400MPa级耐候栓钉用盘条、生产方法及制备的栓钉

摘要

本发明提供一种400MPa级耐候栓钉用盘条、生产方法及制备的栓钉，所述盘条成分按重量百分比计如下：[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％；余量为铁及不可避免杂质；生产法，包括冶炼‑连铸‑钢坯加热‑轧制‑吐丝‑冷却；应用本发明低碳钢盘条生产的栓钉具有显著的耐候性能，屈服强度不低于400MPa，同时保持良好的焊接性能。

权利要求

1.一种400MPa级耐候栓钉用盘条，其特征在于，所述盘条成分按重量百分比计如下：[C] 0.06%～0.10%，[Si] 0.21%～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%；余量为铁及不可避免杂质；

~

且以上各元素在设定具体含量时应同时满足式(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400MPa级耐候栓钉用盘条 的生产方法，包括冶炼-连铸-钢坯加热-轧制-吐丝-冷却；

（1）钢坯加热：生产盘条采用的钢坯横截面尺寸规格为：(150mm～160mm)×(150mm～

160mm)，钢坯加热总在炉时间2.5～3小时，均热段温度在950℃～1040℃；

（2）轧制：轧件出预精轧温度控制在870℃～890℃，入双模块温度860℃～873℃；

（3）吐丝：所述盘条吐丝直径为10.0mm～25.0mm，盘条吐丝温度控制在860℃～880℃；

（4）盘条冷却：采用风冷或EDC冷却；

风冷：初始辊道速度0.15-0.25m/min，盘条平均冷速控制在1.5℃/s～4℃/s；

EDC冷却：吐丝后盘条首先经过EDC水浴冷却，初始辊道速度0.45-0.75m/min，盘条出水温度520-580℃，出水后风冷，平均冷速控制在1.5℃/s～4℃/s。

2.根据权利要求1所述的一种400MPa级耐候栓钉用盘条，其特征在于，所述盘条组织由铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体组成，按面积计算珠光体含量5%-10%，贝氏体含量5%-15%，马氏体含量不超过1.5%，所述铁素体晶粒尺寸在25-35um之间。

3.一种400MPa级耐候栓钉，其以权利要求1或2所述的盘条为原料经盘条拉拔、镦粗制得，在拉拔变形过程中盘条减面率为8%-15%。

说明书

400MPa级耐候栓钉用盘条、生产方法及制备的栓钉

技术领域

[0001] 本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种400MPa级耐候栓钉用盘条及其生产方法。

背景技术

[0002] 栓钉是电弧螺柱焊用圆柱头焊钉(英文Cheese head studs for arc stud welding)的简称，属于一种高强度刚度连接的紧固件，用于各种钢结构工程中，在不同连接件中起刚性组合连接作用，适用于高层钢骨结构建筑、工业厂房建筑、公路、铁路、桥梁、塔架、汽车、能源、交通设施建筑、机场、车站、电站、管道支架、起重机械及其它各类钢结构等工程。

[0003] 栓钉的现行国家标准使用国标GB/T 10433-2002，适用于土木建筑工程中各类结构的抗剪件，埋设件及锚固件。GB/T10433-2002非等效采用国际标准ISO13918：1998《焊接电弧螺柱焊用螺柱和磁环》，SD型剪切件(焊钉)，和日本工业标准JIS B1198-1995《圆柱头焊钉》。Ф10mm～Ф25mm各种规格型号的电弧螺柱焊用圆柱头焊钉，材质SWRCH15A、ML15Al或ML15。

[0004] 在钢结构中，由于栓钉可以有效地传递剪切力，在很多场合都是必须设置的。但是随着近年来耐候钢材料使用范围的不断扩大，栓钉的材料面临新的问题。母材更换为耐候钢之后，母材与栓钉的耐腐蚀能力差距增大，随着服役时间的延长，破坏必将从栓钉与母材的结合部发生，若栓钉与母材的连接被破坏，则不同连接件之间的剪切力无法传递，必将导致整个建筑结构的破坏。因此为了适应钢结构母材材质的变化，必须要开发一种耐候栓钉材料，由于栓钉对强度和焊接性能均有明确要求，因此，如何在使栓钉材料获得耐候性能的同时保持足够的强度和良好的可焊性成为开发这种材料必须解决的课题。目前400MPa是广泛应用的栓钉强度级别，因此，首先应开发出满足400MPa级别耐候栓钉所需的材料。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种400MPa级耐候栓钉用盘条、生产方法及制备的栓钉，应用本发明低碳钢盘条生产的栓钉具有显著的耐候性能(I指数不小于6.0)，屈服强度不低于400MPa，同时保持良好的焊接性能(Ce＜0.4)。

[0006] 本发明的而目的是这样实现的：

[0007] 一种400MPa级耐候栓钉用盘条，所述盘条成分按重量百分比计如下：[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％；余量为铁及不可避免杂质；

[0008] 且以上各元素在设定具体含量时应同时满足式(1)和式(2)的要求，[0009] I＝26.01[Cu]+3.88[Ni]+1.2[Cr]+1.49[Si]+17.28[P]

