CN101717898A - Hrb500e铌硼复合微合金高性能抗震钢筋及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种HRB500E铌硼复合微合金高性能抗震钢筋及其控轧控冷生产方法，由下列质量比的化学成分组成：C：0.20～0.25wt％、Si：0.25～0.45wt％、Mn：1.35～1.57wt％、Nb：0.035～0.050wt％、B：0.0008～0.0025wt％、S≤0.045wt％、P≤0.045wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物。该工艺只需在炼钢过程中加入少量铌铁和硼铁得到钢坯后，通过轧钢工序控制开轧温度、终轧温度、轧制速度、轧制道次和时间及轧后的快速冷却控冷，即可充分发挥Nb、B微合金强化作用和控冷细晶强化双重作用，使钢筋强度明显提高，同时保持较好的韧性和塑性，抗震合格率达99.0％，吨材成本和VN微合金化热轧工艺相比降低了100元，经济效益显著；该工艺对HRB500E高性能抗震钢筋的推广和应用起到了较好的促进作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种高强度抗震钢筋及其生产方法，尤其是一种低成本的HRB500E铌硼复合微合金高性能抗震钢筋及其生产方法，属于金属材料加工与成型技术领域。
背景技术
随着城市建设的不断发展和社会进步，目前世界各国的建筑已向大型化发展，为提高大型建筑物的安全性，国外建筑行业已普遍采用焊接性能好、强度高的热轧带肋钢筋，如欧盟各国、北美基本采用500MPa及以上级别钢筋。相比335MPa、400MPa级别钢筋，500MPa钢筋具有强度高、安全储备量大、抗震性能好、节省钢材用量、施工方便等优越性，更适用于高层、大跨度和抗震建筑结构，是一种更节约、更高效的新型建筑材料。为了适应建筑业飞速发展的需求，加快建筑用钢材的更新换代，近年来国内一些钢厂开展了HRB500高强度钢筋的研制和推广应用。
目前国内生产HRB500E抗震钢筋主要以VN微合金化热轧方式进行，该工艺加入大量的VN微合金化强化元素，利用V元素在钢中形成和析出的碳氮化物，起到沉淀析出强化和细化晶粒的作用，从而进一步提高钢的强度，达到500MPa钢筋强度级别要求。但现有生产工艺由于炼钢过程中钒氮合金加入量较多，导致其生产成本过高，不利于提高企业的竞争力；此外，由于生产成本过高，企业生产动力不足，产量无法规模化，不利于HRB500E高性能抗震钢筋的推广和应用；最后，作为国家重要战略储备物资的钒氮合金矿产资源储量有限，若大量采用钒氮微合金化热轧工艺生产HRB500E，将造成钒氮合金消耗量大幅度增加，不利于稀有矿产资源的保护。
发明内容
为降低HRB500E高强度抗震钢筋生产成本，更好地促进高强度热轧带肋钢筋推广及应用，本发明提供了一种低成本的HRB500E铌硼复合微合金高性能抗震钢筋及其控轧控冷生产方法。
本发明提供的HRB500E铌硼复合微合金高性能抗震钢筋具有下列质量含量的化学成分：
C：0.20～0.25wt％， Si：0.25～0.45wt％，
Mn：1.35～1.57wt％， Nb：0.035～0.050wt％，
B：0.0008～0.0025wt％， S≤0.045wt％，
P≤0.045wt％， 其余为Fe及不可避免的不纯物。
本发明提供的控轧控冷工艺生产低成本HRB500E铌硼高强度抗震钢筋的方法，是将炼钢工序加入适量铌铁和极少量硼铁的铸坯，送入轧钢过程中，控制合适的开轧温度、终轧温度、轧制速度、轧制道次和时间，最后采用轧后快速冷却控冷工艺，使钢筋组织晶粒细化，充分发挥细晶强化和微合金强化双重效果，使钢筋强度明显提高，同时，保持原有的韧性和塑性不变。
本发明提供的HRB500E铌硼复合微合金高性能抗震钢筋的生产方法经过下列工艺步骤：
A、取下列化学成分的钢坯：
C：0.20～0.25wt％， Si：0.25～0.45wt％，
Mn：1.35～1.57wt％， Nb：0.035～0.050wt％，
