一种制备隧道桥梁领域用弧形异形钢的方法及装置制造方法及图纸

技术编号:19433859 阅读:93 留言:0更新日期:2018-11-14 12:26
本发明专利技术公开了一种制备隧道桥梁领域用弧形异形钢的方法及装置,该方法包括在钢液中施加微量元素对钢液进行变质处理的步骤;还包括在钢液熔化过程,施加电磁搅拌的步骤;还包括异型钢表面强化工艺处理植入压应力的步骤。本发明专利技术在异型钢钢液中添加了稀土等微量元素,对钢液中杂质进行改性,可以显著降低应力集中。本发明专利技术在钢液熔炼的过程中加电磁搅拌,让钢液组成均匀分布,可以显著降低成分偏析。本发明专利技术在异型钢表面表面进行喷丸强化处理,植入一定的压应力,减弱冷弯过程中的开裂行为。本发明专利技术具有操作简单,能耗低,制备成本低的有点。

【技术实现步骤摘要】
一种制备隧道桥梁领域用弧形异形钢的方法及装置
本专利技术涉及一种制备隧道桥梁等特殊领域用弧形工字钢的方法及装置,属于冶金技术与材料科学领域。
技术介绍
异形钢特别是工字钢广泛用于建筑、隧道、桥梁等领域,市场前景非常好。而生产隧道、桥梁等特殊领域拱形顶部用的弧形异形钢,目前一般采用焊接制品替代,而很少直接采用冷弯工艺制备,主要是由于异型钢在冷弯过程中易出现开裂现象,因此,很难采用冷弯工艺制备出合格的隧道桥梁等领域用特殊要求的弧形异形钢。因此,开发廉价高效的高隧道桥梁等特殊领域用异形钢的制备方法仍然是亟待解决的关键问题。因此,对该领域的现有技术进行创造性的研究和改进,是十分有前景的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对已有技术存在的缺陷,提供一种制备隧道桥梁领域用弧形工字钢的方法及装置,首先,在钢液中进行改性处理,改变夹杂物形态,减少在冷弯过程的应力集中;然后对工字钢进行表面强化基础,植入一定的压应力,进一步降低在冷弯过程开裂的趋势,可实现长尺寸、连续操作,操作简单,因而可以大幅度降低制备成本。为达到上述目的,本专利技术的总体构思是:在钢液中加入适量稀土,达到改性钢液中夹杂物的作用,稀土可以使钢中的MnS、Al2O3等夹杂物基本消失,重新形成一系列细小复杂、形状各异的稀土氧化物和稀土氧硫化物,以及含微量Ca为中心硬质点Al2O3和MnS为核心的外围包有稀土的复杂组态的夹杂物。稀土元素在对夹杂物有变性作用的同时,对夹杂物还有变形的作用,可以使钢中单纯链状和条状的夹杂物变形为等轴状或趋近于球形和纺锤形状的稀土化合物。同时,同时采用电磁搅拌,使钢液成分均匀分布,可以显著降低钢液产生的成分偏析,增加异型钢的力学性能。然后,对异型钢表面进行强化处理,如滚压、激光脉冲、喷丸等处理,进一步降低在冷弯过程开裂行为的趋势,然后对处理过的异型钢钢可直接采用冷弯工艺处理而得到隧道桥梁等特殊领域用弧形异形钢。基于上述构思,本专利技术这种制备隧道桥梁领域用弧形异形钢的方法,包括在钢液中施加微量元素对钢液进行变质处理的步骤;还包括在钢液熔化过程,施加电磁搅拌的步骤;还包括异型钢表面强化工艺处理植入压应力的步骤。其中,所述微量元素指稀土。所述异型钢表面强化工艺处理植入压应力的步骤是指对异型钢表面进行滚压、激光脉冲或喷丸等的处理步骤。具体的,该方法包括如下步骤:步骤1.采用市场上销售的生产异形型钢钢锭,去除氧化层,然后进行表面除油处理;步骤2.钢液组分的调制:采用微合金的办法,通过对钢液中施加微量元素对钢液进行变质处理,消除由于夹杂物造成的应力集中,降低异型钢在后续冷弯过程产生的开裂行为;步骤3.电磁搅拌:在钢液熔化过程,施加电磁搅拌,使钢液组分分布均匀,降低后续冷弯过程因成分偏析造成的开裂行为;步骤4.连铸机轧制过程:将钢液加入连铸机连铸后经轧制,得到异型钢;步骤5.异型钢表面强化工艺处理:采用滚压、激光脉冲或喷丸对异型钢进行表面强化处理,植入压应力,降低在后续冷弯过程出现开裂行为;步骤6.冷弯工艺:对表面强化后的异型钢按要求进行冷弯处理;步骤7.去应力退火:对冷弯后的异型钢进行去应力退火,得到力学性能优异的弧形异形钢。为实现上述方法,本专利技术的制备隧道桥梁领域用弧形异形钢的装置包括前后相继的熔炼系统一、连铸系统,喷丸系统和熔炼系统二,熔炼系统一与连铸系统之间通过传液管相连;其中熔炼系统一包括钢液熔炼炉,该钢液熔炼炉设有用于提供电磁搅拌力的变频电源和感应器;连铸系统包括一台连铸机和四台依次连接的轧制机;喷丸系统包括喷丸工作室,该喷丸工作室中设有用于喷射高压气流的喷枪和用于固定异型钢式样的夹具座,该喷枪连接弹丸仓,从而能够从弹丸仓中抽取弹丸进行喷射;熔炼系统二包括一台冷弯机。与现有技术相比较,本专利技术具有以下突出的实质性特点和显著进步:本专利技术在异型钢钢液中添加了稀土等微量元素,对钢液中杂质进行改性,可以显著降低应力集中。本专利技术在钢液熔炼的过程中加电磁搅拌,让钢液组成均匀分布,可以显著降低成分偏析。本专利技术在异型钢表面表面进行喷丸强化处理,植入一定的压应力,减弱冷弯过程中的开裂行为。本专利技术具有操作简单,能耗低,制备成本低的有点。附图说明图1是本专利技术方法中所用的专用装置的结构示意图。附图中的标记为:1-钢液熔炼炉,2-钢液,3-变频电源,4-感应器,5-电磁搅拌力,6-传液管,7-连铸机,8-轧制机一,9-轧制机二,10-轧制机三,11-轧制机四,12-异型钢,13-喷丸工作室,14-高压气流,15-喷枪,16-异型钢式样,17-夹具座,18-弹丸仓,19-弹丸,20-熔炼系统一,21-式样表层,22-强化处理异型钢,23-冷弯机,24-弧形型钢,25-连铸系统,26-喷丸系统,27-熔炼系统二。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1:一种制备隧道桥梁领域用弧形异形钢的装置,包括前后相继的熔炼系统一20、连铸系统25,喷丸系统26和熔炼系统二27;其中熔炼系统一20包括钢液熔炼炉1,该钢液熔炼炉1设有用于提供电磁搅拌力5的变频电源3和感应器4;熔炼系统一20与连铸系统25之间通过传液管6相连,将钢液2传输给连铸系统25。连铸系统25包括一台连铸机7和四台依次连接的轧制机,即轧制机一8、轧制机二9、轧制机三10、轧制机四11,轧制机轧制完成的异型钢12进入到喷丸系统26。喷丸系统26包括喷丸工作室13,该喷丸工作室13中设有用于喷射高压气流14的喷枪15和用于固定异型钢式样16的夹具座17,该喷枪15连接弹丸仓18并且从其中吸取弹丸19,铜鼓高压气流14对式样表层21进行喷丸处理,形成强化处理异型钢22,然后进入熔炼系统二27。熔炼系统二27包括一台冷弯机23,通过该冷弯机23处理得到弧形型钢24。实施例1:在Q235工字钢成分的钢锭1000kg加入钢液熔炼炉1中,然后加入整体熔体质量的2kg的稀土铈、0.5kg铌到钢液熔炼炉1中熔化。同时开启电磁搅拌装置感应器4,在电磁搅拌力5的作用下钢液2成分保持均匀分布。然后通过传液管6加入到连铸机中7,经过轧制机系统的轧制机一8、轧制机二9、轧制机三10、轧制机四11轧制得到异型钢12,异型钢12为工字钢10#钢(100×63×4.5mm)。对获得的异型钢12采用依次通过200、400和600#的碳化硅水磨砂纸磨制抛光,以获得光洁平整的表面。然后对表面打磨好的异形钢式样16(本实施例中异型钢为工字钢)、采用高能喷丸机喷丸枪15喷出弹丸19对异形钢式样16即工字钢式样表面进行强化处理,获得表面植入一定压应力的强化处理异型钢22(即工字钢)。其中,喷丸系统26采用高能喷丸方法,弹丸19粒径为:0.8mm,喷出速度为:50m/s。然后经过冷弯机23处理,曲率半径为:5m。制备得到弧形型钢24。然后进行300~400℃下进行去应力退火。最终获得了表面无开裂现象屈服强度达到260~300MPa的弧形工字钢,这一成标准达到了制备高力学性能的隧道桥梁等特殊领域用弧形工字钢的目标。尽管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备隧道桥梁领域用弧形异形钢的方法,其特征在于:该方法包括在钢液中施加微量元素对钢液进行变质处理的步骤;还包括在钢液熔化过程,施加电磁搅拌的步骤;还包括异型钢表面强化工艺处理植入压应力的步骤。

