CN105088075A

CN105088075A - 一种高强钢筋及其控制混凝土结构构件裂缝宽度的方法

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Publication number: CN105088075A
Application number: CN201510564285.6A
Authority: CN
Inventors: 姚圣法
Original assignee: JIANGSU TIANSHUN METAL MATERIAL GROUP CO Ltd
Current assignee: JIANGSU TIANSHUN METAL MATERIAL GROUP CO Ltd
Priority date: 2015-09-07
Filing date: 2015-09-07
Publication date: 2015-11-25

Abstract

本发明是一种高强钢筋，其化学成分及重量百分比为：C：0.2-0.28%，Si：0.5-0.8%，Mn：1.4-1.6%，V+Ti+Nb组合元素：0.1-0.25%，Cr：0.01-0.05%，Ni：0.01-0.05%，Cu：0.01-0.05%，Mo：0-0.01%，P≤0.025%，S≤0.025%，N：0.008-0.015%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述V+Ti+Nb组合元素为Ti和Nb中的至少一种与V的组合。本发明既可以提高屈服强度和抗拉强度，又不降低塑性，屈服强度可达600MPa级及以上，使高强钢筋用于一类环境下的混凝土结构构件时，其最大裂缝宽度限值可以在0.3mm以上。

Description

一种高强钢筋及其控制混凝土结构构件裂缝宽度的方法

技术领域

本发明涉及一种钢筋及其生产工艺，具体的说是一种高强钢筋及其控制混凝土结构构件裂缝宽度的方法。

背景技术

高强钢筋是指钢筋混凝土用和预应力钢筋混凝土用钢材，其横截面为圆形，有时为带有圆角的方形。包括光圆钢筋、带肋钢筋、扭转钢筋。现有技术中，钢筋按按力学性能分Ⅰ级钢筋(235/370级)；Ⅱ级钢筋(335/510级)；Ⅲ级钢筋(370/570)和Ⅳ级钢筋(540/835)。后两种钢筋即为高强钢筋。

高强钢筋种常见种类如下：

⑴微合金热轧带肋钢筋：通过添加钒(V)、铌(NB)等合金元素提高屈服强度和极限强度的热轧带肋钢筋。通过添加钒(V)、铌(NB)等合金元素，可以显著提高钢筋的屈服强度和极限强度、同事延性和施工适应性能较好。其牌号为HRB，如标注为HRB400、HRB500的高强钢筋，就分别代表为微合金化的屈服强度标准值为400MPA级、500Mpa级的热轧带肋钢筋。由于要增加微合金，原料成本较高，国内钒(V)、铌(NB)等合金元素储量不足，后期要依靠进口。二次回炉成本高，由于加入了合金元素，回炉后，钢水中含有大量合金，二次使用轧制质量不稳定。分离合金技术不成熟，分离成本高。

⑵高延性冷轧带肋钢筋：热轧圆盘条经冷轧成型及回火热处理获得的具有较高延性的冷轧带肋钢筋。高延性冷轧带肋钢筋，是国内近年来研制开发的新型高强带肋钢筋，其生产工艺增加了回火热处理过程，有明显的屈服点，强度和伸长率指标均有显著提高列入了国家行业标准《冷轧带肋钢筋混凝土结构技术规程》JGJ95-2011中。CRB600H高延性冷轧带肋钢筋抗拉强度标准值为600Mpa，屈服强度标准值520Mpa，抗拉强度设计值415MPA，最大力下总伸长率(均匀伸长率)≧5％。此种钢筋可加工性能良好，而价格却较低，用作板类构件的受力钢筋和分布钢筋以及梁、柱中的箍筋构造钢筋，既可减少钢筋用量，又可降低造价，社会效益和经济效益均十分明显。2012年国家住房建设部开始推广，起步较晚，各地产能有待增加。

⑶余热处理钢筋：以轧钢时进行淬水处理并利用芯部的余热对钢筋的表层实现回火，提高钢筋强度并避免脆性，余热处理钢筋的牌号为RRB。如标注为RRB400的高强钢筋，就代表为余热处理的屈服强度标准值为400Mpa级的热轧带肋钢筋。此种钢筋只需在轧钢最后过程中以淬水方式进行热处理，其成本最低，强度能达到高强钢筋的要求，但延性、可焊性及施工适应性相对较差。

