公路、鐵路、橋梁、塔架、汽車、能源、交通設(shè)施建筑、機(jī)場(chǎng)、車站、電站、管道支架、起重機(jī)械及其它各類鋼結(jié)構(gòu)等工程。栓釘?shù)默F(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)使用國(guó)標(biāo)GB/T10433-2002，適用于土木建筑工程中各類結(jié)構(gòu)的抗剪件，埋設(shè)件及錨固件。GB/T10433-2002非等效采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO13918：1998《焊接電弧螺柱焊用螺柱和磁環(huán)》，SD型剪切件(焊釘)，和日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JISB1198-1995《圓柱頭焊釘》。Ф10mm～Ф25mm各種規(guī)格型號(hào)的電弧螺柱焊用圓柱頭焊釘，材質(zhì)SWRCH15A、ML15Al或ML15。在鋼結(jié)構(gòu)中，由于栓釘可以有效地傳遞剪切力，在很多場(chǎng)合都是必須設(shè)置的。但是隨著近年來(lái)耐候鋼材料使用范圍的不斷擴(kuò)大，栓釘?shù)牟牧厦媾R新的問(wèn)題。母材更換為耐候鋼之后，母材與栓釘?shù)哪透g能力差距增大，隨著服役時(shí)間的延長(zhǎng)，破壞必將從栓釘與母材的結(jié)合部發(fā)生，若栓釘與母材的連接被破壞，則不同連接件之間的剪切力無(wú)法傳遞，必將導(dǎo)致整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的破壞。因此為了適應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)母材材質(zhì)的變化，必須要開發(fā)一種耐候栓釘材料，由于栓釘對(duì)強(qiáng)度和焊接性能均有明確要求，因此，如何在使栓釘材料獲得耐候性能的同時(shí)保持足夠的強(qiáng)度和良好的可焊性成為開發(fā)這種材料必須解決的課題。目前400MPa是廣泛應(yīng)用的栓釘強(qiáng)度級(jí)別，因此，首先應(yīng)開發(fā)出滿足400MPa級(jí)別耐候栓釘所需的材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于克服上述問(wèn)題和不足而提供一種400MPa級(jí)耐候栓釘用盤條、生產(chǎn)方法及制備的栓釘，應(yīng)用本專利技術(shù)低碳鋼盤條生產(chǎn)的栓釘具有顯著的耐候性能(I指數(shù)不小于6.0)，屈服強(qiáng)度不低于400MPa，同時(shí)保持良好的焊接性能(Ce＜0.4)。本專利技術(shù)的而目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種400MPa級(jí)耐候栓釘用盤條，所述盤條成分按重量百分比計(jì)如下：[C]0.06％～0.10％，[Si]0.15％～0.25％，[Mn]0.30％～0.50％，[P]≤0.020％，[S]≤0.015％，[Al]0.02％～0.06％，[Ni]0.45％～0.65％，[Cr]0.30％～0.60％，[Cu]0.20％～0.40％，[Ti]0.005％～0.030％；余量為鐵及不可避免雜質(zhì)；且以上各元素在設(shè)定具體含量時(shí)應(yīng)同時(shí)滿足式(1)和式(2)的要求，I＝26.01[Cu]+3.88[Ni]+1.2[Cr]+1.49[Si]+17.28[P]-7.29[Cu][Ni]-9.1[Ni][P]-33.39[Cu]2≥6.0(1)Ce＝[C]+[Mn]/6+([Cr]+[Mo]+[V])/5+([Ni]+[Cu])/15＜0.40(2)。