CN103898407B

CN103898407B - 600MPa热轧带肋钢筋及其制备方法

Info

Publication number: CN103898407B
Application number: CN201410140847.XA
Authority: CN
Inventors: 徐志东; 范植金; 朱启铭; 徐志; 吴杰; 周新龙; 龙莉; 张帆
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2014-04-09
Filing date: 2014-04-09
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2034-04-09
Also published as: CN103898407A

Abstract

本发明提供了一种600MPa热轧带肋钢筋及其制备方法。该钢的化学成分按重量百分比计为：C：0.06～0.15%、Si：0.2～0.5%、Mn：1.2～1.6%、P≤0.04%、S≤0.04%、B：0.001～0.004%、Nb：0.03～0.05%、V：0.02～0.05%、Ti：0.01～0.04、N：0.005～0.009%，其余为Fe和不可避免的杂质。其制备方法，包括铁水脱硫、转炉冶炼、吹氮、连铸、方坯加热、轧制、控冷、冷床空冷的步骤。该钢不仅具有良好的综合力学性能，而且其具有更好的冷弯性能。

Description

600MPa热轧带肋钢筋及其制备方法

技术领域

本发明属于低合金钢的生产技术领域，具体是指一种600MPa热轧带肋钢筋及其制备方法。

背景技术

随着建筑工业的迅速的发展，大型公共建筑、高层建筑等复杂结构对钢筋承载能力的要求越来越高，要求钢筋具有更高的强度、韧性和较好的可焊接性等综合性能。HRB600高强钢筋作为目前国标中最高级别的热轧带肋钢筋，与目前主要使用的HRB335、HRB400、HRB500级钢筋相比，可分别节约用钢量73.3%、44.4%和19.5%，具有节能减排的现实意义，另一方面，可以解决建筑结构中肥梁胖柱的问题，增加建筑使用面积，使结构设计更加灵活，提高建筑使用功能，同时减轻钢厂盲目追求产量带来的环境污染等问题。

本发明之前，专利申请号为201210252106.1的中国专利，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：基本组分为：C：0.21～0.26%，Si：0.61～0.80%，Mn：1.30～1.60%，V：0.15～0.21%；可选成分：Nb：0.001～0.050%，Ti：0.001～0.050%，Cr：0.10～0.50%，B：0.0001～0.0050%，Mo：0.001～0.010%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。该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。但是其碳含量的增加使钢的碳当量增加，导致钢筋的焊接性能的恶化，焊接性能变差。申请号为201110350194.4的中国专利，公开了“一种600MPa级含钒高强热轧钢筋及其生产方法”其公开的钢筋成分为：C：0.21～0.25%、Si：0.35～0.60%、Mn：1.30～1.55%、V：0.08～0.12％、N：0.005～0.04%、S≤0.040%、P≤0.040%；其制备方法采用转炉+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。但该方法的精轧采用低温大压下量轧制，对轧机的性能要求较高，不适于普通连轧机，在现阶段难以大量应用，而且钒氮合金是一种复合合金，其制备复杂，价格昂贵，生产成本高，企业生产动力不足，产量无法规模化，而且其N含量过高容易引起连铸坯皮下气泡过多，影响成品质量。

发明内容

本发明的目的是要克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、能耗较低、适合现有工业装备水平的600MPa热轧带肋钢筋及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明的600MPa热轧带肋钢筋，其化学成分按重量百分比计为：C：0.06～0.15%、Si：0.2～0.5%、Mn：1.2～1.6%、P≤0.04%、S≤0.04%、B：0.001～0.004%、Nb：0.03～0.05%、V：0.02～0.05%、Ti：0.01～0.04、N：0.005～0.009%，其余为Fe和不可避免的杂质。

