CN101210279A - Hrb400级钢筋生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了使用普通碳钢生产HRB400级钢筋的生产工艺，其特征在于，将普通低碳钢钢坯热轧成钢筋，热轧之后控制冷却，所述的控制冷却是分两步进行穿水冷却，第一次穿水冷却时控制水压在0.8－1.3MPa，调节水流量，使穿水后的钢筋表层温度在700℃以下、400℃以上，随后进行第二次穿水冷却，控制水压在1.5MPa左右，调节水流量，使穿水后的钢筋表面温度在350－400℃。

Description

HRB400级钢筋生产工艺

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，具体地说，本发明涉及HRB400级钢筋的生产工艺。

背景技术

1998年，国家对《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》(GB1499-1991)进行修订，修订后的国家标准为GB1499-1998，取消了钢筋的强度等级代号，一律改用钢筋牌号(HRB335、HRB400、HRB500)来表示。其中的H、R、B符号分别为热轧(Hot rolled)、带肋(Ribbed)、钢筋(Bars)三个词的英文字首，后面的数字为该牌号所要求的屈服点最小值(以MPa计)。本发明中所述的HRB400级钢筋，即指上述国家标准中规定的钢筋牌号。

近年来，随着我国高层建筑的大量兴建，对于建筑物的抗地震破坏的要求越来越高，其中，对于建筑用热轧钢筋的强度和延展性的要求越来越严格。

目前，我国的工业与民用建筑中仍广泛采用钢筋混凝土结构设计，在钢筋混凝土结构中大量采用屈服强度340MPa，抗拉强度为500～520MPa的II级钢筋或新标准为HRB335的同等级钢筋，与国际上通常使用的屈服强度为420MPa的钢筋比，其强度偏低，同类建筑估计要多用10～25％的钢材，也就是说，对于同样的建筑，使用HRB400级钢筋比使用HRB335级钢筋可以节省10～25％的钢材。

因此，在建筑结构中使用HRB400级钢筋代替HRB335级钢筋已经成为一个发展趋势。目前，HRB400级钢筋已被列入建设部重点推广的技术，在建筑用的钢筋中，HRB400级钢筋所占的比例逐年增加。

以往，在生产HRB400级钢筋时，通常是在上述HRB335级钢筋用钢的成分基础上，添加少量的V、Ti、Nb等合金元素，通过微合金化来提高钢的强度。下面的表1中示出HRB335级钢筋用钢的常用化学成分。

表1 HRB335钢筋的熔炼成分

	C	Mn	Si	Ceq
					≤φ25	0.17％～0.25％	1.20％～1.60％	0.30％～0.50％	≤0.52
＞φ25	0.17％～0.25％	1.20％～1.60％	0.30％～0.80％	≤0.52

但是，这种通过微合金化来提高钢的强度的作法还存在一些问题。例如，钒(V)的价格昂贵，2005年钒铁的价格曾一度达到45万元/吨，从而导致HRB400级钢筋的生产成本大大提高。为此，一些生产企业改用Nb微合金化，但由于缺乏使用铌铁的经验，产品的质量不够稳定，而且，使用铌铁进行微合金化时，对工艺控制的要求十分严格，因此给生产带来一定的困难。

为了解决上述问题，有些企业不得不取消或者尽量少添加微合金元素，而采用热轧穿水冷却来保证钢筋的性能。在中国专利CN1278013A、CN1586750A、CN1792484A和CN1793389A中分别公开了一些这样的热轧穿水冷却工艺。所谓热轧穿水冷却，就是在钢筋终轧后使其进入水冷却器，通过调节冷却水的压力和流量使钢筋冷却。钢筋热轧穿水冷却的目的是，通过快速冷却抑制奥氏体晶粒长大，相变后形成细晶铁素体、珠光体组织。但该工艺在操作过程中很难控制。如果冷却水的压力和流量低(即通常所说的轻穿水)，由于钢筋温度高(一般在1000℃以上)、轧制速度快，钢筋达不到快速冷却的效果；反之，如果加大冷却水的压力和流量(即通常所说的重穿水)，钢筋表层就会淬火形成马氏体组织，随着心部的热量向外传递，上述淬火马氏体发生回火，形成回火索氏体或回火屈氏体，低倍观察时在钢筋横截面的外周可以看到一圈所谓的“穿水组织”，其厚度有时达到1mm左右。一般地说，重穿水时很难避免形成这种组织，而GB1499中规定，钢筋中是不允许存在这种组织的。另外，实践中发现，经过轻穿水的钢筋，其表面形成了一种阻止钢筋氧化的薄膜，而经过重穿水的钢筋则没有形成这样的薄膜，在随后的放置过程中表面非常容易锈蚀。

