CN103243264A

CN103243264A - 一种铌微合金化低温钢筋用钢及其轧制工艺

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Publication number: CN103243264A
Application number: CN2013101453979A
Authority: CN
Inventors: 孙维; 完颜卫国; 郭湛; 汪开忠
Original assignee: Magang Group Holding Co Ltd; Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Magang Group Holding Co Ltd; Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2013-04-24
Filing date: 2013-04-24
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2033-04-24
Also published as: CN103243264B

Abstract

本发明公开了一种铌微合金化低温钢筋用钢及其轧制工艺，该低温钢筋用钢，化学成分配比，按重量百分比计为：C：0.05-0.15%，Si：0.15-0.40%，Mn：1.40-1.60%，P≤0.010%，S≤0.010%，Ni：0.50-2.00%，Cu：0.10-0.80%，Nb：0.015-0.050%，其余为Fe和杂质元素；该低温钢筋用钢的轧制工艺，钢种在转炉、电弧炉或其它冶炼炉中冶炼并进行炉外精炼，连铸，再在连续棒材轧机上轧制成型，轧制工艺参数为：钢坯加热至1180～1250℃，开轧温度为950～1050℃，终轧温度为950～1100℃，轧后穿水冷却，上冷床温度为500～650℃。该低温钢筋用钢及其轧制工艺生产的低温钢筋产品，能满足LNG等低温建筑工程钢筋混凝土结构耐-165℃低温的要求，该低温钢筋用钢耐低温性能好，安全可靠。

Description

一种铌微合金化低温钢筋用钢及其轧制工艺

技术领域

本发明涉及一种低温钢筋用钢及其轧制工艺，尤其涉及一种铌微合金化低温钢筋用钢及其轧制工艺。

背景技术

热轧带肋钢筋是混凝土结构的骨架材料，在结构中承载着各种应力，有时还在一定的低温环境下使用，因此不仅要求钢筋具有较高的强度和工艺性能，而且还要求具有较高的功能性--抗低温的能力。

典型的需要用低温钢筋的例子是石化行业的液化天然气储罐（简称LNG）工程筑造用耐低温钢筋，其基本要求的特点是：

（1）高强度，屈服强度≥400MPa或≥500MPa；

（2）生产工艺不限制，可以采用余热淬火的工艺生产；

（3）对低温性能有一定的要求，具体由工程需方和供货方协定，最低存储温度-165℃，主要对低温拉伸塑性、缺口敏感性有一定的要求。

但是，迄今尚未见到低温钢筋用钢的具体成分及其轧制工艺参数的公开报道。

通常把-10～-196℃的低温下使用的钢称为低温钢，把在-196℃以下的低温下使用的钢称为超低温用钢。低温钢大致可分为4类：低碳铝镇静钢、低温高强度钢、镍钢和奥氏体不锈钢。

（1）低碳铝镇静钢。这类钢是以硅-锰为主要元素的低温钢。为提高钢的低温韧性，从化学成分上看，止须尽量降低钢中的碳含量、提高Mn/C比、降低硫、磷等有害元素、加入适量的铝，细化晶粒，固定钢中的氮提高钢的韧性，改善时效性能。中国的低温钢基本属于此类，在GB3531-83中规定。屈服强度约290MPa，低温下的冲击功为21～28J，主要牌号有16MnDR、09Mn2VDR、09MnTiCuXtDR、06MnNbDR。

（2）低温高强度钢。这类钢以碳一锰为基，加入少量的镍铬提高钢的低温韧性，加入少量的钼钒以提高钢的自身强度，在满足强度要求的情况下，尽量降低碳含量，提高钢的韧性，改善焊接性，通过调质处理获得良好自综合性能。它不但具有高强度，而且具有较好的低温韧性，因此是一种强韧性兼备的材料，主要用于煤加压和制造各种大型乙烯工程用的球罐，广泛用于制造具有较高压力的低温压力容器。

（3）镍系低温钢。这类钢是以镍为主要合金元素的低温用钢。镍是提高钢的低温韧性最有效的元素，随着钢中镍含量的增加低温韧性提高，最低使用温度降低，它主要用于制造在-40～-196℃下使用的低温设备。

