CN103981446B

CN103981446B - 一种贝氏体型700MPa级螺纹钢筋及其生产方法

Info

Publication number: CN103981446B
Application number: CN201410116600.4A
Authority: CN
Inventors: 李阳; 麻晗; 黄文克; 张建春
Original assignee: Jiangsu Shagang Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Shagang Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2014-03-26
Filing date: 2014-03-26
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2034-03-26
Also published as: CN103981446A

Abstract

本发明提供一种贝氏体型700MPa级螺纹钢筋及其生产方法。该螺纹钢筋包含如下基本成分：C0.10～0.20％，Si0.40～0.60％，Mn0.80～1.40％，V0.06～0.14％，Mo0.10-0.16％，Cr0.60～0.70％，B0.001～0.003％，N120-240ppm；可选成分：Nb0.001～0.04％,Ti0.001～0.02％,Cu0.01～0.05％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。该螺纹钢筋采用转炉或电炉冶炼，LF炉精炼，小方坯连铸连轧，冷床冷却的工艺。采用上述成分和方法生产的螺纹钢筋下屈服强度＞700MPa。

Description

一种贝氏体型700MPa级螺纹钢筋及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种贝氏体型700MPa级螺纹钢筋及其生产方法，属于钢铁冶金和轧钢领域。

背景技术

螺纹钢是建筑行业的主要用品，起到支撑结构和主要受力的作用。而随着建筑向高层、大型化发展，螺纹钢的强度级别要求和其他性能要求也越来越高。目前，国家正大力推广高强度螺纹钢筋，可以预见，高强度螺纹钢将向着更高的强度级别发展，国内已有部分企业开发出600MPa级螺纹钢并实现产量化生产，而更高强度的700MPa级钢筋尚未有相关研究和产量化生产。众所周知，高强度钢筋可减少螺纹钢用量，降低钢筋密度，节省建筑空间，可实现能源消耗的降低和环境的改善，因此，研究高强度钢筋具有重大的现实和经济意义。700MPa级钢筋的开发可应用于重点工程建筑和核电等领域，大大提高建筑的安全性和经济性。目前热轧螺纹钢筋的最高级别为600MPa级钢筋HRB600，而精轧螺纹钢筋的最低级别为PSB785，多为中碳中合金钢，合金含量高，工艺复杂，成本难以控制，且较高的碳含量只能采用机械连接，连接成本增加。易焊接，低成本的700MPa级钢筋具有重要意义，可填补这一领域的空白。

600MPa级及以下螺纹钢组织主要为铁素体和珠光体组织，依靠较高的碳、硅、锰含量，同时结合钒氮微合金化方法提高强度。而700MPa级螺纹钢要求更高的强度，同时塑性不能下降，因此，仅仅通过提高固溶元素碳、硅、锰含量来提高强度，不仅会使得塑性降低，同时会导致焊接性能变差，这对高强钢筋的大规模推广应用是不利的。目前国内也有少量700MPa级螺纹钢的相关研究，但存在成本较高，生产工艺难度较大，不适合大规模应用等问题，如钢铁研究总院申请的“抗震耐候高强度YS700MPa级热轧钢筋”化学成分为：C：0.20～0.25、Si：0.40～0.80、Mn：1.20～1.60、P≤0.035、S≤0.035、V：0.06～0.20、N：0.010～0.030、Ni：0.20～2.0、Cr：0.20～2.0、Ti：0.01～0.03，结合其实施例Cr、Ni含量为成分范围中限，可知其Cr和Ni等合金元素较高，成本也处于较高的水平，仅适合特殊环境下的工程应用，同时，大量的合金元素也给冶炼工作带来了一定难度。

发明内容

本专利旨在提供一种通过微合金化技术生产，组织以铁素体和贝氏体为主，力学性能稳定，满足大规模生产需要的低成本700MPa级螺纹钢筋。

为实现上述发明，采取如下技术方案：

一种贝氏体型700MPa级螺纹钢筋其基本成分为：C0.10～0.20%，Si0.40～0.60%，Mn0.80～1.40%，V0.06～0.14%，Mo0.10～0.16%，Cr0.60～0.70%，B0.001～0.003%，N120～240ppm；可选成分：Nb0.001～0.040%,Ti0.001～0.020%,Cu0.01～0.050%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。

相对于低级别螺纹钢，700MPa级钢筋要求更高的强度，同时要保证其塑性，按照以往的技术路线提高固溶元素含量，难以实现高强度的同时保证高塑性。而螺纹钢等棒线材孔型固定，轧制速度快，很难通过改变压下量，应变速率等手段实现控轧的目的，因此合金的设计具有重要作用，本发明通过引入Mo、Cr、B等元素，利用其增强淬透性、推迟珠光体转变、降低贝氏体转变温度等特点，研发出一种碳含量相对较低的贝氏体型高强度螺纹钢，较低碳含量的贝氏体钢具有高强度、高塑性、易焊接的特点，在高级别螺纹钢的开发中采用低碳贝氏体的工艺路线具有较大的优势。贝氏体转变是一种碳扩算控制的切变型相变，少量的B元素偏聚在奥氏体晶界上，阻碍铁素体在晶界上成核，抑制铁素体的生成，Mo元素属于中强碳化物形成元素，对提高临界区加热时所形成的奥氏体的淬透性具有极大的影响，Mo元素对珠光体转变的抑制作用非常明显，同时细化从铁素体中析出的碳化物，在MC型碳化物（M为钛、铌、钒）中置换碳化物中的钒、钛等元素，形成复合碳化物，结合可提高淬透性的Cr元素，促进了贝氏体的生成。

