CN104018076A - 一种耐高温钢筋及生产方法 - Google Patents

Abstract

一种屈服强度≥960MPa精轧螺纹钢筋，其组分及wt%为：C0.235～0.33%、Si0.45～0.7%、Mn2.2～2.4%、P≦0.025%、S≦0.025%、Cr0.1～0.3%、Ti0.015～0.03%、V0.04～0.06%，Als0.006～0.01%；贝氏体体积百分比不低于85%；生产步骤：常规冶炼并铸坯；对铸坯进行堆垛冷却并至室温；对铸坯加热；粗轧；精轧；自然空冷至室温并待用。本发明在现有装备无需改动的情况下，避免增加控冷设备，热轧态就能满足钢筋耐600℃高温半小时屈服强度下降不到1/3的要求，降低了生产成本。

Description

一种耐高温钢筋及生产方法

技术领域

本发明涉及一种建筑用钢筋及其生产方法，具体属于一种耐高温钢筋其生产方法。特别在600℃高温下半小时屈服强度下降不超过1/3的要求。

背景技术

随着国内住宅建筑向高层发展，楼层越做越高，使钢筋的防火问题愈显突出，在火灾的高温作用下，钢材的强度和刚度会明显降低，并可能发生建筑物倒塌而酿成巨灾。一旦发生火灾，燃烧物使周围温度迅速超过300℃以上，而混凝土一般温度在300℃以下基本变化不大，600℃抗压强度衰减一半，800℃只有原来的10%。2001年“9·11”事件中，美国纽约的世贸中心受飞机撞击，使大量航空燃油爆炸燃烧后引起倒塌便是一例。因此开发一种耐高温的钢筋使得建筑物能够在高温下承受足够长的时间而不会因为钢筋强度降低而倒塌是非常重要的，人们可以拥有足够自救时间，通过楼梯跑到低楼层获救。 

经检索：中国专利申请号为CN201210340402.7的专利文献，公开了一种混凝土用600MPa高性能耐火抗震钢筋及其制备方。其经过钢水冶炼、钢水浇涛、钢坯控轧控冷，得到具有下列质量比的化学成分的混凝土用600MPa高性能耐火抗震钢筋：C：0.15～0.20%，Si：0.45～0.65%，Mn：0.80～1.05%，Cr：0.60～0.80%，V：0.050～0.070%，B：0.0008～0.0020%，S≤0.045wt%，P≤0.045wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。本发明具有生产成本低、工艺适用性及控制性强等特点，钢的显微组织分布均匀且形态好，铁素体细晶效果显著，高温屈服强度明显高于普通钢材，具有较好的耐火性，高强度，高塑韧性，良好的焊接及抗震性，综合性能优异。其不足是：600℃下的屈服强度为常温下的50%左右，相对耐火性能仍显不足，而且轧制过程中需要分段控制冷却速度，对设备要求较高。

中国专利申请号为CN201310593620.6的专利文献，公开了一种630MPa级以上高强钢筋，该高强钢筋的重量百分比成分为：碳:0.28%-0.38%、硅:0-0.35%、锰:0-0.90%、铬:0.80%-1.50%、镍:3.00%-4.00%、钼:0.40%-0.60%、磷:0-0.015%、硫:0-0.015%、氢:0-2.0ppm、钒:0.10%-0.20%、钛:0-0.025%、铜:0-0.20%、铝:0-0.05%、0-0.50%残余元素，其余为Fe。其不足是生产该钢筋的工艺复杂，成分较多易造成性能波动大，且该钢筋不具备耐高温性能。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种在保证钢筋基本力学性能的前提下，屈服强度≥500MPa，在600℃高温下半小时屈服强度下降不超过1/3的耐高温钢筋及生产方法。