所述盤條組織由鐵素體、珠光體、貝氏體和馬氏體組成，按面積計(jì)算珠光體含量5％-10％，貝氏體含量5％-15％，馬氏體含量不超過(guò)1.5％，所述鐵素體晶粒尺寸在25-35um之間。本專利技術(shù)成分設(shè)計(jì)理由如下：碳是鋼中的主要強(qiáng)化元素，為了使栓釘具備足夠的強(qiáng)度，必須在鋼中保留一定的碳元素。同時(shí)，碳元素的提高將影響栓釘?shù)暮附有阅埽虼颂己坎灰诉^(guò)高，因此本專利技術(shù)專利碳含量控制范圍0.06％～0.10％。硅是高碳鋼中主要脫氧元素。鋼中硅含量低將導(dǎo)致鋼脫氧不足，鋼坯表明形成針孔氣泡等鑄坯缺陷；鋼中硅含量過(guò)高，鋼液脫氧后會(huì)出現(xiàn)粗大的硅酸鹽及雜物。同時(shí)，硅含量過(guò)高會(huì)惡化栓釘?shù)暮附有阅堋Ｒ虼耍緦＠夹g(shù)專利鋼中硅含量控制在0.15％～0.25％。錳也是一種提高盤條強(qiáng)度的元素；但是錳元素過(guò)高則不利于碳當(dāng)量的控制，對(duì)焊接性能不利。因此鋼中錳含量控制在0.30％～0.50％。磷、硫是鋼中有害雜質(zhì)元素，在不造成其他影響的情況下，越低越好。本專利技術(shù)專利要求盤條[P]≤0.020％，[S]≤0.015％。鋁是較強(qiáng)脫氧元素，含量過(guò)高將會(huì)導(dǎo)致鋼中夾雜物的變形性惡化；但是鋼中含有一定量的鋁，可以保證鋼液充分脫氧，同時(shí)有利于鋼的組織細(xì)化，因此盤條的鋁含量控制在0.02％～0.06％。鎳、鉻、銅是典型的耐腐蝕元素，因此必須添加一定的量才能使材料獲得足夠的耐腐蝕性能。但是鎳、鉻、銅含量過(guò)高對(duì)焊接性能不利，因此要求盤條中相應(yīng)的元素含量為：[Ni]0.45％～0.65％，[Cr]0.30％～0.60％，[Cu]0.20％～0.40％。鈦在鋼中易于形成細(xì)小彌散的碳氮化物，可以釘軋晶界、細(xì)化晶粒，可以提高鋼的強(qiáng)度。對(duì)于耐候栓釘用材料來(lái)說(shuō)，為了使材料具有足夠的耐腐蝕性，必須降低鋼中的碳、錳含量，從而對(duì)滿足栓釘?shù)膹?qiáng)度要求帶來(lái)了困難，因此加入鈦進(jìn)行強(qiáng)化。另一方面，鈦的加入量過(guò)多不會(huì)帶來(lái)額外的強(qiáng)度增加，且必將導(dǎo)致成本的增加，因此要求[Ti]0.005％～0.030％。本專利技術(shù)技術(shù)方案之二是提供一種400MPa級(jí)耐候栓釘用盤條的生產(chǎn)方法，包括冶煉-連鑄-鋼坯加熱-軋制-吐絲-冷卻；(1)鋼坯加熱：鋼坯加熱的目的是使鋼坯充分奧氏體化，減小鋼坯的變形抗力，使線材軋制過(guò)程順利進(jìn)行。本專利技術(shù)中，生產(chǎn)盤條采用的鋼坯橫截面尺寸規(guī)格為：(150mm～160mm)×(150mm～160mm)，鋼坯加熱總在爐時(shí)間2.5～3小時(shí)，均熱段溫度在950℃～1040℃；(2)軋制溫度：由于高速線材軋機(jī)生產(chǎn)線上的冷卻能力有限，對(duì)軋制過(guò)程溫度進(jìn)行控制可以為后續(xù)入雙模塊溫度和吐絲溫度的控制創(chuàng)造條件，為了實(shí)現(xiàn)耐候栓釘用鋼盤條的組織細(xì)化，本專利技術(shù)要求軋件出預(yù)精軋溫度控制在870℃～890℃，入雙模塊溫度860℃～880℃；(3)吐絲溫度：盤條的吐絲溫度直接影響后續(xù)盤條的冷卻速度和相變過(guò)程，本專利技術(shù)所述盤條吐絲直徑為10.0mm～25.0mm，并要求盤條吐絲直徑為10.0mm～25.0mm，盤條吐絲溫度控制在860℃～880℃；(4)盤條冷卻：采用風(fēng)冷或EDC冷卻(EDC冷卻是指熱軋線材先經(jīng)水冷后連續(xù)散卷浸入熱水槽中冷卻的在線控制冷卻法，即散卷熱水浴法)；風(fēng)冷：初始輥道速度0.15-0.25m/min，盤條平均冷速控制在1.5℃/s～4℃/s；EDC冷卻：吐絲后盤條首先經(jīng)過(guò)EDC水浴冷卻，初始輥道速度0.45-0.75m/min，盤條出水溫度520-580℃，出水后風(fēng)冷，平均冷速控制在1.5℃/s～4℃/s。