（4）奥氏体不锈钢。这类钢主要特点是它没有韧性-脆性转变现象。通过固溶处理获得优良的低温韧性，甚至在-196℃的低温下韧性几乎没有损失，所以奥氏体不锈钢主要在超低温(-196℃)以下使用。

上述4类低温钢均未见可用于LNG等低温建筑工程用低温钢筋的报道。而LNG等低温建筑工程的建设迫切需要耐-165℃的、节镍型高强度低温热轧带肋钢筋。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐-165℃的、节镍型高强度铌微合金化低温钢筋用钢及其轧制工艺。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

该铌微合金化低温钢筋用钢，化学成分配比，按重量百分比计为：C：0.05-0.15%，Si：0.15-0.40%，Mn：1.40-1.60%，P≤0.010%，S≤0.010%，Ni：0.50-2.00%，Cu：0.10-0.80%，Nb：0.015-0.050%，其余为Fe和杂质元素。

本发明铌微合金化低温钢筋用钢，以多元少量的合金化原则，经过无数次试验，对低温钢筋用钢进行了成分设计。

碳：目前一般热轧带肋钢筋的C含量为0.18-0.25%，综合考虑性能要求及其它合金元素的量，本发明的低温钢筋用钢C含量取0.05-0.15%，降低C含量有利于改善焊接性能、提高塑性和韧性。

硅：Si能促进先共析铁素体析出，对珠光体形成的影响不大，价廉，Si能提高A₃、A₁ 临界点并有强烈的固溶强化作用，但Si过高对钢塑韧性不利，优选硅含量范围为0.15-0.40%。

锰：Mn能降低A₃、A₁临界点，在推迟珠光体转变的同时，也推迟铁素体转变，Mn具有固溶强化和提高淬透性作用，Mn含量范围选择为1.40-1.60%。

硫、磷：S、P在此钢中属于有害元素，要求越低越好，综合考虑后，按≤0.010%控制。

镍：Ni具有细化钢的组织、改善钢的低温性能的作用，并具有固溶强化、提高淬透性作用，但其价格昂贵，Ni含量范围选择为1.40-1.60%。

铜：Cu在固溶强化、提高淬透性方面与Ni相似，所以可以用它代替一部分的Ni，Cu还有一定的提高钢耐蚀性作用。

铌：Nb作为微合金化元素，Nb对钢筋的强化效果主要表现为晶粒细化、析出强化和相变强化，提高钢筋强度；Nb在钢中以置换溶质原子存在，Nb原子比铁原子尺寸大，易在位错线上偏聚，对位错攀移产生强烈的拖曳作用，使再结晶形核受到抑制，对再结晶具有强烈的阻止作用；提高了奥氏体的再结晶温度，从而达到细化奥氏体晶粒的目的，晶粒细化不仅能提高钢材的强韧性，而且改善钢材的低温性能。

该铌微合金化低温钢筋用钢的轧制工艺，钢种按上述成分范围，在转炉、电弧炉或其它冶炼炉中冶炼并进行炉外精炼，连铸，连续棒材轧机上轧制成型，钢筋轧制工艺参数为：钢坯加热温度1180～1250℃，开轧温度950～1050℃，终轧温度950～1100℃，轧后穿水冷却，上冷床温度500～650℃，钢筋在冷床上自然冷却后打捆、堆放。轧制过程中钢线速度达到100m/s以上。采用该轧制工艺，能保证钢筋的各项性能达到要求。

本发明的优点在于：该低温钢筋用钢及其轧制工艺，通过采用多元少量的合金化原则，在合理降低镍含量的情况下，低温钢筋的室温性能达到：屈服强度R_eL（R_p0.2）≥500MPa，强屈比≥1.15，均匀伸长率A_gt≥5%；-165℃低温性能达到：屈服强度R_eL（R_p0.2）≥575MPa（即1.15倍设计屈服强度），均匀伸长率A_gt≥3%。

