CN104032234B - 一种耐火钢筋及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耐火钢筋及其生产工艺，其化学成分为：C：0.20～0.25wt％，Si：0.30～0.55wt％，Mn：1.25～1.50wt％，P：0.008～0.025wt％，S：0.005～0.015wt％，V：0.01～0.20wt％，Cr：0.15～0.30wt％，Ni：0.04～0.25wt％，Nb：0.009-0.015％，Ti：0.005-0.007％，Mo：0.008-0.011％，B：0.0008-0.0010％，其余为Fe及不可避免的不纯物。本发明通过在耐火钢筋中添加微合金元素，使耐火钢筋通过常规的热轧工艺即可达到耐火强度，具有很强的实用性。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体是指一种耐火钢筋及其生产工艺。
背景技术
建筑钢材是建筑材料的三大主要材料之一，可分为钢结构用钢材和钢筋混凝土结构用钢筋两类。目前，我国处于工业化和城镇化快速发展时期，大型建筑、高层建筑不断涌现，这些建筑大多为钢结构建筑。当前我国的建筑基础仍然是以钢筋混凝土为主，其中的带肋钢筋在建筑用钢中的消费量最大。随着高层、大跨度、抗震、耐低温、耐火等多功能建筑结构的出现，要求热轧带肋钢筋具有更高的强度、韧性和较好的可焊性等综合性能。
申请号为：201210340402.7的专利《混凝土用600MPa高性能耐火抗震钢筋及其制备》中公开了一种耐火钢筋，该耐火钢筋的化学成分为C：0.15～0.20wt％，Si：0.45～0.65wt％，Mn：0.80～1.05wt％，Cr：0.60～0.80wt％，V：0.050～0.070wt％，B：0.0008～0.0020wt％，S≤0.045wt％，P≤0.045wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物。但是该化学成分中Cr的含量较高使钢筋不利于焊接。同时，《混凝土用600MPa高性能耐火抗震钢筋及其制备》中的钢筋是采用低温轧制，需要新建高负荷轧制设备，现有工艺装备不能生产该类产品，加大了成本。另外采用低温轧制方法生产的钢筋虽然在钢筋强度上有提高，但低温轧制产生变形不均匀，易导致性能不均匀，塑性降低。
发明内容
本发明的目的是根据上述不足提供一种耐火钢筋及其生产工艺，该方法可以利用现有的工艺设备进行加工，而且加工工艺容易达到，成本低，生产的耐火钢筋耐火性好，可以满足建筑要求。
本发明的技术方案如下：一种耐火钢筋，其化学成分为：C：0.20～0.25wt％，Si：0.30～0.55wt％，Mn：1.25～1.50wt％，P：0.008～0.025wt％，S：0.005～0.015wt％，V：0.01～0.20wt％，Cr：0.15～0.30wt％，Ni：0.04～0.25wt％，Nb：0.009-0.015％，Ti：0.005-0.007％，Mo：0.008-0.011％，B：0.0008-0.0010％，其余为Fe及不可避免的不纯物。
优选的：
焊接碳当量：
Ceq＝C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15
Ceq≤0.56；
耐火碳当量：
Fc＝C+Si/8.6+Mn/6.1+Mo/8+Nb/1.6+V/1.8+Ti/2.9+Al/2.4-31.4N
Fc≤0.56。
