CN103643156A - 一种630MPa级以上高强钢筋及其钢筋混凝土应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种630MPa级以上高强钢筋，该高强钢筋的重量百分比成分为：碳:0.28%-0.38%、硅:0-0.35%、锰:0-0.90%、铬:0.80%-1.50%、镍:3.00%-4.00%、钼:0.40%-0.60%、磷:0-0.015%、硫:0-0.015%、氢:0-2.0ppm、钒:0.10%-0.20%、钛:0-0.025%、铜:0-0.20%、铝:0-0.05%、0-0.50%残余元素，其余为Fe；本发明还设计了一种630MPa级以上高强钢筋在钢筋混凝土中的应用方法；本发明所设计的一种630MPa级以上高强钢筋及其钢筋混凝土应用方法强度高、节省钢材、无污染、淬透性好、不易开裂及松弛度低。

Description

一种630MPa级以上高强钢筋及其钢筋混凝土应用方法

技术领域

本发明涉及一种630MPa级以上高强钢筋及其钢筋混凝土应用方法。

背景技术

目前，建筑用钢筋作为一种混凝土结构建筑用钢，普通钢筋大部份使用为HRB335、HRB400钢，少量采用HRB500钢，上述普通钢筋虽在我国房屋建筑应用面较广，特别是楼（屋）面板类钢筋由于钢筋的屈服强度较低，在施工过程中受人为活动荷载作用，常使双层双向钢筋的上层钢筋受力弯曲变形，不能满足钢筋混凝土保护厚度的构造限制而产生裂缝，造成工程质量隐患。

现有技术中，钢材原料成分中碳和氮元素的原子活性较低，各原子形成的气团不能与位错形成强烈的相互作用，外界无需提供较大的应力就能开动位错，从而使性能很不稳定，同时钢棒锻坯中氢含量在2.0ppm以上，钢棒锻坯容易产生裂纹从而诱发氢致裂纹及氢致延迟滞后裂纹。

现有技术中一般只采用单一的淬火方式，这样就不能防止了锻件的淬火开裂和内裂，同时碳化物不能进一步充分溶解，无法均匀扩散，从而不能避免碳化物在晶间的析出造成晶间腐蚀和点蚀超标，影响了前面冶炼后热处理工艺产生的技术效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种强度高、节省钢材、无污染、淬透性好、不易开裂及松弛度低的630MPa级以上高强钢筋及其钢筋混凝土应用方法。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种630MPa级以上高强钢筋，该高强钢筋的重量百分比成分为：碳:0.28%-0.38%、硅:0-0.35%、锰:0-0.90%、铬:0.80%-1.50%、镍:3.00%-4.00%、钼:0.40%-0.60%、磷:0-0.015%、硫:0-0.015%、氢:0-2.0ppm、钒:0.10%-0.20%、钛:0-0.025%、铜:0-0.20%、铝:0-0.05%、0-0.50%残余元素，其余为Fe；

该高强钢筋的生产工艺为：

步骤（1）：以铬镍钼合金结构钢为坯料，并对其进行扩氢热处理；

步骤（2）：将上述扩氢热处理后的钢筋放入加热炉内加热到1350-1390℃，出加热炉后采用水冷以23-25℃/s的冷却速率将钢筋水冷至925-945℃，然后在淬火装置内用水或淬火液进行淬火，然后在回火加热炉内加热到620-640℃进行回火，再通过第一冷却工艺冷却到常温；

步骤（3）：将钢筋进行初步热轧，初步热轧温度为1100-1150℃，初步热轧完成后通过第二冷却工艺将钢筋冷却至室温，然后对钢筋回热至1050℃，对钢筋进行二次热轧，二次热轧后的钢筋直径为φ8mm或φ24mm，二次热轧完成温度为850℃，二次热轧后对钢筋进行水冷/空冷二次循环间歇淬火工艺进行淬火热处理；

