CN104745968B - 一种hrb500e抗震钢筋及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种HRB500E抗震钢筋及其制备方法，钢筋按重量比由以下元素组成，C 0.20‑0.25％，Si0.40‑0.65％,Mn 1.20‑1.60％，P≤0.045％，S≤0.045％，V0.050‑0.110％。方法包括1)炼钢、精炼；2)连铸；3)轧钢。本发明化学成分设计合理经济，既保证了钢筋达到国家标准GBl499.2抗震钢筋和任务书规定的技术要求，又达到了节省合金的目的。
Description
技术领域
本发明涉及建材领域，具体涉及一种HRB500E抗震钢筋及其制备方法。
背景技术
由于地震频发和造成的灾难性后果，国家对建筑钢筋的抗震性高度关注，建设部提出，重大建设工程、高层住宅建筑等必须采用抗震钢筋。我国目前抗震钢筋普遍使用的是HRB400E，HRB500E研发生产还处于初级阶段，国内同类型生产的HRB500E高强度抗震钢筋合格率低，性能不稳定，工艺稳定性有待于研究，尚没有形成产业化生产线。
发明内容
本发明的目的在于提供一种HRB500E抗震钢筋及其制备方法，解决抗震钢筋的高强度、高韧性、应变时效及高成本等问题。
本发明提供的技术方案如下：
一种HRB500E抗震钢筋，其特征在于：按重量比由以下元素组成，C 0.20-0.25％，Si0.40-0.65％,Mn 1.20-1.60％，P≤0.045％，S≤0.045％，V 0.050-0.110％以及不可避免的杂质。
在本发明的一较佳实施例中，该钢筋的规格为直径6-12mm，按重量比由以下元素组成，C 0.20-0.24％，Si0.40-0.60％,Mn 1.20-1.45％，P≤0.045％，S≤0.045％，V0.050-0.080％以及不可避免的杂质。
在本发明的另一较佳实施例中，该钢筋的规格为直径14-22mm，按重量比由以下元素组成，C 0.22-0.24％，Si0.45-0.60％,Mn 1.30-1.45％，P≤0.045％，S≤0.045％，V0.050-0.100％以及不可避免的杂质。
在本发明的再一较佳实施例中，该钢筋的规格为直径25-40mm，按重量比由以下元素组成，C 0.22-0.24％，Si0.45-0.60％,Mn 1.30-1.45％，P≤0.045％，S≤0.045％，V0.050-0.100％以及不可避免的杂质。
本发明生产的钢筋，技术参数如下：屈服强度ReL/MPa：540-570、抗拉强度Rm/MPa695-730、强屈比RO m/RO el％1.29-1.32、屈服比RO el/Rel)1.25-1.28、最大力总伸长Agt％10.5-14.1、延伸率A％19.6～27。
前述的HRB500E抗震钢筋的制备方法，包括如下步骤：
(1)炼钢、精炼：采用电炉热装铁水工艺，调好铁水和废钢比例，通电熔化、强化供氧脱碳，控制造渣过程，脱磷、去除钢中的有害杂质，达到出钢条件C：0.08～0.12％；P0.030％；钢水温度：1630～1650℃，偏心炉底无渣出钢，钢包内合金化；控制好复合脱氧剂和FeV合金加入时机；进入LF精炼工位，吹氩搅拌，脱氧，进一步去除钢中的气体和夹杂物，提高钢的洁净度，以及成分和温度微调，实现钢水窄成分控制和过热度的精确控制，满足HRB500E高强抗震钢筋的各项技术性能要求；确保到LF后：C％：0.15～0.21；Si％：0.30～0.40；Mn％：1.15～1.30；P％：≤0.035。
