CN102443687A - 一种提高细晶粒钢筋强屈比的组织成分控制方法 - Google Patents

Abstract

一种提高细晶粒钢筋强屈比的组织成分控制方，属于金属热加工技术领域。根据钢筋不同强度级别的指标要求，不添加或减量化添加微合金元素，具有下列化学成分：C：0.12～0.25wt％，Si：0.20～0.60wt％，Mn：1.20～2.00wt％％，S≤0.045wt％，P≤0.045wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物。通过调整钢中常规元素C、Si、Mn的含量，结合细晶粒钢生产工艺，完善细晶粒钢筋的组织成分控制技术，使钢筋的组织中珠光体体积百分数控制在≥20％的水平，确保细晶粒钢筋的强屈比≥1.25，其他性能指标完全满足GB1499-2007中性能指标，且质量稳定。

Description

一种提高细晶粒钢筋强屈比的组织成分控制方法

技术领域

本发明属于金属热加工技术领域，特别是提供了一种提高细晶粒钢筋强屈比的组织成分控制方法。为保证细晶粒高强钢筋的强屈比性能要求提供了控制方法，促进了细晶粒钢筋生产工艺的有效实施。

背景技术

一直以来，晶粒细化被认为是同时提高钢材强度和韧性的最有效的手段。然而晶粒细化带来强屈比降低(如图1所示)是细晶粒和超细晶粒钢推广应用中必须解决的问题。强屈比的高低决定了材料从产生塑性变形到断裂之间的形变容量。抗震结构中使用的钢筋的强屈比较大，当构件的某个截面形成塑性以后，可以使塑性铰有足够的转动能力，避免钢筋过早拉断，从而保证整个结构获得充分吸收地震能量的能力而不至于倒塌。如图1所示晶粒尺寸对钢材强屈比的影响(注：摘自 雍岐龙 著《钢铁材料中的第二相》)

中国是世界大陆强震最多的国家。中国版图中有23条地震带，大多省市、直辖市均分布其中，超过80％的建筑物都有抗震需求，因此，中国GB1499-2008中将钢筋的强屈比的下限定为1.25，高于国外标准指标(英标BS4449-2007中下限1.08，澳新标准下限1.15)。为了满足抗震设计、验收规范要求，用于一、二级抗震结构中的纵向受力钢筋，其强屈比也是必检项目。

目前国内生产400MPa、500MPa高强抗震钢筋，主要采用微合金的方法保证钢筋的强度和强屈比的性能要求。随着国内高强钢筋推广应用的步伐加快，大量高强钢筋迫切需要采用微合金减量化的成分设计，积极采用细晶粒、超细晶粒钢生产工艺技术，推动具有高的强屈比、成本经济合理的细晶粒高强钢筋在建筑中广泛应用。

提高强屈比的方法之一是控制显微组织中硬相的比列。对于铁素体珠光体钢组织的钢筋来讲，细化铁素体晶粒同时控制组织中珠光体的体积分数能够实现提高钢筋强度、改善强屈比的目标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高细晶粒钢强筋屈比的组织成分控制方法，解决了晶粒细化造成钢筋屈服强度和抗拉强度同步提高、降低强屈比的问题。

本发明从建立珠光体体积分数与屈强比的关系入手，通过调整钢中常规元素C、Si、Mn的含量，结合细晶粒钢生产工艺，完善细晶粒钢筋的组织成分控制技术。按照此方法生产的细晶粒钢筋具有优良力学性能和符合GB1499-2007性能指标的强屈比。不仅如此，采用此方法生产的细晶粒钢筋具有良好的时效性能，免除了生产企业交货状态时钢筋性能指标降低的风险。

本发明的钢筋的基本合金成份按重量百分比计量(wt％)：

C：0.12～0.25，Si：0.20～0.6，Mn：1.20～2.0，S≤0.045，P≤0.045，为了保证钢筋满足不同强度等级的指标要求，可根据生产设备条件，不添加或适量添加微合金元素的用量，余量为Fe和不可避免的杂质元素。

本发明的生产方法是：通过调整钢中C、Si、Mn含量，结合细晶粒钢生产工艺，实现对组织转变和组织中珠光体体积分数的准确控制，保证细晶粒钢筋的强屈比指标。在热轧工艺上采用细晶粒钢生产控制工艺：开轧温度900～950℃，控轧温度在700℃～880℃，轧后控冷温度在600℃～700℃的温度范围，所得到的组织为铁素体、珠光体组织，其中铁素体的平均晶粒尺寸为6～10μm，控制珠光体体积百分数≥20％。所生产钢筋的力学性能达到GB1499-2007中400MPa级、500MPa级钢筋的各项指标，强屈比均≥1.25。而当组织中的珠光体体积百分数低于20％则达不到强屈比的下限指标，见表1。