优选地，本发明的600MPa热轧带肋钢筋，化学成分重量百分比含量根据钢筋的直径不同分为如下三种情形：

12mm≤直径≤16mm规格的钢筋中，C：0.06～0.10%、Si：0.2～0.5%、Mn：1.2～1.45%、P≤0.04%、S≤0.04%、B：0.001～0.004%、Nb：0.03～0.04%、V：0.02～0.04%、Ti：0.01～0.04、N：0.005～0.008%；

18mm≤直径≤25mm规格的钢筋中，C：0.08～0.13%、Si：0.3～0.5%、Mn：1.3～1.6%、P≤0.04%、S≤0.04%、B：0.001～0.004%、Nb：0.035～0.05%、V：0.02～0.05%、Ti：0.01～0.04、N：0.006～0.009%；

28mm≤直径≤40mm规格的钢筋中，C：0.09～0.15%、Si：0.3～0.5%、Mn：1.4～1.6%、P≤0.04%、S≤0.04%、B：0.001～0.004%、Nb：0.04～0.05%、V：0.03～0.05%、Ti：0.01～0.04、N：0.007～0.009%。

本发明的600MPa热轧带肋钢筋的制备方法，包括铁水脱硫、转炉冶炼、吹氮、连铸、方坯加热、轧制、控冷、冷床空冷的步骤，其特殊之处在于：

所述铁水脱硫，控制出站铁水硫含量S≤0.040%；罐内脱硫渣要扒干净；

所述转炉冶炼时，出钢温度为1680～1710℃，出钢时间3～9min；出钢1/5～1/3时，随钢流按照吨钢加入21～23kg硅锰铁、0.8～1.2kg碳化硅合金进行脱氧，然后按照吨钢加入0.2～0.6kg钒铁、0.6～1.2kg铌铁、0.6～1.2kg硼铁、0.15～0.45kg钛铁和0～0.1kg碳粉；钢水出至3/4时加入全部合金和增碳剂；

所述吹氩3～7min后，按目标值调整C、Si、Mn、Nb、V、Ti、B成分的重量百分含量；

所述连铸时，中包钢水温度为1530～1545℃；铸坯拉速应与钢水温度匹配，拉速控制为1.6～1.8m/min；铸坯采用自然堆垛空冷；

所述方坯加热时，控制均热段温度为1150～1250℃，加热时间100～120min；

所述轧制时，开轧温度为1050～1150℃，终轧温度950～1050℃，精轧后以8～12℃/s的速度冷却到550℃～680℃，而后空冷到室温。

优选地，所述转炉冶炼时，废钢装入量占总装入量的10～15%；终渣碱度目标为2.8～3.8；转炉终点C控制重量百分比目标0.05～0.09%。

进一步的，所述连铸时，采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，中包保护渣采用碱性保护渣，结晶器保护渣采用低碳钢保护渣。

再进一步地，所述轧制时，开坯2道次，粗、中、精轧共14～18个道次，总压缩比64～156。

本发明的600MPa热轧带肋钢筋，利用Si阻止贝氏体相变过程中碳化物的析出，Mn推迟过冷奥氏体的高温转变，以及微量硼提高钢的淬透性，促使珠光体和贝氏体转变曲线分离。Mn能扩大奥氏体区，本发明通过Mn原子在界面富集，对界面迁移产生钉扎作用即溶质拖拽作用，铁素体生长显著减缓同时也降低了相界附近奥氏体机体内碳的浓度及浓度梯度，导致碳在奥氏体中扩散速度降低，进一步抑制铁素体的生长，使钢的共析转变温度下降，并推迟过冷奥氏体的珠光体转变，从而能显著提高钢的淬透性。微量的B在奥氏体晶界上有偏聚作用，有效地抑制先析铁素体析出，提高了贝氏体淬透性。同时，本发明根据微量的Nb、V及Ti能够显著细化晶粒，在钢中形成细小碳化物和氮化物，其质点钉轧在晶界，从而在再加热过程中阻止奥氏体晶粒长大；在再结晶控轧过程中阻止形变奥氏体的再结晶，延缓再结晶奥氏体晶粒长大；在焊接过程中阻止焊接热影响区(HAZ)晶粒的粗化；通过碳氮化物的沉淀析出，显著提高微合金化钢的强度。