目前，许多企业仍采用重穿水冷却。为了避免钢筋中出现上述回火组织，国家标准局正在修订GB1499，明确将有回火组织的钢筋列为热处理钢筋，这就超出了按GB1499生产热轧钢筋的产品范围。因此，目前的穿水控制冷却生产HRB400级钢筋的生产工艺亟待加以改进。

发明内容

鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于，提供一种新的HRB400级钢筋的生产工艺，使用不含V、Nb、Ti等微合金化元素的普通碳钢即可生产出符合GB1499规定的HRB400级钢筋。此外，本发明的另一个目的在于，克服上述现有技术钢筋生产工艺的缺点，提供一种新的HRB400级钢筋热轧穿水冷却生产工艺，

为了实现上述任务，本发明人对低合金钢的强化理论进行了深入的研究，并将其运用到HRB400级钢筋的生产工艺中，从而研制出本发明的新的HRB400级钢筋生产工艺。

根据低合金的强化理论，除了合金强化、热处理强化之外，还有相变强化、细晶强化等途径，即靠形成一定的显微组织和细小晶粒达到强化的目的。在限制了热轧显微组织的情况下，可以选择的组织有珠光体、索氏体和屈氏体。屈氏体就是极细的珠光体，其平均片层间距小于0.1微米，这种组织的强度比珠光体高得多，而韧性与之相当，可以达到HRB400级钢筋的强度水平。

为了获得这种组织，在钢筋热轧后必须进行控制冷却，使其冷却曲线穿过C曲线“鼻子”的下半部，在此区域中冷却时，奥氏体就可以转变成极细的珠光体。

要实现上述相变过程，也必须进行穿水冷却，而且冷却水的压力和流量必须足够大，因为此时钢筋的温度一般在1000℃以上。由于水温一般在30℃左右，表层以下靠心部的热量向外传递可以达到预期的相变温度，从钢筋的表层到内部温度逐渐升高。但这样的冷却势必造成表面淬火。

为了避免表面淬火，必须在基体的控制冷却之前，使表层的奥氏体组织先转变为稳定的铁素体、珠光体组织，这样，不管随后如何冷却它都不会转变成其它组织，即使在Ms点以下也不会淬火。基于上述认识，本发明人研制出在钢筋热轧后对其表层和表层以下的基体分别进行冷却的工艺，即钢筋的两次冷却工艺。其中，第一次冷却主要是冷却钢筋的表层，此时，冷却水采用较低的压力和流量，靠钢筋表面产生的蒸汽膜保护表面，使之进行高温转变，形成铁素体加珠光体的组织。随后进行第二次冷却，采用较大的压力和流量，使钢筋的基体部分在C曲线“鼻子”的下半部区域冷却发生相变，转变成极细的珠光体，形成细小晶粒，达到细晶强化的目的。从而使钢筋达到HRB400级的性能要求。同时，由于钢筋先经过轻穿水，表面形成的保护膜可以阻止钢筋在随后的重穿水及放置过程中被氧化，从而避免了钢筋表面生锈。

本发明的HRB400级钢筋生产工艺的技术方案如下：

(1)本发明的第1方案是HRB400级钢筋的生产工艺，其特征在于，将普通低碳钢钢坯热轧成钢筋，热轧后控制冷却，所述的控制冷却是分两步进行穿水冷却，第一次穿水冷却时控制水压并调节水流量，使穿水后的钢筋表面温度在700℃以下、400℃以上，随后进行第二次穿水冷却，控制水压并调节水流量，使穿水后的钢筋表面温度在350-400℃。

(2)本发明的第2方案是上述第1项所述的HR 400级钢筋的生产工艺，其特征在于，第一次穿水冷却时水压控制在0.8-1.3MPa，第二次穿水冷却时水压控制在1.5MPa左右。

