CN106222547B - 一种1200MPa级高强塑性钢筋及热处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种1200MPa级高强塑性钢筋及热处理方法，钢筋的化学成分及各元素重量百分比为C：0.20％‑0.25％，Si：0.30％‑0.60％，Mn：1.5％‑2.0％，V：0.04‑0.17％，Cr：0.2‑1.0％，Ni：0‑1.0％，P≤0.030％，S≤0.030％，其余为铁及不可避免的杂质。采用不同于常规热处理钢筋使用的中碳低合金钢40Si2Cr，而是在20MnSiV基础上优化了Si、Mn、V合金元素的加入量，适当添加Ni、Cr，同时采用适度淬火工艺，使工件温度快速降至Ms～Mf℃范围内，主要通过保留一部分残余奥氏体，在后续应力条件下发生马氏体相变，大幅提升强塑性，强塑积≥15GPa的屈服强度≥1200MPa、抗拉强度1430～1570MPa、伸长率10～12％并且耐延迟断裂的高强塑性。

Description

一种1200MPa级高强塑性钢筋及热处理方法
技术领域
本发明属于轧钢技术领域，特别是涉及一种1200MPa级高强塑性钢筋及热处理方法，更具体地说，本发明涉及一种强塑积≥15GPa的屈服强度≥1200MPa、抗拉强度1430～1570MPa、伸长率10～12％，并且耐延迟断裂的高强塑性钢筋热处理工艺方法。
背景技术
目前国内外生产屈服强度高于700MPa的高强塑性钢筋的生产工艺基本为热处理钢筋，钢厂将热轧的带肋钢筋(中碳低合金钢40Si2Cr)经淬火和高温回火调质处理而成的，即以热处理状态交货。热处理钢筋强度高，用材省，锚固性好，预应力稳定，主要用作预应力钢筋混凝土轨枕，也可以用于预应力钢筋混凝土板、吊车梁等构件。由于常规热处理钢筋的成分中碳含量较高，不利于焊接。同时常规1200MPa级钢筋热处理工艺是淬火加高温回火，强度高但是延伸率却很低，通常低于6％。极易造成工件在加工和和使用过程中发生脆断。亟待一种能够大幅提高钢筋强度和塑性的热处理新工艺。本发明为了提高1200MPa级热处理钢筋的塑性，提供了一种热处理工艺方法，能够大幅提高强塑性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种1200MPa级高强塑性钢筋及热处理方法，解决了屈服强度1200MPa条件下现有技术的伸长率过低的问题。经本发明热处理工艺处理后的1200MPa级高强塑性钢筋获得优良的力学性能，其中屈服强度≥1200MPa、抗拉强度1430～1570MPa、伸长率10～12％，强塑积≥15GPa，从边部到心部的显微组织主要是回火索氏体+残余奥氏体+少量铁素体。
本发明采用不同于常规热处理钢筋使用的中碳低合金钢40Si2Cr，而是在20MnSiV基础上优化了Si、Mn、V合金元素的加入量，适当添加Ni、Cr，同时通过适度淬火工艺，提供了一种强塑积≥15GPa的屈服强度≥1200MPa、抗拉强度1430～1570MPa、伸长率10～12％并且耐延迟断裂的高强塑性钢筋热处理工艺方法。
本发明1200MPa级高强塑性钢筋的化学成分及各元素重量百分比为C：0.20％-0.25％，Si：0.30％-0.60％，Mn：1.5％-2.0％，V：0.04-0.17％，Cr：0.2-1.0％，Ni：0-1.0％，P≤0.030％，S≤0.030％，其余为铁及不可避免的杂质。
本发明的1200MPa级高强塑性钢筋的热处理工艺如下：
(1)冶炼连铸工艺为常规工艺，主要是控制成分和夹杂物，为轧制提供符合国标要求的合格连铸坯；
(2)轧钢生产，钢坯加热温度为1100℃-1200℃，钢坯出炉温度为1050℃-1150℃，开轧温度为1000℃-1100℃，终轧温度为950℃-1050℃；对从精轧机组最后一架轧机出来的钢筋以大于10m/s速度运行并且钢筋温度在950℃以上的表面进行快速冷却处理使高温高速运行着的钢筋快速冷却至室温。
(3)适度淬火热处理工艺：将钢筋(或棒线材)送入加热炉重新加热到奥氏体化温度以上(本发明成分控制范围760～1100℃)，然后采用适度淬火工艺，即进行6～18s(或平均冷却速度60～200℃/s)淬火至目标温度Ms～Mf之间(本发明成分淬火至180～380℃)。再快速进等温处理炉，控制碳分配等温处理温度300～550℃，等温处理时间15～30min，按照直径不同进行调整，试样经碳分配处理后出炉水冷至室温。同时可以根据用户对组织、力学性能的需求来调整工艺参数。
本发明的创新点是：
(1)本发明与常规工艺淬火至室温不同，而是采用适度淬火工艺，快速冷却至Ms～Mf之间，从而控制钢中的显微组织为回火索氏体和少量的残余奥氏体；
(2)在后续碳分配等温处理过程中可以实现碳的扩散和再分配，从而保持残余奥氏体的稳定性，进而在后续变形过程中残余奥氏体发生相变，大幅提高强塑性。
(3)本发明采用低碳成分系，大幅降低碳含量，在20MnSiV基础上优化了Si、Mn、V合金元素的加入量，适当添加Ni、Cr，在达到优良的力学性能的同时保证了后续深加工过程中的焊接性能。
附图说明
图1是实施例1-1中热处理钢筋的边部显微组织(回火索氏体+残余奥氏体+少量铁素体)。
图2是实施例1-1中热处理钢筋的1/4D处显微组织。
图3是实施例1-1中热处理钢筋的心部显微组织。
图4是实施例2-1中热处理钢筋的边部显微组织。
图5是实施例2-1中热处理钢筋的1/4D处显微组织。
图6是实施例2-1中热处理钢筋的心部显微组织。
图7是实施例2-5中热处理钢筋的边部显微组织。
图8是实施例2-5中热处理钢筋的1/4D处显微组织。
图9是实施例2-5中热处理钢筋的心部显微组织。
具体实施方式
实施例1：
1)试验钢筋1的内控化学成分：C 0.25％、Si 0.76％、Mn 1.78％、P 0.015％，S0.017％、Cr 0.28％，Ni 0.006％，V 0.042％，Fe余量。
2)对铸坯常规加热后进行热轧，轧制规格为Φ20mm，钢坯加热温度为1100℃-1200℃，钢坯出炉温度为1050℃-1150℃，开轧温度为1000℃-1100℃，终轧温度为950℃-1050℃；终轧速度12.5m/s；经过轧后快速冷却和冷床冷却后降至室温。
3)热处理工艺：奥氏体化温度850～880℃，保温30分钟，出炉后淬火，淬火时间12s，然后进入300℃回火炉中进行10～30min的碳分配处理，试样分配处理完毕后水冷至室温。
实施例2：
1)试验钢筋1的内控化学成分：C 0.22％、Si 0.51％、Mn 1.57％、P 0.026％，S0.027％、Cr 0.9％，Ni 0.95％，V 0.17％，Fe余量。
2)对铸坯常规加热后进行热轧，轧制规格为Φ25mm，钢坯加热温度为1100℃-1200℃，钢坯出炉温度为1050℃-1150℃，开轧温度为1000℃-1100℃，终轧温度为950℃-1050℃；终轧速度11.8m/s；经过轧后快速冷却和冷床冷却后降至室温。
3)热处理工艺：奥氏体化温度760～860℃，保温30分钟，出炉后淬火，淬火时间9～12s，然后进入400℃回火炉中进行10～30min的碳分配处理，试样分配处理完毕后水冷至室温。
表1各实施例和对比例的化学成分对比
表2各实施例和对比例经热处理后的力学性能对比
注：实施例2-5中的显微硬度：边部，412,439；1/4处：457，459.9；心部：481.4，483.6；力学性能均优于对比例(常规工艺)的强塑性指标。

