CN106967928A - 一种650MPa级高强度抗震钢筋用钢及其制备方法 - Google Patents

一种650MPa级高强度抗震钢筋用钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种650MPa级高强度抗震钢筋用钢，包括如下质量百分比的组分：C：0.10～0.4wt％；Mn：1.5～3.0wt％；Si：0.00～2.0wt％；Cr：0.20～1.0wt％；Al：0.20～1.6wt％；P：0.001～0.15wt％；S：0.001～0.015wt％；其余为Fe及不可避免的杂质元素。本发明还公开一种650MPa级高强度抗震钢筋用钢的制备方法。与现有抗震钢筋相比，采用本发明的制备方法生产的抗震钢筋，可增加钢结构的强度、降低排筋密度，提高建筑物的抗震性能，增加抗震的安全裕量，其显微组织为铁素体+贝氏体+马氏体复相组织，或者贝氏体+马氏体复相组织，并含有一定量的残余奥氏体。本发明的抗震钢筋屈服强度Rp0.2≥650MPa，强屈比≥1.45，最大力下的延伸率≥14.5％，强塑积≥25000MPa.％。

Description

一种650MPa级高强度抗震钢筋用钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及低合金高强钢。更具体地，涉及一种650MPa级高强度抗震钢筋用钢及其制备方法。
背景技术
地壳运动目前已进入活跃期，由于地震等自然灾害频发并造成灾难性后果，因此，对建筑结构的抗震性能和建筑用钢筋性能要求越来越高。最新国家标准1499.2～2007规定，抗震钢筋在满足普通钢筋生产的所有条件下，还需满足以下机械性能要求：1)钢筋实测抗拉强度与实测屈服强度之比不小于1.25；2)钢筋实测屈服强度与标准规定的屈服强度特征值之比不大于1.30；3)钢筋的最大力总伸长率不小于9％。
高强度级别钢筋在能节省钢材用量的同时，具有强度高、安全储备量大、抗震性能好等优势，更适用于高层、大跨度和抗震建筑结构，是一种更节约、更高效的新型建筑材料，也是钢筋发展的趋势。
我国现行抗震钢筋多采用HRB400E级别，HRB500级别抗震钢筋处于研发初级阶段，尚未形成大批量稳定生产，仅少数企业能生产HRB500E钢筋，且在生产中出现诸多问题。同时，国内也已开始600MPa级热轧钢筋的研发，并取得一定进展。目前，国内600MPa级钢筋的研发主要通过添加钒、铌、钛微合金化方法来提高强度，但突出的问题是强屈比偏低，不能满足抗震性能等问题，如公开号为102839334A，名称为“一种600MPa级的热轧带肋钢筋用钢及其冶炼方法”的专利，其V含量为0.15～0.25wt％，Rm/ReL<1.25，未列出Agt；公开号为102383033A，名称为“一种600MPa级含钒高强热轧钢筋及其生产方法”的专利亦存在类似问题。
江苏永钢集团申请的名为“一种600MPa级细晶高强抗震钢筋生产方法”专利103911554A，虽然其强度达到600MPa级别，但其强屈比为1.25～1.28，最大力下总延伸率最小为9.5，其强塑积＜20000MPa.％，与国家标准1499.2～2007的规定要求相比，安全裕量有较大提升空间，且生产过程控制要求高。武钢集团昆明钢铁股份有限公司申请名为“铌钛硼微合金HRB600高强度抗震钢筋及其制备”的专利102796962A，虽然满足抗震要求，但是，其屈强比处于1.25～1.30，强塑积＜21000MPa.％，安全裕量有较大提升空间，且其工艺控制相对复杂，需要在较低温度轧制和轧后超快速冷却，对设备要求较高。可见，上述专利热轧高强度钢筋采用的强化手段主要是通过微合金化技术和控轧控冷细化晶粒来实现，但是细化晶粒易导致强屈比降低，对抗震性能不利。
其他相关专利所申请的600MPa级别抗震钢筋亦存在相类似的问题。总体而言，国内尽管有600MPa高强度钢筋研发报道，但截止目前，国内未见600MPa级抗震钢筋批量稳定生产的报道。国际上，如美国、日本等亦进行了600MPa级别抗震钢筋的研发工作，但截至目前未见批量稳定生产和规模推广使用的报道。因此，为解决目前国内高强度抗震钢筋研发过程中存在的缺陷与不足，并顺应国际国内抗震钢筋朝着高强度级别发展的趋势，本发明公开一种650MPa级高强度抗震钢筋用钢及其制备方法。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种650MPa级高强度抗震钢筋用钢。通过合适的成分设计和制备方法设计，最终获得含有一定量残余奥氏体的“铁素体+贝氏体+马氏体”或“贝氏体+马氏体”复相组织，充分利用残余奥氏体的TRIP效应，明显提高屈服强度、强屈比和强塑积，使得抗震安全裕度大幅度提高。