⑷细晶粒热轧带肋钢筋：通过轧钢是进行淬水处理并利用芯部的余热对钢筋的表层实现回火，以提高强度避免脆性的热轧带肋钢筋。轧钢是采用特殊的控扎和控冷工艺，是钢筋金相组织的晶粒细化、强度提高。该工艺既能提高强度又保持了较好的延性，达到了混凝土结构中使用高强钢筋的要求。细晶粒钢筋的其牌号为HRBF，如标注为HRBF400、HRBF500的高强钢筋，就代表为细晶粒化的屈服强度标准值为400MPA级、500MPA级的热轧带肋钢筋。此种钢筋需要较大的设备投入与较高的工艺要求，钢筋的强度指数与延性性能都能满足要求，可焊性一般。

以上现有的高强钢筋屈服强度都达不到600MPa级及以上。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，如何平衡V+Ti+Nb组合元素的析出强化和细晶强化，既可以提高屈服强度和抗拉强度，又不降低塑性，屈服强度可达600MPa级及以上，使高强钢筋用于一类环境下的混凝土结构构件时，其最大裂缝宽度限值可以在0.3mm以上。

为了解决以上技术问题，本申请发明人通过研究发现，将钢的成分中V、Ti、Nb与其它必要元素进行合理的组合，可解决以上技术问题。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种高强钢筋，其化学成分及重量百分比为：C：0.2-0.28％，Si：0.5-0.8％，Mn：1.4-1.6％，V+Ti+Nb组合元素：0.1-0.25％，Cr：0.01-0.05％，Ni：0.01-0.05％，Cu：0.01-0.05％，Mo：0-0.01％，P≤0.025％，S≤0.025％，N：0.008-0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述V+Ti+Nb组合元素为Ti和Nb中的至少一种与V的组合。其中，V+Ti+Nb组合元素中，V、Ti和Nb占整个高强钢筋的重量百分比分别为：V：0.05-0.25％，Ti：0.02-0.1％，Nb：0.005-0.05％。

本发明高强钢筋的生产工艺流程为：转炉冶炼、LF精炼、小方坯连铸、棒材轧制和冷床冷却；其中，转炉冶炼、LF精炼以及小方坯连铸都为现有工艺，小方坯连铸采用洁净钢和无缺陷连铸坯的工艺技术，合金成分和钢中氮气含量和精确控制，连铸坯的内在和表面质量优良的连铸小方坯；其中棒材轧制工序中，轧制速度为11.0-18.0m/s，加热段温度为1100±50℃，均热段温度为1200±50℃，开轧温度为1100±40℃；冷床冷却工序中，上冷床温度≥960℃。本发明采用的控轧控冷技术轧制，以充分发挥微合金元素的作用，完成钢材的组织控制，确保强度和塑性性能符合标准或相关技术要求，本发明高强钢筋的屈服强度可达到600MPa级及以上。

本发明的高强钢筋控制混凝土结构构件裂缝宽度的方法，将本发明的高强钢筋用于一类环境下的混凝土结构构件，将混凝土结构构件的最大裂缝宽度限值设定为0.35-0.45mm。

本发明钢成分中各元素的作用为：

碳(C)：钢中C在钢中形成各种碳化物，显著提高钢的强度，钢筋的屈服强度和抗拉强度随C含量增加而升高，塑性降低，焊接性能恶化；为了平衡钢的屈服强度、抗拉强度随和塑性，使本发明的高强钢盘具有较高的屈服强度和抗拉强度，但又不降低塑性，故控制C：0.2-0.28％。

硅(Si)：钢中Si能溶解于铁素体中提高其强度，钢筋中Si含量大于0.50％时，屈服强度和抗拉强度随Si增加有明显提升，塑性降低，焊接性能恶化，为了平衡钢的屈服强度、抗拉强度随和塑性，使本发明的高强钢盘具有较高的屈服强度和抗拉强度，但又不降低塑性，故控制Si：0.5-0.8％。

锰(Mn)：钢中Mn能溶解于渗碳体中或以固溶状态存在，显著提高钢的强度，螺纹钢筋的屈服强度和抗拉强度随Mn含量增加而升高，降低焊接性能，为了平衡钢的屈服强度、抗拉强度随和塑性，使本发明的高强钢盘具有较高的屈服强度和抗拉强度，但又不降低塑性，故控制Mn：1.4-1.6％。

