CN104946987A - 一种高强度精轧钢筋及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高强度精轧钢筋及其生产方法，所述钢筋的质量百分比包括：C 0.42～0.46％、Si 0.3～0.60％、Mn 1.2～1.4％、P≦0.035％、S≦0.035％、Cr 0.010～0.020％、B 0.0010～0.0020％，其余为Fe和杂质元素。本发明的生产方法与现有工艺依靠控制淬硬层深度相比，在合金大幅降低的前提下，利用组织相变来提高钢筋强度，而且本方法控制更简单，在现有生产设备无需改造就可进行批量生产。

Description

一种高强度精轧钢筋及其生产方法

技术领域

本发明涉及钢材料技术领域，尤其涉及一种高强度精轧钢筋及其生产方法。

背景技术

精轧螺纹钢筋又叫预应力混凝土用螺纹钢筋，我国于20世纪80年代开始研发生产，于2005年经国家标准化管理委员会审批发布了GB/T 20065～2006《预应力混凝土用螺纹钢筋》标准。精轧螺纹钢筋是在整根钢筋上轧有外螺纹的高强度、高精度直条钢筋。在整根钢筋的任意截面都能旋上带有内螺纹的连接器进行连结，或旋上螺纹帽进行锚固，具有连接、锚固简便，粘着力强，施工方便等优点，又因省掉焊接工艺，避免了由于焊接而造成的内应力及组织不稳定等引起的断裂，因此被广泛应用于大型水利工程、公路、铁路、大中跨桥梁等工程。

随着国家加大基础设施投资力度，国内高铁项目对精轧螺纹钢的需求用量逐年递增。精轧螺纹钢筋的合金含量高、强度高、成形较困难，属钢筋中附加值高的高端产品，为各钢企竞相研发的对象，国内具备供货能力的厂家寥寥无几。

现有技术公开了一种高强度精轧螺纹钢筋，其化学成分按重量百分比为：C:0.36-0.46％、Si：1.4-1.8％、Mn：0.7-1.0％、V：0.08-0.15％、P≤0.045％、S≤0.045％、铌+钛<0.10％、余量为Fe。其工艺流程为转炉冶炼—钢包钒微合金化—LF炉精炼—全保护浇铸—钢坯检查—加热炉加热—控制轧制—轧后控制冷却；其中连铸过程采用130mm2小方坯全保护浇铸；轧制过程开轧温度950-1100℃，精轧入口温度800-950℃；轧后采用两段式或三段式分级控制冷却方式，出一冷段温度控制在700-850℃之间，出二冷段或三冷段上冷床回火温度控制在570-700℃之间。

由于上述钢筋的合金成分高，导致该钢筋的成本较高。

发明内容

本申请提供一种高强度精轧钢筋及其生产方法，解决了现有技术中由于上述钢筋的合金成分高，导致该钢筋的成本较高的技术问题。

本申请提供一种高强度精轧钢筋，所述钢筋的质量百分比包括：C 0.42～0.46％、Si 0.3～0.60％、Mn 1.2～1.4％、P≦0.035％、S≦0.035％、Cr 0.010～0.020％、B 0.0010～0.0020％，其余为Fe和杂质元素。

优选地，所述钢筋的金相组织包括索氏体。

本申请还提供一种钢筋的生产方法，用于生产所述的钢筋，其特征在于，所述方法包括：

冶炼并浇铸成铸坯；

对所述铸坯进行自然冷却；

对铸坯进行加热，加热时的均热温度为1050～1150℃，加热时间为110min～120min；

对铸坯进行轧制，轧制时的开轧温度为950～1050℃，进行轧制道次开坯2道、粗中精轧共10-16个道次，总压缩比25-156；

以5～8℃/s的速度冷却到560℃～670℃范围内。

优选地，所述冶炼并浇铸成铸坯包括：铁水脱硫；转炉顶底吹炼；氩站吹氩；浇铸成铸坯。

优选地，所述转炉顶底吹炼包括：

出钢1/4左右时，吨钢随钢流加入硅锰铁、碳化硅等合金脱氧，然后加入铬铁、硼铁和碳粉；

钢水出至3/4时合金、增碳剂必须全部加入，C、Si、Mn、Cr、B成分按内控范围的下限控制。

优选地，所述浇铸成铸坯包括：中包钢水温度在液相线15～25℃，拉速控制目标1.6～1.8m/min。

本申请有益效果如下：

所述钢筋的各元素的作用如下：

C：C是扩大和稳定奥氏体元素，提高钢材强度最有效的元素，但是当其含量低于0.42％时，会导致力学性能不足而增加合金添加量从而增加了生产成本，当其含量高0.46％，会导致塑性和韧性下降，因此，本发明C选择在0.42～0.46％。

