CN104593669B - 一种钢筋用钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钢筋用钢及其生产方法，其化学成分按重量百分比的配比为：0.18‑0.25％C，0.30‑0.70％Si，1.20‑1.60％Mn，≤0.035％P、≤0.035％S，0.03‑0.06％V，0.008‑0.012％N，0.01‑0.06％Als，其余为Fe和不可避免的杂质元素。生产方法包括如下步骤：(1)按照配比和组分进行冶炼；(2)精炼；(3)小方坯连铸；(4)棒材轧机轧制；(5)冷却。本发明室温力学性能达到：屈服强度ReL≥400MPa，抗拉强度Rm≥540MPa，强屈比≥1.25，断后延伸率A≥15％，均匀伸长率Agt≥9％，表面质量优良、没有裂纹等表面缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及钢筋混凝土用热轧带肋钢筋用钢及其生产方法，具体涉及一种直径不小于φ36mm的大规格高强钢筋用钢及其表面无缺陷的生产工艺。
背景技术
热轧带肋钢筋是混凝土结构的骨架材料，在结构中承载着各种应力。近年来，随着我国高层、大跨度、抗震、耐低温、耐火建筑结构的大量出现，使钢筋朝着大直径、高强度、高韧性及良好的焊接性等方向发展，市场对高强度、大规格钢筋的需求量日益增加。与普通规格(≤φ32mm)相比，大规格高强钢筋具有更高的安全性能，主要应用于国家各类重点工程项目中，尤其是高层、大跨度的桥梁工程中。
采用大规格钢筋代替普通规格钢筋，对于提高建筑的综合性能与降低成本，促进冶金行业技术升级换代和产品结构调整，充分发挥钢材的潜在性能，充分利用有限资源，走持续发展的道路具有重要推动作用，具有巨大的经济效益和社会效益。
由于混凝土是脆性材料，不能承受拉力而只能受压，且容易发生裂缝、破碎而最终被压溃，因此钢筋承担了全部拉力，在使用中需要克服以下两种失效情况：(1)强度、延性不匹配，强度高、延性低，会发生无预兆的脆性断裂，危害性极大；(2)表面有微裂纹等缺陷，在载荷的反复作用下，表面微裂纹扩展，钢筋发生断裂。
由于目前国内钢筋生产企业一般采用140/150小方坯原料轧制，在生产大规格钢筋时，由于压缩比小，表面易出现微裂纹、黑线等缺陷，冷弯、反弯合格率低，给建筑物的安全带来隐患。
专利申请号200910184824.8公开了“500MPa级的大规格热轧带肋钢筋用钢及其冶炼方法”，其化学成分重量百分比为：C0.17-0.25％、Si0.40-0.80％、Mn1.40-1.60％、P≤0.045％、S≤0.045％、V0.06-0.10％，N0.012-0.033％，且V/N比＝3.0-5.0，其余为Fe和杂质元素。其冶炼方法为：在转炉冶炼出钢过程中，向钢包中每吨钢水加入含0.62-1.01kg纯钒的钒氮合金，加入含0.09-0.32kg纯氮的增氮剂，将钢水的V/N比控制在3.0-5.0。通过添加含钒合金和增氮剂，可将钢水的V/N比控制在3.0-5.0，利用廉价的氮元素充分发挥钒的强化效果，明显地减少钒的用量。存在不足是：N含量过高，易导致铸坯的皮下气泡等缺陷，影响钢筋的塑性指标及表面质量。
专利申请号201010183312.2公开了“一种高强度螺纹钢及其制造方法”，采用的技术方案是：在20MnSi螺纹钢的化学组分基础上，冶炼时外加20MnSi螺纹钢的0.001～0.1wt％的Ti、0.0008～0.5wt％的B和0～0.5wt％的V,经连铸或半连铸成铸坯；再将铸坯均热，在1000℃～1200℃条件下粗轧，变形量为40～80％；然后在950℃～1100℃条件下中轧，变形量为30～70％；最后在700℃～900℃条件下精轧，变形量为10～40％。采用比较廉价的硼来代替Nb、V等价格较高的元素，所制造的高强度螺纹钢比同规格普通20MnSi螺纹钢强度高出100～150MPa，还可降低成本100～300元/吨。与原有20MnSi螺纹钢相比，不仅提高了强度，且延伸率降低不大，综合性能较好。不足之处在于，B有促进回火脆性的倾向，当B含量超过0.007％时将导致钢的热脆现象，影响热加工性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢筋用钢及其生产方法，在现有工艺装备条件下，采用140/150方坯原料，克服上述技术的不足，设计一种大规格(≥φ36mm)高强钢筋用钢及其表面无缺陷的生产工艺，保证大规格高强钢筋有优良的表面质量、良好的强塑性配合，从而满足高层、大跨度桥梁等重点工程的需要。具体技术方案如下：