(2)连铸工艺：中间包温度控制：开浇第一、二炉1605-1625℃，连浇炉1575-1615℃，浇注过程中稳定控制好拉速，保证钢水衔接；采用二冷动态配水，优化连铸工艺参数，改善铸坯凝固组织，提高铸坯表面质量、消除皮下气泡、缩孔和疏松，生产优质、无缺陷铸坯
(3)轧钢工艺：严格执行加热制度，开轧、和终轧温度控制、穿水冷却工艺，确保轧制过程中钢的均热性，防止出现混晶或异常金相组织，同时对铁素体和珠光体形貌及晶粒度进行摸索，寻求最佳冷却转变区域，获得理想的金相组织和晶粒度的匹配，从而保证钢筋通条性能稳定。
通过对棒材生产线的全面改造，采用蓄热式步进加热炉、全新的短应力高刚度轧机，粗中轧预穿水，轧后多段式冷却，回火、再冷却，优化轧制工艺和控轧控冷技术，避免钢筋组织粗大、不均匀等现象造成的力学性能降低，获得良好金相组织和晶粒度，满足HRB500E高强抗震钢筋的各项性能要求。
钢坯加热制度：
预热段:700℃～850℃；加热段:1150℃～1200℃；均热段：980℃～1100℃；终轧温度控制：900℃～950℃；
终轧速度5.5-13m/s、穿水流量200-480m3/h、水压≧0.8MPa、精轧入口温度920-940℃、冷床入口温度620-680℃、开轧温度1020-1070℃、回水温度<40℃。
本发明HRB500E高强抗震钢筋采用钒合金化，化学成分设计合理经济，既保证了钢筋达到国家标准GBl499.2抗震钢筋规定的技术要求，又达到了节省合金的目的。
附图说明
图1为对钢筋样进行组织形貌观察的电子金相显微镜图(400×)其中左为芯部，右为边部。
具体实施方式
步骤：
(1)炼钢、精炼工艺：采用电炉热装铁水工艺，铁水和废钢比例各50％，通电熔化、强化供氧脱碳，控制造渣过程，脱磷、去除钢中的有害杂质，达到出钢条件(C：0.08～0.12％；P 0.030％；钢水温度：1630～1650℃)，偏心炉底无渣出钢，钢包内合金化。控制好复合脱氧剂和FeV合金加入时机；进入LF精炼工位，吹氩搅拌，脱氧，进一步去除钢中的气体和夹杂物，提高钢的洁净度，以及成分和温度微调，实现钢水窄成分控制和过热度的精确控制，满足HRB500E高强抗震钢筋的各项技术性能要求。
(2)连铸工艺：中间包温度控制：开浇第一、二炉1605-1625℃，连浇炉1575-1615℃，浇注过程中稳定控制好拉速，保证钢水衔接。可以采用全程氩封保护浇注、电磁搅拌、结晶器液面自动控制、二冷动态配水、气雾冷却等方法，优化连铸工艺参数，改善铸坯凝固组织，以提高铸坯表面质量、消除皮下气泡、缩孔和疏松，生产优质、无缺陷铸坯。连铸工艺参数：
1)、过热度与拉速参数见表1
| 过热度(℃) | ≥45 | 45～40 | 40～35 | 35～30 | 30～25 | 25～20 | 20～15 | ≤15 |
| 拉速控制(m/min) | ≤1.9 | ≤2.0 | ≤2.1 | ≤2.2 | ≤2.3 | ≤2.4 | ≤2.5 | ≥2.6 |
2)、水冷参数
结晶器水冷参数:120～130(±5)m3/h；
二冷比水量：1.0～1.5L/Kg，见表2
二冷各段水量可根据铸坯情况向上浮动0.2～0.5m3/h。
3)、压缩空气参数：0.25～0.35MPa
4)、电磁搅拌参数：电流：280A；频率：5Hz
(3)轧钢工艺：严格执行加热制度，开轧、和终轧温度控制、穿水冷却工艺，确保轧制过程中钢的均热性，防止出现混晶或异常金相组织，同时对铁素体和珠光体形貌及晶粒度进行摸索，寻求最佳冷却转变区域，获得理想的金相组织和晶粒度的匹配，从而保证钢筋通条性能稳定。
采用蓄热式步进加热炉、短应力高刚度轧机，粗中轧预穿水，轧后多段式冷却(轧件通过中轧机(第六架轧机)后首先进行预穿水冷却，经空过辊道，进入预精轧机和精轧机轧制升温回火，精轧机后有四段穿水管,段与段之间间隔供水，当轧件经过穿水管时即形成多段式冷却、回火、再冷却)、回火、再冷却，优化轧制工艺和控轧控冷技术，避免钢筋组织粗大、不均匀等现象造成的力学性能降低，获得良好金相组织和晶粒度，其中，
