CN104357745A

CN104357745A - 一种屈服强度≥600MPa的复合钢筋及生产方法

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Publication number: CN104357745A
Application number: CN201410622353.5A
Authority: CN
Inventors: 张帆; 范植金; 吴杰; 徐志; 周新龙; 罗国华; 刘婳; 王瑞敏; 胡俊
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2014-11-07
Filing date: 2014-11-07
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2034-11-07
Also published as: CN104357745B

Abstract

一种屈服强度≥600MPa的复合钢筋，其组分及wt%为：C：0.29～0.45wt%、Si：0.35～0.60wt%、Mn：1.15～1.35wt%、P≤0.015wt%、S≤0.015wt%、N：0.04～0.06wt%、Nb：0.010～0.018wt%、V：0.03～0.05wt%、Ti：0.012～0.018wt%、Cu：0.1～0.2%；生产步骤：冶炼；连铸成坯后加热；热轧；空冷至室温。本发明通过利用Nb、V、Ti复合微合金化，并控制钢中氮含量在0.04~0.06%及加适量的Cu，不仅能使直径大于28mm以上钢筋的屈服强度大于600MPa，强屈比大于1.25，且能使成本比现有技术能降低10%以上、生产工艺简便，性能稳定，完全满足建筑市场用的要求。

Description

一种屈服强度≥600MPa的复合钢筋及生产方法

技术领域

本发明涉及一种钢筋及生产方法，具体地属于一种屈服强度≥600MPa的复合钢筋及生产方法，更适于生产直径为28mm及以上的建筑用钢筋。

背景技术

钢筋是现代建筑的基础性材料，广泛用于房屋、公路、桥梁等基础性设施，在混凝土结构中起着骨架的作用，是我国钢材消费量最大的品种，其质量和性能直接影响着建筑的安全性和使用寿命。随着高层、大跨度建筑的增多，以及对建筑安全性和寿命要求的提高，高强钢筋以其强度高、安全储备量大、节省钢材用量、施工方便等优越性受到越来越多的关注。目前，欧美等发达国家普遍采用500MPa及以上高强度钢筋作为主力钢筋。为适应建筑用钢材更新换代要求，开发既能不断满足市场对高强度的要求，又能节能减排，降低生产成本是目前建材市场的发展方向。

微合金化技术是世界各国发展高强度钢筋的主要技术路线，其中钒、铌、钛微合金化技术以其显著的技术和经济优势，成为高强钢筋研制的热点。利用钒、铌、钛在钢中形成细小的碳化物、氮化物或碳氮化物的钉扎作用，在再加热过程中阻止奥氏体晶粒的长大，在再结晶控轧过程中阻止变形奥氏体的再结晶，延缓再结晶奥氏体晶粒的长大，从而显著改善钢筋综合性能，且复合微合金化的作用大于单独加入某种元素的总和。

目前国内外高强钢筋生产主要有以下两种工艺：一种是采用微合金化提高钢筋强度级别，但传统微合金化生产600MPa级以上高强钢筋时合金加入量较高，导致成本高昂，产品竞争力较差；另一种是使用微合金并结合热处理工艺提高钢筋强度级别，改方法合金加入量可大幅降低，但会导致钢筋性能波动较大，出现屈服不明显和混晶现象，产品质量稳定性较差。

如中国专利公开号为CN102071357的文献，其公开了一种富氮铌钒复合微合金化500MPa、550MPa高强度抗震钢筋及冶炼方法，其化学成分按重量计为：C：0.20～0.25％、Si：0.35～0.55％、Mn：1.35～1.58％、V：0.013～0.025％、Nb：0.019～0.032%，N：0.065～0.085％、S≤0.040％、P≤0.040％，其余为Fe和不可避免的杂质。存在的不足：该文献虽然合金加入量不多，但钢中由于氮含量较高，因而是生产过程控制复杂，产品性能也波动较大且屈服强度只达到500MPa级钢筋的要求。

