CN102732787A - 一种600MPa级抗震螺纹钢筋及其制造方法 - Google Patents

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本发明公开了一种600MPa级抗震螺纹钢筋及其制造方法。该螺纹钢筋包含如下组分：基本成分：C0.21～0.26％，Si0.61～0.80％，Mn1.30～1.60％，V0.15～0.21％；可选成分：Nb0.001～0.050％，Ti0.001～0.050％，Cr0.10～0.50％，B0.0001～0.0050％，Mo0.001～0.010％中的任意一种或两种以上的组合；其余为Fe和不可避免的杂质。该螺纹钢筋的制造方法采用“转炉或电炉冶炼+小方坯连铸连轧+冷床冷却”短流程工艺。采用上述成分和方法生产的螺纹钢筋抗拉强度＞730MPa，屈服强度＞600MPa，断后伸长率＞14％，最大力总伸长率＞9％，强屈比＞1.25，满足国标对螺纹钢筋抗震性能的要求。

Description

一种600MPa级抗震螺纹钢筋及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种600MPa级抗震螺纹钢筋及其制造方法，属于钢铁冶金和轧钢领域。
背景技术
螺纹钢筋广泛应用于大坝、厂房、道路桥梁等基础建筑中，在相同的使用条件下，提高螺纹钢屈服强度可以减少钢筋直径，节约钢材用量，降低工程成本，同时也可降低钢体结构自重，缩短工程周期。截止到2011年，我国400MPa及以上强度级别的钢筋使用量仅占总量的40％。而国外大多采用的是400MPa及以上级别的钢筋。近年来，国家出台了一系列措施，大力推广高强度螺纹钢筋，如2011年7月1日新推出的《混凝土结构设计规范》明确要求建筑施工应优先使用400MPa级螺纹钢筋；即将实施的螺纹钢筋标准GB1499.2的修订稿中也新增了600MPa级螺纹钢HRB600。螺纹钢筋的高强度化已成为未来钢筋发展的一种趋势。以600MPa级螺纹钢替代400MPa级螺纹钢，可节约用钢量44.4％，节能减排效果显著。开发600MPa级螺纹钢筋有利于促进产品的升级换代。
目前已有600MPa级螺纹钢筋专利，如专利公开号为102383033A，专利名称为“一种600MPa级含钒高强热轧钢筋及其生产方法”专利文献，提供了一种600MPa级高强热轧钢筋制备方法：采用转炉+LF精炼，冶炼过程中全程吹氮气，以及加入VN、氮化硅等含氮合金来增氮固氮，精轧过程中采用低温大压下量轧制。其公开的钢筋成分为：C：0.21～0.25％、Si：0.35～0.60％、Mn：1.35～1.55％、V：0.08～0.12％、N：0.005～0.04％、S：≤0.040％、P：≤0.040％。其存在以下局限：
1、精轧采用低温大压下量轧制，对轧机性能要求较高，不适于老式轧机生产，在现阶段难以大量应用；
2、全程吹氮气以及N含量过高容易造成坯料皮下气泡过多，影响成品质量。
发明内容
本发明的目的在于通过合金成分和工艺优化设计，提供一种适于广泛生产的600MPa级抗震螺纹钢筋及其制造方法。该高强钢筋的屈服强度ReL大于600MPa，抗拉强度Rm大于730MPa，断后伸长率A大于14％，最大力总伸长率Agt大于9％，强屈比大于1.25。该钢不仅能够满足新标准GB1499.2征求意见稿对600MPa级螺纹钢筋的性能要求，而且还能够满足新标准对抗震钢筋性能的要求。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种600MPa级抗震螺纹钢筋，其特征在于，它包含的化学成分及其重量百分比为：基本成分：C0.21～0.26％，Si0.61～0.80％，Mn1.30～1.60％，V0.15～0.21％，可选成分：Nb0.001～0.050％，Ti0.001～0.050％，Cr0.10～0.50％，B0.0001～0.0050％，Mo0.001～0.010％中的任意一种或两种以上的组合；其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明中各组分的机理及作用：
C是钢中最经济的提高螺纹钢强度的元素，增加碳含量能够显著提高强度，但同时也降低钢的塑性和韧性，恶化钢的焊接性能，为保证钢筋具有较高强韧性、良好的焊接性能，C含量的范围设为0.21～0.26％。
Si是炼钢常用的脱氧剂，能够固溶于铁素体中，提高钢的弹性极限和屈服极限，但Si也会降低钢的塑性和韧性，恶化焊接性能，Si含量的范围设为0.61～0.80％。
Mn在钢中起固溶强化作用，可以提高钢的强度，但含量过高会使钢中出现贝氏体，降低钢的塑性，因此，Mn含量的范围设为1.30～1.60％。
V是钢中重要的合金化元素，能够与C、N结合形成V(C，N)化合物，在热轧过程中阻止奥氏体晶粒长大，具有较强的析出强化和细晶强化作用，可以显著提高螺纹钢筋的强度；当V含量过低时，强化效果不明显，含量过高时会增加淬透性，促进贝氏体的产生，因此，V含量的范围设为0.15～0.21％。
