專利名稱：一種高強錨固螺栓及其生產(chǎn)方法
技術領域：
本發(fā)明屬于冶金技術領域，具體涉及一種高強錨固螺栓及其生產(chǎn)方法。
背景技術：
支座系統(tǒng)已在公路、鐵路橋梁中大量使用，成為橋梁結(jié)構(gòu)的主要支座類型。目前，現(xiàn)有技術中的幾種系列的支座構(gòu)造基本相同，其單向活動支座的上支座板是槽形鋼板的型式，利用槽形鋼板的兩肢限制支座的橫向位移并傳遞水平力。支座由支座上擺和支座下擺組成，上擺預埋在PC軌道梁端底部，錨固螺栓將支座下擺與預埋在墩柱帽梁上的基座連接，支座上、下擺通過輥軸或鉸軸連接，由此形成線路軌道梁橋系統(tǒng)。錨固螺栓是梁橋支座系統(tǒng)的關鍵零件。錨固螺栓受力復雜，除安裝時的預緊力外，還要承受因 列車運行產(chǎn)生的由軌道梁通過支座傳來的各種力，是拉力、剪力、彎矩、扭矩等的復合作用。主要荷載包括動荷載、沖擊荷載、離心荷載、車輛橫向荷載、混凝土徐變。主要附加荷載包括風壓荷載、溫度變化、制動荷載、起動荷載、支座摩擦。這些荷載表面上是作用在軌道梁上，實質(zhì)上，所有的荷載最終都傳遞到固定軌道梁支座的錨固螺栓上來。所以，對錨固螺栓的質(zhì)量要求高，必須嚴格按設計要求加工制作，按技術規(guī)范實施安裝，確保其使用的安全性和可靠性。隨著橋梁支座系統(tǒng)的不斷升級，錨固螺栓要求具有較高的強度，同時具有較高的塑性。目前，現(xiàn)有技術中經(jīng)過熱軋生產(chǎn)的錨固螺栓強度尚不能超過800MPa，因此必須經(jīng)過深加工生產(chǎn)高強度錨固螺栓。而常規(guī)錨固螺栓熱處理后的調(diào)質(zhì)硬度是HRC28 32，對應強度912 IOOlMPa,相當于10. 9級高強度螺栓。高強度材料調(diào)質(zhì)過程中回火時，在高溫回火區(qū)域，容易產(chǎn)生硫、磷等雜質(zhì)元素，雜質(zhì)元素在晶界上偏聚，產(chǎn)生脆性斷裂，尤其是當硬度在HRC35以上時，脆性傾向更嚴重。由有關部門對斷裂錨固螺栓進行的硬度檢測也說明硬度在HRC35以上時，會有嚴重的脆性傾向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種能夠解決現(xiàn)有技術中的一種或多種問題的高強錨固螺栓及其生產(chǎn)方法。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種高強錨固螺栓，該高強錨固螺栓的化學成分按重量百分比為 C 0. 25-0. 50%,Si 0. 2-1. 5%,Mn 0. 5-2. 0%,P ( O. 03%,S ( O. 03%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)，所述高強錨固螺栓經(jīng)過連續(xù)感應熱處理，其中，該高強錨固螺栓的力學性能為抗拉強度0)3為830-122010^，抗剪強度彡0.7(^，斷后伸長率彡14%,20°C沖擊功> 60J。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該高強錨固螺栓的主要顯微組織可為回火馬氏體、回火索氏體或者回火屈氏體組織。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該高強錨固螺栓的顯微組織還可包括鐵素體組織。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該高強錨固螺栓的化學成分還可包含Cr、Mo、Ti、V、Nb等中的一種或幾種。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在連續(xù)感應熱處理中，淬火加熱溫度可為760-950°C，然后可進行冷卻，回火加熱溫度可為400-550°C。