中国专利公开号为CN102994883的文献，其公开了一种高强度钢筋及其生产方法，其化学成分按重量计为：C：0.20～0.25％、Si：0.55～0.75％、Mn：1.10～1.65％、V：0.01～0.05％、Cr：0.10～0.20%、Nb：0.01～0.02%，其余为Fe和不可避免的杂质。其存在的不足：该专利钢种需要经过淬火后进行回火，获得含回火索氏体的钢筋，以达到材料屈服强度大于650MPa的目的。该文献存在的不足是生产工艺复杂，过程能耗较大，导致其生产成本过高。

中国专利CN201310149509.8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。其存在的不足：该专利氮含量加入量和碳含量较低，微合金化元素含量较高，导致钢中碳氮化物析出较少，未能充分发挥细晶强化作用，因而生产成本较高，抑制了高强钢筋的普及应用。

与上述文献相比，本发明专利是通过利用Nb、V、Ti复合微合金化的作用大于单独加入某种元素的总和的特点，且钢中氮含量控制在0.04~0.06%，微合金加入量适中，生产工艺简单易控且钢材屈服强度达到600MPa。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种通过利用Nb、V、Ti复合微合金化，并控制钢中氮含量及加适量的Cu，使成本比现有技术能降低10%以上、生产工艺简便，且性能稳定的屈服强度≥600MPa的复合钢筋及生产方法。

实现上述目的的措施：

一种屈服强度≥600MPa的复合钢筋，其组分及重量百分比含量为：C：0.29～0.45 wt%、Si：0.35～0.60 wt %、Mn：1.15～1.35 wt %、P≤0.015 wt %、S≤0.015 wt %、N：0.04～0.06 wt %、Nb：0.010～0.018 wt %、V：0.03～0.05 wt %、Ti：0.012～0.018 wt %、Cu：0.1～0.2%，其余为Fe及不可避免的杂质。

优选地：C的重量百分比含量为0.33～0.45 wt%。

优选地：V的重量百分比含量为0.037～0.047 wt%。

优选地：Cu的重量百分比含量为0.12～0.17 wt%。

生产一种屈服强度≥600MPa的复合钢筋的方法，其步骤：

1）冶炼，其中在氮合金化阶段，增氮剂的粒度为15~25mm，增氮剂的组分及重量百分比为：N：12～15%，C：2～3%，Mn：40～45%，Si：15～25%，P≤0.05%，S≤0.05%，余量为Fe；

2）连铸成坯后对铸坯加热，加热温度控制在1080～1180℃，并在此温度下保温120~160min；

3）进行热轧，其中，控制粗轧开轧温度在1020～1120℃，精轧终轧温度在820～860℃；

4）空冷至室温。

其在于：当采用转炉冶炼时，原料为铁水加废钢；当采用电炉冶炼时，仅加入废钢。本发明中各元素及主要工序的作用：

C：高强度钢筋需保持一定的强度和硬度，过高的碳含量会使钢中珠光体比例增加，韧性降低；过低的碳含量会导致钢中铁素体比例增加，钢材强度降低，韧性增加，钢偏软。因此，本发明碳含量设计为0.29～0.45 wt%，进一步优化成分为0.33～0.45%。

Si：主要以固溶强化形式提高钢的强度，但过高的硅含量会恶化钢的冷变形能力，且会显著恶化钢材焊接性能，因此本发明硅含量设计为0.35～0.60 wt %。

Mn：在铁素体中，Mn的固溶强化作用仅次于P和Si，可以提高钢材强度，并且不会显著恶化钢的变形能力，但含量低于0.80%时，其强化效果不明显；Mn还能与S反应生成MnS防止导致热脆性的低熔点FeS在晶界析出。因此，本发明锰含量设计为1.15～1.35 wt %。

P：磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。理论上要求其含量越低越好，才能保证本发明钢的性能。因此，本发明磷含量设计为0.015%以下。

S：使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹，且硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。因此，本发明硫含量设计为0.015%以下。

N：氮是本发明中重要的合金元素，通过碳氮化物的析出实现细晶强化达到提高钢材强度的目的，但若N含量过多，会恶化钢材力学性能并降低钢材成材率。因此，本发明氮含量设计为0.04～0.06 wt %。