以上述成分方案为基础，经过铁水预脱硫，将铁水、废钢及生铁加入氧气转炉后，进行常规顶底复合吹炼，加入石灰、白云石、菱镁球进行造渣；控制终点碳≥0.06wt%，出钢温度小于1690℃；出钢时采用渣洗及全程底吹氩，当钢包钢水量大于1/4时，向钢包中加入脱氧剂，高碳锰铁，硅铁，铬铁等，在钢包钢水量达到3/4时加完，以进行脱氧合金化。出钢完毕后钢水送LF炉进行精炼，吹氩3分钟，然后进行电极化渣，加入石灰，控制渣碱度为6.0～8.0，精炼结束后加入硼铁等；对钢水吹氩10分钟；加热钢水至温度为1570～1600℃后，加入常规覆盖剂，送连铸工序，中间包温度为1525～1550℃，连铸成小方坯。将钢坯送入加热温度为1050～1150℃的加热炉，加热80～120分钟，钢坯开轧温度为950～980℃，终轧温度为850～900℃，上冷床温度为680～830℃，经冷床冷却即可得到700MPa级高强钢筋。

本发明的特点是引入贝氏体形成元素，形成易焊接，塑性强度均较好的组织，强度可以达到700MPa级，冶炼工序不需要特殊工艺，操作简单，轧制工艺与强度级别螺纹钢相比，无复杂的要求，成本相对较低，可进行多种环境下大规模推广和使用。

组分中其他元素作用：

C：碳是一种廉价的强化元素，碳元素可与钢中的钒、钼等元素形成碳氮化物，提高钢材基体的强度，但碳元素过高则会降低钢材的塑性和韧性，同时降低焊接性能，为保证钢材性能，同时降低成本，本发明限定碳含量在0.10～0.20wt%

Si:在钢中主要是通过固溶在铁素体起固溶强化的作用，并且能够降低奥氏体中碳元素的扩散速度，推迟铁素体和珠光体相变，可提高屈服强度和抗拉强度。但硅元素会提高韧脆转变温度。因此硅的合理范围是0.40～0.60wt%。

Mn:锰是螺纹钢中提高强度的主要元素之一，也是提高钢的淬透性的有效元素。本发明中锰作为一种主要固溶强化元素提高基体的强度，过高的锰含量会降低铁素体生成温度，使沉淀相太过细小而影响强化效果，同时，锰含量较高同样会提高碳当量，影响焊接性能，锰元素合理范围是0.80～1.40wt%。

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；但钒含量过高会降低材料塑性，同时大量增加成本，因此，V含量的范围设为0.06～0.14％。

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。

Nb:微合金化元素，可形成大量的碳化物析出相提高钢材强度，同时铌还能对铁素体/奥氏体界面的迁移产生强烈的拖拽作用，提高奥氏体再结晶温度，细化晶粒。

Ti:碳化物形成元素，高温析出的氮化物可以阻止晶粒长大。钢中含量过多的钛在冷却过程中会形成粗大的Ti(C,N),降低对再结晶晶粒的钉扎效果，因此钢中限定Ti含量为Ti:0.001～0.02wt%。

Cu：除了可以稳定奥氏体之外，还可以提高碳的活度，促进合金碳化物析出，从而间接发挥细化转变组织和析出强化的作用，但铜在钢中有向晶界和表面富集的趋势，而铜的熔点又较低，因而加入过多铜容易发生热脆，铜含量为0.01～0.050%。

具体实施方式

以下结合具体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，经LF精炼，连铸成150mm×150mm小方坯；加热炉中均热段加热温度为1050～1100℃；采用连续式棒线材轧机进行轧制，轧制规格为∮25mm，开轧温度950～980℃，终轧温度850～900℃，上冷床温度为780～830℃，在冷床上自然冷却至室温即获得700MPa级螺纹钢筋。该钢筋的化学成分为：C0.18wt%，Si0.50wt%，Mn1.10wt%，V0.12wt%，Cr0.60wt%，Mo0.10wt%，N200ppm，B20ppm。表1为力学性能，屈服强度>700MPa，抗拉强度>850MPa，断后伸长率＞14%，组织为铁素体和贝氏体。

表1∮25mm700MPa钢筋力学性能

实施例2

采用转炉冶炼，经LF精炼，连铸成150mm×150mm小方坯；加热炉中均热段加热温度为1050～1100℃；采用连续式棒线材轧机进行轧制，轧制规格为∮25mm，开轧温度950～980℃，终轧温度870～900℃，上冷床温度为730～770℃，在冷床上自然冷却至室温即获得700MPa级螺纹钢筋。该钢筋的化学成分为：C0.14wt%，Si0.50wt%，Mn1.00wt%，V0.10wt%，Cr0.70wt%，Mo0.14wt%，N185ppm，B20ppm。表2为力学性能，屈服强度>700MPa，抗拉强度>850MPa，断后伸长率＞14%，组织为铁素体和贝氏体。

表2∮25mm700MPa钢筋力学性能

Claims

1.一种贝氏体型700MPa级螺纹钢筋，其特征在于，由以下元素按重量百分比(％)组成：C0.10～0.20％，Si0.40～0.60％，Mn0.80～1.40％，V0.06～0.14％，Mo0.10～0.16％，Cr0.60～0.70％，B0.001～0.003％；可选成分：Nb0.001～0.040％,Ti0.001～0.020％,Cu0.01～0.050％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，钢筋抗拉强度＞850MPa，下屈服强度＞700MPa，断后伸长率＞14％，显微组织为铁素体和贝氏体。

2.根据权利要求1所述的贝氏体型700MPa级螺纹钢筋的生产方法，包括依次进行的电炉或转炉冶炼、LF精炼、小方坯连铸连轧、冷床冷却，其特征在于：轧制过程中，加热温度1050～1100℃，开轧温度950～1000℃，终轧温度850～900℃，上冷床温度为680～830℃。