本发明以普通碳锰钢为基础，炼钢工艺成熟稳定。根据生产不同强度级别的要求，钢中各成分百分含量控制如下：

C：0.12～0.25，Si：0.20～0.6，Mn：1.20～2.0，S≤0.045，P≤0.045。

根据实际需要，在上述成分体系基础上还可以微量添加V、Nb、Ti等合金元素，以获得更高的强度和好的韧性。

本发明的优点在于通过C、Si、Mn等常规成分的调节，结合细晶粒钢生产工艺，生产高强屈比的合格钢筋。利用本发明生产的不同级别的高强钢筋成本经济、合理，400MPa级钢筋的生产可以不添加微合金元素，500MPa级钢筋微量添加合金元素，大幅节省了合金资源。

附图说明

图1为晶粒尺寸对钢材强屈比的影响(注：摘自 雍岐龙 著《钢铁材料中的第二相》)。

图2为本发明实施例1中强度级别400MPa级的φ18mm螺纹钢筋(样品编号9^#钢)的金相组织照片。

图3为本发明实施例2中强度级别400MPa级的φ20mm螺纹钢筋(样品编号3^#钢)的金相组织照片。

图4为本发明实施例2中强度级别500MPa级的φ16mm螺纹钢筋(样品编号2^#钢)的金相组织照片。

具体实施方式

实施例1

在Q235的成分基础上，提高Si、Mn含量，如表2所示。经炼钢、连铸、热连轧，轧制工艺采用细晶粒钢生产工艺(开轧温度950℃，控轧温度800℃，轧后控冷温度不低于600℃)，轧制成φ18mm、的螺纹钢筋，并分别对钢筋其中φ18mm其力学性能见表3。

表2、φ18mm热轧钢筋的化学成分

C	Si	Mn	P	S
					0.15	0.50	1.43	0.028	0.014

表3、φ18mm热轧钢筋的室温拉伸性能

取多个视场进行金相观察，通过相分析软件计算其中珠光体在组织中的体积百分数为29.6％。超过了20％的临界值。

图2为本发明实施例1中400MPa级φ18mm热轧钢筋的金相组织照片。

实施例2

在Q235的成分基础上，提高C含量，如表3所示。经炼钢、连铸、热连轧，轧制工艺采用细晶粒钢生产工艺(开轧温度920℃，控轧温度低于780℃，轧后控冷温度不低于650℃)，轧制成φ20mm的螺纹钢筋，并分别对钢筋其中φ20mm其力学性能见表4。

表3、φ20mm热轧钢筋的化学成分

牌号	C	Si	Mn	P	S
						HRB400	0.25	0.32	0.68	0.026	0.021

表4、φ20mm热轧钢筋的室温拉伸性能

样品编号	屈服强度	抗拉强度	强屈比	延伸率
					3	425	563	1.32	20.5

取多个视场进行金相观察，通过相分析软件计算其中珠光体在组织中的体积百分数为26.3％，超过了20％的临界值。

图3为本发明实施例2中400MPa级φ20mm热轧钢筋的金相组织照片。

实施例3

表5所述的成分经炼钢、连铸、热连轧，轧制工艺采用细晶粒钢生产工艺(开轧温度950℃，控轧温度低于830℃，轧后控冷温度不低于600℃)，轧制成φ16mm、的螺纹钢筋，并分别对钢筋其中φ16mm其力学性能见表6。

表5、φ16mm热轧钢筋的化学成分

牌号	C	Si	Mn	P	S	V	N
								HRB500	0.23	0.64	1.51	0.022	0.020	0.075	0.014

表6、φ16mm热轧钢筋的室温拉伸性能

样品编号	屈服强度	抗拉强度	强屈比	延伸率
					2	530	680	1.28	25.5

取多个视场进行金相观察，通过相分析软件计算其中珠光体在组织中的体积百分数为31.7％，超过了20％的临界值。

图4为本发明实施例3中500MPa级φ16mm热轧钢筋的金相组织照片。

对实施例1、实施例2和实施例3中的钢筋进行自然时效，时效3个月后进行拉伸，其性能全部满足GB1499-2007.2的标准要求。

Claims (2)

1.一种提高细晶粒钢筋强屈比的组织成分控制方法，其特征在于，工艺及其控制的技术参数为：

调节钢中C、Si、Mn含量为：C：0.12～0.25，Si：0.20～0.6，Mn：1.20～2.0，S≤0.045，P≤0.045，为了保证钢筋满足不同强度等级的指标要求，可根据生产设备条件，不添加或适量添加微合金元素的用量，余量为Fe和不可避免的杂质元素；均为重量百分数；

在热轧工艺上采用细晶粒钢生产控制工艺：开轧温度900～950℃，控轧温度在700℃～880℃，轧后控冷温度在600℃～700℃的温度范围，所得到的组织为铁素体、珠光体组织，其中铁素体的平均晶粒尺寸为6～10μm，控制珠光体体积百分数≥20％；所生产钢筋的力学性能达到GB1499-2007中400MPa级、500MPa级钢筋的各项指标，强屈比均≥1.25。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在上述成分体系基础上微量添加V、Nb、Ti合金元素，以获得更高的强度和好的韧性。

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