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在連續(xù)感應熱處理中可使用感應加熱器，所述感應加熱器可以是等徑多匝線圈組成的IGBT電磁感應爐，電流頻率> 20KHZ，線圈的銅管經(jīng)多次絕緣漆處理以達到完全絕緣。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，淬火和回火之后可分別使用淬火冷卻裝置、回火爐后冷卻裝置對高強錨固螺栓進行冷卻，在淬火冷卻裝置和回火爐后冷卻裝置中可設置多組環(huán)錐形水冷卻噴嘴。本發(fā)明的另一方面提供了一種高強錨固螺栓的生產(chǎn)方法，該方法包括下述步驟制備錨固螺栓，所述錨固螺栓的化學成分按重量百分比為C :0. 25-0. 50%, Si :0. 2-1. 5%, Mn :0. 5-2.0%, P彡O. 03%, S彡O. 03 %，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)；采用連續(xù)感應熱處理對所述錨固螺栓進行處理，其中，該高強錨固螺栓的力學性能為抗拉強度ob為830-1220MPa，抗剪強度彡O. 7 ob，斷后伸長率彡14%，20°C沖擊功彡60J。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有下述有益效果中的至少一個I、加熱速度快，顯微組織細小。2、在線生產(chǎn)穩(wěn)定，通條性較好，自動化程度高，裝備可調(diào)性較大。3、錨固螺栓熱處理過程一直是在輸送輥道上運送，不易發(fā)生彎曲變形。4、所生產(chǎn)的錨固螺栓力學性能達到抗拉強度ob為830_1220MPa，抗剪強度彡O. 7 σ b，斷后伸長率彡14%, 20°C沖擊功彡60J。5、該錨固螺栓的顯微組織基本是回火馬氏體組織、回火索氏體或者回火屈氏體組織，如果需要，也可以含有一定量的鐵素體組織。提高了產(chǎn)品的塑性，反映在性能參數(shù)上即為延伸率和可加工性能的提高，滿足了錨固螺栓使用過程中的加工操作要求。6、該錨固螺栓在剪切破壞過程中可以承受更高的載荷，可以提高安全儲備能力，提高材料的服役周期，節(jié)約資源和能源。


通過下面結(jié)合附圖進行的對實施例的描述，本發(fā)明的上述和/或其他目的和優(yōu)點將會變得更加清楚，其中圖I是根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的高強錨固螺栓的金相組織顯微照片；圖2是根據(jù)本發(fā)明另一示例性實施例的高強錨固螺栓的金相組織顯微照片。
具體實施例方式下面將參照附圖詳細地描述本發(fā)明的示例性實施例，本領域技術人員應當理解，提供這些實施例僅僅是出于充分公開的目的，從而將本發(fā)明的原理充分地傳達給本領域技術人員，不應將提供的示例性實施例解釋為用于限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍由權利要求書及其等同物限定。本領域技術人員應當理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，一個實施例中的技術特征也可以被應用于另一個實施例。本發(fā)明的一個實施例涉及一種高強錨固螺栓，其按重量百分比包括C :O. 25-0. 50%, Si 0. 2-1. 5%, Mn :0. 5-2.0%, P ^ O. 03%, S ^ O. 03%,以及余量的鐵和不可避免的雜質(zhì)，所述高強錨固螺栓經(jīng)過連續(xù)感應熱處理，其中，該高強錨固螺栓的力學性能為抗拉強度obS 830-1220MPa，抗剪強度彡O. 7ob，斷后伸長率彡14%，20°C沖擊功^ 60J。其中，該高強錨固螺栓的特性的測試標準為化學成分按照GB/T223進行；拉伸試驗按照GB/T228進行；沖擊試驗按照GB/T229進行。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，可采用的原料為中低碳鋼或者合金鋼棒材。例如，可采用合金結(jié)構(gòu)鋼作為原料，其按重量百分比包括C :0. 25-0. 50%, Si :0. 2-1. 5%, Mn
