1、工程用高強(qiáng)度鋼拉桿的研制與應(yīng)用摘 要 通過對(duì)工程用高強(qiáng)度鋼拉桿的研制， 在材料選擇、 熱處 理工藝、力學(xué)性能檢測(cè)上積累了豐富經(jīng)驗(yàn)， 做到了工藝、技術(shù)的創(chuàng)新， 實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，滿足了工程要求。關(guān)鍵詞 鋼拉桿 合金結(jié)構(gòu)鋼 熱處理 高強(qiáng)度 力學(xué)性 能 等強(qiáng)設(shè)計(jì) 索具THE MANUFACTURE AND APPLICATION OFHIGH STRENGTH STEEL TIE ROD FOR ENGINEERINGABSTRACTAccording to the research & manufacture of highstrength steel tie rod for engineering,

2、 piled up abundant experience at the choice of materials,heat treatment technics and examination of mechanical property,also made a innovation of technics and technique,realized to make in china, met the request of engineering.KEY WORDS steel tie rod alloy structure steelsheattreatment high strength

3、mechanical propertydesign ofequal strengthsling工程用高強(qiáng)度鋼拉桿的研制，是為了滿足國(guó)內(nèi)眾多工程對(duì)高強(qiáng)度鋼拉桿的配套需求。 在國(guó)內(nèi)無該項(xiàng)產(chǎn)品， 主要靠進(jìn)口的情況下， 為振興民族工業(yè)并打破英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、盧森堡等少數(shù)國(guó)家對(duì)鋼拉 桿國(guó)際市場(chǎng)的壟斷， 使得國(guó)產(chǎn)化鋼拉桿在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)得到應(yīng)用并向國(guó)際 市場(chǎng)進(jìn)軍。高強(qiáng)度鋼拉桿作為建筑工程中的主要受力部件，在國(guó)外各 種類型的建筑工程中使用較為普遍。 而國(guó)內(nèi)高強(qiáng)度鋼拉桿 （主要是指 Rel紐60Mpa以上的鋼拉桿）全部依賴進(jìn)口，只有一般強(qiáng)度的鋼拉桿（相對(duì)于Rel紹60Mpa的鋼拉桿，主要是指 Rel支35Mpa、R

4、el 345Mpa 的鋼拉桿）在國(guó)內(nèi)少數(shù)廠家生產(chǎn)，缺乏競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。通過對(duì)高強(qiáng)度鋼拉桿產(chǎn)品的開發(fā)， 在材料選擇、 熱處理工藝、 鍛造工藝、 拉力試驗(yàn)等方面取得了重大突破， 并創(chuàng)造了高強(qiáng)度鋼拉桿 的多項(xiàng)技術(shù)成果。 研制成功的高強(qiáng)度鋼拉桿的綜合性能已達(dá)到和超過 國(guó)際同類產(chǎn)品的先進(jìn)技術(shù)水平。1 高強(qiáng)度鋼拉桿的研制自 1999 年開始立項(xiàng)研究高強(qiáng)度鋼拉桿時(shí)，國(guó)內(nèi)沒有鋼拉桿定型產(chǎn)品 和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，僅在交通部建造船塢規(guī)范中有相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求供參 考。世界各國(guó)（公司）生產(chǎn)鋼拉桿的生產(chǎn)規(guī)格、 技術(shù)參數(shù)也均有差異。而大規(guī)格90mm （Rel 160Mpa ）船塢鋼拉桿、150mm （Rel 550Mpa ）建筑鋼拉桿

5、在國(guó)內(nèi)則是空白。1.1 方案設(shè)計(jì)及論證通過對(duì)國(guó)外鋼拉桿產(chǎn)品及技術(shù)參數(shù)的分析， 并結(jié)合國(guó)內(nèi)造船廠、 鋼結(jié)構(gòu)廠、設(shè)計(jì)院、研究所等單位的使用、安裝、設(shè)計(jì)的綜合情況進(jìn)行的 調(diào)研。從方案設(shè)計(jì)論證入手，考慮到產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及工藝性，確定研制 方案技術(shù)攻關(guān)的重點(diǎn)內(nèi)容：鋼拉桿整體結(jié)構(gòu)必須突出該產(chǎn)品作為預(yù)應(yīng)力連接件與結(jié)構(gòu) 連接配套的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，施工安裝、調(diào)整方便，整體結(jié) 構(gòu)造型美觀。選擇合適的材料，既要保證其具有良好的可熱處理性、可 鍛性，還要考慮材料的經(jīng)濟(jì)性。確定適合的熱處理工藝， 加強(qiáng)熱處理過程質(zhì)量控制， 保證 材料綜合力學(xué)性能指標(biāo)要完全達(dá)到和超過國(guó)外同類產(chǎn)品的技術(shù)水平。螺紋端要實(shí)現(xiàn)鍛造鐓粗 ,螺紋