[0010] -7.29[Cu][Ni]-9.1[Ni][P]-33.39[Cu]2≥6.0  (1)

[0011] Ce＝[C]+[Mn]/6+([Cr]+[Mo]+[V])/5+([Ni]+[Cu])/15＜0.40  (2)。

[0012] 所述盘条组织由铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体组成，按面积计算珠光体含量5％-10％，贝氏体含量5％-15％，马氏体含量不超过1.5％，所述铁素体晶粒尺寸在25-35um之间。

[0013] 本发明成分设计理由如下：

[0014] 碳是钢中的主要强化元素，为了使栓钉具备足够的强度，必须在钢中保留一定的碳元素。同时，碳元素的提高将影响栓钉的焊接性能，因此碳含量不宜过高，因此本发明专利碳含量控制范围0.06％～0.10％。

[0015] 硅是高碳钢中主要脱氧元素。钢中硅含量低将导致钢脱氧不足，钢坯表明形成针孔气泡等铸坯缺陷；钢中硅含量过高，钢液脱氧后会出现粗大的硅酸盐及杂物。同时，硅含量过高会恶化栓钉的焊接性能。因此，本发明专利钢中硅含量控制在0.15％～0.25％。

[0016] 锰也是一种提高盘条强度的元素；但是锰元素过高则不利于碳当量的控制，对焊接性能不利。因此钢中锰含量控制在0.30％～0.50％。

[0017] 磷、硫是钢中有害杂质元素，在不造成其他影响的情况下，越低越好。本发明专利要求盘条[P]≤0.020％，[S]≤0.015％。

[0018] 铝是较强脱氧元素，含量过高将会导致钢中夹杂物的变形性恶化；但是钢中含有一定量的铝，可以保证钢液充分脱氧，同时有利于钢的组织细化，因此盘条的铝含量控制在0.02％～0.06％。

[0019] 镍、铬、铜是典型的耐腐蚀元素，因此必须添加一定的量才能使材料获得足够的耐腐蚀性能。但是镍、铬、铜含量过高对焊接性能不利，因此要求盘条中相应的元素含量为：[Ni]0.45％～0.65％，[Cr]0.30％～0.60％，[Cu]0.20％～0.40％。

[0020] 钛在钢中易于形成细小弥散的碳氮化物，可以钉轧晶界、细化晶粒，可以提高钢的强度。对于耐候栓钉用材料来说，为了使材料具有足够的耐腐蚀性，必须降低钢中的碳、锰含量，从而对满足栓钉的强度要求带来了困难，因此加入钛进行强化。另一方面，钛的加入量过多不会带来额外的强度增加，且必将导致成本的增加，因此要求[Ti]0.005％～0.030％。

[0021] 本发明技术方案之二是提供一种400MPa级耐候栓钉用盘条的生产方法，包括冶炼-连铸-钢坯加热-轧制-吐丝-冷却；

[0022] (1)钢坯加热：钢坯加热的目的是使钢坯充分奥氏体化，减小钢坯的变形抗力，使线材轧制过程顺利进行。本发明中，生产盘条采用的钢坯横截面尺寸规格为：(150mm～160mm)×(150mm～160mm)，钢坯加热总在炉时间2.5～3小时，均热段温度在950℃～1040℃；

[0023] (2)轧制温度：由于高速线材轧机生产线上的冷却能力有限，对轧制过程温度进行控制可以为后续入双模块温度和吐丝温度的控制创造条件，为了实现耐候栓钉用钢盘条的组织细化，本发明要求轧件出预精轧温度控制在870℃～890℃，入双模块温度860℃～880℃；

[0024] (3)吐丝温度：盘条的吐丝温度直接影响后续盘条的冷却速度和相变过程，本发明所述盘条吐丝直径为10.0mm～25.0mm，并要求盘条吐丝直径为10.0mm～25.0mm，盘条吐丝温度控制在860℃～880℃；

[0025] (4)盘条冷却：采用风冷或EDC冷却(EDC冷却是指热轧线材先经水冷后连续散卷浸入热水槽中冷却的在线控制冷却法，即散卷热水浴法)；

[0026] 风冷：初始辊道速度0.15-0.25m/min，盘条平均冷速控制在1.5℃/s～4℃/s；

[0027] EDC冷却：吐丝后盘条首先经过EDC水浴冷却，初始辊道速度0.45-0.75m/min，盘条出水温度520-580℃，出水后风冷，平均冷速控制在1.5℃/s～4℃/s。

[0028] 在吐丝温度一定的情况下，盘条的冷却方式和冷却速度直接影响盘条在各个相区的停留时间及组织构成。在本发明中可以采用传统的斯太尔摩风冷工艺或EDC工艺进行组织控制，两者的区别在于风冷工艺更加成熟成本更低，而采用EDC工艺冷却可以提高盘条冷却均匀程度，改善组织均匀度，从而提高成品栓钉的力学性能稳定性。为获得理想的组织，盘条平均冷速控制在1.5℃/s～4℃/s。风冷工艺主要通过风机频率和辊道速度控制冷却强度；