B：0.0008～0.0025wt％，S≤0.045wt％，
P≤0.045wt％， 其余为Fe及不可避免的不纯物；
B、将A步骤的钢坯送入均热段炉温为1130～1200℃的加热炉中，加热70～90分钟，使钢坯开轧温度为1060～1100℃，在速度为0.7～1.3m/s的轧制条件下粗轧6个道次，共轧制50～70秒；之后在速度为3.7～4.5m/s的轧制条件下中轧6个道次，共轧制60～80秒；最后在速度为8.0～15.0m/s的轧制条件下精轧2～6个道次，共轧制55～75秒，控制终轧温度为940～970℃；
C、将B步骤的精轧钢材在冷却水量为250～350m3/h、冷却水压力为1.2～2.2MPa的条件下，冷却0.8～2.0秒，使温度降为700℃～800℃，送冷床自然空冷至室温，即获得HRB500E铌硼复合微合金高性能抗震钢筋，该钢筋的化学成分为：
C：0.20～0.25wt％、 Si：0.25～0.45wt％、
Mn：1.35～1.57wt％、 Nb：0.035～0.050wt％、
B：0.0008～0.0025wt％、S≤0.045wt％、
P≤0.045wt％， 其余为Fe及不可避免的不纯物。
所述B步骤的各道次轧制速度和轧制时间视不同规格要求具体确定。
所述B步骤的钢坯是用现有技术的炼钢方法得到的，其中的Nb、B及其它化学成分含量是在炼钢过程中加入及控制得到的。
所述C步骤的精轧钢材冷却水量、冷却水压力和冷却时间视不同规格要求具体确定。
本发明具有下列优点和效果：采用上述方案，只需在炼钢过程中加入少量铌铁和硼铁，使其化学成分及微量元素含量达到要求后，再通过轧钢工序控制开轧温度、终轧温度、轧制速度、轧制道次和时间及轧后的快速冷却控冷，即可充分发挥Nb、B微合金强化作用和控冷细晶强化双重作用，使钢筋强度明显提高，同时保持较好的塑韧性；该工艺生产的钢筋具有工艺力学性能稳定，延伸性、可焊性、低应变时效性良好等优点，抗震合格率达99.0％，吨材成本和钒氮微合金化热轧工艺相比降低了100元，经济效益显著；该工艺从根本上解决了现有热轧工艺生产高强度钢筋存在的生产成本高，企业生产动力不足，产量无法规模化等问题，对HRB500E高强度抗震钢筋的推广和应用起到了较好的促进作用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
A、取下列质量化学成分的钢坯：
C：0.20％、 Si：0.25％ Mn：1.35％、Nb：0.035％、
B：0.0008％、S：0.021％、P：0.025％，
其余为Fe以及不可避免的不纯物；
B、将上述钢坯送入均热段炉温为1130℃的加热炉内，加热70分钟，使钢坯开轧温度为1060℃，在速度为1.3m/s的轧制条件下粗轧6个道次，共轧制50秒；之后在速度为4.5m/s的轧制条件下中轧6个道次，共轧制60秒；最后在速度为15.0m/s的轧制条件下精轧6个道次，共轧制55秒，控制终轧温度为970℃；
C、将B步骤的精轧钢材在冷却水量为250m3/h、冷却水压力为1.2MPa的条件下，快速冷却0.8秒，得温度为800℃的钢材，之后上冷床自然空冷至室温，即获得规格为Φ12mm的HRB500E铌硼复合微合金高性能抗震钢筋，该钢筋的化学成分为：
C：0.20％、 Si：0.25％、Mn：1.35％、Nb：0.035％、
B：0.0008％、S：0.021％、P：0.025％，其余为Fe以及不可避免的不纯物。
实施例2
A、取下列化学成分的钢坯：
C：0.25％、Si：0.45％、Mn：1.57％、Nb：0.050％、
B：0.0025％S：0.016％、P：0.024％，
其余为Fe以及不可避免的不纯物；
B、将上述钢坯送入均热段炉温为1200℃的加热炉内，加热90分钟，使钢坯开轧温度为1100℃，在速度为0.7m/s的轧制条件下粗轧6个道次，共轧制70秒；之后在速度为3.7m/s的轧制条件下中轧6个道次，共轧制80秒；最后在速度为8.0m/s的轧制条件下精轧2个道次，共轧制75秒，控制终轧温度为940℃；