本发明的另一个目的在于提供一种650MPa级高强度抗震钢筋用钢的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种650MPa级高强度抗震钢筋用钢，包括如下质量百分比的组分：C：0.10～0.4wt％；Mn：1.5～3.0wt％；Si：0.00～2.0wt％；Cr：0.20～1.0wt％；Al：0.20～1.6wt％；P：0.001～0.15wt％；S：0.001～0.015wt％；其余为Fe及不可避免的杂质元素。
碳元素：是钢中典型的强化元素，在提高强度的同时能大大提高钢种的淬透性。
锰元素：在起到固溶强化作用的同时，可增加钢种的淬透性，显著延缓高温珠光体转变，而对低温贝氏体转变的影响较小，甚至能将钢种CCT曲线的高温珠光体转变区和贝氏体转变区分离。
硅元素和铝元素：不仅可以抑制碳化物析出从而使无碳化物贝氏体和残余奥氏体容易获得，而且能提高钢种的Ac3点，为钢种热处理的多样性提供了基础。
铬元素：能提高钢种的淬透性，同时具有固溶强化的作用。
一种650MPa级高强度抗震钢筋用钢的制备方法
方法一：包括如下步骤：
1)将权利要求1中所述质量百分比的组分采用常规炼钢工艺进行冶炼，然后轧制成的钢筋，将所述钢筋冷却至室温；
2)将冷却后钢筋加热至Ac1～Ac3或Ac3+50～80℃保温1～2h；将保温处理后的钢筋，以大于钢种CCT曲线上发生马氏体转变的临界冷速冷却至(Ms～100)℃～MS，然后进入至(MS～50)～(Ms+100)℃保温2～3h，然后冷却至室温。
方法二：包括如下步骤：
1)将权利要求1中所述质量百分比的组分采用常规炼钢工艺进行冶炼，并在终轧温度＞850℃的条件下轧制成的钢筋；
2)将所述钢筋，以大于钢种CCT曲线上发生马氏体转变的临界冷速冷却至(Ms～100)℃～MS某一温度，然后进入至(MS～50)～(Ms+100)℃保温2～3h，然后冷却至室温。
进一步，所述冷却包括空冷、水冷、雾冷或风冷。
进一步，步骤2)中，冷却至室温后的钢筋可以在200～450℃进行中低温回火处理2～3h，以增加钢筋在使用过程中的性能稳定性。
本发明的钢种在通用炼钢和轧制设备上，采用常规工艺进行冶炼、铸造和轧制后，再经适当热处理后，其屈服强度Rp0.2≥650MPa，强屈比(Rm/Rp0.2)≥1.45，断后延伸率A＞22％，最大力下的延伸率≥14.5％，强塑积≥25000MPa.％，具有高强度、高强区比和高强塑积，可达到650MPa级抗震钢筋性能要求，安全裕量充足，表现出优良的抗震性能。
本发明中出现的Ac1：钢在加热过程中，从体心立方的铁素体组织开始转变为面心立方的奥氏体组织的开始温度。Ac3：钢在加热过程中，从体心立方的铁素体组织完全转变为面心立方的奥氏体组织的结束温度。Ms：钢中奥氏体从高温冷却过程中，开始发生马氏体相变的温度。本发明的制备方法一和方法二的步骤2)中，要求以大于钢种CCT曲线上发生马氏体转变的临界冷速冷却，是为了避免在该段处理过程出现先共析铁素体而不利于钢筋的综合性能。
在本发明的钢种体系成分中，无其他特别限定。
本发明的有益效果如下：
1、与现有抗震钢筋相比，采用本发明的制备方法生产的抗震钢筋，可增加钢结构的强度、降低排筋密度，提高建筑物的抗震性能，增加抗震的安全裕量。
2、本发明的抗震钢筋屈服强度≥650MPa，强屈比≥1.45，最大力下的延伸率≥14.5％，强塑积≥25000MPa.％。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1：示出了本发明方法一制备的高强度抗震钢筋用钢的显微组织结构图。图2：示出了本发明方法二制备的高强度抗震钢筋用钢的显微组织结构图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
表1不同实施例制备的抗震钢筋用钢的组分及含量(质量百分数)
实施例 C/wt％ Mn/wt％ Cr/wt％ Si/wt％ Al/wt％ P/wt％ S/wt％