该铌微合金化低温钢筋用钢，能满足LNG等低温建筑工程钢筋混凝土结构耐-165℃低温的要求，并且钢种镍含量较低，该低温钢筋用钢耐低温性能好，安全可靠。

该铌微合金化低温钢筋用钢的轧制工艺，通过对轧制温度的控制，轧制后穿水冷却，能够保证低温热轧带肋钢筋的性能。

具体实施方式

下面通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

实施例1

该铌微合金化低温钢筋用钢，化学成分配比，按重量百分比计为：C：0.10%，Si：0.35%，Mn：1.58%，P：0.007%，S：0.006%，Ni：0.55%，Cu：0.75%，Nb：0.027%，其余为Fe和杂质元素。

以直径φ12mm的钢坯为例，该φ12mm的低温钢筋用钢的轧制工艺，钢种按上述成分范围，在电弧炉中冶炼并进行炉外精炼，连铸，再在连续棒材轧机上轧制成型。

该铌微合金化低温钢筋轧制工艺参数为：钢坯加热温度1181～1205℃，开轧温度980～1002℃，终轧温度956～972℃，轧后穿水冷却，上冷床温度610～620℃，钢筋在冷床上自然冷却后打捆、堆放。

实施例2

该铌微合金化低温钢筋用钢，化学成分配比，按重量百分比计为：C：0.11%，Si：0.33%，Mn：1.48%，P：0.008%，S：0.005%，Ni：0.88%，Cu：0.16%，Nb：0.028%，其余为Fe和杂质元素。

以直径φ16mm的钢坯为例，该φ16mm的低温钢筋用钢的轧制工艺，钢种按上述成分范围，在转炉中冶炼并进行炉外精炼，连铸，再在连续棒材轧机上轧制成型。

该铌微合金化低温钢筋轧制工艺参数为：钢坯加热温度1210～1230℃，开轧温度1023～1033℃，终轧温度1010～1027℃，轧后穿水冷却，上冷床温度550～575℃，钢筋在冷床上自然冷却后打捆、堆放。

实施例3

该铌微合金化低温钢筋用钢，化学成分配比，按重量百分比计为：C：0.12%，Si：0.18%，Mn：1.51%，P：0.009%，S：0.007%，Ni：0.90%，Cu：0.12%，Nb：0.033%，其余为Fe和杂质元素。

以直径φ20mm的钢坯为例，该φ20mm的低温钢筋用钢的轧制工艺，钢种按上述成分范围，在电弧炉中冶炼并进行炉外精炼，连铸，再在连续棒材轧机上轧制成型。

该铌微合金化低温钢筋轧制工艺参数为：钢坯加热温度1220～1240℃，开轧温度1020～1040℃，终轧温度1026～1036℃，轧后穿水冷却，上冷床温度597～618℃，钢筋在冷床上自然冷却后打捆、堆放。

实施例4

该铌微合金化低温钢筋用钢，化学成分配比，按重量百分比计为：C：0.13%，Si：0.27%，Mn：1.55%，P：0.005%，S：0.008%，Ni：1.46%，Cu：0.11%，Nb：0.035%，其余为Fe和杂质元素。

以直径φ20mm的钢坯为例，该φ20mm的低温钢筋用钢的轧制工艺，钢种按上述成分范围，在转炉中冶炼并进行炉外精炼，连铸，再在连续棒材轧机上轧制成型。

该铌微合金化低温钢筋轧制工艺参数为：钢坯加热温度1230～1250℃，开轧温度1025～1040℃，终轧温度1020～1040℃，轧后穿水冷却，上冷床温度622～635℃，钢筋在冷床上自然冷却后打捆、堆放。

实施例5

该铌微合金化低温钢筋用钢，化学成分配比，按重量百分比计为：C：0.11%，Si：0.29%，Mn：1.47%，P：0.006%，S：0.006%，Ni：1.52%，Cu：0.13%，Nb：0.040%，其余为Fe和杂质元素。

以直径φ25mm的钢坯为例，该φ25mm的低温钢筋用钢的轧制工艺，钢种按上述成分范围，在电弧炉中冶炼并进行炉外精炼，连铸，再在连续棒材轧机上轧制成型。

该铌微合金化低温钢筋轧制工艺参数为：钢坯加热温度1208～1225℃，开轧温度1003～1022℃，终轧温度1037～1048℃，轧后穿水冷却，上冷床温度573～608℃，钢筋在冷床上自然冷却后打捆、堆放。