步骤（4）：将冷却后的钢筋放入回火加热炉加热到560-580℃，保温0.1-0.2h；

步骤（5）：对保温后的钢筋使用高压喷射水或淬火液以13-15℃/s的速度冷却至150-200℃，然后在冷床上冷却至室温；

步骤（6）：进行检验入库。

本发明进一步限定的技术方案是：

进一步的，前述的630MPa级以上高强钢筋，该高强钢筋包括以下质量百分比的各组分，碳：0.3%、硅：0.18%、锰：0.50%、铬：0.90%、钼：0.20%、磷：0%、硫：0%、氢：1.0ppm、镍：0%、钒：0%、铜：0-0.30%、0-0.9%残余元素，其余为Fe。

前述的630MPa级以上高强钢筋，该高强钢筋包括以下质量百分比的各组分，碳：0.32%、硅：0.36%、锰：0.70%、铬：1.10%、钼：0.30%、磷：0.02%、硫：0.025%、氢：1.8ppm、镍：0.40%、钒：0.03%、铜：0.30%、0-0.9%残余元素，其余为Fe。

前述的630MPa级以上高强钢筋生产工艺中，步骤（2）中扩氢热处理具体包括：将步骤（1）得到的预应力钢棒锻坯进炉加热至880±10℃并保温360分钟，空冷至300±10℃保温180分钟，然后再加热至600±15℃保温650分钟，炉冷至360±20℃出炉空冷。

前述的630MPa级以上高强钢筋生产工艺中，步骤（3）中水冷的时间t按照经验公式按t=H*D计算；

其中，低合金钢系数H为0.8-1.6s/mm，D为预应力钢棒锻坯的直径，D的单位为mm，t为淬火水冷时间，t的单位为秒；

空冷淬火的时间为水冷却时间的1/2，第一次空冷时间为第一次入水冷却时间的1/2-l/3，此后每个循环中入水冷却时间按前一个循环的0.8-0.7递减，出水空冷时间按前一循环的1.5-2递增，入水冷却的过程中，对水进行搅拌处理，其中，水的搅拌流速大于等于0.4米/秒。

本发明还提供了一种630MPa级以上高强钢筋在钢筋混凝土中的应用方法，包括如下具体处理：

在钢筋混凝土中设置直径为φ8mm的所述高强钢筋，所述高强钢筋在钢筋混凝土中的布筋方式为：高强钢筋沿钢筋混凝土的长度方向分布，且在钢筋混凝土的厚度方向上呈上下两层平行分布，上层钢筋和下层钢筋分别由至少3根高强钢筋等间距平行分布组成，且所述间距为160mm。

本发明还提供了一种630MPa级以上高强钢筋在钢筋混凝土中的应用方法，包括如下具体处理：

在钢筋混凝土中设置直径为φ24mm的所述高强钢筋，所述高强钢筋在钢筋混凝土中的布筋方式为：高强钢筋沿钢筋混凝土的长度方向分布，且在钢筋混凝土的厚度方向上呈上下两层平行分布，上层钢筋和下层钢筋分别由至少3根高强钢筋等间距平行分布组成，且上层钢筋的各高强钢筋间距为下层钢筋的各高强钢筋间距的2倍。

本发明的有益效果是：

本发明以铬镍钼合金结构钢为坯料，可提高钢的韧性、弹性、耐磨性及抗击性能，并使钢质紧密，并且钢中的钒非常稳定，不易被盐酸、硫酸所分解，加入钒后的钢淬透性好，可使钢件整个截面获得均匀一致的力学性能以及可选用钢件淬火应力小的淬火剂，以减少变形和开裂；

本发明中加入了镍元素，可以提高刚的强度和韧性，提高钢的淬透性，可以改变钢的一些物理性能，并且提高钢的抗腐蚀能力，从而可以提高C和N元素的原子活性，使各原子形成的气团能与位错形成强烈的相互作用，钉扎位错，产生屈服平台，使得需要外界提供较大的应力才能开动位错；

本发明中的扩氢热处理，保证坯料氢含量在2.0ppm以下的前提下，进一步降低氢的含量，防止坯料产生白点裂纹和热处理应力诱发氢致裂纹及氢致延迟滞后裂纹；

本发明中利用所述水冷/空冷间歇淬火工艺进行调质热处理的过程中，开始时淬火的水温低于36℃，通过水冷/空冷三次循环间歇淬火，最大限度地防止了淬火开裂和内裂，同时也获得均匀细小淬火，降低淬火温度可有效地防止钢筋淬裂倾向；