一种钢筋用钢，其化学成分按重量百分比的配比为：0.18-0.25％C，0.30-0.70％Si，1.20-1.60％Mn，≤0.035％P、≤0.035％S，0.03-0.06％V，0.008-0.012％N，0.01-0.06％Als，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
进一步地，其为≥φ36mm的高强钢筋用钢。
上述钢筋用钢的生产方法，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)棒材轧机轧制；
(5)冷却。
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(5)包括冷床自然冷却，堆垛自然冷却。
进一步地，步骤(1)中，转炉冶炼采用铁水：废钢63：7的稳定装入制度，出钢过程中进行脱氧合金化，合金加入顺序为：复合脱氧剂→SiMn→FeSi→复合脱氧剂→VN(16)合金，其中，VN(16)合金加入量为0.38-0.80kg/t钢，出钢1/4时开始加入，出钢3/4前加完。
进一步地，步骤(2)中，吹氩时间5-10分钟，吹氩过程中保证钢水不裸露，保证钢水成分、温度的均匀性以及夹杂物的上浮去除。
进一步地，步骤(3)中，连铸过程中采用全程保护浇注，一次冷却水流量100-130m3/h，二次冷却的比水量1.0-1.4l/kg；和/或，步骤(4)中，加热温度控制在1000-1200℃，均热温度控制在1050-1150℃，终轧后空冷或弱穿水冷却，弱穿水冷却时上冷床返红温度在830℃以上。
与目前现有技术相比，本发明室温力学性能达到：屈服强度ReL≥400MPa，抗拉强度Rm≥540MPa，强屈比≥1.25，断后延伸率A≥15％，均匀伸长率Agt≥9％，表面质量优良、没有裂纹等表面缺陷。
具体实施方式
下面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。
本实施例的一种大规格高强钢筋用钢的化学成分配比(按重量百分比)为：0.18-0.25％C，0.30-0.70％Si，1.20-1.60％Mn，≤0.035％P、≤0.035％S，0.03-0.06％V，0.008-0.012％N，0.01-0.06％Als，其余为Fe和不可避免的杂质元素。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，棒材轧机轧制，冷床自然冷却，堆垛自然冷却。
C：在钢中起到固溶强化的作用，是廉价的能大幅提高钢筋强度的元素，但随着C含量的增加，钢筋塑性指标降低、焊接性能变差。因此本发明C含量为0.18-0.25％，最佳控制范围0.20-0.23％，保证钢筋具有较高的强塑性及良好的焊接性能。
Si：能提高钢的淬透性，在钢中起到固溶强化的作用，但含量过高会降低焊接性能。因此本发明Si含量为0.30-0.7％，最佳控制范围0.45-0.55％。
Mn：在钢中起到固溶强化作用，可提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，有细化珠光体的作用，有利于提高淬透性，但含量较高时，将增加钢的过热敏感性和回火脆性倾向。因此本发明Mn含量控制在1.20-1.60％范围内，最佳控制范围1.40-1.50％。
V：溶于奥氏体中的V能显著增加钢的淬透性，在铁素体中析出V的碳化物或碳氮化物，具有显著的析出强化作用，使得钢筋在对塑性影响较小的前提下大大提高强度，但V含量过高时，一部分V在钢中产生沉淀析出，更多的V则在钢中起固溶强化作用，降低钢筋的塑性。本发明V含量在0.03-0.06％。
