CN107513663A - 一种hrb500e高性能钢筋及其轧制工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种HRB500E高性能钢筋及其轧制工艺，其特征在于，所述钢筋按照重量百分比，由以下元素组成：C：0.20‑0.25％，Si:0.25‑0.45％，Mn:1.3‑1.55％，Nb：0.01‑0.045，Ni：0.1‑1.0％，Ti：0.01‑0.05％，Cr：0.1‑2.0％，P≤0.40％，S≤0.035％，V：0.025‑0.05％，余量为铁和不可避免的杂质，采用本发明提供的轧制工艺不仅可以大幅度提高钢筋强度，同时保持钢筋具有良好的塑形和韧性，并且具有较强的抗腐蚀能力和抗震性能。

Description

一种HRB500E高性能钢筋及其轧制工艺
技术领域
本发明涉及一种钢材生产方法，具体涉及一种HRB500E高性能钢筋及其轧制工艺。
背景技术
钢筋混凝土用热轧带肋钢筋是国内外建筑工程中广泛使用的一种关键材料，也是我国冶金行业各钢厂大量的一种关键产品。随着建筑行业的快速发展，对该产品又提出了更高的质量标准，要求其性能既具有高强度又具有良好的可塑性、可焊接性、耐疲劳性及粘结性等指标，才能够满足高层建筑、大跨度、抗震、耐低温等高档建筑工程的需要，同时还可达到节约钢材，降低成本的目的。
我国目前高性能钢筋普遍使用的是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
有鉴于此，本申请提供一种HRB500E高性能钢筋及其轧制工艺，大幅度提高钢筋强度的同时保持钢筋具有良好的塑形和韧性，并且具有较强的抗腐蚀能力和抗震性能。
为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种HRB500E高性能钢筋，其特征在于，所述钢筋按照重量百分比，由以下元素组成：C：0.20-0.25％，Si:0.25-0.45％，Mn:1.3-1.55％，Nb：0.01-0.045％，Ni：0.1-1.0％，Ti：0.01-0.05％，Cr：0.1-2.0％，P≤0.40％，S≤0.035％，V：0.025-0.05％，余量为铁和不可避免的杂质。
优选的，所述高性能钢筋的力学性能为屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥800MPa，断后伸长率≥17％。
本发明还提供了一种HRB500E高性能钢筋的轧制工艺，其特征在于，所述轧制工艺包括以下步骤：
1)采用电路热装铁水工艺，调好铁水和废钢比例，通电熔化、供氧脱碳，然后进行脱磷并去除钢中的有害杂质达到出钢条件，控制钢水温度为1630～1670℃；吹氩搅拌进行脱氧，进一步去除钢中的其他夹杂物。
2)将步骤1)得到的钢水在保护气体下浇铸，得到连铸坯；
3)将连铸坯先经过加热处理然后进行轧制，轧制包括粗轧、中轧、精轧工序，得到成型的连铸坯；
4)将成型的连铸坯进行微穿水处理，然后进入倍尺剪；
5)倍尺剪剪切后钢件经过输出辊道进入冷床空冷冷却；
6)冷却后进行定尺剪切，剪切后检验入库。
优选的，所述步骤2)中得到连铸坯的尺寸为150×150×12000mm～150×150×16000mm，所述高性能钢筋的规格为12mm～40mm。
优选的，所述步骤3)中加热处理包括预热、加热和均热，其中预热段温度为800～1000℃，加热段温度为1100～1170℃，均热段温度为1070～1140℃，加热总时间为90～120分钟。
优选的，所述步骤3)中轧制的开轧温度为980～1060℃，终轧温度为900～950℃。
优选的，所述步骤4)微穿水工艺中冷却水压力为：1.2～1.4MPa，冷却器的个数为5～15个，冷却水总流量为150～350m3/h，冷却时间为0.5～4.5s，冷却速度为2～5℃/s，穿水冷却后钢件表面温度为800～900℃。。
优选的，所述步骤5)钢件进入冷床的温度为750～800℃，自然冷却至室温。