6、底徑不小于桿體直徑 ,達(dá)到等強(qiáng) 設(shè)計(jì)要求.成批生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定性的控制。1.2 技術(shù)攻關(guān)、樣品試制及性能檢測(cè)直徑90mm (Rel紹60Mpa )的船塢鋼拉桿和直徑150mm(Rel為50Mpa )的建筑鋼拉桿的生產(chǎn)制造在我國(guó)均屬首次，而此前對(duì)直徑150mm大規(guī)格高強(qiáng)度鋼拉桿進(jìn)行鍛造鐓粗、調(diào)質(zhì)熱處理在 我國(guó)還無先例。通過熱加工工藝和冷加工工藝等多項(xiàng)工藝實(shí)驗(yàn)，參照EN10113/2 歐洲標(biāo)準(zhǔn)，首先對(duì) Q460-D 鋼鋼拉桿樣品分別進(jìn)行了熱 處理工藝、力學(xué)性能試驗(yàn)研究。由于 Q460-D 鋼是低碳、低合金、低 淬透性鋼，按常規(guī)正火熱處理后，屈服強(qiáng)度偏低，僅 410Mpa 左右， 達(dá)不到 460Mpa

7、強(qiáng)度要求。因此必須進(jìn)行調(diào)質(zhì)（ 5151 ）處理，以獲 得金相組織較細(xì)的低碳馬氏體，試驗(yàn)結(jié)果表明采用特殊定制的 Q460-D 鋼可以基本滿足高強(qiáng)度鋼拉桿的力學(xué)性能要求。但我國(guó)大規(guī) 格 Q460-D 鋼煉鋼技術(shù)尚不成熟、難以保證大批量生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定 性，制造成本高、用戶難以接受。鑒于此，優(yōu)選了一種合金結(jié)構(gòu)鋼，對(duì)其進(jìn)行 “非常規(guī)”熱處理 工藝技術(shù)試驗(yàn)在工藝參數(shù)的范圍內(nèi)進(jìn)行了兩種細(xì)化工藝試驗(yàn) （較 高的伸長(zhǎng)率和較低屈服強(qiáng)度的細(xì)化工藝試驗(yàn)； 較高屈服強(qiáng)度和較低伸 長(zhǎng)率的細(xì)化工藝試驗(yàn)） 及鋼拉桿螺紋部分的連接性能試驗(yàn)等。 通過力 學(xué)性能實(shí)驗(yàn)、金相檢驗(yàn)、拉力試驗(yàn)均取得了理想效果，達(dá)到了高強(qiáng)度 鋼拉桿的綜合力

8、學(xué)性能的要求， 為批量生產(chǎn)大直徑高強(qiáng)度鋼拉桿產(chǎn)品 奠定了基礎(chǔ)，充分做到了老鋼種新用途。高強(qiáng)度鋼拉桿的熱處理技術(shù)是整個(gè)研制過程中的核心技術(shù)。 在經(jīng)歷了大量常規(guī)熱處理實(shí)驗(yàn)不能達(dá)到高強(qiáng)度鋼拉桿力學(xué)性能要求 后，采用了“非常規(guī)”熱處理工藝，不僅淬火加熱溫度、回火溫度與選擇的合金結(jié)構(gòu)鋼常規(guī)調(diào)質(zhì)工藝不同， 更主要的是沒有采用常規(guī)的淬火 冷卻介質(zhì)，而是采用了冷卻速度更快的淬火冷卻介質(zhì)。 綜合應(yīng)用了“控 時(shí)控溫”、“延時(shí)淬火”、“水空雙介質(zhì)淬火”等工藝技術(shù)。采用此項(xiàng) 冷卻方法，可以大大減少甚至消除淬火軟點(diǎn)，獲得更良好、穩(wěn)定的力 學(xué)性能，降低了淬火開裂傾向，可獲得最大的淬硬層深度，特別是增 強(qiáng)淬火的疲勞壽命可以