实施例1 0.10 2.99 0.30 2.00 0.20 0.012 0.013
实施例2 0.15 1.98 0.61 1.55 0.48 0.001 0.009
实施例3 0.18 2.08 0.35 1.32 0.62 0.008 0.007
实施例4 0.20 1.85 0.48 1.11 0.86 0.011 0.007
实施例5 0.24 1.78 0.32 0.81 1.42 0.007 0.009
实施例6 0.28 1.62 0.26 0.68 1.24 0.007 0.009
实施例7 0.40 1.50 0.20 0.15 1.60 0.006 0.001
实施例8 0.17 1.62 1.00 0.96 1.05 0.011 0.012
实施例1
一种650MPa级高强度抗震钢筋用钢的制备方法
方法一：包括如下步骤：
1)按照表1的配方，将不同的组分在采用常规炼钢工艺进行冶炼，然后轧制成的钢筋，将所述钢筋空冷或缓冷至室温；
2)将冷却后钢筋加热至950℃保温1.5h进行奥氏体化；将保温处理后的钢筋采用水冷、雾冷、风冷或空冷冷却至350℃，再放入380℃保温2h，然后空冷至室温。
方法二：包括如下步骤：
1)按照表1的配方，将不同的组分采用常规炼钢工艺进行冶炼，并在950℃轧制成的钢筋；
2)将所述钢筋采用水冷、雾冷、风冷或空冷冷却至350℃，再放入380℃热处理炉中保温2h，然后空冷至室温。
实施例2
一种650MPa级高强度抗震钢筋用钢的制备方法
方法一：包括如下步骤：
1)按表1的配方，将不同的组分采用常规炼钢工艺进行冶炼，然后轧制成的钢筋，将所述钢筋空冷或缓冷至室温；
2)将冷却后钢筋加热至930℃保温1h进行奥氏体化；将保温处理后的钢筋采用水冷、雾冷、风冷或空冷冷却至350℃，再放入380℃保温2h，然后空冷至室温。
方法二：包括如下步骤：
1)按表1的配方，将不同的组分采用常规炼钢工艺进行冶炼，并在930℃轧制成的钢筋；
2)将所述钢筋采用水冷、雾冷、风冷或空冷冷却至350℃，再放入380℃热处理炉中保温2h，然后冷却至室温。
实施例3
一种650MPa级高强度抗震钢筋用钢的制备方法
方法一：包括如下步骤：
1)按表1的配方，将不同的组分采用常规炼钢工艺进行冶炼，然后轧制成的钢筋，将所述钢筋空冷或缓冷至室温；
2)将冷却后钢筋加热至900℃保温1h进行奥氏体化；将保温处理后的钢筋采用水冷、雾冷、风冷或空冷冷却至350℃，再放入380℃保温2h，然后空冷至室温。
方法二：包括如下步骤：
1)按表1的配方，将不同的组分采用常规炼钢工艺进行冶炼，并在900℃轧制成的钢筋；
2)将所述钢筋采用水冷、雾冷、风冷或空冷冷却至350℃，再放入380℃热处理炉中保温2h，然后冷却至室温。
实施例4
一种650MPa级高强度抗震钢筋用钢的制备方法
方法一：包括如下步骤：
1)按表1的配方，将不同的组分采用常规炼钢工艺进行冶炼，然后轧制成的钢筋，将所述钢筋空冷或缓冷至室温；
2)将冷却后钢筋加热至880℃保温1h进行奥氏体化；将保温处理后的钢筋采用水冷、雾冷、风冷或空冷冷却至340℃，再放入370℃保温2h，然后冷却至室温；
3)冷却后的钢筋在350℃进行低温回火处理2h。
方法二：包括如下步骤：
1)按表1的配方，将不同的组分采用常规炼钢工艺进行冶炼，并在880℃轧制成的钢筋；
2)将所述钢筋采用水冷、雾冷、风冷或空冷冷却至340℃，再放入370℃热处理炉中保温2h，然后冷却至室温；最后将冷却后的钢筋在350℃进行低温回火处理2h。
实施例5
一种650MPa级高强度抗震钢筋用钢的制备方法
方法一：包括如下步骤：
1)按表1的配方，将不同的组分采用常规炼钢工艺进行冶炼，然后轧制成的钢筋，将所述钢筋空冷或缓冷至室温；
2)将冷却后钢筋加热至860℃保温1h；将保温处理后的钢筋采用水冷、雾冷、风冷或空冷冷却至350℃，再放入350℃热处理炉中保温2～3h，然后空冷至室温；
3)冷却后的钢筋在350℃进行低温回火处理2h。
方法二：包括如下步骤：
1)按表1的配方，将不同的组分采用常规炼钢工艺进行冶炼，并在860℃轧制成的钢筋；
2)将所述钢筋采用水冷、雾冷、风冷或空冷至350℃，再放入350℃热处理炉中保温2h，然后冷却至室温；冷却后的钢筋在350℃进行低温回火处理2h。
实施例6