钢坯加热制度：预热段:700℃～850℃；加热段:1150℃～1200℃；均热段：980℃～1100℃；终轧温度控制：900℃～950℃；HRB500E抗震钢筋控轧、控冷工艺参数见表3。
表3，HRB500E抗震钢筋控轧、控冷工艺参数表
力学性能
采用FeV合金生产HRB500E,生产了10批次φ8～36mm规格HRB500E钢筋。抗震钢筋500E化学成分(熔炼分析)见表4。
表4：HRB500E抗震钢筋化学成分(％)
| 实施例 | C | S | P | Si | Mn | V |
| 实施例1 | 0.21 | 0.027 | 0.022 | 0.52 | 1.46 | 0.061 |
| 实施例2 | 0.22 | 0.032 | 0.029 | 0.53 | 1.48 | 0.073 |
| 实施例3 | 0.23 | 0.036 | 0.032 | 0.54 | 1.51 | 0.067 |
| 实施例4 | 0.22 | 0.035 | 0.030 | 0.58 | 1.53 | 0.090 |
| 实施例5 | 0.22 | 0.025 | 0.023 | 0.51 | 1.47 | 0.082 |
| 实施例6 | 0.23 | 0.037 | 0.035 | 0.57 | 1.50 | 0.091 |
| 实施例7 | 0.23 | 0.029 | 0.031 | 0.55 | 1.49 | 0.086 |
| 实施例8 | 0.24 | 0.030 | 0.033 | 0.58 | 1.53 | 0.090 |
| 实施例9 | 0.23 | 0.028 | 0.033 | 0.60 | 1.59 | 0.095 |
| 实施例10 | 0.24 | 0.030 | 0.032 | 0.62 | 1.58 | 0.094 |
钢筋力学性能统计情况见表5所示。从表5可以看出,采用FeV合金生产的各种规格HRB500E钢筋，力学性能全部满足GBl499.2—2007标准要求。
表5：FeV合金生产HRB500E钢筋力学性能
对Ф8、12、20、36mm四个规格的FeV微合金化HRB500E抗震钢筋时效性能进行了试验,分析结果表明(见表6):四个规格的钢筋在强度上都具有低应变时效性,Rel时效后比时效前降低了15～20MPa,平均降低17MPa；Rm降低10～15MPa,平均降低12.5MPa,差异不明显:时效后钢筋伸长率提高了4％～5％,时效后的钢筋强屈比和屈屈比将更趋于合理.抗震性能更好。
表6：FeV微合金化HRB500E钢筋时效前后力学性能对比情况
成品钢筋金相组织
将实施例1钢筋切割成金相试样，抛光处理，用4％硝酸酒精腐蚀，采用电子金相显微镜对钢筋样进行组织形貌观察(见图1)，外围1/3处部分和芯部均为分布均匀的铁素体和珠光体组织，边部组织比心部组织晶粒细小，HRB500E钒合金钢筋金相组织均匀、细小，边部组织晶粒度9～9.5级。
HRB500E高强抗震钢筋采用钒合金化，化学成分设计合理经济，既保证了钢筋达到国家标准GBl499.2抗震钢筋的技术要求，又达到了节省合金的目的。
国家标准、与各实施例实测的钢筋技术指标对比见表7：
表7钢筋技术指标对比表
| 序号 | 技术指标 | 国家标准 | 实测指标 |
| 1 | 屈服强度(ReL/MPa) | ≥500 | 540～570 |
| 2 | 抗拉强度(Rm/MPa) | ≥630 | 695～730 |