C、将B步骤的精轧钢材在冷却水量为350m3/h、冷却水压力为2.2MPa的条件下，快速冷却2.0秒，得温度为700℃的钢材，之后上冷床自然空冷至室温，即获得规格为Φ32mm的HRB500E铌硼复合微合金高性能抗震钢筋，该钢筋的化学成分为：
C：0.25％、 Si：0.45％、Mn：1.57％、Nb：0.050％、
B：0.0025％、S：0.016％、P：0.024％，其余为Fe以及不可避免的不纯物。
实施例3
A、取下列化学成分的钢坯：
C：0.23wt％， Si：0.38wt％，
Mn：1.45wt％， Nb：0.040wt％，
B：0.0017wt％， S≤0.025wt％，
P≤0.035wt％， 其余为Fe及不可避免的不纯物；
B、将A步骤的钢坯送入均热段炉温为1160℃的加热炉中，加热80分钟，使钢坯开轧温度为1080℃，在速度为1.0m/s的轧制条件下粗轧6个道次，共轧制60秒；之后在速度为4.0m/s的轧制条件下中轧6个道次，共轧制70秒；最后在速度为11.0m/s的轧制条件下精轧4个道次，共轧制60秒，控制终轧温度为960℃；
C、将B步骤的精轧钢材在冷却水量为300m3/h、冷却水压力为1.8MPa的条件下，快速冷却1.5秒，使温度降为760℃，送冷床自然空冷至室温，即获得HRB500E铌硼复合微合金高性能抗震钢筋，该钢筋的化学成分为：
C：0.23wt％、 Si：0.38wt％、Mn：1.45wt％、Nb：0.04wt％、
B：0.0017wt％、S≤0.025wt％、P≤0.035wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物。
Claims (4)
1.一种HRB500E铌硼复合微合金高性能抗震钢筋，其特征在于具有下列质量比的化学成分：
C：0.20～0.25wt％， Si：0.25～0.45wt％，
Mn：1.35～1.57wt％， Nb：0.035～0.050wt％，
B：0.0008～0.0025wt％， S≤0.045wt％，
P≤0.045wt％， 其余为Fe及不可避免的不纯物。
2.一种如权利要求1所述HRB500E铌硼复合微合金高性能抗震钢筋的生产方法，其特征在于经过下列工艺步骤：
A、取下列质量化学成分的钢坯：
C：0.20～0.25wt％、 Si：0.25～0.45wt％、
Mn：1.35～1.57wt％、 Nb：0.035～0.050wt％、
B：0.0008～0.0025wt％、 S≤0.045wt％、
P≤0.045wt％， 其余为Fe及不可避免的不纯物；
B、将A步骤的钢坯送入均热段炉温为1130～1200℃的加热炉中，加热70～90分钟，使钢坯开轧温度为1060～1100℃，在速度为0.7～1.3m/s的轧制条件下粗轧6个道次，共轧制50～70秒；之后在速度为3.7～4.5m/s的轧制条件下中轧6个道次，共轧制60～80秒；最后在速度为8.0～15.0m/s的轧制条件下精轧2～6个道次，共轧制55～75秒，控制终轧温度为940～970℃；
C、将B步骤的精轧钢材在冷却水量为250～350m3/h、冷却水压力为1.2～2.2MPa的条件下，快速冷却0.8～2.0秒，得温度为700℃～800℃的钢材，之后上冷床自然空冷至室温，即可获得HRB500E铌硼复合微合金高性能抗震钢筋，该钢筋的化学成分为：
C：0.20～0.25wt％、 Si：0.25～0.45wt％、
Mn：1.35～1.57wt％、 Nb：0.035～0.050wt％、
B：0.0008～0.0025wt％、 S≤0.045wt％、
P≤0.045wt％， 其余为Fe及不可避免的不纯物。
3.如权利要求2所述的HRB500E铌硼复合微合金高性能抗震钢筋的生产方法，其特征在于所述B步骤的各道次轧制速度和轧制时间视不同规格要求具体确定。
4.如权利要求2所述的HRB500E铌硼复合微合金高性能抗震钢筋的生产方法，其特征在于所述C步骤的精轧钢材冷却水量、冷却水压力和冷却时间视不同规格要求具体确定。
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