CN104451410B

CN104451410B - 一种600MPa级高强钢筋用钢及其热机轧制方法

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Publication number: CN104451410B
Application number: CN201410795809.8A
Authority: CN
Inventors: 郭湛; 吴坚; 于同仁; 陈开智; 黄礼胜; 汤寅波; 姜婷; 方政
Original assignee: Magang Group Holding Co Ltd; Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Magang Group Holding Co Ltd; Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2034-12-18
Also published as: CN104451410A

Abstract

本发明涉及一种600MPa级高强钢筋用钢及其热机轧制方法，按重量百分比包括：0.20～0.26％C，0.40～0.60％Si，1.40～1.60％Mn，≤0.040％P、≤0.040％S，0.03～0.05Nb，0.03～0.05％V，0.15～0.45％Cr，0.008～0.012％N，其余为Fe和不可避免的杂质元素。轧制方法包括如下步骤：(1)按照配比和组分进行冶炼；(2)精炼；(3)小方坯连铸；(4)TMCP工艺轧制；(5)冷却。本发明结合现有工艺装备条件，在现有工艺装备条件下设计了资源节约型的成分范围，并通过热机轧制工艺(TMCP)在不降低塑性的前提下使强度级别达到600MPa，来满足高层、大跨度建筑结构的需要。

Description

一种600MPa级高强钢筋用钢及其热机轧制方法

技术领域

本发明涉及混凝土用热轧带肋钢筋技术领域，具体涉及一种600MPa级高强钢筋用钢及其热机轧制工艺。

背景技术

近年来随着我国及各省市系列高强钢筋推广应用激励政策的出台，我国高强钢筋的产量和增长率呈逐年递增的态势。高强钢筋的使用有利于促进工程建设的科学发展以及钢铁工业产品结构的调整，对淘汰落后产能、实施可持续发展战略具有重要意义。欧美发达国家早已普遍使用500MPa、600MPa钢筋，而我国长期以来一直使用335MPa的低强度级别钢筋，随着高层、大跨度建筑结构的增多，对600MPa级高强钢筋的需求增加，即将实施的钢筋国标GB1499.2的送审稿中也纳入600MPa级的HRB600热轧带肋钢筋。600MPa级高强钢筋具有强度高、安全储备量大、施工方便、节省钢材等优点，相比400MPa级钢筋，可节约钢材44％的用量，还可以解决建筑结构中“肥梁胖柱”等问题，增加建筑使用面积，使结构设计更加合理。

中国专利申请号201110350194.4的专利文献公开了“一种600MPa级含钒高强热轧钢筋及其生产方法”，钢筋成分为：C 0.21～0.25％、Si 0.35～0.60％、Mn 1.30～1.55％、V0.08～0.12％、N 0.005～0.04％、S≤0.040％、P≤0.040％，其余为Fe及不可避免的不纯物；在冶炼过程采取增钒、增氮和固氮工艺，精轧过程中采用低温大压下量轧制，总压下量≥50％。存在不足是：N含量过高，易导致连铸坯产生皮下气泡等缺陷，且会影响钢筋的塑性指标；精轧过程中采用低温大压下量≥50％轧制，对轧机、电机的负荷要求较高，不适于老式轧机，在现阶段难以大量应用。

中国专利申请号201210252106.1的专利文献公开了“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：基本成分：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。采用上述成分和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。其存在以下不足：V含量超过0.15％以上，且主要是利用钒的固溶强化提高强度，没有充分利用钒的析出强化提高强度，而钒提高强度的作用是析出强化大于固溶强化；钒、钼、铬等合金元素价格较高，不利于企业提高竞争力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种600MPa级高强钢筋用钢及其热机轧制方法，通过资源节约型的成分设计，并结合热机轧制工艺(TMCP)生产高强、高塑性的600MPa级热轧带肋钢筋，其屈服强度≥600MPa，抗拉强度≥730MPa，断后伸长率≥14％，最大力下总伸长率≥9％，强屈比≥1.25，屈屈比≤1.30。所要解决的关键技术是提供一种600MPa级高强钢筋的TMCP热机轧制工艺，以实现经济型生产。具体技术方案如下：