一种生产上述耐火钢筋的工艺，按耐火钢筋的Cr、Ni含量配矿将进行了KR脱硫处理的铁水和废钢混合，再按照现有的热轧带肋钢筋工艺加工得到耐火钢筋，其特征在于：转炉冶炼出钢前加入微合金FeNb：0.1～0.2kg/t、VN：0.15～2.5kg/t，出钢过程中加入FeMnSi：20～21kg/t，出钢后期加入FeMo：0.1～0.15kg/t、FeTi：0.2～0.3kg/t、FeB：0.08～0.1kg/t。
优选的，所述现有的热轧带肋钢筋采用棒、线材轧制，线材穿水压力0.35±0.01MPa，吐丝温度850～900℃；棒材两段穿水，压力2.1±0.1MPa，回火温度650±20℃。
优选的，所述现有的热轧带肋钢筋中连铸使用电磁搅拌，电磁搅拌强度为450A、3Hz。
优选的，所述铁水的化学成分为P≤0.150％、S≤0.035％、Ni：0.05～0.27％、Cr：0.4～0.5％、Si：0.3～0.5％、Mn：0.4～0.6％、C：3.8～4.0％，其余为Fe及不可避免残余元素。
优选的，所述废钢的化学成分为P≤0.040％、S≤0.035％、Ni：0.05～0.20％、Cr：0.15～0.25％、Si：0.3～0.50％、Mn：0.4～1.40％、C：0.2～0.25％，其余为Fe及不可避免残余元素。
本发明通过在耐火钢筋中添加少量微合金元素Nb、Ti、Mo、B，控制焊接碳当量和耐火碳当量，使耐火钢筋通过常规的热轧工艺即可达到耐火强度，符合国家标准GB1499.2的要求，节省成本，同时在高温下有较高的强度，焊接性能好。本发明的耐火钢筋可以利用现有的设备就可以加工得到，具有很强的实用性。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本发明：
实施例1
1)在130吨转炉中装入总容积的87.5％的铁水，即装入铁水量为137.025吨，并控制铁水中的磷重量百分比P在0.149％，Ni：0.05％、Cr：0.40％、Si：0.3％、Mn：0.4％、C：3.8％，经KR处理后硫的重量百分比S在0.018％；
2)向130吨转炉中加入总容积的12.5％废钢，废钢中P：0.040％、S：0.035％、Ni：0.05％、Cr：0.15％、Si：0.3％、Mn：0.4％、C：0.2％；
3)常规吹氧；
4)对钢包进行800℃烘烤4小时，铁合金烘烤至含水量小于0.5％；
5)出钢：钢水温度达到1675～1685℃且控制C的重量百分比在0.08％时开始出钢；出钢前将FeNb：0.1kg/t、VN：0.15kg/t加入到钢包中，当出钢到总容积的1/3时，加入FeMnSi：20kg/t进行脱氧合金化；在出钢到总容积的2/3时，脱氧合金化结束；当出钢到总容积的3/4时，FeMo：0.1kg/t、FeTi：0.2kg/t、FeB：0.08kg/t加入完毕；按钢种要求加入适量增碳剂；
6)进行吹氩搅拌，时间在4.02分钟，；
7)连铸成截面尺寸为15厘米·15厘米的方坯，连铸使用电磁搅拌，电磁搅拌强度为450A、3Hz；
8)将厚度为15厘米的方坯加热到1080～1100℃，加热时间：15厘米·4.67分钟/厘米＝70.05分钟；
9)钢坯出加热炉后，进行常规的高压水除磷；
10)进行轧制，控制开轧温度在980～1020℃；
11)轧后进行穿水冷却，线材穿水压力0.35±0.01MPa，冷却后的吐丝温度控制在850～900℃；
12)进行常规辊道冷却及PF线冷却；
13)进行精整、包装及检验，待用。
得到的耐火热轧带肋钢筋盘条屈服强度为400MPa，公称直径10毫米，其熔炼化学组分及重量百分比为：C：0.25％，Mn：1.25％，Si：0.3％，P：0.025％，S：0.015％，Cr：0.15％，V：0.01％，N：0.0045％，Ceq：0.51，Fc：0.37；Nb：0.009％，Ti：0.005％，Ni：0.04％，Mo：0.008％，B：0.0008％；
