[发明专利]抗拉强度2000Mpa及以上的PC钢棒及热处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种中碳低合金钢及其生产工艺，具体地，涉及一种抗拉强度达到或超过2000MPa的超高强度中碳低合金钢棒及其热处理方法。

背景技术

预应力混凝土用钢棒(Steel Bar for Prestressed Concrete,简称PC钢棒)具有高强度韧性、低松弛性以及良好的可焊接性、墩锻性等特点，被广泛的应用于高强预应力混凝土离心管桩、电杆、高架桥墩、铁路轨枕等预应力构件中，在国内外具有十分广阔的应用前景。PC钢棒的生产是采用热轧盘条为原料，通过阴螺纹拉拔、感应加热、淬火、回火等工序制成，当前国内PC棒的材料牌号主要有30MnSi(低端)和45Si2Cr(高端)系列。GB/T24587-2009《预应力混凝土钢棒用热轧盘条》中规定了30MnSi的化学成分为0.28-0.33%C,0.70-1.10%Si，0.90-1.30%Mn，≤0.25%的Cr，≤0.025%的P、S，≤0.25%的Ni以及≤0.20%的Cu，其碳当量在0.510-0.627之间(碳当量计算公式为：碳当量=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5)。45Si2Cr的化学成分为0.43-0.48%C,1.55-1.95%Si，0.40-0.70%Mn，0.30-0.60%Cr，≤0.025%的P、S，≤0.25%的Ni，以及≤0.20%的Cu，其碳当量在0.587-0.747之间。

根据公开资料，把上述两种热轧盘条用于生产PC棒时，30MnSi钢棒能得到的力学性能：抗拉强度为1420-1650MPa，屈服强度为1270-1575MPa，最大力总伸长率为3-4%，HRC为30-48；45Si2Cr能得到的力学性能:抗拉强度为1500-1790MPa，屈服强度为1350-1660MPa，最大力总伸长率为3-5%，以及42-52范围内的HRC。根据现有国标GB/T5223.3-2005，对PC棒的材料成份未作明确规定，只列出当前能达到的力学性能，包括最大抗拉强度为1570MPa，屈服强度最大为1420MPa，最大力总伸长率大于3.5%，断后伸长率大于7.0%以及1000h下最低松弛值为2.0(初始应力为抗拉强度的70%时)。由此可知，优化成份和改进工艺还能使PC棒的力学性能再上一个台阶。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种抗拉强度2000MPa及以上的PC钢棒及其热处理方法，通过调整化学成分，改进热处理工艺参数使得生产的PC钢棒力学性能显著超过GB/T5223.3-2005《预应力混凝土用钢棒》中的要求，获得了更高强度的PC钢棒。

根据本发明的一个方面，提供一种抗拉强度2000MPa及以上的PC钢棒，所述钢棒包含的成分及其重量百分含量为：0.38-0.50%C，1.50-2.0%Si，0.30-0.50%Mn，0.30-0.60%Cr，以及0.05-0.15%Mo，0.05-0.3%V，0.01-0.03%Nb和0.0005%-0.01%B中的一种或几种，主要杂质P、S含量不大于0.02%，Cu小于0.15%，余量为铁和熔炼过程中不可避免的其他微量杂质（万分之几左右的微量杂质，如Pb、As、Sb、Bi、Cu、Sn等)。其碳当量在0.52-0.803范围内，与现用45Si2Cr的碳当量相差不大。

本发明选择的PC钢棒组分及数量在钢中的作用：

C0.38-0.50%

C碳是强化钢材最合适的元素，也是强化马氏体的重要元素，当含量低于0.38%时，很难确保达到规定的强度；C含量过高，钢的塑性和韧性急剧下降，加工性和焊接性也随之恶化，特别是当碳含量高于0.5%时易引起回火脆性。

Si1.5-2.0%

Si硅是bcc结构，是仅次于碳的强化元素，对钢的强度起重要作用，钢中添加一定量的Si，既能强化马氏体，又可以保证较高的淬透性；同时，Si在奥氏体冷却过程中能抑制Fe₃C渗碳体的形核与长大，并迟滞发生回火脆性。

Mn0.30-0.50%

Mn对增加淬透性的作用最强，然而Mn容易偏析，形成MnS等夹杂，恶化钢的塑性和韧性，并使钢的焊接性能下降，因此，综合考虑选取的Mn含量在0.30-0.50%之间。

Cr0.30-0.60%

Cr能有效提高钢的淬透性，在确保硬化深度方面起重要作用；并且Cr对奥氏体晶粒有细化作用，钢中加入一定量的Cr还可提高合金钢的耐大气腐蚀性。

此外，对可选的微合金元素：