本申请与现有技术相比，其详细说明如下：本发明提供了一种HRB500E高性能钢筋的元素组成及其加工轧制工艺，采用本发明提供的轧制工艺制得的钢筋不仅可以大幅度提高钢筋强度的同时保持钢筋具有良好的塑形和韧性，并且具有较强的抗腐蚀能力和抗震性能。本发明提供的加工轧制工艺具体为：
1)采用电路热装铁水工艺，调好铁水和废钢比例，通电熔化、供氧脱碳，然后进行脱磷并去除钢中的有害杂质达到出钢条件，控制钢水温度为1630～1670℃；吹氩搅拌进行脱氧，进一步去除钢中的其他夹杂物，这一步主要是为了脱碳、脱磷、脱氧，提高钢水的纯度；
2)将步骤1)得到的钢水在保护气体下浇铸，得到连铸坯，其中所述的保护气体为氩气；
3)将连铸坯先经过加热处理然后进行轧制，轧制包括粗轧、中轧、精轧工序，得到成型的连铸坯，得到连铸坯的尺寸为150×150×12000mm～150×150×16000mm，制得的高性能钢筋的规格为12mm～40mm，其中加热处理包括预热、加热和均热，其中预热段温度为800～1000℃，加热段温度为1100～1170℃，均热段温度为1070～1140℃，加热总时间为90～120分钟，轧制的开轧温度为980～1060℃，终轧温度为900～950℃；
4)将成型的连铸坯进行微穿水处理，然后进入倍尺剪；其中微穿水工艺中冷却水压力为：1.2～1.4MPa，冷却器的个数为5～15个，冷却水总流量为150～350m3/h，冷却时间为0.5～4.5s，冷却速度为2～5℃/s，穿水冷却后钢件表面温度为800～900℃。
5)倍尺剪剪切后钢件经过输出辊道进入冷床空冷冷却；其中钢件进入冷床的温度为750～800℃，自然冷却至室温。
6)冷却后进行定尺剪切，剪切后检验入库。
本发明的原理为：轧后余热处理工艺的原理是钢筋在经轧机完成轧制时，具有很高的温度，其金相组织为奥氏体组织，立即进入冷却装置，直接快速水冷却实现淬火，使钢筋在表层得到马氏体组织，心部仍保持奥氏体状态离开冷却装置，心部奥氏体组织在随后的降温过程中，形成珠光体加铁素体组织，而心部热量向表面传递使表层马氏体发生回火，得到回火马氏体，在心部和表层组织之间形成索氏体、珠光体、铁素体等过度组织。采用轧后余热处理工艺使钢筋的表层和心部发生不同的相变，在钢筋的表面得到强度较高的回火马氏体淬透层，在心部得到塑形较好的平衡态组织，从而在大幅度提高钢筋强度的同时，保持钢筋具有良好的塑形和韧性。本发明借助固溶强化、析出强化和组织细化达到提高钢筋屈服强度的目的，在合金化的基础上，采用轧后余热淬火工艺，其强化机制除固溶强化和组织细化外，还辅助轧后淬火和自回火获得部分回火马氏体增加了相变强化的效果。
在钢筋中，碳是重要的强化元素，通过固溶强化和析出强化等作用显著提高钢的强度，硅是重要的脱氧剂和脱硫剂，钢中加入硅能显著提高钢的弹性极限、屈服点和抗拉强度。硅和铬结合对提高抗腐蚀性和抗氧化性有一定作用，但增加含硅量会降低钢筋的焊接性能；锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，在钢中主要起固溶强化作用，是重要的强化元素，同时也是奥氏体形成元素，锰含量过高会显著提高钢的淬透性，降低钢的塑性和可焊性；硫和磷在钢中易形成有害夹杂物，降低钢的韧性和塑性，磷对钢的耐蚀性有一定的益处；铬是提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性的重要因素，在适当的环境下促进钢表面形成稳定的钝化膜，从而提高钢的耐腐蚀性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力，且是奥氏体形成元素，可使钢具有均匀的耐腐蚀能力，改善耐蚀性；钛是强碳氮化物形成元素，有细化晶粒、析出强化作用，同时碳优先与钛形成碳钛化合物，避免了析出碳化铬，有效防止晶间腐蚀。
综上所述，本发明通过严格控制碳、硅、锰、磷含量的基础上，合理控制镍、铌、钛、铬的含量，提高奥氏体再结晶温度从而细化晶粒，同时镍、钛、铬元素添加不仅可以提高钢筋的强度，还能增加其耐腐蚀性。通过再结晶控轧控冷，进一步细化晶粒，提高并优化各性能指标，不仅可以大幅度提高钢筋强度的同时保持钢筋具有良好的塑形和韧性，并且具有较强的抗腐蚀能力和抗震性能，可以应用于现代高层建筑以及沿海地区。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