实施例2
1)在130吨转炉中装入总容积的89.0％的铁水，即装入铁水量为139.374吨，并控制铁水中的磷重量百分比P在0.150％，Ni：0.15％、Cr：0.45％、Si：0.4％、Mn：0.5％、C：3.9％，经KR处理后硫的重量百分比S在0.012％；
2)向130吨转炉中加入总容积的11.0％废钢；废钢中P：0.036％、S：0.030％、Ni：0.15％、Cr：0.18％、Si：0.4％、Mn：1.0％、C：0.23％；
3)常规吹氧；
4)对钢包进行800℃烘烤3小时，铁合金烘烤至含水量小于0.5％；
5)出钢：钢水温度达到1674～1684℃且控制C的重量百分比在0.06％时开始出钢；出钢前将FeNb：0.15kg/t、VN：1.2kg/t加入到钢包中，当出钢到总容积的1/3时，加入FeMnSi：20.5kg/t进行脱氧合金化；在出钢到总容积的2/3时，脱氧合金化结束；当出钢到总容积的3/4时，FeMo：0.12kg/t、FeTi：0.25kg/t、FeB：0.09kg/t加入完毕；按钢种要求加入适量增碳剂；
6)进行吹氩搅拌，时间在4.08分钟；
7)连铸成截面尺寸为15厘米·15厘米的方坯，连铸使用电磁搅拌，电磁搅拌强度为450A、3Hz；
8)将厚度为15厘米的方坯加热到1185～1245℃，加热时间：15厘米·4.72分钟/厘米＝70.80分钟；
9)钢坯出加热炉后，进行常规的高压水除磷；
10)进行轧制，控制开轧温度在1080～1120℃；
11)轧后进行穿水冷却，穿水压力为2.1±0.1MPa，冷却后的温度控制在630～670℃；
12)进行剪切、包装及检验，待用。
得到的耐火热轧带肋钢筋直条屈服强度为500MPa，公称直径16毫米，其熔炼化学组分及重量百分比为：C：0.23％，Mn：1.33％，Si：0.44％，P：0.016％，S：0.010％，Cr：0.24％，V：0.085％，N：0.00825％，Ceq：0.53，Fc：0.30；Nb：0.012％，Ti：0.006％，Ni：0.15％，Mo：0.009％，B：0.0009％。
实施例3
1)在130吨转炉中装入总容积的89.7％的铁水，即装入铁水量为140.470吨，并控制铁水中的磷重量百分比P在0.140％，Ni：0.27％、Cr：0.50％、Si：0.5％、Mn：0.6％、C：4.0％，经KR处理后硫的重量百分比S在0.010％；
2)向130吨转炉中加入总容积的10.3％废钢；废钢中P：0.032％、S：0.025％、Ni：0.20％、Cr：0.25％、Si：0.5％、Mn：1.4％、C：0.25％；
3)常规吹氧；
4)对钢包进行800℃烘烤2小时，铁合金烘烤至含水量小于0.5％；
5)出钢：钢水温度达到1674～1684℃且控制C的重量百分比在0.08％时开始出钢；出钢前将FeNb：0.2kg/t、VN：2.5kg/t加入到钢包中，当出钢到总容积的1/3时，加入FeMnSi：21kg/t进行脱氧合金化；在出钢到总容积的2/3时，脱氧合金化结束；当出钢到总容积的3/4时，FeMo：0.15kg/t、FeTi：0.3kg/t、FeB：0.1kg/t加入完毕；按钢种要求加入适量增碳剂；
6)进行吹氩搅拌，时间在4.12分钟；
7)连铸成截面尺寸为15厘米·15厘米的方坯，连铸使用电磁搅拌，电磁搅拌强度为450A、3Hz；
8)将厚度为15厘米的方坯加热到1185～1248℃，加热时间：15厘米·4.02分钟/厘米＝60.3分钟；
9)钢坯出加热炉后，进行常规的高压水除磷；
10)进行轧制，控制开轧温度在1090～1130℃；
11)轧后进行穿水冷却，压力为2.1±0.1MPa，冷却后的温度控制在640～660℃；