Si：是一种廉价的置换强化元素，可以显著提高钢的屈服强度，其含量过高则会导致残余奥氏体含量过高，使钢的强度下降，所以选择Si的范围在0.3～0.6％。

Mn：主要是固溶于铁素体中提高材料的强度，其又是良好的脱氧剂和脱硫剂，含有一定量的锰可以消除或减弱因硫引起的脆性，从而改善钢的加工性能，锰还能显著提高钢的淬透性，使得转变时易于向索氏体转变，但锰含量过高时会使晶粒粗化的倾向，连铸和轧后控冷不当时容易产生白点，所以选择Mn的范围在1.2～1.4％；

P、S：作为有害元素，其含量越低越好。S含量过高，会形成大量的MnS夹杂，降低钢材的机械性能，因此含量越低越好，但为了降低生产成本，在不影响正常性能的情况下，越高越好，所以选择S的范围在≦0.035％；P易在晶界偏析，增加钢的脆性，因此含量越低越好，但为了降低生产成本，在不影响正常性能的情况下，越高越好，所以选择P的范围在≦0.035％。

Cr：铬能显著提高钢的强度、硬度和淬透性，但同时会降低塑性和韧性；当其含量高低于0.01％时，其淬透性效果不明显，但含量高于0.02％时，由于出现马氏体或者其他异常组织导致塑性变差，所以选择Cr的范围在0.01～0.02％。

B：在奥氏体晶界上有偏聚作用，可有效地抑制先析铁素体析出，提高了钢的淬透性，随着含量的增加其淬透性成直线增加，但超过0.0020％时，其效果不再明显的增加，反而增加了成本，硼的控制量在0.001～0.002％范围。

本申请的高强度的精轧钢筋的合金成分较现有技术低，因此，该钢筋的合金成本降低，解决了现有技术由于上述钢筋的合金成分高，导致该钢筋的成本较高的技术问题。

本发明针对现有工艺控制难度大并且易造成性能不稳定的问题，提供了一种Cr-B微合金强化技术来生产的精轧预应力钢筋的方法，该方法在控制冷却速度时简单易操作，生产出来的钢筋性能稳定，富余量足，各种性能优于市场上精轧螺纹钢筋。

本发明的生产方法与现有工艺依靠控制淬硬层深度相比，在合金大幅降低的前提下，利用组织相变来提高钢筋强度，而且本方法控制更简单，在现有生产设备无需改造就可进行批量生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。

图1为本申请较佳实施方式一种高强度精轧钢筋的金相组织图；

图2为本申请另一较佳实施方式一种钢筋的生产方法流程图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本申请提供一种高强度精轧钢筋，所述钢筋的质量百分比包括：C 0.42～0.46％、Si 0.3～0.60％、Mn 1.2～1.4％、P≦0.035％、S≦0.035％、Cr 0.010～0.020％、B 0.0010～0.0020％，其余为Fe和杂质元素。

所述钢筋的金相组织包括索氏体。该钢筋具体为PSB830预应力精轧钢筋。

需要说明的是，在本说明书中，式中的元素符号表示表示钢中该元素的含量(质量％)。

所述锚钢筋的各元素的作用如下：

C：C是扩大和稳定奥氏体元素，提高钢材强度最有效的元素，但是当其含量低于0.42％时，会导致力学性能不足而增加合金添加量从而增加了生产成本，当其含量高0.46％，会导致塑性和韧性下降，因此，本发明C选择在0.42～0.46％。

Si：是一种廉价的置换强化元素，可以显著提高钢的屈服强度，其含量过高则会导致残余奥氏体含量过高，使钢的强度下降，所以选择Si的范围在0.3～0.6％。

Mn：主要是固溶于铁素体中提高材料的强度，其又是良好的脱氧剂和脱硫剂，含有一定量的锰可以消除或减弱因硫引起的脆性，从而改善钢的加工性能，锰还能显著提高钢的淬透性，使得转变时易于向索氏体转变，但锰含量过高时会使晶粒粗化的倾向，连铸和轧后控冷不当时容易产生白点，所以选择Mn的范围在1.2～1.4％；