同时可以使碳化物进一步充分溶解，均匀扩散，避免了碳化物在晶间的析出造成晶间腐蚀和点蚀超标，保证了材料的铁素体含量在35%左右，可以进一步使材料固溶充分，避免了热处理方式加热不均，固溶不均带来的腐蚀速率超标和硬度超标，巩固了前面冶炼后热处理工艺产生的技术效果；

本发明采用630MPa级高强度建筑用钢筋替代普通钢筋应用于楼、屋面板内，可减小钢筋的直径，同时将钢筋的间距从200mm变为160mm，可减少钢筋的用量29.75%，并经试验表明，采用Φ8mm630MPa级建筑用钢筋的普通建筑用钢筋，其抗踩踏性好，不易弯曲变形，符合楼、屋面钢筋的“细而密”的构造要求，有利于防止混凝土裂缝的生成和延展，具有承载力强、节材30%左右、抗裂缝延展的优点；

本发明采用φ24mm600MPa级建筑用建筑用钢筋应用于混凝土梁，可明显改变钢筋的分布形式，减少钢筋布筋，可减少钢筋的用量20.13%，其承载力高，同时满足钢筋混凝土梁的受力状态，符合混凝土结构设计规范的标准设计要求，裂缝开展的形态较普通钢筋小，更有利于混凝土的浇筑与震捣，符合混凝土结构设计的最小配筋率的构造要求；

总之，本发明可使产品屈服强度达到630MPa以上，保证了产品的质量要求及提高了钢筋的抗滞后断裂的性能，应用到混凝土结构内可减少钢筋用量29.75%，大大节约了钢筋耗用量，减少建造成本。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供的一种630MPa级以上高强钢筋，该高强钢筋包括以下质量百分比的各组分，碳：0.3%、硅：0.18%、锰：0.50%、铬：0.90%、钼：0.20%、磷：0%、硫：0%、氢：1.0ppm、镍：0%、钒：0%、铜：0-0.30%、0-0.9%残余元素，其余为Fe；

该高强钢筋的生产工艺为：

步骤（1）：以铬镍钼合金结构钢为坯料，并对其进行扩氢热处理，具体包括：将步骤（1）得到的预应力钢棒锻坯进炉加热至870℃并保温360分钟，空冷至290℃保温180分钟，然后再加热至585℃保温650分钟，炉冷至340℃出炉空冷；

步骤（2）：将上述扩氢热处理后的钢筋放入加热炉内加热到1350℃，出加热炉后采用水冷以23℃/s的冷却速率将钢筋水冷至925℃，然后在淬火装置内用水或淬火液进行淬火，然后在回火加热炉内加热到620℃进行回火，再通过第一冷却工艺冷却到常温；

步骤（3）：将钢筋进行初步热轧，初步热轧温度为1100℃，初步热轧完成后通过第二冷却工艺将钢筋冷却至室温，然后对钢筋回热至1050℃，对钢筋进行二次热轧，二次热轧后的钢筋直径为φ8mm或φ24mm，二次热轧完成温度为850℃，二次热轧后对钢筋进行水冷/空冷二次循环间歇淬火工艺进行淬火热处理，水冷的时间t按照经验公式按t=H*D计算；

其中，低合金钢系数H为0.8-1.6s/mm，D为预应力钢棒锻坯的直径，D的单位为mm，t为淬火水冷时间，t的单位为秒；

空冷淬火的时间为水冷却时间的1/2，第一次空冷时间为第一次入水冷却时间的1/2-l/3，此后每个循环中入水冷却时间按前一个循环的0.8-0.7递减，出水空冷时间按前一循环的1.5-2递增，入水冷却的过程中，对水进行搅拌处理，其中，水的搅拌流速大于等于0.4米/秒；