规格为12mm的螺纹钢筋：成份：C：0.20％，Si:0.25％，Mn:1.30％，Nb：0.01％，Ni：0.1％，Ti：0.01％，Cr：0.1％，P：0.03％，S：0.027％，V：0.025％，余量为铁和不可避免的杂质；
1)采用电路热装铁水工艺，调好铁水和废钢比例，通电熔化、供氧脱碳，然后进行脱磷并去除钢中的有害杂质达到出钢条件，控制钢水温度为1630～1670℃；吹氩搅拌进行脱氧，进一步去除钢中的其他夹杂物，这一步主要是为了脱碳、脱磷、脱氧，提高钢水的纯度；
2)将步骤1)得到的钢水在保护气体下浇铸，得到连铸坯，其中所述的保护气体为氩气；
3)将连铸坯先经过加热处理然后进行轧制，轧制包括粗轧、中轧、精轧工序，得到成型的连铸坯，得到连铸坯的尺寸为150×150×12000mm，制得的高性能钢筋的规格为12mm，其中加热处理包括预热、加热和均热，其中预热段温度为800～1000℃，加热段温度为1100～1170℃，均热段温度为1070～1140℃，加热总时间为90～120分钟，轧制的开轧温度为980～1060℃，终轧温度为900～950℃；
4)将成型的连铸坯进行微穿水处理，然后进入倍尺剪；其中微穿水工艺中冷却水压力为：1.2～1.4MPa，冷却器的个数为5个，冷却水总流量为150～350m3/h，冷却时间为0.5s，冷却速度为2～5℃/s，穿水冷却后钢件表面温度为800～900℃。
5)倍尺剪剪切后钢件经过输出辊道进入冷床空冷冷却；其中钢件进入冷床的温度为750～800℃，自然冷却至室温。
6)冷却后进行定尺剪切，剪切后检验入库。
实施例2
规格为18mm的螺纹钢筋：成份：C：0.21％，Si:0.30％，Mn:1.35％，Nb：0.02％，Ni：0.3％，Ti：0.02％，Cr：0.5％，P：0.10％，S：0.032％，V：0.035％，余量为铁和不可避免的杂质；
1)采用电路热装铁水工艺，调好铁水和废钢比例，通电熔化、供氧脱碳，然后进行脱磷并去除钢中的有害杂质达到出钢条件，控制钢水温度为1630～1670℃；吹氩搅拌进行脱氧，进一步去除钢中的其他夹杂物，这一步主要是为了脱碳、脱磷、脱氧，提高钢水的纯度；
2)将步骤1)得到的钢水在保护气体下浇铸，得到连铸坯，其中所述的保护气体为氩气；
3)将连铸坯先经过加热处理然后进行轧制，轧制包括粗轧、中轧、精轧工序，得到成型的连铸坯，得到连铸坯的尺寸为150×150×14000mm，制得的高性能钢筋的规格为18mm，其中加热处理包括预热、加热和均热，其中预热段温度为800～1000℃，加热段温度为1100～1170℃，均热段温度为1070～1140℃，加热总时间为90～120分钟，轧制的开轧温度为980～1060℃，终轧温度为900～950℃；
4)将成型的连铸坯进行微穿水处理，然后进入倍尺剪；其中微穿水工艺中冷却水压力为：1.2～1.4MPa，冷却器的个数为8个，冷却水总流量为150～350m3/h，冷却时间为1.0s，冷却速度为2～5℃/s，穿水冷却后钢件表面温度为800～900℃。
5)倍尺剪剪切后钢件经过输出辊道进入冷床空冷冷却；其中钢件进入冷床的温度为750～800℃，自然冷却至室温。
6)冷却后进行定尺剪切，剪切后检验入库。
实施例3
规格为25mm的螺纹钢筋：成份：C：0.22％，Si:0.32％，Mn:1.38％，Nb：0.03％，Ni：0.5％，Ti：0.03％，Cr：0.8％，P：0.15％，S：0.035％，V：0.038％，余量为铁和不可避免的杂质；
1)采用电路热装铁水工艺，调好铁水和废钢比例，通电熔化、供氧脱碳，然后进行脱磷并去除钢中的有害杂质达到出钢条件，控制钢水温度为1630～1670℃；吹氩搅拌进行脱氧，进一步去除钢中的其他夹杂物，这一步主要是为了脱碳、脱磷、脱氧，提高钢水的纯度；
2)将步骤1)得到的钢水在保护气体下浇铸，得到连铸坯，其中所述的保护气体为氩气；