在吐絲溫度一定的情況下，盤條的冷卻方式和冷卻速度直接影響盤條在各個(gè)相區(qū)的停留時(shí)間及組織構(gòu)成。在本專利技術(shù)中可以采用傳統(tǒng)的斯太爾摩風(fēng)冷工藝或EDC工藝進(jìn)行組織控制，兩者的區(qū)別在于風(fēng)冷工藝更加成熟成本更低，而采用EDC工藝?yán)鋮s可以提高盤條冷卻均勻程度，改善組織均勻度，從而提高成品栓釘?shù)牧W(xué)性能穩(wěn)定性。為獲得理想的組織，盤條平均冷速控制在1.5℃/s～4℃/s。風(fēng)冷工藝主要通過(guò)風(fēng)機(jī)頻率和輥道速度控制冷卻強(qiáng)度；在EDC工藝中，初始輥道速度主要影響盤條在水浴槽中的停留時(shí)間，進(jìn)而控制最終的盤條出水溫度。盤條出水后的風(fēng)冷主要是為了控制盤條溫度，使盤條具備合適的組織構(gòu)成。本專利技術(shù)中采用風(fēng)冷工藝時(shí)，初始輥道速度0.15-0.25m/min，風(fēng)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種400MPa級(jí)耐候栓釘用盤條，其特征在于，所述盤條成分按重量百分比計(jì)如下：[C]0.06％～0.10％，[Si]0.15％～0.25％，[Mn]0.30％～0.50％，[P]≤0.020％，[S]≤0.015％，[Al]0.02％～0.06％，[Ni]0.45％～0.65％，[Cr]0.30％～0.60％，[Cu]0.20％～0.40％，[Ti]0.005％～0.030％；余量為鐵及不可避免雜質(zhì)；且以上各元素在設(shè)定具體含量時(shí)應(yīng)同時(shí)滿足式(1)和式(2)的要求，I＝26.01[Cu]+3.88[Ni]+1.2[Cr]+1.49[Si]+17.28[P]?7.29[Cu][Ni]?9.1[Ni][P]?33.39[Cu]

【技術(shù)特征摘要】
1.一種400MPa級(jí)耐候栓釘用盤條，其特征在于，所述盤條成分按重量百分比計(jì)如下：[C]0.06％～0.10％，[Si]0.15％～0.25％，[Mn]0.30％～0.50％，[P]≤0.020％，[S]≤0.015％，[Al]0.02％～0.06％，[Ni]0.45％～0.65％，[Cr]0.30％～0.60％，[Cu]0.20％～0.40％，[Ti]0.005％～0.030％；余量為鐵及不可避免雜質(zhì)；且以上各元素在設(shè)定具體含量時(shí)應(yīng)同時(shí)滿足式(1)和式(2)的要求，I＝26.01[Cu]+3.88[Ni]+1.2[Cr]+1.49[Si]+17.28[P]-7.29[Cu][Ni]-9.1[Ni][P]-33.39[Cu]2≥6.0(1)Ce＝[C]+[Mn]/6+([Cr]+[Mo]+[V])/5+([Ni]+[Cu])/15＜0.40(2)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種400MPa級(jí)耐候栓釘用盤條，其特征在于，所述盤條組織由鐵素體、珠光體、貝氏體和馬氏體組成，按面積計(jì)算珠光體含量5％-10％，貝氏體含量5％-15％，馬氏體含量不超過(guò)1.5％，所述鐵素體晶粒尺寸在2...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：高航，韓立濤，郭大勇，王秉喜，王宏亮，馬立國(guó)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：鞍鋼股份有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：遼寧,21