V：作为提高钢材强度的微合金化元素加入，钒在奥氏体中固溶温度较低，但扩散速度快，在加热和均热阶段，沉淀物发生溶解，在热加工期间保持溶解状态，而随后冷却时弥散沉淀析出使钢的强度增加，但过多的钒会增加冶炼成本且对钢的进一步强化效果不明显。因此，本发明钒含量设计为0.03～0.05 wt %，进一步优化成分为0.037～0.047 wt%。

Nb：作为提高钢材强度的微合金化元素加入，铌在加热和均热阶段，沉淀物发生溶解，在热加工期间保持溶解状态，而随后冷却时弥散沉淀析出使钢的强度增加，但过多的铌会增加冶炼成本。因此，本发明铌含量设计为0.010～0.018 wt %。

Ti：作为提高钢材强度的微合金化元素加入，钛的碳氮化物弥散沉淀析出能细化晶粒，使钢的强度增加，但过多的钛会增加冶炼难度。因此，本发明钛含量设计为0.012～0.018 wt %。

Cu：铜可以提高钢的强度、韧性和耐大气腐蚀性能，但过高的铜含量，会恶化钢材塑性和加热性能，综合考虑生产成本和性能要求，本发明铜含量设计为0.1～0.2 wt%，进一步优化成分为0.12～0.17 wt%。

在本发明中，在冶炼的氮合金化阶段，之所以要求增氮剂的粒度为15~25mm，且其组分及重量百分比为：N：12～15%，C：2～3%，Mn：40～45%，Si：15～25%，P≤0.05%，S≤0.05%，余量为Fe，是由于氮合金化过程受氮分压的影响，氮的收得率波动较大，若氮合金中氮含量较高，则从钢液溢出的氮气增加，导致钢中氮收得率降低；若氮合金中氮含量太低，则合金加入量增大，工艺控制复杂且成本增加，同时合适的粒度对合金的熔化和钢液增氮有显著影响，因而综合考虑对冶炼的氮合金化所用合金的成分和粒度作上述限定。

本发明与现有技术相比，通过利用Nb、V、Ti复合微合金化，并控制钢中氮含量在0.04~0.06%及加适量的Cu，不仅能使直径大于28mm以上钢筋的屈服强度大于600MPa，强屈比大于1.25，且能使成本比现有技术能降低10%以上、生产工艺简便，性能稳定，完全满足建筑市场用的要求。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；

表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表。

本发明各实施例按照以下步骤生产：

4）空冷至室温。

表1 本发明各实施例及对比例的化学成分取值列表（wt%）

表2 本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表

注：表1与表2并非一一对应关系，仅为举例。

表3 本发明各实施例及对比例的性能检测结果列表

从表3可以看出，本发明钢筋的屈服强度均大于600MPa，且强屈比均超过1.25，综合力学性能波动范围小，即性能稳定、生产成本低等优点，无需设备改造便可在现有设备上大规模工业化生产，对我国推广高强钢筋有重要意义。

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims

1.一种屈服强度≥600MPa的复合钢筋，其组分及重量百分比含量为：C：0.29～0.45 wt%、Si：0.35～0.60 wt %、Mn：1.15～1.35 wt %、P≤0.015 wt %、S≤0.015 wt %、N：0.04～0.06 wt %、Nb：0.010～0.018 wt %、V：0.03～0.05 wt %、Ti：0.012～0.018 wt %、Cu：0.1～0.2%，其余为Fe及不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的一种屈服强度≥600MPa的复合钢筋，其特征在于：C的重量百分比含量为0.33～0.45 wt%。

3.如权利要求1所述的一种屈服强度≥600MPa的复合钢筋，其特征在于：V的重量百分比含量为0.037～0.047 wt%。

4.如权利要求1所述的一种屈服强度≥600MPa的复合钢筋，其特征在于：Cu的重量百分比含量为0.12～0.17 wt%。

5.生产权利要求1所述的一种屈服强度≥600MPa的复合钢筋的方法，其步骤：

4）空冷至室温。

6.如权利要求5所述的一种屈服强度≥600MPa复合钢筋的生产方法，其特征在于：当采用转炉冶炼时，原料为铁水加废钢；当采用电炉冶炼时，仅加入废钢。