与现有通过利用析出强化或细化晶粒来提高钢筋强度的技术相比，本发明是利用组织相变来提高钢筋强度并采用普通钢种的冶炼方法冶炼后连铸成钢坯，降低了合金含量，从而降低了生产成本；与现有600Mpa级钢筋相比，本发明碳当量远小于0.45，焊接性能更好；而且本发明能在现有生产设备，无需改造的情况下就可进行批量生产。

附图说明

图1是600MPa热轧带肋钢筋的显微组织结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的600MPa热轧带肋钢筋及其制备方法作进一步详细说明。

实施例1

制备一种直径为12mm的600MPa热轧带肋钢筋，钢水化学成分按重量百分含量计为：C：0.068%、Si：0.2%、Mn：1.45%、P：0.04%、S：0.04%、B：0.0034%、Nb：0.03%、V：0.027%、Ti：0.011、N：0.005%；

其制备方法包括铁水脱硫、转炉冶炼、吹氮、连铸、方坯加热、轧制、控冷、冷床空冷的步骤，其中，

铁水脱硫采用喷镁粉脱硫工艺，控制出站铁水硫含量S≤0.040%，罐内脱硫渣扒干净；

转炉冶炼时，废钢装入量占总装入量的10%；转炉采用顶-底复合吹炼，终点采用高拉补吹工艺；终渣碱度目标为3.6；转炉终点C控制重量百分比目标0.05%；出钢温度为1710℃；出钢时间9min；挡渣出钢，出钢1/5～1/3时，随钢流按照吨钢加入22.3kg硅锰铁、0.8kg碳化硅合金进行脱氧，然后按照吨钢加入0.36kg钒铁、0.6kg铌铁、1.2kg硼铁和0.18kg钛铁；钢水出至3/4时加入全部合金；

吹氩7min后，按目标值调整C、Si、Mn、Nb、V、Ti、B成分的重量百分含量；

连铸时，采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，中包保护渣采用碱性保护渣，结晶器保护渣采用低碳钢保护渣；中包钢水温度为1545℃；铸坯拉速应与钢水温度匹配，拉速控制目标1.6m/min；铸坯采用自然堆垛空冷，严禁向铸坯表面浇水；

方坯加热时，控制均热段温度为1150℃，加热时间100min，以使钢充分奥氏体化。

轧制时，开轧温度为1050℃，终轧温度950℃，开坯2道次，粗、中、精轧共18个道次，总压缩比156；精轧后以8℃/s的速度冷却到680℃，而后空冷到室温。

实施例2

制备一种直径为18mm的600MPa热轧带肋钢筋，钢水化学成分按重量百分含量计为：C：0.083%、Si：0.35%、Mn：1.36%、P：0.034%、S：0.022%、B：0.0027%、Nb：0.041%、V：0.043%、Ti：0.035、N：0.0085%；

其制备方法包括铁水脱硫、转炉冶炼、吹氮、连铸、方坯加热、轧制、控冷、冷床空冷的步骤，其中：

铁水脱硫采用喷镁粉脱硫工艺，控制出站铁水硫含量S≤0.040%，罐内脱硫渣扒干净

转炉冶炼时，废钢装入量占总装入量的12%；转炉采用顶-底复合吹炼，终点采用高拉补吹工艺；终渣碱度目标为3.2；转炉终点C控制重量百分比目标0.06%；出钢温度为1700℃；出钢时间7min；挡渣出钢，出钢1/5～1/3时，随钢流按照吨钢加入21kg硅锰铁、0.9kg碳化硅合金进行脱氧，然后按照吨钢加入0.4kg钒铁、0.8kg铌铁、1kg硼铁和0.45kg钛铁；钢水出至3/4时加入全部合金；