步骤（4）：将冷却后的钢筋放入回火加热炉加热到560℃，保温0.1h；

步骤（5）：对保温后的钢筋使用高压喷射水或淬火液以13℃/s的速度冷却至150℃，然后在冷床上冷却至室温；

步骤（6）：进行检验入库。

实施例2

本实施例提供了一种一种630MPa级以上高强钢筋，该高强钢筋包括以下质量百分比的各组分，碳：0.32%、硅：0.36%、锰：0.70%、铬：1.10%、钼：0.30%、磷：0.02%、硫：0.025%、氢：1.8ppm、镍：0.40%、钒：0.03%、铜：0.30%、0-0.9%残余元素，其余为Fe；

该高强钢筋的生产工艺为：

步骤（1）：以铬镍钼合金结构钢为坯料，并对其进行扩氢热处理，具体包括：将步骤（1）得到的预应力钢棒锻坯进炉加热至890℃并保温360分钟，空冷至310℃保温180分钟，然后再加热至615℃保温650分钟，炉冷至380℃出炉空冷；

步骤（2）：将上述扩氢热处理后的钢筋放入加热炉内加热到1390℃，出加热炉后采用水冷以25℃/s的冷却速率将钢筋水冷至945℃，然后在淬火装置内用水或淬火液进行淬火，然后在回火加热炉内加热到640℃进行回火，再通过第一冷却工艺冷却到常温；

步骤（3）：将钢筋进行初步热轧，初步热轧温度为1150℃，初步热轧完成后通过第二冷却工艺将钢筋冷却至室温，然后对钢筋回热至1050℃，对钢筋进行二次热轧，二次热轧后的钢筋直径为φ8mm或φ24mm，二次热轧完成温度为850℃，二次热轧后对钢筋进行水冷/空冷二次循环间歇淬火工艺进行淬火热处理，水冷的时间t按照经验公式按t=H*D计算；

其中，低合金钢系数H为0.8-1.6s/mm，D为预应力钢棒锻坯的直径，D的单位为mm，t为淬火水冷时间，t的单位为秒；

空冷淬火的时间为水冷却时间的1/2，第一次空冷时间为第一次入水冷却时间的1/2-l/3，此后每个循环中入水冷却时间按前一个循环的0.8-0.7递减，出水空冷时间按前一循环的1.5-2递增，入水冷却的过程中，对水进行搅拌处理，其中，水的搅拌流速大于等于0.4米/秒；

步骤（4）：将冷却后的钢筋放入回火加热炉加热到580℃，保温0.2h；

步骤（5）：对保温后的钢筋使用高压喷射水或淬火液以15℃/s的速度冷却至200℃，然后在冷床上冷却至室温；

步骤（6）：进行检验入库。

实施例3

本实施例提供了一种630MPa级以上高强钢筋在钢筋混凝土中的应用方法，包括如下具体处理：

在钢筋混凝土中设置直径为φ8mm的所述高强钢筋，所述高强钢筋在钢筋混凝土中的布筋方式为：高强钢筋沿钢筋混凝土的长度方向分布，且在钢筋混凝土的厚度方向上呈上下两层平行分布，上层钢筋和下层钢筋分别由至少3根高强钢筋等间距平行分布组成，且所述间距为160mm。

实施例4

本实施例提供了一种630MPa级以上高强钢筋在钢筋混凝土中的应用方法，包括如下具体处理：

在钢筋混凝土中设置直径为φ24mm的所述高强钢筋，所述高强钢筋在钢筋混凝土中的布筋方式为：高强钢筋沿钢筋混凝土的长度方向分布，且在钢筋混凝土的厚度方向上呈上下两层平行分布，上层钢筋和下层钢筋分别由至少3根高强钢筋等间距平行分布组成，且上层钢筋的各高强钢筋间距为下层钢筋的各高强钢筋间距的2倍。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种630MPa级以上高强钢筋，其特征在于：

该高强钢筋的重量百分比成分为：碳:0.28%-0.38%、硅:0-0.35%、锰:0-0.90%、铬:0.80%-1.50%、镍:3.00%-4.00%、钼:0.40%-0.60%、磷:0-0.015%、硫:0-0.015%、氢:0-2.0ppm、钒:0.10%-0.20%、钛:0-0.025%、铜:0-0.20%、铝:0-0.05%、0-0.50%残余元素，其余为Fe；

