CN102766819B - 高强度高塑性热处理钢筋及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能尽量节省其它金属成份用量的高强度高塑性热处理钢筋，具有如下质量百分比的成份：C：0.20～0.25%，Si：0.56～0.75%，Mn：1.10～1.65%，V：0.01～0.05%，Cr：0.10～0.20%，Nb：0.01～0.02%，P≤0.040%，S≤0.040%，余量为Fe。本发明还公开了一种适合制备该高强度高塑性热处理钢筋的方法，先经过热轧将钢坯轧制成钢筋，有直条和盘条两种产品和工艺，热轧工艺的目的是保证热处理工艺所需原材料有好的组织和原始性能；再经过热处理工艺来进一步提高钢筋的性能。本发明成本经济合理，产品的屈服强度达到650MPa级以上，且有良好的塑性和耐腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明涉及到一种高强度高塑性热处理钢筋(简称HTB)及其制备方法，属于金属材料与加工技术领域。适用于铁路、国防等强度要求较高的混凝土构件上。
背景技术
生产性能优良并且价格低廉的钢材，一直是钢铁企业追求的目标。在钢材生产和消费总量中，建筑钢筋占有很大比重，随着建筑业的迅速发展，对热轧钢筋性能的要求越来越高。屈服强度500MPa及以上级别强度的带肋钢筋具有强度高、安全储备性大、使用时节省钢材用量等优点，适合应用在高层、大跨度、铁路轨道等建筑中。在国外，普遍采用500MPa及以上级别钢筋作为建筑中的主力钢筋。我国也正在加快高强度钢筋的研制，着力开发添加合金元素和采用轧后在线穿水工艺提高钢筋的屈服强度和抗拉强度，多数钢厂已成功生产出500MPa级强度的钢筋，部分钢厂也积极开始研究600MPa及以上级别高强度钢筋的生产。
目前国内生产屈服强度在600MPa及以上的高强度钢筋主要采用以下二类工艺进行。一类是在20MnSi的基础上，采用钒铁、铌铁、钒氮微合金化提高钢的强度。该方法生产的钢筋强度要提高到600MPa，需加入大量的合金，导致其生产成本过高，产品的竞争优势较差，企业生产动力不足，从而不利于高强度钢筋的推广和应用，用该方法大力发展高强钢筋也会导致国家合金矿产资源的大量消耗。另一类使用微量合金工艺，采用轧后在线余热处理等快冷工艺提高钢筋强度。该方法合金成分也可大幅降低，但存在如下缺陷：短时间的轧后快冷工艺会带来肋部和肋底基圆的冷却不均匀、以及大断面芯部和边部存在温度梯度差的问题，对组织和韧性不利，最终导致钢筋性能波动较大，容易出现屈服不明显和混晶现象，产品质量稳定性差，且屈服强度很难达到600MPa以上，另外经过普通热处理后钢筋的塑性较差，断后伸长率仅为6～7％，塑性较差。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种能尽量节省其它金属成份用量的高强度高塑性热处理钢筋；本发明的另一个目的是提供一种适合制备该高强度高塑性热处理钢筋的方法。
为实现上述第一个目的，本发明采用的技术方案是：所述的高强度高塑性热处理钢筋，具有如下质量百分比的成份：C：0．20～0．25％，Si：0．56～0．75％，Mn：1．10～1．65％，V：0．01～0．05％，Cr：0．10～0．20％，Nh：0．01～0．02％，P≤0．040％，S≤0．040％，余量为Fe。
进一步地，前述的高强度高塑性热处理钢筋，其中，还含有总的质量百分比为0．01～0．1％的以下三种成份中的至少一种：Ni、B、Ti。钢中加入适量的镍，能提高对酸、碱的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。另外，镍能提高钢的强度，而又能保持良好的塑性和韧性。钢中可加入钛和(或)硼：钛和硼能使钢的内部组织致密，细化晶粒；钛能降低时效敏感性和冷脆性，还能改善焊接性能。
为实现上述第二个目的，本发明先经过热轧将钢坯轧制成钢筋，有直条和盘条两种产品和工艺，热轧工艺的目的是保证热处理工艺所需原材料有好的组织和原始性能；再经过热处理工艺来进一步提高钢筋的性能。其主要工艺步骤如下。