【技术特征摘要】
1.一种制备隧道桥梁领域用弧形异形钢的方法,其特征在于:该方法包括在钢液中施加微量元素对钢液进行变质处理的步骤;还包括在钢液熔化过程,施加电磁搅拌的步骤;还包括异型钢表面强化工艺处理植入压应力的步骤。2.根据权利要求1所述的制备隧道桥梁领域用弧形异形钢的方法,其特征在于:所述微量元素指稀土。3.根据权利要求1所述的制备隧道桥梁领域用弧形异形钢的方法,其特征在于:所述异型钢表面强化工艺处理植入压应力的步骤是指对异型钢表面进行滚压、激光脉冲或喷丸的处理步骤。4.根据权利要求1所述的制备隧道桥梁领域用弧形异形钢的方法,其特征在于该方法包括如下步骤:步骤1.采用市场上销售的生产异形型钢钢锭,去除氧化层,然后进行表面除油处理;步骤2.钢液组分的调制:采用微合金的办法,通过对钢液中施加微量元素对钢液进行变质处理,消除由于夹杂物造成的应力集中,降低异型钢在后续冷弯过程产生的开裂行为;步骤3.电磁搅拌:在钢液熔化过程,施加电磁搅拌,使钢液组分分布均匀,降低后续冷弯过程因成分偏析造成的开裂行为;步骤4.连铸机轧制过程:将钢液加入连铸机连铸后经轧制,得到异型钢...

【专利技术属性】
技术研发人员:伍玉娇龙琼黄芳凌敏周登凤路坊海何杰军李杨
申请(专利权)人:贵州理工学院
类型:发明
国别省市:贵州,52

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