Nb与C、N都有较强的结合能力，形成稳定的化合物，能够细化晶粒，提高钢的强度，但Nb是一种比较昂贵的合金元素，因此，Nb可作为辅助元素添加。
Ti很容易与C、N结合，形成稳定的化合物，Ti的碳氮化物通常在1400℃以上的高温状态下析出，冶炼过程中难以控制，并且，Ti含量较高时易形成粗大的TiN颗粒，恶化性能，因此，Ti仅可作为辅助元素添加。
Cr的加入可以细化珠光体组织，提高钢的强度，但其含量过高会降低塑性和韧性。
B的加入可有效改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。
Mo有细化珠光体的作用，从而提高钢的强度和延展性。
本发明钢的碳当量在0.54以下，具有良好的焊接性能。本发明制造600MPa级高强度抗震螺纹钢筋的方法为：采用“转炉或电炉冶炼+小方坯连铸连轧+冷床冷却”短流程工艺，冶炼过程中以钒铁和钒氮合金形式加入钒，钒铁(FeV50)和钒氮合金(V78N15)加入量比为4～7∶1；采用热装热送工艺，将连铸坯加热至1050～1150℃，开轧温度为900～1100℃，终轧温度为950～1050℃；轧制后不穿水冷却，轧件上冷床温度为950～1050℃，在冷床上自然冷却至室温。
本发明的有益效果至少在于：(1)轧制过程中采用常规轧制工艺，对精轧机性能无特殊要求，适用于广泛生产；(2)冶炼全程不吹氮气，可有效控制坯料的皮下气泡；(3)本发明钢成分设计合理，碳当量小于0.54，轧制后不进行穿水冷却，因而获得的产品组织均匀、力学性能稳定，具有良好的加工性能和焊接性能。
具体实施方式
以下结合若干较佳实施例对本发明的技术方案作进一步阐述，但这些实施例绝非对本发明有任何限制。本领域技术人员在本说明书的启示下对本发明实施中所作的任何变动都将落在权利要求书的范围内。
根据表1成分及下述工艺制造了600MPa级高强度抗震螺纹钢筋。采用转炉冶炼，在吹氩站加入钒铁(FeV50)和VN(V78N15)合金，两者加入量比为4～7∶1，之后连铸成150mm×150mm小方坯；坯料采用热装热送工艺，加热温度为1100℃；采用连续式棒线材轧机进行轧制，轧制规格为∮20mm和∮32mm，开轧温度为1050℃，终轧温度为1020℃；轧制后不穿水，轧件上冷床温度为1040C，在冷床上自然冷却至室温。实际检验的化学成分及其重量比如表1所示。显微组织为铁素体+珠光体组织，未观察到贝氏体，铁素体晶粒度在10级以上。表2为力学性能，抗拉强度Rm大于730MPa，屈服强度ReL在600MPa以上，伸长率A在14％以上，最大力总伸长率Agt大于9％，强屈比大于1.25。所制造的600MPa级螺纹钢筋既能满足新标准对HRB600的性能要求，又能满足抗震性能要求。
表1600MPa级高强度抗震螺纹钢筋化学成分，wt.％
  编号   规格，mm   C   Si   Mn   V   N   B   碳当量
  1   ∮20   0.24   0.66   1.41   0.16   0.010   -   0.51
  2   ∮20   0.25   0.65   1.39   0.17   0.010   0.0010   0.52
  3   ∮32   0.25   0.66   1.40   0.17   0.011   -   0.52
表2600MPa级高强度抗震螺纹钢筋的性能
  编号   规格，mm   Rm，MPa   ReL，MPa   A，％   Agt，％   Rm/ReL
  1   ∮20   772   609   19.2   11.9   1.27
  2   ∮20   794   627   18.6   11.0   1.27
  3   ∮32   780   610   16.6   11.8   1.28
尽管本发明的实施方案已公开如上，但对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (4)

1.一种600MPa级抗震螺纹钢筋，其特征在于，它包含按照重量百分比计算的如下组分：C0.21～0.26％，Si0.61～0.80％，Mn1.30～1.60％，V0.15～0.21％，以及余量的铁和杂质。
2.根据权利要求1所述的600MPa级抗震螺纹钢筋，其特征在于，它还包含按照重量百分比计算的如下组分：Nb0.001～0.050％，Ti0.001～0.050％，Cr0.10～0.50％，B0.0001～0.0050％，Mo0.001～0.010％中的任意一种或两种以上的组合。
3.根据权利要求1或2所述的600MPa级抗震螺纹钢筋，其特征在于，该钢筋碳当量在0.54以下，
碳当量的计算公式为：Ceq=C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15。
4.一种600MPa级抗震螺纹钢筋的制造方法，包括依次进行的电炉或者转炉冶炼、小方坯连铸连轧、冷床冷却，其特征在于：冶炼过程中以钒铁和钒氮合金形式添加钒，钒铁FeV50与钒氮合金V78N15加入量比为4～7∶1。
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