O.5-2.0%, P^O. 03%, S^O. 03%,以及余量的鐵和不可避免的雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的其它實施例，作為原料的結(jié)構(gòu)鋼還可包括微量的Cr、Mo、Ti、V和Nb中的一種或幾種。當作為原料的結(jié)構(gòu)鋼中包括上述元素時，得到的高強錨固螺栓中也相應地包括微量的Cr、Mo、Ti、V和Nb中的一種或幾種，從而能夠改善錨固螺栓的性能?？稍诟袘獰崽幚砩a(chǎn)線上連續(xù)地完成錨固螺栓的上料、輥道輸送、前牽引輥、淬火感應加熱、淬火冷卻、回火感應加熱、回火冷卻、后牽引輥、輥道輸送、下料、包裝等生產(chǎn)過 程。本領域技術人員能夠理解如何具體執(zhí)行上述步驟，因此為了簡要起見，在這里省略對這些步驟的詳細描述。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在連續(xù)感應熱處理中，淬火加熱溫度為760_950°C，然后冷卻，回火加熱溫度為400-550°C。其中，在連續(xù)感應熱處理中可使用感應加熱器，感應加熱器可選用等徑多匝線圈組成的IGBT電磁感應爐，電流頻率> 20KHZ，線圈的銅管經(jīng)多次絕緣漆處理以達到完全絕緣。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，淬火處理和回火處理之后可分別使用淬火冷卻裝置、回火爐后冷卻裝置對高強錨固螺栓進行冷卻，在淬火冷卻裝置和回火爐后冷卻裝置中設置有多組環(huán)錐形水冷卻噴嘴。在感應熱處理生產(chǎn)線上采用等徑多匝線圈的中高頻感應器對高強錨固螺栓進行加熱，能夠使錨固螺栓加熱、冷卻均勻，錨固螺栓的平直度高，通條性好。根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，經(jīng)過連續(xù)感應熱處理后的錨固螺栓的晶粒細小，其主要顯微組織為回火馬氏體、回火索氏體或者回火屈氏體組織中的一種。根據(jù)本發(fā)明的其它實施例，該高強錨固螺栓的顯微組織還可包括一定量的鐵素體組織。下面將描述根據(jù)本發(fā)明的高強錨固螺栓的生產(chǎn)方法，該方法包括下述步驟制備錨固螺栓，所述錨固螺栓按重量百分比包括C :0. 25-0. 50 %, Si 0. 2-1. 5%, Mn
O.5-2. 0%,P ^ O. 03%,O. 03%，以及余量的鐵和不可避免的雜質(zhì)；采用連續(xù)感應熱處理對所述錨固螺栓進行處理。經(jīng)過連續(xù)感應熱處理后，該高強錨固螺栓的力學性能為抗拉強度Ob為830-1220MPa，抗剪強度彡O. 7ob，斷后伸長率彡14%，20°C沖擊功彡60J。在連續(xù)感應熱處理中，淬火加熱溫度可為760-950°C，然后冷卻，回火加熱溫度可為400-550°C。根據(jù)本實施例的方法中使用的原料和設備可以與根據(jù)本發(fā)明其它實施例的原料和設備相同，原料可在感應熱處理生產(chǎn)線上完成連續(xù)感應熱處理，其中，整個生產(chǎn)工藝可包括端面修整一吊裝上料一翻料進線一對齊定位一棍道送進一洋火加熱一洋火冷卻一聞壓吹氣一回火加熱一回火冷卻一矯直送進一輥道送進一翻料下線一進入冷床一收集一計數(shù)—包裝一入庫等步驟后，成為高強錨固螺栓產(chǎn)品。其中，在制造高強錨固螺栓的過程中，該高強錨固螺栓一直在輸送輥道上運送。