V+Ti+Nb组合元素的作用：钢筋的热轧过程中的应变诱导析出的Nb、V、Ti的氮化物沉淀在晶界或亚晶界和位错上，阻止奥氏体在晶粒和位错起的运动，起钉扎作用，抑制了再结晶过程的进行；TiN和Nb(CN)在热轧过程中其在钢中弥散分布对控制高温下结晶的长大有强烈的抑制作用；Nb、V、Ti的碳化物和氮化物在奥氏体中有一定的溶解度，在轧制过程中这些微合金元素提高了奥氏体的稳定性，降低了发生共析铁素体和珠光体的温度范围，使形成的铁素体和珠光体更细小。

本发明控制N含量为0.008-0.015％，配合V+Ti+Nb组合元素的含量，可以平衡析出强化和细晶强化，既可以提高钒碳氮化物的析出驱动力，同时又可以增加细小析出相的比例，提高了屈服强度。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的高强钢筋，其化学成分及重量百分比为：C：0.2％，Si：0.51％，Mn：1.42％，V：0.19％，Ti：0.03％，Nb：0.014％，Cr：0.01％，Ni：0.01％，Cu：0.01％，P：0.009％，S：0.003％，N：0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。

前述的高强钢筋，其化学成分及重量百分比为：C：0.22％，Si：0.71％，Mn：1.51％，V：0.22％，Nb：0.009％，Cr：0.025％，Ni：0.03％，Cu：0.02％，Mo：0.01％，P：0.008％，S：0.009％，N：0.009％，余量为Fe和不可避免的杂质。

前述的高强钢筋，其化学成分及重量百分比为：C：0.28％，Si：0.78％，Mn：1.6％，V：0.14％，Ti：0.027％，Cr：0.05％，Ni：0.05％，Cu：0.05％，Mo：0.008％，P：0.025％，S：0.025％，N：0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明的有益效果是：本发明将钢的成分中V、Ti、Nb与其它必要元素进行合理的组合，既可以提高屈服强度和抗拉强度，又不降低塑性，屈服强度可达600MPa级及以上，使高强钢筋用于一类环境下的混凝土结构构件时，其最大裂缝宽度限值可以在0.3mm以上。

具体实施方式

实施例1

本实施例的高强钢筋，其化学成分及重量百分比为：C：0.2％，Si：0.51％，Mn：1.42％，V：0.19％，Ti：0.03％，Nb：0.014％，Cr：0.01％，Ni：0.01％，Cu：0.01％，P：0.009％，S：0.003％，N：0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。

本实施例高强钢筋的生产工艺流程为：转炉冶炼、LF精炼、小方坯连铸、棒材轧制和冷床冷却；其中，转炉冶炼、LF精炼以及小方坯连铸都为现有工艺，小方坯连铸采用洁净钢和无缺陷连铸坯的工艺技术，合金成分和钢中氮气含量和精确控制，连铸坯的内在和表面质量优良的连铸小方坯；其中棒材轧制工序中，轧制速度为11.0m/s，加热段温度为1100℃，均热段温度为1200℃，开轧温度为1100℃；冷床冷却工序中，上冷床温度960℃。本发明采用的控轧控冷技术轧制，以充分发挥微合金元素的作用，完成钢材的组织控制，确保强度和塑性性能符合标准或相关技术要求。

本实施例的高强钢筋控制混凝土结构构件裂缝宽度的方法，将本实施例的高强钢筋用于一类环境下的混凝土结构构件，将混凝土结构构件的最大裂缝宽度限值设定为0.35mm。

实施例2

本实施例的高强钢筋，其化学成分及重量百分比为：C：0.22％，Si：0.71％，Mn：1.51％，V：0.22％，Nb：0.009％，Cr：0.025％，Ni：0.03％，Cu：0.02％，Mo：0.01％，P：0.008％，S：0.009％，N：0.009％，余量为Fe和不可避免的杂质。

本实施例高强钢筋的生产工艺流程为：转炉冶炼、LF精炼、小方坯连铸、棒材轧制和冷床冷却；其中，转炉冶炼、LF精炼以及小方坯连铸都为现有工艺，小方坯连铸采用洁净钢和无缺陷连铸坯的工艺技术，合金成分和钢中氮气含量和精确控制，连铸坯的内在和表面质量优良的连铸小方坯；其中棒材轧制工序中，轧制速度为15.0m/s，加热段温度为1050℃，均热段温度为1150℃，开轧温度为1060℃；冷床冷却工序中，上冷床温度980℃。本发明采用的控轧控冷技术轧制，以充分发挥微合金元素的作用，完成钢材的组织控制，确保强度和塑性性能符合标准或相关技术要求。