一种600MPa级高强钢筋用钢，按重量百分比包括：0.20～0.26％C，0.40～0.60％Si，1.40～1.60％Mn，≤0.040％P、≤0.040％S，0.03～0.05Nb，0.03～0.05％V，0.15～0.45％Cr，0.008～0.012％N，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

上述600MPa级高强钢筋用钢的热机轧制方法，包括如下步骤：

(1)按照权利要求1的配比和组分进行冶炼；

(2)精炼；

(3)小方坯连铸；

(4)TMCP工艺轧制；

(5)冷却。

进一步地，步骤(4)中工艺控制点：加热温度控制在1000～1200℃；均热温度控制在1050～1150℃；开轧温度控制在950～1100℃；进精轧机温度控制在850～950℃；上冷床返红温度控制在780～900℃。

进一步地，步骤(1)中在转炉、电弧炉或其它冶炼炉中冶炼。

进一步地，步骤(2)中炉外钢包吹氩精炼。

进一步地，步骤(3)中140或150小方坯连铸。

进一步地，步骤(4)中在棒材轧机上采用TMCP工艺轧制。

进一步地，步骤(5)包括冷床自然冷却，堆垛自然冷却。

进一步地，步骤(4)中轧制规格越大，上冷床返红温度越低。

进一步地，步骤(4)中粗轧机组和中轧机组采用常规轧制，中轧机组后设置冷却段和回复段，冷却段使轧件温度降到部分再结晶或未再结晶温度范围之内，回复段保证进入精轧机前有一段均温过程。

与目前现有技术相比，本发明在现有工艺装备条件下，采用V、Nb组合的微合金化方式，采用TMCP热机轧制工艺，生产的600MPa级钢筋性能稳定，综合力学性能较好，其屈服强度≥600MPa，抗拉强度≥730MPa，断后伸长率≥14％，最大力下总伸长率≥9％，强屈比≥1.25，屈屈比≤1.30。微合金元素用量与HRB500钢筋相当，比采用常规轧制工艺可减少50％以上的微合金元素耗量，效益显著。

附图说明

图1为600MPa级钢筋组织图(批号K14-58×100)

图2为600MPa级钢筋组织图(批号K14-59×100)

具体实施方式

下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。

本600MPa级高强钢筋用钢的化学成分配比(按重量百分比)为：0.20～0.26％C，0.40～0.60％Si，1.40～1.60％Mn，≤0.040％P、≤0.040％S，0.03～0.05Nb，0.03～0.05％V，0.15～0.45％Cr，0.008～0.012％N，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

本发明需按上述成分要求，在转炉、电弧炉或其它冶炼炉中冶炼，炉外钢包吹氩精炼，140或150小方坯连铸，棒材轧机上采用TMCP工艺轧制，冷床自然冷却，堆垛自然冷却。

TMCP热机轧制工艺控制点如下：

(1)加热温度控制在1000～1200℃；均热温度；控制在1050～1150℃；

(2)开轧温度控制在950～1100℃；

(3)进精轧机温度控制在850～950℃；

(4)上冷床返红温度控制在780～900℃，且轧制规格越大，要求的上冷床返红温度越低。

本发明采用V、Nb组合的方法，利用V与C、N在钢中弥散析出强化作用，利用Nb能显著延迟奥氏体再结晶、细化晶粒的作用，且V、Nb复合的强化作用比单独使用其中一种更显著。严格限制N元素的含量，将V/N比控制在3～5之间，最大限度发挥V的析出强化作用，且不会因N元素过多引起铸坯皮下气泡等缺陷。另外本发明N含量范围在GB 1499.2-2007要求范围内，在大工业生产中也容易做到。钢中加入Cr，可提高钢的淬透性、细化珠光体组织，二次硬化作用明显，可进一步提高钢筋强度，同时还提高了钢筋的耐蚀能力。