(3)本发明的第3方案是上述第1项所述的HRB400级钢筋的生产工艺，其特征在于，第一次穿水冷却后，钢筋的表层形成铁素体+珠光体组织，第二次穿水冷却后，钢筋表层以下的心部形成极细的珠光体组织。

(4)本发明的第4方案是上述第1-3项中任一项所述的HRB400级钢筋的生产工艺，其特征在于，所达的普通低碳钢的化学成分(重量％)为：C0.17-0.25％，Si 0.30-0.80％，Mn 1.20-1.60％，S≤0.035％，P≤0.035％，余量基本上是Fe。

(5)本发明的第5方案是采用上述第1-4项中任一项所述的生产工艺制得的HRB400级钢筋，其特征在于，钢筋的表层形成铁素体+珠光体组织，表层以下的心部形成极细珠光体组织。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的HRB400级钢筋生产工艺进行具体的说明，但本发明不受这些实施例的限制。

实施例1

制备普通低碳钢钢坯，其成分为(重量％)：0.21％C、0.50％Si、1.40％Mn、S＜0.035％、P＜0.035％，余量基本上是Fe。

对上述钢坯进行热轧，开轧温度：1150℃，终轧温度：1000℃。将钢坯热轧成钢筋后，使其相继穿过两个冷却水箱进行冷却，首先进入一个长约4米的水箱，控制水压在0.9MPa左右，适当调节水流量，使钢筋表层完成高温转变，形成铁素体+珠光体组织。然后，使钢筋进入大约8米长的水箱，控制水压在1.5MPa左右，适当调节水流量，使钢筋的基体部分在600-500℃的温度范围内转变成极细的珠光体。

使用光学显微镜对经过上述生产工艺制成的钢筋进行金相观察，结果，钢筋的表层是铁素体+珠光体组织，表层以下的基体部分是极细的珠光体组织。该钢筋具有超细晶粒的结构，钢筋的性能达到GB1499-1998中规定的HRB400级钢筋的各项性能指标要求。

实施例2

制备普通低碳钢钢坯，其成分为(重量％)：0.18％C、0.35％Si、1.40％Mn、S＜0.035％、P＜0.035％，余量基本上是Fe。

除此之外，与实施例1同样操作，所得到的钢筋的性能和显微组织均符合GB1499-1998中规定的HRB400级钢筋的各项性能指标要求

发明的效果

采用本发明的生产工艺，可以使用普通碳钢材料制造HRB400级钢筋，省去添加微合金元素的费用，降低了HRB400级钢筋的制造成本。另外，钢筋的表面不会出现淬火-回火组织，表面不容易生锈，基体的晶粒细小，钢筋的强度高且韧性好，具有良好的综合性能。

Claims (5)

1.HRB400级钢筋的生产工艺，其特征在于，将普通低碳钢钢坯热轧成钢筋，热轧后控制冷却，所述的控制冷却是分两步进行穿水冷却，第一次穿水冷却时控制水压并调节水流量，使穿水后的钢筋表面温度在700℃以下、400℃以上，随后进行第二次穿水冷却，控制水压并调节水流量，使穿水后的钢筋表面温度在350-400℃。

2.根据权利要求1所述的HRB400级钢筋的生产工艺，其特征在于，第一次穿水冷却时水压控制在0.8-1.3MPa，第二次穿水冷却时水压控制在1.5MPa左右。

3.根据权利要求1所述的HRB400级钢筋的生产工艺，其特征在于，第一次穿水冷却后，钢筋的表层形成铁素体+珠光体组织，第二次穿水冷却后，钢筋表层以下的心部形成极细的珠光体组织。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的HRB400级钢筋的生产工艺，其特征在于，所述的普通低碳钢的化学成分(重量％)为：C0.17-0.25％，Si0.30-0.80％，Mn1.20-1.60％，S≤0.035％，P≤0.035％，余量基本上是Fe。

5.采用权利要求1-4中任一项所述的生产工艺制得的HRB400级钢筋，其特征在于，钢筋的表层形成铁素体+珠光体组织，表层以下的心部形成极细珠光体组织。