本申请为了实现上述目的，对实现本申请的目的的起影响或者关键作用的合金元素及工艺进行了深入的研究其结果，为了即使在保证基本性能的前提下，还能实现在600℃高温下半小时屈服强度下降不超过1/3，因此提出了采用在成分方面主要是采用了V的添加量控制在0.03～0.05%，这样能使添加的V与钢中的碳、氮原子形成细小的碳化物和碳氮化物，这些碳化物和碳氮化物在奥氏体转化为铁素体和珠光体的过程中和转变后逐渐析出，起到细化钢筋的室温组织的作用，并阻碍晶格中的位错运动，产生沉淀强化的作用，最终达到改进钢的强韧性；其次还同时添加了元素硼和稀土，能进一步提高钢的高温强度，改善热塑性；成分的优化，还需要匹配的工艺才行，因此，经研究，工艺方面主要是采取了开轧温度在：1000～1100℃， 精轧终轧温度在800～880℃，目的是终轧温度更接近相变温度，使晶粒得到细化，同时也有利于钒的析出物更加细小和弥散。

实现上述目的的措施：

一种耐高温钢筋，其组分及重量百分比含量为：C 0.18～0.25%、Si 0.8～1.2%、Mn 1.2～1.6%、P≦0.03%、S≦0.02%、稀土元素0.05～0.15%、V 0.03～0.05%、Al0.1～0.3%、Mo0.2～0.3%、B0.001～0.005%，其余为Fe和杂质元素。

优选地：V的重量百分比含量为0.033～0.046%。

生产一种耐高温钢筋的方法，其步骤：

1）常规冶炼并铸坯，控制出钢温度在1660～1690℃，铸坯拉速不高于1.8m/min； 

2）对铸坯进行自然堆垛冷却并至室温；

3）对铸坯加热，控制均热段温度为：1080～1165℃，加热时间在105~125min；

4）进行粗轧，并控制其开轧温度在：985～1065℃；

5）进行精轧，控制其终轧温度在780~860℃范围；

6）自然空冷至室温待用。

本发明中各元素及主要工序的作用

C：C是扩大和稳定奥氏体元素，提高钢材强度最有效的元素，也能提高耐热钢的高温强度，但是当其含量低于0.18%时，会导致力学性能不足而增加合金添加量从而增加了生产成本，当其含量高0.25%，会产生塑性和韧性下降，使得焊接性能不合格，因此，本发明C选择在0.18~0.25%。

Si：是一种廉价的置换强化元素，可以显著提高钢的强度，但是Si含量过高会影响钢的焊接性能，以及恶化热塑性，所以选择Si的范围在0.8～1.2%

Mn：显著降低钢的相变温度，通过控制轧制过程，细化晶粒，综合提高钢的综合性能，但Mn太高会导致可焊性和焊接热影响区热性恶化，而且会损害耐热钢的抗氧化性能，所以选择Mn的范围在1.2～1.6%；

P、S：作为有害元素，其含量越低越好。S含量过高，会形成大量的MnS夹杂，降低钢材的机械性能，因此含量越低越好，所以选择S的范围在≦0.02%；P易在晶界偏析，增加钢筋的脆性，因此含量越低越好，所以选择P的范围在≦0.03%。

B：钢中加入极少量的硼可以显著影响材料的性能，其抑制P、S偏析和沿晶断裂，提高冲击性能，改善夹杂物的形态和分布，硼溶入固溶体中使晶体点阵发生畸变，晶界上的硼又能阻止元素扩散和晶界迁移，从而提高钢的高温性能。当硼的含量大于0.005%时，其对钢的效果不再随含量的增加而增加，反而增加了成本，硼的控制量在 0.0010～0.0050%范围

V：是微合金化钢最常用也是最有效的强化元素之一。钒的作用是通过形成VN、V (CN)来影响钢的组织和性能，它主要是在奥氏体晶界的铁素体中沉淀析出，细化铁素体晶粒，提高钢的高温强度。V低于0.03%时，析出强化效果不能够满足力学性能要求，V低于0.1%时，析出强化效果不能够满足力学性能要求，V高于0.05%时，析出强化使强度太高而导致韧性变差；优选地：V的重量百分比含量为0.033～0.046%。

 

