[发明专利]一种制备隧道桥梁领域用弧形异形钢的方法及装置

说明书

本发明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。本发明具有操作简单，能耗低，制备成本低的有点。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明的总体构思是：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，本发明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；