P、S：作为有害元素，其含量越低越好。S含量过高，会形成大量的MnS夹杂，降低钢材的机械性能，因此含量越低越好，但为了降低生产成本，在不影响正常性能的情况下，越高越好，所以选择S的范围在≦0.035％；P易在晶界偏析，增加钢的脆性，因此含量越低越好，但为了降低生产成本，在不影响正常性能的情况下，越高越好，所以选择P的范围在≦0.035％。

Cr：铬能显著提高钢的强度、硬度和淬透性，但同时会降低塑性和韧性；当其含量高低于0.01％时，其淬透性效果不明显，但含量高于0.02％时，由于出现马氏体或者其他异常组织导致塑性变差，所以选择Cr的范围在0.01～0.02％。

B：在奥氏体晶界上有偏聚作用，可有效地抑制先析铁素体析出，提高了钢的淬透性，随着含量的增加其淬透性成直线增加，但超过0.0020％时，其效果不再明显的增加，反而增加了成本，硼的控制量在0.001～0.002％范围。

本申请的高强度的精轧钢筋的合金成分较现有技术低，因此，该钢筋的合金成本降低，解决了现有技术由于上述钢筋的合金成分高，导致该钢筋的成本较高的技术问题。

基于同样的发明构思，本申请还提供一种钢筋的生产方法。图2为本申请较佳实施方式一种钢筋的生产方法流程图。所述方法包括：

步骤S10，冶炼并浇铸成铸坯；

步骤S20，对所述铸坯进行自然冷却，采用堆垛方式，严禁向铸坯表面浇水；

步骤S30，对铸坯进行加热，铸坯加热工艺控制要求均热段温度：将钢在炉内加热到1050-1150℃范围内保温110-120min以使钢充分奥氏体化。奥氏体化温度和时间与钢的成分有关，要确保钢中的合金元素完全固溶。

步骤S40，对铸坯进行轧制，开轧温度950-1050℃范围内，进行轧制道次开坯2道、粗中精轧共10-16个道次，总压缩比25-156，；

步骤S50，精轧后立刻以5～8℃/s的速度冷却到560℃～670℃范围内上冷床，最后空冷到室温。

本发明针对现有工艺控制难度大并且易造成性能不稳定的问题，提供了一种Cr-B微合金强化技术来生产的精轧预应力钢筋的方法，该方法在控制冷却速度时简单易操作，生产出来的钢筋性能稳定，富余量足，各种性能优于市场上精轧螺纹钢筋。

本发明的生产方法与现有工艺依靠控制淬硬层深度相比，在合金大幅降低的前提下，利用组织相变来提高钢筋强度，而且本方法控制更简单，在现有生产设备无需改造就可进行批量生产。

所述的步骤S10，即冶炼并浇铸成铸坯具体包括：

步骤S11，铁水脱硫，采用喷镁粉脱硫工艺，控制出站铁水硫含量[S]≤0.010％，罐内脱硫渣要扒干净。

步骤S12，转炉顶底吹炼，废钢装入量占总装入量的10～15％；转炉采用顶-底复合吹炼，终点采用高拉补吹工艺，点吹次数≤2次；终渣碱度目标为2.8～3.8；转炉终点C控制目标≥0.07％；出钢温度(目标)为1650～1680℃；出钢时间3～9min，挡渣出钢，钢包渣层厚度≤100mm(目标)；脱氧及合金化：出钢1/4左右时，吨钢随钢流加入21～22.5kg硅锰铁、1～1.3kg碳化硅等合金脱氧，然后加入0.2-0.5kg铬铁、0.6-0.8kg硼铁和0～0.1kg碳粉；钢水出至3/4时合金、增碳剂必须全部加入，C、Si、Mn、Cr、B成分按内控范围的下限控制。

步骤S13，氩站吹氩，按内控目标值进行成分微调；吹氩10min，然后测温、取样，出站C、Si、Mn、Cr、B成分调整按目标值控制。

步骤S14，浇铸成铸坯，连铸采用大罐长水口和结晶器浸入式水口(浸入深度100～150mm)保护浇注；中包保护渣采用碱性保护渣，结晶器保护渣采用低碳钢保护渣；中包钢水温度在液相线15～25℃；二冷水采用soft2#水表配水；铸坯拉速应与钢水温度匹配，拉速控制目标1.6～1.8m/min。。

以下就具体实验比较进行说明。

实施例1

按照钢成分要求，其钢水化学成分为：C 0.427％、Si 0.465％、Mn 1.27％、P0.021％、S0.024％、Cr0.012％、B0.0011％；将钢在炉内加热到1050℃，保温120min以使钢充分奥氏体化。出炉后，开轧温度950℃，进行轧制道次开坯2道、粗中精轧共16个道次，总压缩比156，精轧后以5℃/s冷速冷却到670℃，上冷床后空冷到室温。