12)进行剪切、包装及检验，待用。
得到的耐火热轧带肋钢筋盘条屈服强度为600MPa，公称直径32毫米，其熔炼化学组分及重量百分比为：C：0.20％，Mn：1.5％，Si：0.55％，P：0.008％，S：0.005％，Cr：0.3％，V：0.2％，N：0.0135％，Ceq：0.56，Fc：0.20；Nb：0.015％，Ti：0.007％，Ni：0.25％，Mo：0.011％，B：0.0010％。
上述实施例1-3中的耐火钢筋按照国家标准GB1499.2的室温及混凝土表面温度为600℃时的力学性能检测结果如表1所示，每炉钢取4个样进行测定。
表1实施例1-3耐火钢筋室温及600℃力学性能
国家标准GB1499.2的钢筋室温力学性能要求如表2所示：
表2GB1499.2对钢筋室温力学性能的要求
注：Rm为钢筋实测抗拉强度；ReL为钢筋实测屈服强度。
混凝土表面温度为600℃时对钢筋强度的要求如表3所示：
表3混凝土表面温度为600℃时对钢筋强度的要求
从表1-3可以看出，用本发明工艺生产得到的耐火钢筋符合国家标准GB1499.2的要求。
Claims (6)
1.一种耐火钢筋，其化学成分为：C：0.20～0.25wt％，Si：0.30～0.55wt％，Mn：1.25～1.50wt％，P：0.008～0.025wt％，S：0.005～0.015wt％，V：0.01～0.20wt％，Cr：0.15～0.30wt％，Ni：0.04～0.25wt％，Nb：0.009-0.015％，Ti：0.005-0.007％，Mo：0.008-0.011％，B：0.0008-0.0010％，其余为Fe及不可避免的不纯物；
焊接碳当量：
Ceq＝C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15
Ceq≤0.56；
耐火碳当量：
Fc＝C+Si/8.6+Mn/6.1+Mo/8+Nb/1.6+V/1.8+Ti/2.9+Al/2.4-31.4N
Fc≤0.56。
2.一种生产权利要求1所述耐火钢筋的工艺，按耐火钢筋的Cr、Ni含量配矿，并与进行了KR脱硫处理的铁水以及废钢混合，再按照现有的热轧带肋钢筋工艺加工得到耐火钢筋，其特征在于：转炉冶炼出钢前加入微合金FeNb：0.1～0.2kg/t、VN：0.15～2.5kg/t，出钢过程中加入FeMnSi：20～21kg/t，出钢后期加入FeMo：0.1～0.15kg/t、FeTi：0.2～0.3kg/t、FeB：0.08～0.1kg/t。
3.根据权利要求2所述耐火钢筋的工艺，其特征在于：所述现有的热轧带肋钢筋采用棒、线材轧制，线材穿水压力0.35±0.01MPa，吐丝温度850～900℃；棒材两段穿水，压力2.1±0.1MPa，回火温度650±20℃。
4.根据权利要求2所述耐火钢筋的工艺，其特征在于：所述现有的热轧带肋钢筋中连铸使用电磁搅拌，电磁搅拌强度为450A、3Hz。
5.根据权利要求2所述耐火钢筋的工艺，其特征在于：所述铁水的化学成分为P≤0.150％、S≤0.035％、Ni：0.05～0.27％、Cr：0.4～0.5％、Si：0.3～0.5％、Mn：0.4～0.6％、C：3.8～4.0％，其余为Fe及不可避免残余元素。
6.根据权利要求2所述耐火钢筋的工艺，其特征在于：所述废钢的化学成分为P≤0.040％、S≤0.035％、Ni：0.05～0.20％、Cr：0.15～0.25％、Si：0.3～0.50％、Mn：0.4～1.40％、C：0.2～0.25％，其余为Fe及不可避免残余元素。
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