CN102121082A - 用作箍筋的钢筋的生产方法 - Google Patents

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陈巧飞
孙本荣
杨聚星
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Abstract

本发明公开了一种用作箍筋的钢筋的生产方法，该生产方法包括以下步骤：准备原料钢筋，原料钢筋是热轧钢筋并包含0.10wt％～0.40wt％的碳、不多于2.0wt％的硅和0.25wt％～2.00wt％的锰，以及铁和不可避免的杂质；将原料钢筋升温至750℃～850℃，并保温2秒～5秒，然后进行快速冷却，使原料钢筋的温度在2秒内降至300℃以下；将原料钢筋升温至350℃～600℃，并保温2秒至1分钟，然后使原料钢筋的温度在10秒内降至100℃以下，从而得到用作箍筋的钢筋。

Description

用作箍筋的钢筋的生产方法
技术领域
本发明涉及一种钢筋的生产方法，特别涉及一种用作箍筋的钢筋的生产方法。
背景技术
箍筋是在建筑和桥梁工程中用量巨大的一种钢铁产品，由钢筋经弯曲而成，末端一般为弯钩或焊接。将高强钢筋用作箍筋，可对混凝土起到有效的约束作用，改善混凝土的脆性，提高其强度和延性，从而改善结构的抗震性能，同时，还能提高钢筋混凝土构件的受剪承载力。此外，一些桥梁工程中曾出现由于箍筋强度不够而增加箍筋数量，致使箍筋间距过密，沙石无法进入的现象，而高强度箍筋可解决此问题，同时节约钢材用量。
约束箍筋要求钢筋具有较高的强度，一般在800MPa以上，同时具有较高的塑性以满足使用中的冷弯操作。直接经过热轧生产的棒线材强度不超过600MPa，因此必须通过深加工生产高强度箍筋。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用作箍筋的钢筋的生产方法。
根据本发明的用作箍筋的钢筋的生产方法包括以下步骤：准备原料钢筋，原料钢筋是热轧钢筋并包含0.10wt％～0.40wt％的碳、不多于2.0wt％的硅和0.25wt％～2.00wt％的锰，以及铁和不可避免的杂质；将原料钢筋升温至750℃～850℃，并保温2秒～5秒，然后进行快速冷却，使原料钢筋的温度在2秒内降至300℃以下；将原料钢筋升温至350℃～600℃，并保温2秒至1分钟，然后使原料钢筋的温度在10秒内降至100℃以下，从而得到用作箍筋的钢筋。
根据本发明的一方面，原料钢筋还包含Nb、Ti、V和B等中的至少一种元素。
根据本发明的一方面，准备的原料钢筋具有光圆的形状，该生产方法还包括：在开始将原料钢筋升温至750℃～850℃之前，对准备的原料钢筋进行拉拔或滚轧，以形成螺旋槽、螺旋肋、刻痕中的至少一种形状。根据本发明的一方面，准备的原料钢筋具有带肋的形状。
根据本发明的一方面，使用电磁感应的方式以大于50℃/s的平均加热速度将原料钢筋升温至750℃～850℃并保温2秒～5秒。
根据本发明的一方面，使用电磁感应的方式以大于50℃/s的平均加热速度将原料钢筋升温至350℃～600℃并保温2秒至1分钟。
根据本发明的一方面，在准备的原料钢筋的截面直径为5mm～10mm的情况下，平均加热速度大于100℃/s。根据本发明的一方面，在准备的原料钢筋的截面直径大于10mm且不超过16mm的情况下，平均加热速度大于50℃/s。
根据本发明的一方面，快速冷却的步骤包括以水冷或油冷的方式快速冷却。
根据本发明的一方面，使原料钢筋的温度在10秒内降至100℃以下的步骤包括使用水冷、油冷或风冷的方式进行冷却。
根据本发明的一方面，使原料钢筋的温度在2秒内降至300℃以下之后，紧接着将原料钢筋升温至350℃～600℃。
根据本发明的生产方法所生产的钢筋可具有5mm～16mm的截面直径，并可具有以下特性中的至少一种特性：屈服强度为800MPa～1200MPa，断后伸长率A不小于12.0％，最大力下伸长率Agt不小于4.0％，弯心直径为钢筋直径3倍时弯曲180°表面无裂纹。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1是示出根据本发明一个示例的方法生产的钢筋的金相组织的照片；
图2是示出根据本发明另一示例的方法生产的钢筋的金相组织的照片。
