CN103255349A

CN103255349A - 一种小规格600MPa级抗震螺纹钢筋及其制造方法

Info

Publication number: CN103255349A
Application number: CN2013101495098A
Authority: CN
Inventors: 李阳; 麻晗; 黄文克
Original assignee: Jiangsu Shagang Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Shagang Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2033-04-26
Also published as: CN103255349B

Abstract

本发明公开了一种小规格600MPa级抗震螺纹钢筋，以重量百分比计包含如下组分：C0.23～0.28%，Si0.60～0.80%，Mn1.00～1.60%，V0.12～0.14%，N0.010～0.030%，Cr0.55～0.60%，以及余量的Fe及不可避免的杂质。还包含Nb0.001～0.040%，Ti0.001～0.020%，Al0.001～0.010%，Cu0.001～0.050%中的任意一种或两种以上的组合。其制造方法为：采用转炉或电炉冶炼，小方坯连铸连轧，冷床冷却的短流程工艺。采用上述成分和方法生产的小规格螺纹钢筋具有高抗拉强度、高屈服强度、高断后伸长率，强屈比＞1.25，满足抗震钢筋的要求。

Description

一种小规格600MPa级抗震螺纹钢筋及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种抗震钢筋及其制造方法，特别涉及一种小规格屈服强度大于600MPa级抗震螺纹钢筋及其制造方法，属于钢铁冶金及其轧钢领域。

背景技术

高强度钢筋尤其是600MPa钢筋具有强度高、安全储备量大、抗震性能好、能节省钢材用量、施工方便等优越性能，更适用于高层、大跨度和抗震建筑结构，是一种更节约、更高效的新型建筑材料。现在国内已逐步开展600MPa级热轧钢筋HRB600的研发，并取得了一定的成效，但600MPa级抗震钢筋的研发具有一定的瓶颈，抗震钢筋要求强屈比≥1.25，最大力总伸长率≥9%，热轧高强度钢筋目前的强化手段主要是通过微合金化技术细化晶粒来实现，但细化晶粒易导致强屈比降低，对抗震性能不利。

小规格螺纹钢筋具有压缩比大、轧制和冷却速度快的特点，更容易得到晶粒细小的显微组织，这对于小规格螺纹钢筋的抗震性能是明显不利的，也给研发工作带来了一定的难度。

目前国内600MPa级钢筋的研发主要采用微合金化工艺，通过添加微合金化元素钒、铌等提高强度，但还存在强屈比偏低，不满足抗震性能等问题，如河北钢铁承德公司申请的专利公开号为102383033A，名称为“一种600MPa级含钒高强热轧钢筋及其生产方法”的专利，V含量控制在0.08-0.12wt%，组织为铁素体+珠光体，R_m/R_eL<1.25，未列出Agt；江苏永钢申请的专利公开号为102839334A，名称为“一种600MPa级的热轧带肋钢筋用钢及其冶炼方法”的专利，V含量控制在0.15-0.25wt%，R_m/R_eL<1.25，未列出Agt；莱芜钢铁申请的“HRB600钢筋及其生产方法”，V含量控制在0.08-0.12wt%，R_m/R_eL<1.25，未列出Agt；武钢集团昆明钢铁股份有限公司申请的“铌钛硼微合金HRB600高强度抗震钢筋及其制备”，虽然满足抗震要求，但显微组织为针状、仿晶界型铁素体，珠光体和粒状、板条状贝氏体组织，工艺控制复杂，需要较低的轧制温度和轧后超快速冷却，对设备要求较高，且较低的终轧温度易导致淬回火马氏体的产生，不符合标准对组织的要求。

V-N微合金化技术通过细化晶粒提高强度的同时，降低了强屈比，这在小规格螺纹钢产品中表现更为明显，因此，有必要解决小规格螺纹钢强屈比偏低的问题。

发明内容

本专利提供了一种小规格600MPa级抗震螺纹钢筋及其制造方法，通过V-N微合金化技术生产，组织以铁素体和珠光体为主，力学性能稳定，屈服强度>620MPa，抗拉强度>750MPa，断后伸长率＞14%，最大力总伸长率＞9%，强屈比＞1.25，规格为12～14mm，此小规格螺纹钢筋满足抗震螺纹钢筋要求。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种小规格600MPa级抗震螺纹钢筋，以重量百分比计包含如下组分：C0.23～0.28%，Si0.60～0.80%，Mn1.00～1.60%，V0.12～0.14%，N0.010～0.030%，Cr0.55～0.60%，以及余量的Fe及不可避免的杂质。

进一步讲，还包含以重量百分比计的如下组分Nb0.001～0.040%，Ti0.001～0.020%，Al0.001～0.010%，Cu0.001～0.050%中的任意一种或两种以上的组合。

本发明小规格600MPa级抗震螺纹钢筋采用V-N微合金技术，主要是通过V(C，N)化合物的析出，同时细化晶粒提高强度，而细晶强化和析出强化对提高强屈比是不利的，针对这种情况，发明人通过大量的研究发现可以添加适量的Cr0.55～0.60%，Cr元素可提高V的固溶强化效果，减少细晶和析出强化，在保证屈服强度的同时，大幅度提高抗拉强度，引入Cr对钢筋强屈比的提高有利。

以下具体说明其他元素的作用及原理：

C能够通过固溶强化显著提高抗拉强度，有利于提高强屈比，因此，C含量应尽可能设计在较高的水平，但C含量过高会降低钢的塑性和韧性，恶化钢的焊接性能，为保证钢筋具有良好的综合性能，C含量的范围设为0.23～0.28％。

Si是一种固溶元素，可固溶于铁素体中，提高弹性极限和屈服极限，由于固溶强化可同时提高抗拉强度和屈服强度，不会降低强屈比，因此，Si元素控制在一个较高的水平，Si含量范围为0.60～0.80%。