实施例2

按照钢成分要求，钢水化学成分为：C 0.42％、Si 0.573％、Mn 1.4％、P0.023％、S0.017％、Cr 0.017％、B0.0015％；将钢在炉内加热到1050℃，保温120min以使钢充分奥氏体化。出炉后，开轧温度950℃，进行轧制道次开坯2道、粗中精轧共16个道次，总压缩比110，精轧后以5℃/s冷速冷却到650℃范围内上冷床，上冷床后空冷到室温。

实施例3

按照钢成分要求，钢水化学成分为：C 0.448％、Si 0.391％、Mn 1.26％、P0.013％、S0.017％、Cr 0.011％、B0.0013％；将钢在炉内加热到1100℃，保温120min以使钢充分奥氏体化。出炉后，开轧温度1000℃，进行轧制道次开坯2道、粗中精轧共14个道次，总压缩比65，精轧后以7℃/s速冷速冷却到630℃范围内上冷床，上冷床后空冷到室温。

实施例4

按照钢成分要求，钢水化学成分为：C 0.46％、Si 0.35％、Mn 1.37％、P0.024％、S0.021％、Cr 0.020、B0.0017％；将钢在炉内加热到1100℃，保温120min以使钢充分奥氏体化。出炉后，开轧温度1000℃，进行轧制道次开坯2道、粗中精轧共12个道次，总压缩比40，精轧后以8℃/s冷速冷却到600℃范围内上冷床，上冷床后空冷到室温。

实施例5

按照钢成分要求，钢水化学成分为：C 0.42％、Si 0.575％、Mn 1.4％、P0.02％、S0.011％、Cr 0.010％、B0.0020％；将钢在炉内加热到1150℃，保温120min以使钢充分奥氏体化。出炉后，开轧温度1050℃，进行轧制道次开坯2道、粗中精轧共10个道次，总压缩比25，精轧后以8℃/s冷速冷却到560℃范围内上冷床，上冷床后空冷到室温。

以实施例1～5制得的PSB830精轧螺纹钢筋与现有市场PSB830精轧螺纹钢筋进行对比。对比样品1C：0.42％、Si：1.56％、Mn：0.83％、V：0.12％、P0.021％、S0.013％，余量为Fe；对比样品2，C：0.43％、Si：1.62％、Mn：0.88％、V：0.13％、P0.017％、S0.011％。

见下表1

表1

由上述表可知，本发明的生产方法与现有工艺依靠控制淬硬层深度相比，在合金大幅降低的前提下，利用组织相变来提高钢筋强度，而且本方法控制更简单，在现有生产设备无需改造就可进行批量生产。

实验结果表明，设计的成分和工艺能够满足性能的要求。对比产线销售价格，吨钢可以高1500-1800元，按照年生产500吨计算，可以创造75万元的经济效益。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种高强度精轧钢筋，其特征在于，所述钢筋的质量百分比包括：

C 0.42～0.46％、Si 0.3～0.60％、Mn 1.2～1.4％、P≦0.035％、S≦0.035％、Cr 0.010～0.020％、B 0.0010～0.0020％，其余为Fe和杂质元素。

2.如权利要求1所述的钢筋，其特征在于，所述钢筋的金相组织包括索氏体。

3.一种钢筋的生产方法，用于生产权利要求1或2所述的钢筋，其特征在于，所述方法包括：

冶炼并浇铸成铸坯；

对所述铸坯进行自然冷却；

对铸坯进行加热，加热时的均热温度为1050～1150℃，加热时间为110min～120min；

对铸坯进行轧制，轧制时的开轧温度为950～1050℃，进行轧制道次开坯2道、粗中精轧共10-16个道次，总压缩比25-156；

以5～8℃/s的速度冷却到560℃～670℃范围内。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述冶炼并浇铸成铸坯包括：

铁水脱硫；

转炉顶底吹炼；

氩站吹氩；

浇铸成铸坯。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述转炉顶底吹炼包括：

出钢1/4左右时，吨钢随钢流加入硅锰铁、碳化硅等合金脱氧，然后加入铬铁、硼铁和碳粉；

钢水出至3/4时合金、增碳剂必须全部加入，C、Si、Mn、Cr、B成分按内控范围的下限控制。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述浇铸成铸坯包括：中包钢水温度在液相线15～25℃，拉速控制目标1.6～1.8m/min。