具体实施方式
在根据本发明的用作箍筋的钢筋的生产方法中，首先，准备原料钢筋，原料钢筋是热轧钢筋(例如，热轧盘条)。该原料钢筋可包含0.10wt％～0.40wt％的碳、不多于2.0wt％的硅和0.25wt％～2.00wt％的锰，以及铁和不可避免的杂质。如果需要的话，该原料钢筋还可以包含Nb、Ti、V和B等中的至少一种元素。在一个实施例中，该原料钢筋可以具有带肋的形状或光圆的形状。在另一实施例中，可以对具有光圆形状的原料钢筋进行拉拔或滚轧，以形成螺旋槽、螺旋肋、刻痕等表面形状中的至少一种形状。
然后，对原料钢筋进行热处理。热处理过程包括顺次进行的亚温淬火和回火。
在亚温淬火过程中，可将钢筋升温至750℃～850℃，保温2秒～5秒，然后进行快速冷却，使钢筋的温度在2秒内降至300℃以下。
在将钢筋升温至750℃～850℃并保温的过程中，钢筋的钢组织处于铁素体和奥氏体的两相区，即发生部分奥氏体化。如果钢筋淬火加热的保温温度低于750℃，奥氏体化程度会偏小，甚至未能进入两相区从而未发生奥氏体化，钢筋强度无法提高。如果钢筋淬火加热的保温温度高于850℃，则钢筋可能完全奥氏体化，未能保留一定比例的铁素体，延性偏低。优选地，亚温淬火的保温温度为750℃～800℃，这低于普通淬火加热温度(多数高于900℃)。因此本发明的亚温淬火过程可显著降低能耗。
亚温淬火的加热过程可以采用电磁感应的方式，平均加热速度可大于50℃/s。具体地讲，对于Φ5mm～10mm的钢筋，平均加热速度可大于100℃/s；对于Φ大于10mm且不超过16mm的钢筋，平均加热速度可大于50℃/s。然而，亚温淬火的加热过程的加热速度不限于此，例如，在使用其他加热方式的情况下，平均加热速度可不超过50℃/s。电磁感应加热在800℃～900℃的提温区加热效率较低，能耗较大，如上所述亚温淬火的加热温度优选地为750℃～800℃，因此本发明的亚温淬火过程可显著降低能耗。
由于感应加热的“集肤效应”和快速加热的双重作用，钢筋在淬火加热中表面温度明显高于心部的温度，所以如果钢筋亚温淬火加热的保温时间少于2秒，则钢筋边部和心部不能充分均热，加之目标加热温度处于两相区，温度偏低的心部极易未奥氏体化。如果钢筋亚温淬火加热的保温时间多于5秒，则晶粒容易长大，对钢筋的综合力学性能不利。
亚温淬火的冷却过程可以采用水冷或油冷的方式。在使钢筋的温度在2秒内降至300℃以下的过程中或之后，钢筋的钢组织由奥氏体和铁素体变成马氏体和铁素体。
在回火中，可将钢筋升温至350℃～600℃，保温2秒至1分钟，然后使钢筋的温度在10秒内降至100℃以下。
经历了回火的钢筋的组织为回火索氏体和铁素体，其中，铁素体中有相当一部分是从原料热轧钢筋保留下来的。如果回火温度低于350℃，淬火应力的消除和碳化物的析出均不充分，组织不稳定；如果回火温度高于600℃，原本细粒状的渗碳体将迅速聚集长大，粗化的组织对钢筋的综合力学性能不利。如果回火过程的保温时间少于2秒，则时间太短，组织来不及转化；如果回火过程的保温时间超过1分钟，则在连续热处理生产线上难以实现，因为在一定的运行速度下，较长的回火保温时间要求生产线配备很长的保温炉，这在钢筋生产中是不切合实际的。
回火的加热过程可以采用电磁感应的方式，平均加热速度可大于50℃/s。具体地讲，对于Φ5mm～10mm的原料钢筋，平均加热速度可大于100℃/s；对于Φ大于10mm且不超过16mm的原料钢筋，平均加热速度可大于50℃/s。然而，回火的加热过程的加热速度不限于此，例如，在使用其他加热方式的情况下，平均加热速度可不超过50℃/s。
回火的冷却过程可以采用水冷、油冷或风冷的方式。
原料钢筋的组织经亚温淬火的冷却过程由奥氏体和铁素体变为马氏体和铁素体，然后经过回火变成回火索氏体和铁素体，其中，回火索氏体具有很高的强度指标，抗拉强度可达1400MPa以上，同时延塑性优于马氏体。因此，经历了亚温淬火和回火过程的钢筋可以具有提高了的强度。经历了以上亚温淬火和回火的原料钢筋中保留了一定比例的铁素体，提高了钢筋的塑性，反映在性能参数上即为延伸率和弯曲性能的提高，满足了箍筋施工中的弯钩操作的要求。例如，公称直径为5mm～16mm的经历了上述热处理的热轧钢筋具有以下特性中的至少一种：屈服强度等级为800MPa～1200MPa，断后伸长率A不小于12.0％，最大力下伸长率Agt不小于4.0％，弯心直径为钢筋直径3倍时弯曲180°表面无裂纹，因此可用作箍筋用钢筋。经历了以上亚温淬火和回火的原料钢筋的性能大大改善，可以作为箍筋用钢筋使用。