吹氩5min后，按目标值调整C、Si、Mn、Nb、V、Ti、B成分的重量百分含量；

连铸时，采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，中包保护渣采用碱性保护渣，结晶器保护渣采用低碳钢保护渣；中包钢水温度为1535℃；铸坯拉速应与钢水温度匹配，拉速控制目标1.6m/min；铸坯采用自然堆垛空冷，严禁向铸坯表面浇水；

方坯加热时，控制均热段温度为1200℃，加热时间100min，以使钢充分奥氏体化。

轧制时，开轧温度为1150℃，终轧温度987℃，开坯2道次，粗、中、精轧共18个道次，总压缩比120；精轧后以10℃/s的速度冷却到630℃，而后空冷到室温。

实施例3

制备一种直径为28mm的600MPa热轧带肋钢筋，钢水化学成分按重量百分含量计为：C：0.13%、Si：0.41%、Mn：1.47%、P：0.032%、S：0.027%、B：0.002%、Nb：0.042%、V：0.041%、Ti：0.018、N：0.005%；

转炉冶炼时，废钢装入量占总装入量的13%；转炉采用顶-底复合吹炼，终点采用高拉补吹工艺；终渣碱度目标为2.8；转炉终点C控制重量百分比目标0.07%；出钢温度为1695℃；出钢时间5min；挡渣出钢，出钢1/5～1/3时，随钢流按照吨钢加入21～23kg硅锰铁、0.8～1.2kg碳化硅合金进行脱氧，然后按照吨钢加入0.2～0.6kg钒铁、0.6～1.2kg铌铁、0.6～1.2kg硼铁、0.15～0.45kg钛铁和0.05kg碳粉；钢水出至3/4时加入全部合金和增碳剂；

吹氩3～7min后，按目标值调整C、Si、Mn、Nb、V、Ti、B成分的重量百分含量；

连铸时，采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，中包保护渣采用碱性保护渣，结晶器保护渣采用低碳钢保护渣；中包钢水温度为1530～1545℃；铸坯拉速应与钢水温度匹配，拉速控制目标1.6～1.8m/min；铸坯采用自然堆垛空冷，严禁向铸坯表面浇水；

方坯加热时，控制均热段温度为1250℃，加热时间100min，以使钢充分奥氏体化。

轧制时，开轧温度为1150℃，终轧温度1022℃，开坯2道次，粗、中、精轧共14个道次，总压缩比80；精轧后以12℃/s的速度冷却到600℃，而后空冷到室温。

实施例4

制备一种直径为40mm的600MPa热轧带肋钢筋，钢水化学成分按重量百分含量计为：C：0.15%、Si：0.45%、Mn：1.4%、P：0.024%、S：0.027%、B：0.0021%、Nb：0.043%、V：0.047%、Ti：0.033、N：0.0089%；

转炉冶炼时，废钢装入量占总装入量的15%；转炉采用顶-底复合吹炼，终点采用高拉补吹工艺；终渣碱度目标为3.3；转炉终点C控制重量百分比目标0.05%；出钢温度为1680～1710℃；出钢时间3～9min；挡渣出钢，出钢1/5～1/3时，随钢流按照吨钢加入23kg硅锰铁、1kg碳化硅合金进行脱氧，然后按照吨钢加入0.6kg钒铁、1.1kg铌铁、0.8kg硼铁和0.35kg钛铁；钢水出至3/4时加入全部合金和增碳剂；

连铸时，采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，中包保护渣采用碱性保护渣，结晶器保护渣采用低碳钢保护渣；中包钢水温度为1530℃；铸坯拉速应与钢水温度匹配，拉速控制目标1.8m/min；铸坯采用自然堆垛空冷，严禁向铸坯表面浇水；