雖然上面描述的生產(chǎn)工藝中包括了許多步驟(例如，端面修整、吊裝上料、翻料進線等)，但是本領域技術人員應當理解，除了與連續(xù)感應熱處理相關的步驟(例如，淬火加熱、淬火冷卻、回火加熱、回火冷卻等)之外，其它的步驟是為了執(zhí)行本發(fā)明的方法而附加的步驟。本領域技術人員應當理解，這些附加的步驟并不是必須的，根據(jù)本發(fā)明的方法可以包含這些步驟，也可以不包含這些步驟。下面結(jié)合具體示例來描述本發(fā)明的錨固螺栓。示例 I利用根據(jù)本發(fā)明的方法制備高強錨固螺栓，其按重量百分比包括CO. 38 %、SiO. 27%,Mn O. 61%, Cr O. 88%，以及余量的鐵和不可避免的雜質(zhì)。該高強錨固螺栓在感應熱處理生產(chǎn)線上連續(xù)的完成上料、輥道輸送、前牽引輥、淬火感應加熱、淬火冷卻、回火感應加熱、回火冷卻、后牽引輥、輥道輸送、下料、包裝等生產(chǎn)過程。淬火加熱溫度820°C，然后冷卻，回火加熱溫度450°C。該鋼筋的屈服強度為1030MPa，抗拉強度為1165MPa，斷后伸長率A為16. 0%，抗剪強度為827MPa，20°C沖擊功為89J。圖I中示出了根據(jù)示例I的高強錨固螺栓的金相組織的顯微照片，根據(jù)圖I可以 看出，其金相組織為回火索氏體+鐵素體。示例 2利用根據(jù)本發(fā)明的方法制備高強錨固螺栓，其按重量百分比包括CO. 42 %、SiO. 32%,Mn O. 71%, Cr O. 98%，以及余量的鐵和不可避免的雜質(zhì)。該高強錨固螺栓在感應熱處理生產(chǎn)線上連續(xù)的完成上料、輥道輸送、前牽引輥、淬火感應加熱、淬火冷卻、回火感應加熱、回火冷卻、后牽引輥、輥道輸送、下料、包裝等生產(chǎn)過程。淬火加熱溫度780°C，然后冷卻，回火加熱溫度400°C。該鋼筋的屈服強度為860MPa，抗拉強度為1020MPa，斷后伸長率A為18. 0%，抗剪強度為719MPa，20°C沖擊功為109J。圖2中示出了根據(jù)示例2的高強錨固螺栓的金相組織的顯微照片，根據(jù)圖2可以看出，其金相組織為回火索氏體+鐵素體。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的高強錨固螺栓的顯微組織細小，能夠達到抗拉強度σ b為830-1220MPa、抗剪強度彡O. 7 ob、斷后伸長率彡14%、20°C沖擊功彡60J的優(yōu)良的力學性能。另外，該高強錨固螺栓的顯微組織基本是回火馬氏體組織、回火索氏體或者回火屈氏體組織，如果需要，還可以含有一定量的鐵素體組織。提高了產(chǎn)品的塑性，反映在性能參數(shù)上即為延伸率和可加工性能的提高，滿足了錨固螺栓使用過程中的加工操作要求。因此，該聞強鋪固螺檢在到切破壞過程中可以承受:更聞的載荷，可以提聞安全儲備能力，提聞材料的服役周期，節(jié)約資源和能源。因此，該錨固螺栓產(chǎn)品具有高強、高塑、耐沖擊的優(yōu)點，能夠有效地抑制脆性斷裂等問題。雖然已經(jīng)結(jié)合示例性實施例描述了本發(fā)明，但是本領域普通技術人員應當理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對示例性實施例進行各種修改和改變，本發(fā)明的范圍在權利要求書及其等同物中限定。
權利要求
1.一種高強錨固螺栓，其特征在于該高強錨固螺栓按重量百分比包括C:O. 25-0. 50%, Si 0. 2-1. 5%, Mn 0. 5-2. 0%, P ^ O. 03%, S ^ O. 03%,以及余量的鐵和不可避免的雜質(zhì)，所述高強錨固螺栓經(jīng)過連續(xù)感應熱處理，其中，該高強錨固螺栓的力學性能為抗拉強度0)3為830-122010^，抗剪強度彡0.7(^，斷后伸長率彡14%，20°C沖擊功彡 60J。