在根据本发明的用作箍筋的钢筋的生产方法的一个实施例中，亚温淬火和回火连续地、不间断地进行，也就是说，亚温淬火之后紧接着进行回火处理。
在实际生产过程中，可以使原料钢筋经过用于执行上述亚温淬火和回火过程的热处理机组。对于成品为成盘供货的箍筋用钢筋，原料钢筋之间可通过焊接连接在一起，使其经过用于执行上述亚温淬火和回火过程的热处理机组，然后将焊接头从成品盘中切除。
在下文中结合示例和对比例对根据本发明的用作箍筋的钢筋的生产方法进行详细描述。
示例1：
准备光圆的热轧盘条，该盘条包含0.30wt％的C、0.73wt％的Si、1.11wt％的Mn，其余为铁和不可避免的杂质。对该盘条进行拉拔，以形成螺旋槽外形。然后，用感应加热炉将该盘条在3秒内由室温加热至780℃，保温2秒，然后用水冷却使得温度在2秒内降至300℃以下。然后，用感应加热炉将盘条加热至550℃，保温5秒，然后用水冷却至室温，从而得到成品用钢筋。
该成品钢筋的公称直径为5.0mm，屈服强度为1090MPa，抗拉强度为1195MPa，断后伸长率A为16.0％，最大力下伸长率Agt为5.0％，弯心直径为钢筋直径3倍时弯曲180°表面无裂纹。该成品钢筋的金相组织如图1所示，为回火索氏体和铁素体。
示例2：
准备热轧带肋钢筋盘条，该盘条包含0.23wt％的C、0.62wt％的Si、1.40wt％的Mn，其余为铁和不可避免的杂质。该盘条未经过拉拔，直接以带肋形状进入热处理区。用感应加热炉将该盘条在3秒内由室温加热至810℃，保温5秒，然后用水冷却使得温度在2秒内降至300℃以下。然后，用感应加热炉将盘条加热至520℃，保温10秒，然后用水冷却至室温，从而得到成品用钢筋。
该成品钢筋的公称直径为10.0mm，屈服强度为975MPa，抗拉强度为1070MPa，断后伸长率A为17.0％，最大力下伸长率Agt为5.5％，弯心直径为钢筋直径3倍时弯曲180°表面无裂纹。该成品钢筋的金相组织如图2所示，为回火索氏体和铁素体。
示例3：
准备热轧带肋钢筋盘条，该盘条包含0.23wt％的C、0.62wt％的Si、1.40wt％的Mn，其余为铁和不可避免的杂质。该盘条未经过拉拔，直接以带肋形状进入热处理区。用感应加热炉将该盘条在3秒内由室温加热至810℃，保温5秒，然后用水冷却使得温度在2秒内降至300℃以下。然后，用感应加热炉将盘条加热至520℃，保温60秒，然后用水冷却至室温，从而得到成品用钢筋。
该成品钢筋的公称直径为10.0mm，屈服强度为950MPa，抗拉强度为1055MPa，断后伸长率A为17.5％，最大力下伸长率Agt为5.5％，弯心直径为钢筋直径3倍时弯曲180°表面无裂纹。与示例2相比，示例3中的回火保温时间适当延长，使强度略微下降，延性略微提高。
对比例1：
准备热轧带肋钢筋盘条，该盘条包含0.23wt％的C、0.62wt％的Si、1.40wt％的Mn，其余为铁和不可避免的杂质。该盘条未经过拉拔，直接以带肋形状进入热处理区。用感应加热炉将该盘条在3秒内由室温加热至810℃，保温30秒，然后用水冷却使得温度在2秒内降至300℃以下。然后，用感应加热炉将盘条加热至520℃，保温90秒，然后用水冷却至室温，从而得到成品用钢筋。
该成品钢筋的公称直径为10.0mm，屈服强度为925MPa，抗拉强度为1030MPa，断后伸长率A为17.0％，最大力下伸长率Agt为5.5％，弯心直径为钢筋直径3倍时弯曲180°表面无裂纹。与示例2和示例3相比，对比例1中的亚温淬火保温时间和回火保温时间过长，导致强度指标下降。
示例4：
准备热轧带肋钢筋盘条，该盘条包含0.17wt％的C、1.12wt％的Si、0.85wt％的Mn，其余为铁和不可避免的杂质。该盘条未经过拉拔，直接以带肋形状进入热处理区。用感应加热炉将该盘条在3秒内由室温加热至850℃，保温3秒，然后用水冷却使得温度在2秒内降至300℃以下。然后，用感应加热炉将盘条加热至350℃，保温10秒，然后用水冷却至室温，从而得到成品用钢筋。