实施例6

该铌微合金化低温钢筋用钢，化学成分配比，按重量百分比计为：C：0.09%，Si：0.28%，Mn：1.52%，P：0.008%，S：0.005%，Ni：1.05%，Cu：0.18%，Nb：0.037%，其余为Fe和杂质元素。

该铌微合金化低温钢筋轧制工艺参数为：钢坯加热温度1235～1250℃，开轧温度1028～1037℃，终轧温度1040～1058℃，轧后穿水冷却，上冷床温度533～551℃，钢筋在冷床上自然冷却后打捆、堆放。

实施例7

该铌微合金化低温钢筋用钢，化学成分配比，按重量百分比计为：C：0.07%，Si：0.30%，Mn：1.43%，P：0.005%，S：0.004%，Ni：1.10%，Cu：0.15%，Nb：0.025%，其余为Fe和杂质元素。

以直径φ25mm的钢坯为例，该φ25mm的低温钢筋用钢的轧制工艺，钢种按上述成分范围，在转炉中冶炼并进行炉外精炼，连铸，再在连续棒材轧机上轧制成型。

该铌微合金化低温钢筋轧制工艺参数为：钢坯加热温度1218～1237℃，开轧温度1002～1023℃，终轧温度1038～1057℃，轧后穿水冷却，上冷床温度547～568℃，钢筋在冷床上自然冷却后打捆、堆放。

实施例8

该铌微合金化低温钢筋用钢，化学成分配比，按重量百分比计为：C：0.08%，Si：0.26%，Mn：1.49%，P：0.007%，S：0.008%，Ni：0.78%，Cu：0.43%，Nb：0.018%，其余为Fe和杂质元素。

以直径φ32mm的钢坯为例，该φ32mm的低温钢筋用钢的轧制工艺，钢种按上述成分范围，在转炉中冶炼并进行炉外精炼，连铸，再在连续棒材轧机上轧制成型。

该铌微合金化低温钢筋轧制工艺参数为：钢坯加热温度1193～1207℃，开轧温度1007～1020℃，终轧温度1032～1047℃，轧后穿水冷却，上冷床温度511～527℃，钢筋在冷床上自然冷却后打捆、堆放。

以上实施例轧制的低温钢筋用钢的产品性能如下表：

以上实施例制得的低温钢筋用钢，均能满足LNG等低温建筑工程钢筋混凝土结构耐-165℃低温的要求，并且钢种镍含量较低，该低温钢筋用钢耐低温性能好，安全可靠。

上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种铌微合金化低温钢筋用钢，其特征在于：其化学成分配比，按重量百分比计为：C：0.05-0.15%，Si：0.15-0.40%，Mn：1.40-1.60%，P≤0.010%，S≤0.010%，Ni：0.50-2.00%，Cu：0.10-0.80%，Nb：0.015-0.050%，其余为Fe和杂质元素。

2.如权利要求1所述的铌微合金化低温钢筋用钢，其特征在于：其中C、Si、Mn、Ni、Cu及Nb的含量为：按重量百分比计：C：0.05-0.10%，Si：0.18-0.27%，Mn：1.49-1.55%，Ni：0.55-0.90%，Cu：0.13-0.43%，Nb：0.018-0.033%。

3.如权利要求1所述的铌微合金化低温钢筋用钢，其特征在于：其中C、Si、Mn、Ni、Cu及Nb的含量，按重量百分比计为： C：0.11-0.13%，Si：0.29-0.35%，Mn：1.43-1.47%，Ni：0.78-1.46%，Cu：0.43-0.75%，Nb：0.035-0.037%。

4.一种权利要求1-3任一项所述的铌微合金化低温钢筋用钢的轧制工艺，其特征在于：轧制工艺参数为：钢坯加热温度1180～1250℃，开轧温度950～1050℃，终轧温度950～1100℃，轧后穿水冷却，上冷床温度500～650℃。