9、提高一個(gè)數(shù)量等級(jí)。 這是現(xiàn)代先進(jìn)熱處理冷卻 技術(shù)增強(qiáng)淬火方法 (IQM ) 的成功應(yīng)用。鋼拉桿端部的鍛造鐓粗技術(shù)是在桿體局部加熱達(dá)到始鍛溫度 后，采用特制平鍛機(jī)施壓使端部桿體在模具內(nèi)達(dá)到終鍛溫度前產(chǎn)生塑 性變形達(dá)到成型效果。鍛造鐓粗過程中通過對(duì)鍛造比、鐓粗長(zhǎng)徑比、 始終鍛溫度、加熱時(shí)間、鐓粗次數(shù)(加熱次數(shù))的綜合控制達(dá)到良好 鐓粗直徑、鐓粗長(zhǎng)度及力學(xué)性能，滿足鋼拉桿等強(qiáng)設(shè)計(jì)要求。在取得了90mm合金結(jié)構(gòu)鋼高強(qiáng)度鋼拉桿試制成功后，又 進(jìn)一步開發(fā)150mm (Rel為50Mpa )高強(qiáng)度鋼拉桿。試制過程中仍 采用國(guó)產(chǎn)合金結(jié)構(gòu)鋼，經(jīng)調(diào)整后的“非常規(guī)”熱處理、大噸位鍛造鐓粗 工藝后，其力學(xué)性能指標(biāo)同樣

10、達(dá)到并超過了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求， 填補(bǔ)了國(guó) 內(nèi)空白。2003年8月，將開發(fā)成功的150mm ( Rel為50Mpa )高強(qiáng) 度鋼拉桿樣品， 送中國(guó)船舶工業(yè)金屬結(jié)構(gòu)試驗(yàn)檢測(cè)中心進(jìn)行靜強(qiáng)度試 驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果表明鋼拉桿整體性能完全滿足技術(shù)要求， 其綜合技術(shù)性 能指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到和超過了目前國(guó)際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(ISO4950/3 )熱處理狀態(tài)供應(yīng)的低合金鋼的力學(xué)性能指標(biāo)下屈服強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度伸長(zhǎng)率斷面收縮沖擊功(縱向)AkvRelRmA率Z(-20 C)MPaMPa%J4605707201期11 -鳥95506508301 K 11 -鳥9表2歐洲標(biāo)準(zhǔn)(EN10113/2 )可焊接細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)鋼熱軋產(chǎn)品-

11、正火軋制鋼材力 學(xué)性能指標(biāo)上屈服點(diǎn)抗拉強(qiáng)度伸長(zhǎng)率斷面收縮沖擊功(縱向)AkvReHRmA率Z(-20 C)MPaMPa%J4605507201紹711 -紹0國(guó)標(biāo)(GB/T1591 )低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼力學(xué)性能指標(biāo)下屈服強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度伸長(zhǎng)率斷面收縮沖擊功（縱向）AkvRelRmA率Z(-20 C)MPaMPa%J460550720羽7-月4表4高強(qiáng)度鋼拉桿產(chǎn)品內(nèi)部控制力學(xué)性能指標(biāo)下屈服強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度伸長(zhǎng)率斷面收縮沖擊功（縱向）AkvRelRmA率Z(-20 C)MPaMPa%J紹60為10期1為0紹5藥50身50為0紹51.3產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為適應(yīng)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)各種規(guī)格、型號(hào)鋼拉桿的需求，可將 鋼拉桿的

12、設(shè)計(jì)分類為：建筑（橋梁）鋼拉桿系列和船塢鋼拉桿系列，直徑 由20mm到150mm，鋼拉桿長(zhǎng)度由數(shù)米、數(shù)拾米到數(shù)百米均可以 實(shí)現(xiàn)，只需增加調(diào)節(jié)套筒（帶左、右旋螺紋的連接件）數(shù)量即可滿足 長(zhǎng)度的需要，有很好的靈活性、適應(yīng)性。鋼拉桿產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提是：等強(qiáng)設(shè)計(jì)，即：按照鋼拉桿的名義直徑計(jì)算鋼拉桿的承載力值， 鋼拉桿的圓桿體橫截面處應(yīng)是屈服載荷最低的部分；桿體的螺紋部分以及接頭、鉸接板、調(diào)節(jié)套筒 等零件的屈服載荷，至少應(yīng)不小于圓桿體的屈服載荷。1） 建筑 （橋梁）鋼拉桿系列設(shè)計(jì)建筑（橋梁）鋼拉桿的兩端結(jié)構(gòu)連接形式以及制作長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)工程結(jié) 構(gòu)連接端點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式和距離共同確定。按鋼拉桿兩端與工程結(jié)構(gòu)連接對(duì)