| 3 | 强屈比(RO m/RO el％) | ≥1.25 | 1.29～1.32 |
| 4 | 屈服比(RO el/Rel) | ≤1.3 | 1.25～1.28 |
| 5 | 最大力总伸长(Agt％) | ≥9 | 10.5～14.1 |
| 6 | 延伸率(A％) | ≥15 | 19.6～27 |
Claims (5)
1.一种HRB500E抗震钢筋的制备方法，包括如下步骤：
(1)炼钢、精炼：采用电炉热装铁水工艺，调好铁水和废钢比例，通电熔化、强化供氧脱碳，控制造渣过程，脱磷、去除钢中的有害杂质，达到出钢条件；钢水温度：1630～1650℃；进入LF精炼工位，吹氩搅拌，脱氧，进一步去除钢中的气体和夹杂物，提高钢的洁净度，以及成分和温度微调，其中，确保到LF后C：0.15-0.21％；Si：0.30-0.40％；Mn：1.15-1.30％；P％：≤0.035；
(2)连铸：中间包温度控制：开浇第一、二炉1605-1625℃，连浇炉1575-1615℃，浇注过程中稳定控制好拉速，保证钢水衔接；全程氩封保护浇注；
连铸工艺参数：
①、过热度与拉速参数
②、水冷参数
结晶器水冷参数:120～130m3/h；
二冷比水量：1.0～1.5L/Kg
(3)轧钢：加热制度，开轧、和终轧温度控制、穿水冷却，确保轧制过程中钢的均热性，防止出现混晶或异常金相组织；
其中，钢坯加热制度为：预热段:700℃～850℃；加热段:1150℃～1200℃；均热段：980℃～1100℃；终轧温度控制：900℃～950℃；
终轧速度5.5-13m/s、穿水流量200-480m3/h、水压≧0.8MPa、精轧入口温度920-940℃、冷床入口温度620-680℃、开轧温度1020-1070℃、回水温度<40℃；
其中，所述的HRB500E抗震钢筋，按重量比由以下元素组成，C 0.20-0.25％， Si0.40-0.65％,Mn 1.20-1.60％，P≤0.045％，S≤0.045％，V 0.050-0.110％，余量为铁以及不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的一种HRB500E抗震钢筋的制备方法，其特征在于：
该钢筋的规格为直径6-12mm，按重量比由以下元素组成，C 0.20-0.24％，Si0.40-0.60％,Mn 1.20-1.45％，P≤0.045％，S≤0.045％，V 0.050-0.080％，余量为铁以及不可避免的杂质。
3.如权利要求1所述的一种HRB500E抗震钢筋的制备方法，其特征在于：
该钢筋的规格为直径14-22mm，按重量比由以下元素组成，C 0.22-0.24％，Si0.45-0.60％,Mn 1.30-1.45％，P≤0.045％，S≤0.045％，V 0.050-0.100％，余量为铁以及不可避免的杂质。
4.如权利要求1所述的一种HRB500E抗震钢筋的制备方法，其特征在于：
该钢筋的规格为直径25-40mm，按重量比由以下元素组成，C 0.22-0.24％，Si0.45-0.60％,Mn 1.30-1.45％，P≤0.045％，S≤0.045％，V 0.050-0.100％，余量为铁以及不可避免的杂质。
5.如权利要求1所述的HRB500E抗震钢筋的制备方法，其特征在于：所述的HRB500E抗震钢筋屈服强度ReL/MPa：540-570、抗拉强度Rm/MPa 695-730、强屈比RO m/RO el％1.29-1.32、屈服比RO el/Rel1.25-1.28、最大力总伸长Agt％10.5-14.1、延伸率A％19.6～27。
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