一种650MPa级高强度抗震钢筋用钢的制备方法
方法一：包括如下步骤：
1)按表1的配方，将不同的组分采用常规炼钢工艺进行冶炼，然后轧制成的钢筋，将所述钢筋空冷或缓冷至室温；
2)将冷却后钢筋加热至850℃保温1h进行奥氏体化；将保温处理后的钢筋采用水冷、雾冷、风冷或空冷冷却至340℃，再放入350℃热处理炉中保温2h，然后空冷至室温。
方法二：包括如下步骤：
1)按表1的配方，将不同的组分采用常规炼钢工艺进行冶炼，并在850℃轧制成的钢筋；
2)将所述钢筋采用水冷、雾冷、风冷或空冷至340℃，再放入350℃保温2h，然后空冷至室温。
实施例7
一种650MPa级高强度抗震钢筋用钢的制备方法，包括如下步骤：
1)按照表1的配方，将不同的组分采用常规炼钢工艺进行冶炼，然后轧制成的钢筋，将所述钢筋空冷或缓冷至室温；
2)将冷却后钢筋加热至830℃保温1h进行奥氏体化；将保温处理后的钢筋采用水冷、雾冷、风冷或空冷冷却至330℃，再放入320℃保温2h，然后冷却至室温。
实施例8
一种650MPa级高强度抗震钢筋用钢的制备方法，包括如下步骤：
1)按照表1的配方，将不同的组分采用常规炼钢工艺进行冶炼，然后轧制成的钢筋，将所述钢筋空冷或缓冷至室温；
2)将冷却后钢筋加热至800℃保温1h进行奥氏体化；将保温处理后的钢筋采用水冷、雾冷、风冷或空冷冷却至370℃，再放入340℃热处理炉中保温2h，然后空冷至室温。
通过万能拉伸试验机，采用标准拉伸试样，根据相关国家标准的规定，分别测定了各实施例制备到的高强度抗震钢筋用钢试样的力学性能，如表2所示。
表2各实施例制备的高强度抗震钢筋用钢的力学性能
注：本发明冷弯的合格与不合格是通过材料学上的显微组织常识判定的，无需特别说明。
由表2可知，本发明的高强度抗震钢筋的屈服强度Rp0.2≥650MPa，强屈比(Rm/Rp0.2)≥1.47，断后延伸率A≥22％，最大力下的延伸率Agt≥14.5％,强塑积Rm.A＞25000MPa.％，因此本发明的高强度抗震钢筋具有高强度、高屈强比、高强塑积和优良抗震性能的特点。
由图1和图2可知，本发明的650MPa级高强度抗震钢筋用钢的显微组织为铁素体+贝氏体+马氏体复相组织，或者贝氏体+马氏体复相组织，其中含有一定量的残余奥氏体。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (5)

1.一种650MPa级高强度抗震钢筋用钢，其特征在于，包括如下质量百分比的组分：C：0.10～0.4wt％；Mn：1.5～3.0wt％；Si：0.00～2.0wt％；Cr：0.20～1.0wt％；Al：0.20～1.6wt％；P：0.001～0.15wt％；S：0.001～0.015wt％；其余为Fe及不可避免的杂质元素。
2.一种650MPa级高强度抗震钢筋用钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将权利要求1中所述质量百分比的组分采用常规炼钢工艺进行冶炼，然后轧制成的钢筋，将所述钢筋冷却至室温；
2)将冷却后钢筋加热至Ac1～Ac3或Ac3+50～80℃保温1～2h；将保温处理后的钢筋，以大于钢种CCT曲线上发生马氏体转变的临界冷速冷却至(Ms～100)℃～MS，然后进入至(MS～50)～(Ms+100)℃保温2～3h，然后冷却至室温。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还可以通过如下步骤实现：
1)将权利要求1中所述质量百分比的组分采用常规炼钢工艺进行冶炼，并在终轧温度＞850℃的条件下轧制成的钢筋；
2)将所述钢筋，以大于钢种CCT曲线上发生马氏体转变的临界冷速冷却至(Ms～100)℃～MS，然后进入至(MS～50)～(Ms+100)℃保温2～3h，然后冷却至室温。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述冷却包括空冷、水冷、雾冷或风冷。
5.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，冷却至室温后的钢筋可以在200～450℃进行中低温回火处理2～3h。
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