本发明采用140或150小方坯，目前国内大多数钢筋采用140或150小方坯作为轧钢坯料，不需将140或150小方坯改造成165以上的方坯。

本发明TMCP热机轧制工艺，加热温度控制在1000～1200℃；均热温度控制在1050～1150℃，开轧温度控制在950～1100℃，其粗轧机组和中轧机组采用常规轧制，中轧机组后设置冷却段和回复段，冷却段使轧件温度降到部分再结晶或未再结晶温度范围之内，回复段保证进入精轧机前有一段均温过程，精轧温度在热机轧制温度范围，控制在850～950℃。TMCP工艺可使组织细化，改善低温韧性，获得良好的机械性能，提高疲劳强度，具有较好的表面质量。

精轧机后设置快速穿水冷却装置，通过轧后快冷到相变区后停止冷却，钢筋表面获得理想的主要是细铁素体+珠光体组织。与轧后穿水冷却生产工艺相比，TMCP热机轧制之后也采用穿水冷却工艺，轧后穿水冷却主要目的是在低温下实现奥氏体向马氏体的转变，形成马氏体表层，再通过心部向表面的自回火获得回火组织；而TMCP是通过精轧后快冷使轧件迅速通过奥氏体相区，保持轧件奥氏体硬化状态，在奥氏体向铁素体相变的动态相变点终止冷却，抑制铁素体晶粒的长大，表层是细晶粒铁素体+珠光体组织，晶粒度达到9级以上。

本发明采用资源节约型的成分设计，采用TMCP热机轧制工艺，综合利用微合金元素的固溶、析出、细晶强化及TMCP的细晶强化等钢铁材料综合强化手段，实现在保持材料塑性的前提下，生产出综合性能优良的600MPa级钢筋。

本发明的熔炼化学成分见表1,采用60吨转炉冶炼、钢包吹氩精炼，强吹氩时间≥4min、弱吹氩时间≥4min，150方坯连铸，在连续式棒材轧机上轧制，其TMCP热机轧制工艺参数见表2，力学性能见表3。

表1 本发明实施例的熔炼化学成分

表2 本发明实施例的TMCP工艺参数

表3 本发明实施例的力学性能

其中：ReL为屈服强度；Rm为抗拉强度；强屈比(Rm°/ReL°)，Rm°为实测抗拉强度，ReL°为实测屈服强度；屈屈比(ReL°/600)，600为HRB600钢筋屈服强度特性值，单位MPa；A为断后延伸率；Agt为最大力下延伸率。

本发明结合现有工艺装备条件，在现有工艺装备条件下设计了资源节约型的成分范围，并通过热机轧制工艺(TMCP)在不降低塑性的前提下使强度级别达到600MPa，来满足高层、大跨度建筑结构的需要。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种600MPa级高强钢筋用钢的热机轧制方法，其特征在于，600MPa级高强钢筋用钢按重量百分比包括：0.26％C，0.40％Si，1.40％Mn，≤0.040％P、≤0.040％S，0.05Nb，0.05％V，0.45％Cr，0.008％N，其余为Fe和不可避免的杂质元素；包括如下步骤：

(1)按上述重量百分比和组分进行冶炼；

(2)精炼；

(3)140或150小方坯连铸；

(4)在棒材轧机上采用TMCP工艺轧制：加热温度控制在1000～1200℃；均热温度控制在1050～1150℃；开轧温度控制在950～1100℃；进精轧机温度控制在850～950℃；上冷床返红温度控制在780～900℃，粗轧机组和中轧机组采用常规轧制，中轧机组后设置冷却段和回复段，冷却段使轧件温度降到部分再结晶或未再结晶温度范围之内，回复段保证进入精轧机前有一段均温过程；

(5)冷却。