Mn在钢中起固溶强化作用，可明显提高钢的抗拉强度和强屈比，因此，对于对强屈比有较高要求的抗震钢筋来说，Mn含量也应尽可能设计在较高水平，但含量过高会显著增加钢的淬透性，使钢中出现贝氏体，降低钢的塑性和力学性能稳定性，因此，Mn含量的范围设为1.00～1.60％。

V是一种重要的微合金强化元素，能够在轧制过程中析出V(C，N)化合物，阻止奥氏体和铁素体晶粒长大，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；但钒含量过高会导致组织过于细化，使屈服强度的提高量远高于抗拉强度，降低强屈比，因此，在保证强度的前提下，应尽可能减少V的加入量，V含量的范围设为0.12～0.14％。

N可促进V(C，N)化合物的析出，细化析出相的尺寸，可充分发挥V析出强化的潜力，对提高螺纹钢强度，减少V的使用量具有明显作用，因此，N含量的范围设为0.010～0.030％。

Nb是一种微合金强化元素，能够提高再结晶温度，阻止奥氏体晶粒的长大，同时细化铁素体晶粒，铌钒复合添加既能提高钢的强度又能改善钢的韧性，同时，铌加入量过多时，强化效果不明显，Nb含量范围控制在0.040%以下。

Ti很容易与C、N结合，形成稳定的化合物，可提高钢的强度，同时改善钢的焊接性能。但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，Ti含量范围控制在0.001～0.020%。

本发明还提供了一种小规格600MPa级抗震螺纹钢筋的制造方法，该方法为：

制造方法包括转炉或电炉炼钢，小方坯连铸连轧，冷床冷却的短流程工艺，轧制工艺中加热炉温度控制在1150～1250℃，保温1小时，较高的加热温度可促进奥氏体晶粒的长大，减少了晶界比例，铁素体晶粒形核点减少，增大了组织中珠光体比例，珠光体等硬相对提高抗拉强度有明显的作用，利于强屈比的提高，出钢温度控制在1050～1120℃，精轧温度控制在950～1050℃；为减少小规格钢筋的压下量，通过提高晶粒尺寸来提高强屈比，采用三切分或四切分轧制，轧后不进行穿水，在冷床上自然冷却至室温。

本发明的有益效果至少在于：通过成分设计及生产工艺的控制，成功的解决了小规格(12～14mm)钢筋强屈比低的问题，在生产小规格的螺纹钢筋的同时保证了强屈比，强屈比＞1.25，满足了抗震钢筋的要求。

实施例：

以下结合若干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。

实施例1

采用转炉冶炼，在吹氩站加入VN(V78N15)合金，之后连铸成150mm×150mm小方坯；加热炉中均热段加热温度为1220℃；采用连续式棒线材轧机进行轧制，轧制规格为∮12mm，开轧温度为1100℃，终轧温度为1020℃；采用四切分轧制，轧后不穿水，轧件上冷床温度为950℃，在冷床上自然冷却至室温，即获得600MPa级抗震螺纹钢筋。该钢筋的化学成分为：C0.24wt%，Si0.70wt%，Mn1.10wt%，V0.128wt%，Cr0.56wt%，Ti0.02wt%，N200ppm。表1为力学性能，屈服强度>620MPa，抗拉强度>750MPa，断后伸长率＞14%，最大力总伸长率＞9%，强屈比＞1.25。

表1∮12mm600MPa抗震钢筋力学性能及显微组织

实施例2

采用转炉冶炼，在吹氩站加入VN(V78N15)合金，之后连铸成150mm×150mm小方坯；加热炉中均热段加热温度为1210℃；采用连续式棒线材轧机进行轧制，轧制规格为∮14mm，开轧温度为1080℃，终轧温度为1000℃；采用三切分轧制，轧后不穿水，轧件上冷床温度为960℃，在冷床上自然冷却至室温即获得600MPa级抗震螺纹钢筋。该钢筋的化学成分为：C0.25wt%，Si0.65wt%，Mn1.05wt%，V0.136wt%，Cr0.57wt%，N210ppm。表2为力学性能，屈服强度>620MPa，抗拉强度>750MPa，断后伸长率＞14%，最大力总伸长率＞9%，强屈比＞1.25。

表2∮14mm600MPa抗震钢筋力学性能及显微组织

Claims

1.一种小规格600MPa级抗震螺纹钢筋，其特征在于：以重量百分比计包含如下组分：C0.23～0.28%，Si0.60～0.80%，Mn1.00～1.60%，V0.12～0.14%，N0.010～0.030%，Cr0.55～0.60%，以及余量的Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种小规格600MPa级抗震螺纹钢筋，其特征在于：还包含以重量百分比计的如下组分：Nb0.001～0.040%，Ti0.001～0.020%，Al0.001～0.010%，Cu0.001～0.050%中的任意一种或两种以上的组合。

3.根据权利要求1或2所述的一种小规格600MPa级抗震螺纹钢筋，其特征在于：盘条成品规格为12～14mm，强屈比＞1.25，最大总伸长率＞9%。

4.一种小规格600MPa级抗震螺纹钢筋制造方法，包括依次进行的电炉或转炉冶炼、小方坯连铸连轧、冷床冷却，其特征在于：电炉或转炉冶炼工序中，以钒氮合金形式添加钒。

5.根据权利要求4所述的一种小规格600MPa级抗震螺纹钢筋制造方法，其特征在于：小方坯连铸连轧过程中，控制加热炉温度为1150～1250℃，出钢温度控制在1050～1120℃，精轧温度控制在950～1050℃，采用三切分或四切分轧制。