2.如權利要求I所述的高強錨固螺栓，其特征在于該高強錨固螺栓的主要顯微組織為回火馬氏體、回火索氏體和回火屈氏體組織中的一種。
3.如權利要求2所述的高強錨固螺栓，其特征在于該高強錨固螺栓的顯微組織還包括鐵素體組織。
4.如權利要求I所述的高強錨固螺栓，其特征在于該高強錨固螺栓還包含Cr、Mo、Ti、V、Nb中的一種或幾種。
5.如權利要求I所述的高強錨固螺栓，其特征在于在連續(xù)感應熱處理中，淬火加熱溫度為760-950°C，然后冷卻，回火加熱溫度為400-550°C。
6.如權利要求I所述的高強錨固螺栓，其特征在于在連續(xù)感應熱處理中使用感應加熱器，所述感應加熱器是等徑多匝線圈組成的IGBT電磁感應爐，電流頻率> 20KHZ，線圈的銅管經(jīng)多次絕緣漆處理以達到完全絕緣。
7.如權利要求5所述的高強錨固螺栓，其特征在于淬火和回火之后分別使用淬火冷卻裝置、回火爐后冷卻裝置對高強錨固螺栓進行冷卻，在淬火冷卻裝置和回火爐后冷卻裝置中設置有多組環(huán)錐形水冷卻噴嘴。
8.一種高強錨固螺栓的生產(chǎn)方法，其特征在于該方法包括下述步驟 制備錨固螺栓，所述錨固螺栓按重量百分比包括C :0. 25-0. 50%, Si :0. 2-1. 5%, Mn O. 5-2. 0%、P彡O. 03%、S彡O. 03%，以及余量的鐵和不可避免的雜質(zhì)； 采用連續(xù)感應熱處理對所述錨固螺栓進行處理， 其中，該高強錨固螺栓的力學性能為抗拉強度ob為830-1220MPa，抗剪強度彡O. 7 ob，斷后伸長率彡14%，20°C沖擊功彡60J。
9.如權利要求8所述的高強錨固螺栓的生產(chǎn)方法，其特征在于該高強錨固螺栓的主要顯微組織為回火馬氏體、回火索氏體和回火屈氏體組織中的一種。
10.如權利要求9所述的高強錨固螺栓的生產(chǎn)方法，其特征在于該高強錨固螺栓的顯微組織還包括鐵素體組織。
11.如權利要求8所述的高強錨固螺栓的生產(chǎn)方法，其特征在于該高強錨固螺栓還包含Cr、Mo、Ti、V、Nb中的一種或幾種。
12.如權利要求8所述的高強錨固螺栓的生產(chǎn)方法，其特征在于在連續(xù)感應熱處理中，淬火加熱溫度為760-950°C，然后冷卻，回火加熱溫度為400-550°C。
13.如權利要求8所述的高強錨固螺栓的生產(chǎn)方法，其特征在于在連續(xù)感應熱處理中使用感應加熱器，所述感應加熱器是等徑多匝線圈組成的IGBT電磁感應爐，電流頻率^ 20KHZ，線圈的銅管經(jīng)多次絕緣漆處理以達到完全絕緣。
14.如權利要求12所述的高強錨固螺栓，其特征在于淬火和回火之后分別使用淬火冷卻裝置、回火爐后冷卻裝置對高強錨固螺栓進行冷卻，在淬火冷卻裝置和回火爐后冷卻裝置中設置有多組環(huán)錐形水冷卻噴嘴。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高強錨固螺栓及其生產(chǎn)方法，所述高強錨固螺栓按重量百分比包括C0.25-0.50％、Si0.2-1.5％、Mn0.5-2.0％、P≤0.03％、S≤0.03％，以及余量的鐵和不可避免的雜質(zhì)，所述高強錨固螺栓經(jīng)過連續(xù)感應熱處理，其中，高強錨固螺栓的力學性能為抗拉強度σb為830-1220MPa，抗剪強度≥0.7σb，斷后伸長率≥14％，20℃沖擊功≥60J。本發(fā)明的高強錨固螺栓具有高強、高塑、耐沖擊的優(yōu)點，能夠有效地抑制脆性斷裂等問題。
文檔編號C22C38/04GK102876965SQ20121033571
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月11日 優(yōu)先權日2012年9月11日
發(fā)明者林雙平, 張巖, 苗明明 申請人:中國鋼研科技集團有限公司, 新冶高科技集團有限公司