Mo: 是强碳化元素。细化钢的晶粒，提高淬透性和热强性能，在高温时能够保持足够的强度和抗蠕变能力，也能提高钢的红硬性，如含量低于0.2%时，效果不明显，高于0.3%时，会在焊接时形成马氏体也导致焊接接头脆性增加，所以控制在0.2～0.3%。

Al：是作为炼钢时的脱氧定氮剂，Al与钢中的N形成细小难溶AlN质点，起到阻抑作用，进而细化铁素体晶粒，Al含量低于0.1%，细化作用不明显，Al含量高于0.3%，降低了钢液的流动性，形成大量的Al₂O₃会在水口结瘤，从而堵住水口以及恶化热塑性，所以选择Al的范围在0.1～0.3%，

RE：其对夹杂物和净化钢质有很大的作用，变形后的夹杂物在高温时不会成为裂纹源，从而不会降低钢的高温强度，能够提高钢的抗氧化性，改善热塑性，稀土含量超过一定值才有作用，但含量高于0.15%时反而增加了钢中第二相数量，而对力学性能有不利影响，所以控制在0.05～0.15%。

之所以采用了开轧温度在：985～1065℃， 精轧终轧温度在780～860℃的范围，目的是终轧温度更接近相变温度，钢坯的原始奥氏体晶粒较小，通过轧制变形使相应的轧制终了的奥氏体晶粒也较小，因而使晶粒得到细化，综合性能得到改善，同时也有利于钒的析出物析出更加细小和弥散。

本发明与现有技术相比，该钢筋在现有装备无需改动的情况下，避免增加控冷设备，生产出的热轧态就能满足钢筋耐600℃高温半小时屈服强度下降不到1/3的要求，降低了生产成本。

附图说明

附图为本发明的金相组织图；

本发明的金相组织中铁素体晶粒度为10-10.5级，说明V、 B、Mo起到很好的细化晶粒作用。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

说明：除实施例5的铸坯尺寸为280×320mm外，其余均采用200×200mm的方坯；

表1为本发明各实施例及对比例的取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；

表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表。

本发明各实施例按照以下步骤生产：

1）常规冶炼并铸坯，控制出钢温度在1660～1690℃，铸坯拉速不高于1.8m/min； 

2）对铸坯进行自然堆垛冷却并至室温；

3）对铸坯加热，控制均热段温度为：1080～1165℃，加热时间在105~125min；

4）进行粗轧，并控制其开轧温度在：985～1065℃；

5）进行精轧，控制其终轧温度在780~860℃；

6）自然空冷至室温待用。

表1    本发明实施例与比较例的化学成分列表（wt%）

表2   本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表

注：本发明钢种的参考液相温度为1490℃

表3   本发明各实施例及对比例的力学性能对比列表

从表3可以看出，在常温下，本发明的力学性能与目前生产的钢筋性能相当，但在600℃下，本发明的钢仍然具在室温下屈服强度的2/3以上，而目前普通的钢筋只有50%左右。

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims (3)

1.一种耐高温钢筋，其组分及重量百分比含量为：C：0.18～0.25%、Si：0.8～1.2%、Mn：1.2～1.6%、P≦0.03%、S≦0.02%、RE：0.05～0.15%、V：0.03～0.05%、Al：0.1～0.3%、Mo：0.2～0.3%、B：0.001～0.005%，其余为Fe即不可避免的杂质元素。

2.如权利要求1所述的一种耐高温钢筋，其特征在于：V的重量百分比含量为0.033～0.046%。

3.生产一种耐高温钢筋的方法，其步骤：

1）常规冶炼并铸坯，控制出钢温度在1660～1690℃，铸坯拉速不高于1.8m/min； 

2）对铸坯进行自然堆垛冷却并至室温；

3）对铸坯加热，控制均热段温度为：1080～1165℃，加热时间在105~125min；

4）进行粗轧，并控制其开轧温度在：985～1065℃；

5）进行精轧，控制其终轧温度在780~860℃范围；

6）自然空冷至室温待用。