13、應(yīng)的接頭型式分為 UU 、OO 、OU 三種基本型式：UU 型：鋼拉桿兩端均為用螺紋連接的“ U 型接頭”，被連接的結(jié)構(gòu) 兩端一般為單耳板；00型：鋼拉桿兩端均為鍛造成“ 0型耳環(huán)”或用螺紋連接的O型接頭”，被連接的結(jié)構(gòu)兩端一般為雙耳板；0U 型：鋼拉桿一端為用螺紋連接 U 型接頭，另一端為鍛造成“ 0 型耳環(huán)”或用螺紋連接的“0 型接頭”，被連接的結(jié)構(gòu)一端為單耳板， 另 一端為雙耳板。2）船塢鋼拉桿系列設(shè)計(jì) 船塢鋼拉桿的結(jié)構(gòu)形式是通過鉸接板（單向或雙向）、緊張器（調(diào)節(jié) 套筒）連接成一體，兩端與構(gòu)件采用螺紋（包括墊板、厚螺母和薄螺 母）連接，按其鉸接型式和數(shù)量分為：D1 型鋼拉桿：包含一個(gè)單向

14、鉸的船塢鋼拉桿；S1 型鋼拉桿：包含一個(gè)雙向鉸的船塢鋼拉桿；D2 型鋼拉桿：包含二個(gè)單向鉸的船塢鋼拉桿；S2 型鋼拉桿：包含二個(gè)雙向鉸的船塢鋼拉桿。高強(qiáng)度鋼拉桿的應(yīng)用2001 年 9 月上海滬東 （中華 ）造船集團(tuán)有限公司在大型船塢建 造工程中，采用了我公司生產(chǎn)的七種規(guī)格船塢鋼拉桿、484套（90mm ，最大長(zhǎng)度 27.6m ）、 1980 根（最短的 2.5m 、最長(zhǎng)達(dá) 12m）, 重量達(dá) 600 噸。此工程為國(guó)內(nèi)首次選用國(guó)產(chǎn)高強(qiáng)度鋼拉桿，經(jīng)中國(guó) 船級(jí)社上海分社驗(yàn)船師和工程監(jiān)理現(xiàn)場(chǎng)考核， 所有抽檢的鋼拉桿的檢 測(cè)結(jié)果都符合技術(shù)要求， 其性能指標(biāo)超過了上海外高橋造船公司使用 的盧森堡阿貝德鋼鐵

15、集團(tuán)的產(chǎn)品性能指標(biāo)，順利地通過了驗(yàn)收。國(guó)內(nèi)工程如雨后春筍，高強(qiáng)度鋼拉桿的需求急劇上升，到目前為止，成功使用我公司研發(fā)的高強(qiáng)度鋼拉桿的工程幾十余項(xiàng)其中，最引人矚目的是深圳會(huì)展中心的鋼拉桿 , 該大型會(huì)展 中心由德國(guó) GMP 主設(shè)計(jì)，分為展覽廳、會(huì)議廳、多功能廳等，是一 座具有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的大型展覽建筑。 該會(huì)展中心采用的高強(qiáng)度鋼拉桿直 徑為 150mm、 140mm、 100mm、85mm、80mm、75mm、 55mm七種規(guī)格，總重量達(dá)2800噸。強(qiáng)度級(jí)別分別為550MPa及 460MPa 兩個(gè)級(jí)別。 主要分布在下弦及屋面， 為整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)工程的重 要受力構(gòu)件。其中550MPa級(jí)別150mm高強(qiáng)度鋼

16、拉桿是目前國(guó)內(nèi) 和國(guó)際上強(qiáng)度最高、直徑最大的鋼拉桿?？偨Y(jié)在經(jīng)過多年的艱苦努力，歷經(jīng)方案論證、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材 料篩選，工藝設(shè)計(jì)、試驗(yàn)，樣品試制及性能測(cè)試，小批量試生產(chǎn)，批 量試生產(chǎn)；滬東（中華）造船廠、廣州南沙灣港船塢鋼拉桿的應(yīng)用， 深圳會(huì)展中心、 首都博物館新館、 中關(guān)村軟件園等大型建筑結(jié)構(gòu)配套 使用認(rèn)可等過程，已完成了直徑20mm-150mm高強(qiáng)度鋼拉桿的研 制任務(wù)。該產(chǎn)品的研制成功，使我國(guó)高強(qiáng)度鋼拉桿具有了國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)優(yōu) 勢(shì)，可以替代進(jìn)口鋼拉桿， 適應(yīng)了目前國(guó)內(nèi)外大批量改建和新建船塢 結(jié)構(gòu)及類似大型（大跨度）建筑鋼結(jié)構(gòu)對(duì)高強(qiáng)度鋼拉桿的配套需求。 促進(jìn)了我國(guó)鋼拉桿產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步， 具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和深遠(yuǎn)的社 會(huì)效益。與此同時(shí)，650級(jí)（Rel為50Mpa ）和210mm高強(qiáng)度鋼拉 桿的試制成功為以后國(guó)內(nèi)外各大工程對(duì)鋼拉桿的需求提供了很大空 間。參考文獻(xiàn)：楊曉,楊子,葉建國(guó),劉志東 .船塢鋼