Claims (2)

1.一种1200MPa级高强塑性钢筋，其特征在于，该钢筋的化学成分及各元素重量百分比为C：0.20％-0.25％，Si：0.30％-0.60％，Mn：1.5％-2.0％，V：0.04-0.17％，Cr：0.2-1.0％，Ni：0-1.0％，P≤0.030％，S≤0.030％，其余为铁及不可避免的杂质；
热处理后从边部到心部的显微组织主体是回火索氏体+残余奥氏体+少量铁素体。
2.一种权利要求1所述的1200MPa级高强塑性钢筋的热处理方法，其特征在于，工艺步骤及控制的技术参数如下：
(1)冶炼连铸工艺为常规工艺，控制成分和夹杂物，为轧制提供符合国标要求的合格连铸坯；
(2)轧钢生产，钢坯加热温度为1100℃-1200℃，钢坯出炉温度为1050℃-1150℃，开轧温度为1000℃-1100℃，终轧温度为950℃-1050℃；对从精轧机组最后一架轧机出来的钢筋以大于10m/s速度运行并且钢筋温度在950℃以上的表面进行快速冷却处理冷速Vcooling≥100℃/s，使高温高速运行着的钢筋快速冷却至室温；
(3)热处理工艺：将钢筋送入加热炉重新加热到奥氏体化温度控制范围760～1100℃，然后进行6～18s或平均冷却速度60～200℃/s淬火至目标温度Ms～Mf之间，即成分淬火至180～380℃；再进等温处理炉，控制碳分配等温处理温度300～550℃，等温处理时间15～30min，按照直径不同进行调整，试样经碳分配处理后出炉水冷至室温；
经热处理工艺处理后的1200MPa级高强塑性钢筋获得优良的力学性能，其中屈服强度≥1200MPa、抗拉强度1430～1570MPa、伸长率10～12％，强塑积≥15GPa，从边部到心部的显微组织主体是回火索氏体+残余奥氏体+少量铁素体。
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