方坯加热时，控制均热段温度为1250℃，加热时间120min；以使钢充分奥氏体化。

轧制时，开轧温度为1150℃，终轧温度1050℃，开坯2道次，粗、中、精轧共14个道次，总压缩比64；精轧后以12℃/s的速度冷却到550℃，而后空冷到室温；

比较例5

市场上购买一种直径为18mm的600MPa热轧带肋钢筋其化学成分按重量百分比为：C：0.237％、Si：0.48％、Mn：1.35％、V：0.92％、N0：0234%、S：0.025%、P：0.031%

将本发明实施例1～4制得的600MPa热轧带肋钢筋与比较例5的现有600MPa热轧带肋钢筋的各种力学性能进行对比，见下表1所示：

表1

直径/mm

ReL/MPa

Rm/MPa

A/%

冷弯/7（8）d

冷弯/5d

反弯

实施例1

12

657/660

785/787

22.5/24

合格

实施例2

18

630/633

778/777

24.5/25.0

合格

实施例2

28

627/630

775/773

23.5/23

合格

实施例4

40

624/621

771/769

22.5/23.5

合格

比较例5

18

631/635

779/779

21/22.5

合格

不合格

合格

附图1显微结构示意图显示，本发明的600MPa热轧带肋钢筋90%以上是贝氏体，钢产品的强度比普通珠光体钢和铁素体钢更高。通过表1数据可以看出：本发明的600MPa热轧带肋钢筋与现有同种钢筋相对比，在满足国标要求的力学性能同时，具有更好的冷弯性能。

Claims

1.一种600MPa热轧带肋钢筋，其化学成分按重量百分比计为：C：0.06～0.15％、Si：0.2～0.5％、Mn：1.2～1.6％、P≤0.04％、S≤0.04％、B：0.001～0.004％、Nb：0.03～0.05％、V：0.02～0.05％、Ti：0.01～0.04、N：0.005～0.009％，其余为Fe和不可避免的杂质，制备方法，包括铁水脱硫、转炉冶炼、吹氮、连铸、方坯加热、轧制、控冷、冷床空冷的步骤，其特征在于：

所述铁水脱硫，控制出站铁水硫含量S≤0.040％；

2.根据权利要求1所述的600MPa热轧带肋钢筋，其特征在于：化学成分重量百分比含量根据钢筋的直径不同分为如下三种情形：

12mm≤直径≤16mm规格的钢筋中，C：0.06～0.10％、Si：0.2～0.5％、Mn：1.2～1.45％、P≤0.04％、S≤0.04％、B：0.001～0.004％、Nb：0.03～0.04％、V：0.02～0.04％、Ti：0.01～0.04、N：0.005～0.008％；

18mm≤直径≤25mm规格的钢筋中，C：0.08～0.13％、Si：0.3～0.5％、Mn：1.3～1.6％、P≤0.04％、S≤0.04％、B：0.001～0.004％、Nb：0.035～0.05％、V：0.02～0.05％、Ti：0.01～0.04、N：0.006～0.009％；

28mm≤直径≤40mm规格的钢筋中，C：0.09～0.15％、Si：0.3～0.5％、Mn：1.4～1.6％、P≤0.04％、S≤0.04％、B：0.001～0.004％、Nb：0.04～0.05％、V：0.03～0.05％、Ti：0.01～0.04、N：0.007～0.009％。

3.根据权利要求1或2所述的600MPa热轧带肋钢筋，其特征在于：所述转炉冶炼时，废钢装入量占总装入量的10～15％；终渣碱度目标为2.8～3.8；转炉终点C控制重量百分比目标0.05～0.09％。

4.根据权利要求1或2所述的600MPa热轧带肋钢筋，其特征在于：所述连铸时，采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，中包保护渣采用碱性保护渣，结晶器保护渣采用低碳钢保护渣。

5.根据权利要求1或2所述的600MPa热轧带肋钢筋，其特征在于：所述轧制时，开坯2道次，粗、中、精轧共14～18个道次，总压缩比64～156。

6.根据权利要求3所述的600MPa热轧带肋钢筋的制备方法，其特征在于：所述轧制时，开坯2道次，粗、中、精轧共14～18个道次，总压缩比64～156。