该成品钢筋的公称直径为8.0mm，屈服强度为855MPa，抗拉强度为950MPa，断后伸长率A为13.5％，最大力下伸长率Agt为4.0％，弯心直径为钢筋直径3倍时弯曲180°表面无裂纹。
示例5：
准备光圆的热轧盘条，该盘条包含0.37wt％的C、0.68wt％的Si、1.35wt％的Mn，其余为铁和不可避免的杂质。对该盘条进行拉拔，以形成螺旋槽外形。然后，用感应加热炉将该盘条在3秒内由室温加热至750℃，保温3秒，然后用水冷却使得温度在2秒内降至300℃以下。然后，用感应加热炉将盘条加热至450℃，保温10秒，然后用水冷却至室温，从而得到成品用钢筋。
该成品钢筋的公称直径为11.0mm，屈服强度为905MPa，抗拉强度为965MPa，断后伸长率A为15.5％，最大力下伸长率Agt为5.0％，弯心直径为钢筋直径3倍时弯曲180°表面无裂纹。
示例6：
准备光圆的热轧盘条，该盘条包含0.37wt％的C、0.68wt％的Si、1.35wt％的Mn，其余为铁和不可避免的杂质。对该盘条进行拉拔，以形成螺旋槽外形。然后，用感应加热炉将该盘条在3秒内由室温加热至780℃，保温3秒，然后用水冷却使得温度在2秒内降至300℃以下。然后，用感应加热炉将盘条加热至600℃，保温2秒，然后用水冷却至室温，从而得到成品用钢筋。
该成品钢筋的公称直径为11.0mm，屈服强度为935MPa，抗拉强度为995MPa，断后伸长率A为15.0％，最大力下伸长率Agt为4.5％，弯心直径为钢筋直径3倍时弯曲180°表面无裂纹。

Claims (15)

1.一种用作箍筋的钢筋的生产方法，包括依次进行的以下步骤：
准备原料钢筋，原料钢筋是热轧钢筋并包含0.10wt％～0.40wt％的碳、不多于2.0wt％的硅和0.25wt％～2.00wt％的锰，以及铁和不可避免的杂质；
将原料钢筋升温至750℃～850℃，并保温2秒～5秒，然后进行快速冷却，使原料钢筋的温度在2秒内降至300℃以下；
将原料钢筋升温至350℃～600℃，并保温2秒至1分钟，然后使原料钢筋的温度在10秒内降至100℃以下，从而得到用作箍筋的钢筋。
2.如权利要求1所述的生产方法，其中，原料钢筋还包含Nb、Ti、V和B中的至少一种元素。
3.如权利要求1所述的生产方法，其中，准备的原料钢筋具有光圆的形状，所述生产方法还包括：
在开始将原料钢筋升温至750℃～850℃之前，对准备的原料钢筋进行拉拔或滚轧，以形成螺旋槽、螺旋肋、刻痕中的至少一种形状。
4.如权利要求1所述的生产方法，其中，准备的原料钢筋具有带肋的形状。
5.如权利要求1所述的生产方法，其中，使用电磁感应的方式以大于50℃/s的平均加热速度将原料钢筋升温至750℃～850℃并保温2秒～5秒。
6.如权利要求5所述的生产方法，其中，准备的原料钢筋的截面直径为5mm～10mm，所述平均加热速度大于100℃/s。
7.如权利要求5所述的生产方法，其中，准备的原料钢筋的截面直径大于10mm且不超过16mm。
8.如权利要求1所述的生产方法，其中，所述快速冷却的步骤包括以水冷或油冷的方式快速冷却。
9.如权利要求1所述的生产方法，其中，使用电磁感应的方式以大于50℃/s的平均加热速度将原料钢筋升温至350℃～600℃。
10.如权利要求9所述的生产方法，其中，准备的原料钢筋的截面直径为5mm～10mm，所述平均加热速度大于100℃/s。
11.如权利要求9所述的生产方法，其中，准备的原料钢筋的截面直径大于10mm且不超过16mm。
12.如权利要求1所述的生产方法，其中，使原料钢筋的温度在10秒内降至100℃以下的步骤包括使用水冷、油冷或风冷的方式进行冷却。
13.如权利要求1所述的生产方法，其中，使原料钢筋的温度在2秒内降至300℃以下之后，紧接着将原料钢筋升温至350℃～600℃。
14.如权利要求1所述的生产方法，其中，所述用作箍筋的钢筋具有5mm～16mm的截面直径，并具有以下特性中的至少一种特性：屈服强度为800MPa～1200MPa，断后伸长率A不小于12.0％，最大力下伸长率Agt不小于4.0％，弯心直径为钢筋直径3倍时弯曲180°表面无裂纹。
15.如权利要求1所述的生产方法，其中，将原料钢筋升温至750℃～850℃的步骤包括将原料钢筋升温至750℃～800℃。
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