本实施例的高强钢筋控制混凝土结构构件裂缝宽度的方法，将本实施例的高强钢筋用于一类环境下的混凝土结构构件，将混凝土结构构件的最大裂缝宽度限值设定为0.40mm。

实施例3

本实施例的高强钢筋，其化学成分及重量百分比为：C：0.28％，Si：0.78％，Mn：1.6％，V：0.14％，Ti：0.027％，Cr：0.05％，Ni：0.05％，Cu：0.05％，Mo：0.008％，P：0.025％，S：0.025％，N：0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。

本实施例的高强钢筋的生产工艺流程为：转炉冶炼、LF精炼、小方坯连铸、棒材轧制和冷床冷却；其中，转炉冶炼、LF精炼以及小方坯连铸都为现有工艺，小方坯连铸采用洁净钢和无缺陷连铸坯的工艺技术，合金成分和钢中氮气含量和精确控制，连铸坯的内在和表面质量优良的连铸小方坯；其中棒材轧制工序中，轧制速度为18.0m/s，加热段温度为1150℃，均热段温度为1250℃，开轧温度为1140℃；冷床冷却工序中，上冷床温度990℃。本发明采用的控轧控冷技术轧制，以充分发挥微合金元素的作用，完成钢材的组织控制，确保强度和塑性性能符合标准或相关技术要求。

本实施例的高强钢筋控制混凝土结构构件裂缝宽度的方法，将本实施例的高强钢筋用于一类环境下的混凝土结构构件，将混凝土结构构件的最大裂缝宽度限值设定为0.45mm。

实施例1-3的高强钢筋性能如下表如示：

	ReL/Mpa	Rm/Mpa	A/％	Agt/％	Rm/ReL
						实施例1	650	819	21.6	10.6	1.26
实施例2	633	830	22.5	13	1.31
						实施例3	650	819	21.6	10.6	1.26

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种高强钢筋，其特征在于：其化学成分及重量百分比为：C：0.2-0.28%，Si：0.5-0.8%，Mn：1.4-1.6%，V+Ti+Nb组合元素：0.1-0.25%，Cr：0.01-0.05%，Ni：0.01-0.05%，Cu：0.01-0.05%，Mo：0-0.01%，P≤0.025%，S≤0.025%，N：0.008-0.015%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述V+Ti+Nb组合元素为Ti和Nb中的至少一种与V的组合。

2.如权利要求1所述的高强钢筋，其特征在于：所述V+Ti+Nb组合元素中，V、Ti和Nb占整个高强钢筋的重量百分比分别为：V：0.05-0.25%，Ti：0.02-0.1%，Nb：0.005-0.05%。

3.如权利要求2所述的高强钢筋，其特征在于：其化学成分及重量百分比为：C：0.2%，Si：0.51%，Mn：1.42%，V：0.19%，Ti：0.03%，Nb：0.014%，Cr：0.01%，Ni：0.01%，Cu：0.01%，P：0.009%，S：0.003%，N：0.008%，余量为Fe和不可避免的杂质。

4.如权利要求2所述的高强钢筋，其特征在于：其化学成分及重量百分比为：C：0.22%，Si：0.71%，Mn：1.51%，V：0.22%，Nb：0.009%，Cr：0.025%，Ni：0.03%，Cu：0.02%，Mo：0.01%，P：0.008%，S：0.009%，N：0.009%，余量为Fe和不可避免的杂质。

5.如权利要求2所述的高强钢筋，其特征在于：其化学成分及重量百分比为：C：0.28%，Si：0.78%，Mn：1.6%，V：0.14%，Ti：0.027%，Cr：0.05%，Ni：0.05%，Cu：0.05%，Mo：0.008%，P：0.025%，S：0.025%，N：0.015%，余量为Fe和不可避免的杂质。

6.如权利要求1-5中任一权利要求所述的高强钢筋控制混凝土结构构件裂缝宽度的方法，其特征在于：将所述的高强钢筋用于一类环境下的混凝土结构构件，将所述混凝土结构构件的最大裂缝宽度限值设定为0.35-0.45mm。