该高强钢筋的生产工艺为：

步骤（1）：以铬镍钼合金结构钢为坯料，并对其进行扩氢热处理；

步骤（2）：将上述扩氢热处理后的钢筋放入加热炉内加热到1350-1390℃，出加热炉后采用水冷以23-25℃/s的冷却速率将钢筋水冷至925-945℃，然后在淬火装置内用水或淬火液进行淬火，然后在回火加热炉内加热到620-640℃进行回火，再通过第一冷却工艺冷却到常温；

步骤（3）：将钢筋进行初步热轧，所述初步热轧温度为1100-1150℃，所述初步热轧完成后通过第二冷却工艺将钢筋冷却至室温，然后对钢筋回热至1050℃，对钢筋进行二次热轧，二次热轧后的钢筋直径为φ8mm或φ24mm，所述二次热轧完成温度为850℃，二次热轧后对所述钢筋进行水冷/空冷二次循环间歇淬火工艺进行淬火热处理；

步骤（4）：将冷却后的钢筋放入回火加热炉加热到560-580℃，保温0.1-0.2h；

步骤（5）：对保温后的钢筋使用高压喷射水或淬火液以13-15℃/s的速度冷却至150-200℃，然后在冷床上冷却至室温；

步骤（6）：进行检验入库。

2.根据权利要求1所述的630MPa级以上高强钢筋，其特征在于：该高强钢筋包括以下质量百分比的各组分，碳：0.3%、硅：0.18%、锰：0.50%、铬：0.90%、钼：0.20%、磷：0%、硫：0%、氢：1.0ppm、镍：0%、钒：0%、铜：0-0.30%、0-0.9%残余元素，其余为Fe。

3.根据权利要求1所述的630MPa级以上高强钢筋，其特征在于：该高强钢筋包括以下质量百分比的各组分，碳：0.32%、硅：0.36%、锰：0.70%、铬：1.10%、钼：0.30%、磷：0.02%、硫：0.025%、氢：1.8ppm、镍：0.40%、钒：0.03%、铜：0.30%、0-0.9%残余元素，其余为Fe。

4.根据权利要求1至3中任意一项权利要求所述的所述的630MPa级以上高强钢筋，其特征在于，步骤（2）中扩氢热处理具体包括：将步骤（1）得到的预应力钢棒锻坯进炉加热至880±10℃并保温360分钟，空冷至300±10℃保温180分钟，然后再加热至600±15℃保温650分钟，炉冷至360±20℃出炉空冷。

5.根据权利要求4所述的630MPa级以上高强钢筋，其特征在于，步骤（3）中水冷的时间t按照经验公式按t=H*D计算；

其中，低合金钢系数H为0.8-1.6s/mm，D为预应力钢棒锻坯的直径，D的单位为mm，t为淬火水冷时间，t的单位为秒；

空冷淬火的时间为水冷却时间的1/2，第一次空冷时间为第一次入水冷却时间的1/2-l/3，此后每个循环中入水冷却时间按前一个循环的0.8-0.7递减，出水空冷时间按前一循环的1.5-2递增，所述入水冷却的过程中，对水进行搅拌处理，其中，水的搅拌流速大于等于0.4米/秒。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的630MPa级以上高强钢筋在钢筋混凝土中的应用方法，其特征在于，包括如下具体处理：

在钢筋混凝土中设置直径为φ8mm的所述高强钢筋，所述高强钢筋在钢筋混凝土中的布筋方式为：高强钢筋沿钢筋混凝土的长度方向分布，且在钢筋混凝土的厚度方向上呈上下两层平行分布，上层钢筋和下层钢筋分别由至少3根高强钢筋等间距平行分布组成，且所述间距为160mm。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的630MPa级以上高强钢筋在钢筋混凝土中的应用方法，其特征在于，包括如下具体处理：

在钢筋混凝土中设置直径为φ24mm的所述高强钢筋，所述高强钢筋在钢筋混凝土中的布筋方式为：高强钢筋沿钢筋混凝土的长度方向分布，且在钢筋混凝土的厚度方向上呈上下两层平行分布，上层钢筋和下层钢筋分别由至少3根高强钢筋等间距平行分布组成，且上层钢筋的各高强钢筋间距为下层钢筋的各高强钢筋间距的2倍。