N：与V结合能大幅提高钢筋强度，但含量过多易引起铸坯皮下气泡等缺陷，与钢中钛、铝等元素易形成脆性夹杂，还会导致蓝脆，本发明N含量在0.008-0.012％。
Als：主要起脱氧作用，但Als含量过高，将导致Al的氧化物夹杂含量增加，降低钢的纯净度，不利于钢的塑性；Als含量过低则会导致脱氧不足，使连铸坯皮下气泡过多，易造成钢筋表面微裂纹。本发明Als含量控制在0.01-0.06％范围内，最佳控制范围0.02-0.03％。
P、S：在钢中作为有害元素，增加了钢中夹杂物，降低钢的塑性指标、恶化焊接性能等，因此，尽量减少P、S元素对钢筋性能及表面质量的不利影响，本发明中的P含量≤0.035％、S含量≤0.035％。
冶炼工艺：转炉冶炼采用稳定的装入制度，铁水63吨、废钢7吨，装入量波动较小，有利于准确、稳定地控制合金加入量；出钢过程中进行脱氧合金化，合金加入顺序：复合脱氧剂→SiMn→FeSi→复合脱氧剂→VN(16)合金；VN(16)合金加入量为0.38-0.80kg/t钢，出钢1/4时开始加入，出钢3/4前加完，保证V的回收率。在出钢5/6～6/7时挡渣，防止回P。
吹氩精炼工艺：吹氩时间5-10分钟，吹氩过程中保证钢水不裸露，保证钢水成分、温度的均匀性以及夹杂物的上浮去除。
连铸工艺：连铸过程中采用全程保护浇注，一次冷却水流量100-130m3/h；二次冷却的比水量1.0-1.4l/kg。
轧钢工艺：加热温度控制在1000-1200℃；均热温度控制在1050-1150℃，保证V充分溶入奥氏体中发挥其强化作用，同时奥氏体晶粒不过分长大；终轧后空冷或弱穿水冷却，弱穿水冷却时上冷床返红温度在830℃以上，确保钢筋表层基圆上不形成回火组织。轧制过程中保证轧辊的正常使用、通道和过桥的通畅，从而保证钢筋表面不产生划伤等缺陷，保证良好的表面质量。
本发明的大规格高强钢筋，室温力学性能达到：屈服强度ReL≥400MPa，抗拉强度Rm≥540MPa，强屈比≥1.25，断后延伸率A≥15％，均匀伸长率Agt≥9％，冷弯、反弯合格率接近100％，且表面质量优良、无裂纹等表面缺陷。
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，150方坯连铸，具体工艺参数见表2，在连续式棒材轧机上轧制，轧制工艺参数见表3，力学性能见表4。
表1本发明实施例的熔炼化学成分
表2本发明实施例的炼钢工艺参数
表3本发明实施例的轧钢工艺参数
表4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。
上面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)
1.一种钢筋用钢的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按照如下配比和组分进行冶炼：其化学成分按重量百分比的配比为：0.18-0.25％C，0.30-0.70％Si，1.20-1.60％Mn，≤0.035％P、≤0.035％S，0.03-0.06％V，0.008-0.012％N，0.01-0.06％Als，其余为Fe和不可避免的杂质元素，采用转炉冶炼：采用铁水：废钢＝63：7的稳定装入制度，出钢过程中进行脱氧合金化，合金加入顺序为：复合脱氧剂→SiMn→FeSi→复合脱氧剂→VN(16)合金，其中，VN(16)合金加入量为0.38-0.80kg/t钢，出钢1/4时开始加入，出钢3/4前加完；
(2)炉外钢包吹氩精炼：吹氩时间5-10分钟，吹氩过程中保证钢水不裸露，保证钢水成分、温度的均匀性以及夹杂物的上浮去除；
(3)140或150小方坯连铸，连铸过程中采用全程保护浇注，一次冷却水流量100-130m3/h，二次冷却的比水量1.0-1.4l/kg；
(4)棒材轧机轧制：加热温度控制在1000-1200℃，均热温度控制在1050-1150℃，终轧后空冷或弱穿水冷却，弱穿水冷却时上冷床返红温度在830℃以上；
(5)冷床自然冷却，堆垛自然冷却，得到≥φ36mm的高强钢筋用钢。
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