高强度高塑性热处理钢筋的制备方法，包括如下步骤：(一)热轧工艺：(1)直条钢筋的热轧工艺：将含有所述成份的钢坯送入加热炉内加热，控制钢坯在加热炉的均热温度为1080～1180℃，然后进行轧制，开轧温度980～1040℃，通过精轧后弱冷至940～1030℃；送冷床自然空冷至室温；(2)盘条钢筋的热轧工艺：将含有所述成份的钢坯送入加热炉内加热，控制钢坯在加热炉的均热温度为1050～1150℃，然后进行轧制，开轧温度940～1000℃，入精轧温度880～940℃，钢筋终轧后弱冷至880～950℃进行吐丝成圈；送入辊道速度为0．5～1．0m／s的斯太尔摩辊道冷却；(二)热处理工艺：将步骤(一)得到的钢筋进行淬火，淬火加热温度为850～950℃，保温60～100分钟后进行快速水冷；淬火之后再进行回火，回火加热温度为400～600℃，获得以回火索氏体为主的组织。
本发明采用Cr、V、Nb复合微量化，成本经济合理，制成的成品的公称直径可为6．5mm～50mm，外形为光圆、带肋或螺纹，能满足极大多数用户需求。与现有技术相比，本发明突出的有益效果为：本发明的碳、硅、锰含量与余热处理钢筋标准GB 13014-1991中的成分相当。本发明中含微量的Cr，Cr的突出作用是成倍的增加钢的淬透性。对热处理钢筋而言，增加钢的淬透性具有重要的意义，通过相变强化可以使钢筋获得较高的强度。GB 13014中余热处理后钢的屈服强度为440Mpa。而热轧钢筋最高强度到600Mpa，但需加入较大量的V、Nb等合金元素，最大力总伸长率Agt大多仅为5％～6％有的甚至更低；普通热处理后钢筋的断后伸长率在6～8％。本发明减少了Si、Mn、V、Nb合金的用量，同时通过热处理过程提升材料力学性能，可显著降低原材料成本。本发明将钢筋的屈服强度提高到650Mpa及以上，同时断后伸长率不小于18％，最大力总伸长率Agt不小于7．5％，该钢筋的耐腐蚀性能也比普通钢筋提高2～5倍。本发明无论在合金成本还是生产工艺上，均具有极大的优势，而且符合当前冶金行业“节能降耗”的总体发展趋势。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的描述。
实施例一、6.5mm盘条螺纹钢。
6.5mm盘条螺纹钢具有如下质量百分比的成份：C：0．20％，Si：0．56％，Mn：1．38％，V：0．015％，Cr：0．1％，Nb：0．014％，P：0．018％，S：0．008％，余量为Fe。
上述6.5mm盘条螺纹钢的制备工艺如下。
热轧工艺：将含有上述成份的钢坯送入加热炉内加热，控制钢坯在加热炉的均热温度为1080～1130℃，开轧温度970～990℃，入精轧温度920～930℃，吐丝温度930～940℃。送入辊道速度为0．5m／s的斯太尔摩辊道冷却；风机全关。得6.5mm盘条螺纹钢。
热处理工艺：将热轧后的6.5mm盘条螺纹钢进行淬火，淬火加热温度为900℃，保温90分钟后进行快速水冷；之后再进行回火，回火加热温度为500℃。
热轧后和热处理后钢筋的性能见表1。
表1
| 力学性能 | Rm／Mpa | Rel／Mpa | A/％ |
| 热轧后 | 630-650 | 430-440 | 2O-21 |
| 热处理后 | 855-880 | 660-680 | 19-2O |
实施例二、10mm盘条螺纹钢。
10mm盘条螺纹钢具有如下质量百分比的成份：C：0．23％，Si：0．65％，Mn：1．56％，V：0．025％，Cr：0．15％，Nb：0．02％，P：0．021％，S：0．007％，为量为Fe。
上述10mm盘条螺纹钢的制备工艺如下。
热轧工艺：将含有上述成份的钢坯送入加热炉内加热，控制钢坯在加热炉的均热温度为1110～1140℃，开轧温度980～1000℃，入精轧温度920～940℃，吐丝温度910～920℃。送入辊道速度为0．8m／s的斯太尔摩辊道冷却；风机全关。得10mm盘条螺纹钢。
热处理工艺：将热轧后的10mm盘条螺纹钢进行淬火，淬火加热温度为910℃，保温85分钟后进行快速水冷；之后再进行回火，回火加热温度为560℃。
热轧后和热处理后钢筋的性能见表2。
表2
| 力学性能 | Rm／Mpa | Rel／Mpa | A／％ |
| 热轧后 | 620-630 | 450-460 | 23-24 |
| 热处理后 | 920-950 | 730-750 | 20-21 |
实施例三、20mm直条螺纹钢。
20mm直条螺纹钢具有如下质量百分比的成份：C：0．25％，Si：0．75％，Mn：1．57％，V：0．05％，Cr：0．1％，Nb：0．01％，Ni：0．018％，P：0．019％，S：0．015％，余量为Fe。
