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工程用高强度钢拉杆的研制意义

作者:总管理员   时间:2021-07-26 14:18  来源:未知   浏览:

工程用高强度钢拉杆的研制,是为了满足众多工程对高强度钢拉杆的配套需求。在无该项产品,主要靠进口的情况下,为振兴民族工业并打破英国、法国、德国、卢森堡等少数对钢拉杆国际市场的垄断,使得国产化钢拉杆在市场得到应用并向国际市场进军。

高强度钢拉杆作为建筑工程中的主要受力部件,在国外各种类型的建筑工程中使用较为普遍。而高强度钢拉杆(主要是指Rel≥460Mpa以上的钢拉杆)全部依赖进口,只有一般强度的钢拉杆(相对于Rel≥460Mpa的钢拉杆,主要是指Rel≥235Mpa、Rel≥345Mpa的钢拉杆)在少数厂家生产,缺乏竞争优势。

通过对高强度钢拉杆产品的开发,在材料选择、热处理工艺、锻造工艺、拉力试验等方面取得了重大突破,并创造了高强度钢拉杆的多项技术成果。研制成功的高强度钢拉杆的综合性能已达到和超过国际同类产品的技术水平。

1 高强度钢拉杆的研制

自1999年开始立项研究高强度钢拉杆时,没有钢拉杆定型产品和相关标准,仅在交通部建造船坞规范中有相关技术指标要求供参考。世界各国(公司)生产钢拉杆的生产规格、技术参数也均有差异。而大规格Φ90mm(Rel≥460Mpa)船坞钢拉杆、Φ150mm(Rel≥550Mpa)建筑钢拉杆在则是空白。

1.1方案设计及论证

通过对国外钢拉杆产品及技术参数的分析,并结合造船厂、钢结构厂、设计院、研究所等单位的使用、安装、设计的综合情况进行的调研。从方案设计论证入手,考虑到产品的结构及工艺性,确定研制方案技术攻关的重点内容:

1)钢拉杆整体结构必须突出该产品作为预应力连接件与结构连接配套的通用化、标准化和系列化,施工安装、调整方便,整体结构造型美观。

2) 选择合适的材料,既要保证其具有良好的可热处理性、可锻性,还要考虑材料的经济性。

3)确定适合的热处理工艺,加强热处理过程质量控制,保证材料综合力学性能指标要完全达到和超过国外同类产品的技术水平。

4)螺纹端要实现锻造镦粗,螺纹底径不小于杆体直径,达到等强设计要求.

5)成批生产质量稳定性的控制。

1.2技术攻关、样品试制及性能检测

直径Φ90mm(Rel≥460Mpa)的船坞钢拉杆和直径Φ150mm(Rel≥550Mpa)的建筑钢拉杆的生产制造在我国均属首次,而此前对直径Φ150mm大规格高强度钢拉杆进行锻造镦粗、调质热处理在我国还无先例。

通过热加工工艺和冷加工工艺等多项工艺实验,参照EN10113/2欧洲标准,首先对Q460-D钢钢拉杆样品分别进行了热处理工艺、力学性能试验研究。由于Q460-D钢是低碳、低合金、低淬透性钢,按常规正火热处理后,屈服强度偏低,仅410Mpa左右,达不到460Mpa强度要求。因此必须进行调质(5151)处理,以获得金相组织较细的低碳马氏体,试验结果表明采用特殊定制的Q460-D钢可以基本满足高强度钢拉杆的力学性能要求。但我国大规格Q460-D钢炼钢技术尚不成熟、难以保证大批量生产质量的稳定性,制造成本高、用户难以接受。

鉴于此,优选了一种合金结构钢,对其进行 “非常规”热处理工艺技术试验——在工艺参数的范围内进行了两种细化工艺试验(较高的伸长率和较低屈服强度的细化工艺试验;较高屈服强度和较低伸长率的细化工艺试验)及钢拉杆螺纹部分的连接性能试验等。通过力学性能实验、金相检验、拉力试验均取得了理想效果,达到了高强度钢拉杆的综合力学性能的要求,为批量生产大直径高强度钢拉杆产品奠定了基础,充分做到了老钢种新用途。

高强度钢拉杆的热处理技术是整个研制过程中的核心技术。在经历了大量常规热处理实验不能达到高强度钢拉杆力学性能要求后,采用了“非常规”热处理工艺,不仅淬火加热温度、回火温度与选择的合金结构钢常规调质工艺不同,更主要的是没有采用常规的淬火冷却介质,而是采用了冷却速度更快的淬火冷却介质。综合应用了“控时控温”、“ 延时淬火”、“ 水—空双介质淬火”等工艺技术。采用此项冷却方法,可以大大减少甚至消除淬火软点,获得更良好、稳定的力学性能,降低了淬火开裂倾向,可获得大的淬硬层深度,特别是增强淬火的疲劳寿命可以提高一个数量等级。这是现代热处理冷却技术增强淬火方法(IQM )的成功应用。

钢拉杆端部的锻造镦粗技术是在杆体局部加热达到始锻温度后,采用平锻机施压使端部杆体在模具内达到终锻温度前产生塑性变形达到成型效果。锻造镦粗过程中通过对锻造比、镦粗长径比、始终锻温度、加热时间、镦粗次数(加热次数)的综合控制达到良好镦粗直径、镦粗长度及力学性能,满足钢拉杆等强设计要求。

在取得了Φ90mm合金结构钢高强度钢拉杆试制成功后,又进一步开发Φ150mm(Rel≥550Mpa)高强度钢拉杆。试制过程中仍采用国产合金结构钢,经调整后的“非常规”热处理、大吨位锻造镦粗工艺后,其力学性能指标同样达到并超过了国际标准要求,填补了空白。

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