[0029] 在EDC工艺中，初始辊道速度主要影响盘条在水浴槽中的停留时间，进而控制最终的盘条出水温度。盘条出水后的风冷主要是为了控制盘条温度，使盘条具备合适的组织构成。

[0030] 本发明中采用风冷工艺时，初始辊道速度0.15-0.25m/min，风机频率前4架1400Hz，其他架次1000Hz，盘条平均冷速控制在1.5℃/s～4℃/s。

[0031] 采用EDC工艺时吐丝后盘条首先经过EDC水浴冷却，初始辊道速度0.45-0.75m/min，盘条出水温度520-580℃，出水后风冷，出水后连续4架风机频率为1000Hz，盘条平均冷速控制在1.5℃/s～4℃/s。

[0032] 一种400MPa级耐候栓钉，其以所述的盘条为原料经盘条拉拔、镦粗制得，在拉拔变形过程中盘条减面率为8％-15％。

[0033] 本发明的有益效果在于，本发明通过合理的成分设计，结合微合金强化和低温轧制及冷却工艺，使盘条在满足栓钉对可焊性要求的前提下，兼顾了栓钉对耐候性能的要求，使其可以与国内日益扩大使用范围的耐候钢板配合使用，同时，采用本发明所述盘条生产耐候栓钉时，仅需要经过较小的拉拔变形，即可使栓钉的屈服强度不低于400MPa，在满足栓钉对强度要求的同时减少了用户加工量，提高了栓钉的安全性。

具体实施方式

[0034] 下面通过实施例对本发明作进一步的说明。

[0035] 本发明实施例根据技术方案的组分配比，进行冶炼-连铸-钢坯加热-轧制-吐丝-冷却；

[0036] (1)钢坯加热：生产盘条采用的钢坯横截面尺寸规格为：(150mm～160mm)×(150mm～160mm)，钢坯加热总在炉时间2.5～3小时，均热段温度在950℃～1040℃；

[0037] (2)轧制温度：轧件出预精轧温度控制在870℃～890℃，入双模块温度860℃～880℃；

[0038] (3)吐丝温度：所述盘条吐丝直径为10.0mm～25.0mm，求盘条吐丝直径为10.0mm～25.0mm，盘条吐丝温度控制在860℃～880℃；

[0039] (4)盘条冷却：采用风冷或EDC冷却；

[0040] 风冷：初始辊道速度0.15-0.25m/min，盘条平均冷速控制在1.5℃/s～4℃/s；

[0041] EDC冷却：吐丝后盘条首先经过EDC水浴冷却，初始辊道速度0.45-0.75m/min，盘条出水温度520-580℃，出水后风冷，平均冷速控制在1.5℃/s～4℃/s。

[0042] 一种400MPa级耐候栓钉，其以所述的盘条为原料经盘条拉拔、镦粗制得，在拉拔变形过程中盘条减面率为8％-15％。

[0043] 本发明实施例盘条的成分见表1。本发明实施例盘条的主要工艺参数见表2。本发明实施例盘条及栓钉的组织和性能见表3。

[0044] 表1本发明实施例盘条的成分(wt％)

[0045] 实施例 C Si Mn P S Al Ni Cr Cu Ti I指数 Ce1 0.08 0.21 0.42 0.019 0.006 0.045 0.52 0.42 0.38 0.019 6.69 0.29
2 0.09 0.19 0.38 0.015 0.008 0.024 0.5 0.32 0.35 0.023 6.54 0.27
3 0.06 0.23 0.45 0.016 0.012 0.038 0.56 0.41 0.22 0.018 6.41 0.27
4 0.07 0.2 0.36 0.012 0.009 0.046 0.58 0.49 0.29 0.021 6.79 0.29
5 0.06 0.24 0.49 0.013 0.008 0.054 0.63 0.54 0.33 0.026 7.03 0.31
6 0.1 0.16 0.32 0.01 0.008 0.022 0.46 0.38 0.36 0.007 6.44 0.28
7 0.08 0.15 0.4 0.012 0.009 0.026 0.49 0.58 0.21 0.009 6.21 0.31
8 0.07 0.2 0.35 0.011 0.011 0.029 0.57 0.35 0.36 0.013 6.60 0.26
9 0.07 0.19 0.39 0.009 0.01 0.021 0.52 0.42 0.29 0.008 6.55 0.27

[0046] 备注：I指数为代表材料抗腐蚀能力的指数，一般认为I指数在6.0以上时材料具备较好的耐腐蚀性能；Ce根据国际焊接协会推荐的碳当量经验公式计算，Ce<0.40时代表焊接性优良。

[0047] 表2本发明实施例盘条的主要工艺参数

[0048]

[0049] 表3本发明实施例盘条及栓钉的组织和性能

[0050]

[0051] 为了表述本发明，在上述中通过实施例对本发明恰当且充分地进行了说明，以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。