上述20mm直条螺纹钢的制备工艺如下。
热轧工艺：将含有以上成分的钢坯送入加热炉内加热，控制钢坯在加热炉的均热温度为1100～1120℃，开轧温度990～1020℃，精轧后弱冷至940～950℃，送冷床自然空冷至室温。得20mm直条螺纹钢。
热处理工艺：将热轧后的20mm直条螺纹钢进行淬火，淬火加热温度为940℃，保温90分钟后进行快速水冷；之后再进行回火，回火加热温度为580℃。热轧后和热处理后钢筋的性能见表3。
表3
| 力学性能 | Rm／Mpa | Rel／Mpa | A／％ |
| 热轧后 | 640-650 | 485-490 | 20-21 |
| 热处理后 | 905-935 | 710-720 | 18-19 |
实施例四、25mm直条螺纹钢。
25mm直条螺纹钢具有如下质量百分比的成份：C：0．22％，Si：0．68％，Mn：1．10％，V：0．01％，Cr：0．13％，Nb：0．014％，Ni：0．018％，B：0．004％，P：0．020％，S：0．009％，余量为Fe。
上述25mm直条螺纹钢的制备工艺如下。
热轧工艺：将含有以上成分的钢坯送入加热炉内加热，控制钢坯在加热炉的均热温度为1090～1130℃，开轧温度1010～1030℃，精轧后弱冷至1000～1015℃，送冷床自然空冷至室温。得25mm直条螺纹钢。
热处理工艺：将热轧后的25mm直条螺纹钢进行淬火，淬火加热温度为950℃，保温100分钟后进行快速水冷；之后再进行回火，回火加热温度为550℃。
热轧后和热处理后钢筋的性能见表4。
表4
| 力学性能 | Rm／Mpa | Rel／Mpa | A／％ |
| 热轧后 | 650-680 | 460-480 | 18-19 |
| 热处理后 | 935-960 | 740-750 | 18-20 |
实施例五、12mm直条螺纹钢。
12mm直条螺纹钢具有如下质量百分比的成份：C：0．22％，Si：0．65％，Mn：1．65％，V：0．026％，Cr：0．20％，Nb：0．015％，Ti：0．017％，P：0．015％，S：0．011％，余量为Fe。
上述12mm直条螺纹钢的制备工艺如下。
热轧工艺：将含有以上成分的钢坯送入加热炉内加热，控制钢坯在加热炉的均热温度为1120～1150℃，开轧温度1030～1050℃，精轧后弱冷至1000～1015℃，送冷床自然空冷至室温。得12mm直条螺纹钢。
热处理工艺：将热轧后的12mm直条螺纹钢进行淬火，淬火加热温度为860℃，保温60分钟后进行快速水冷；之后再进行回火，回火加热温度为500℃。
热轧后和热处理后钢筋的性能见表5。
表5
| 力学性能 | Rm／Mpa | Rel／Mpa | A／％ |
| 热轧后 | 680-690 | 470-490 | 18-21 |
| 热处理后 | 920-950 | 730-740 | 18-20 |
Claims (2)
1.高强度高塑性热处理钢筋，具有如下质量百分比的成份：C：0.20～0.25％，Si：0.56～0.75％，Mn：1.10～1.65％，V：0.01～0.05％，Cr：0.10～0.20％，Nb：0.01～0.02％，P≤0.040％，S≤0.040％，余量为Fe；其特征在于：所述钢筋由如下方法制得：(一)热轧工艺：(1)直条钢筋的热轧工艺：将含有所述成份的钢坯送入加热炉内加热，控制钢坯在加热炉的均热温度为1080～1180℃，然后进行轧制，开轧温度980～1040℃，通过精轧后弱冷至940～1030℃；送冷床自然空冷至室温；(2)盘条钢筋的热轧工艺：将含有所述成份的钢坯送入加热炉内加热，控制钢坯在加热炉的均热温度为1050～1150℃，然后进行轧制，开轧温度940～1000℃，入精轧温度880～940℃，钢筋终轧后弱冷至880～950℃进行吐丝成圈；送入辊道速度为0.5～1.0m/s的斯太尔摩辊道冷却；(二)热处理工艺：将步骤(一)得到的钢筋进行淬火，淬火加热温度为850～950℃，保温60～100分钟后进行快速水冷；淬火之后再进行回火，回火加热温度为400～600℃，获得以回火索氏体为主的组织。
2.根据权利要求1所述的高强度高塑性热处理钢筋，其特征在于：还含有总的质量百分比为0.01～0.1％的以下三种成份中的至少一种：Ni、B、Ti。
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