3)将连铸坯先经过加热处理然后进行轧制，轧制包括粗轧、中轧、精轧工序，得到成型的连铸坯，得到连铸坯的尺寸为150×150×15000mm，制得的高性能钢筋的规格为25mm，其中加热处理包括预热、加热和均热，其中预热段温度为800～1000℃，加热段温度为1100～1170℃，均热段温度为1070～1140℃，加热总时间为90～120分钟，轧制的开轧温度为980～1060℃，终轧温度为900～950℃；
4)将成型的连铸坯进行微穿水处理，然后进入倍尺剪；其中微穿水工艺中冷却水压力为：1.2～1.4MPa，冷却器的个数为10个，冷却水总流量为150～350m3/h，冷却时间为2.0s，冷却速度为2～5℃/s，穿水冷却后钢件表面温度为800～900℃。
5)倍尺剪剪切后钢件经过输出辊道进入冷床空冷冷却；其中钢件进入冷床的温度为750～800℃，自然冷却至室温。
6)冷却后进行定尺剪切，剪切后检验入库。
实施例4
规格为28mm的螺纹钢筋：成份：C：0.23％，Si:0.35％，Mn:1.40％，Nb：0.04％，Ni：0.8％，Ti：0.035％，Cr：1.0％，P：0.20％，S：0.029％，V：0.041％，余量为铁和不可避免的杂质；
1)采用电路热装铁水工艺，调好铁水和废钢比例，通电熔化、供氧脱碳，然后进行脱磷并去除钢中的有害杂质达到出钢条件，控制钢水温度为1630～1670℃；吹氩搅拌进行脱氧，进一步去除钢中的其他夹杂物，这一步主要是为了脱碳、脱磷、脱氧，提高钢水的纯度；
2)将步骤1)得到的钢水在保护气体下浇铸，得到连铸坯，其中所述的保护气体为氩气；
3)将连铸坯先经过加热处理然后进行轧制，轧制包括粗轧、中轧、精轧工序，得到成型的连铸坯，得到连铸坯的尺寸为150×150×16000mm，制得的高性能钢筋的规格为28mm，其中加热处理包括预热、加热和均热，其中预热段温度为800～1000℃，加热段温度为1100～1170℃，均热段温度为1070～1140℃，加热总时间为90～120分钟，轧制的开轧温度为980～1060℃，终轧温度为900～950℃；
4)将成型的连铸坯进行微穿水处理，然后进入倍尺剪；其中微穿水工艺中冷却水压力为：1.2～1.4MPa，冷却器的个数为12个，冷却水总流量为150～350m3/h，冷却时间为3.0s，冷却速度为2～5℃/s，穿水冷却后钢件表面温度为800～900℃。
5)倍尺剪剪切后钢件经过输出辊道进入冷床空冷冷却；其中钢件进入冷床的温度为750～800℃，自然冷却至室温。
6)冷却后进行定尺剪切，剪切后检验入库。
实施例5
规格为36mm的螺纹钢筋：成份：C：0.24％，Si:0.40％，Mn:1.50％，Nb：0.041％，Ni：0.6％，Ti：0.04％，Cr：1.5％，P：0.30％，S：0.030％，V：0.045％，余量为铁和不可避免的杂质；
1)采用电路热装铁水工艺，调好铁水和废钢比例，通电熔化、供氧脱碳，然后进行脱磷并去除钢中的有害杂质达到出钢条件，控制钢水温度为1630～1670℃；吹氩搅拌进行脱氧，进一步去除钢中的其他夹杂物，这一步主要是为了脱碳、脱磷、脱氧，提高钢水的纯度；
2)将步骤1)得到的钢水在保护气体下浇铸，得到连铸坯，其中所述的保护气体为氩气；
3)将连铸坯先经过加热处理然后进行轧制，轧制包括粗轧、中轧、精轧工序，得到成型的连铸坯，得到连铸坯的尺寸为150×150×16000mm，制得的高性能钢筋的规格为36mm，其中加热处理包括预热、加热和均热，其中预热段温度为800～1000℃，加热段温度为1100～1170℃，均热段温度为1070～1140℃，加热总时间为90～120分钟，轧制的开轧温度为980～1060℃，终轧温度为900～950℃；
4)将成型的连铸坯进行微穿水处理，然后进入倍尺剪；其中微穿水工艺中冷却水压力为：1.2～1.4MPa，冷却器的个数为12个，冷却水总流量为150～350m3/h，冷却时间为3.0s，冷却速度为2～5℃/s，穿水冷却后钢件表面温度为800～900℃。
5)倍尺剪剪切后钢件经过输出辊道进入冷床空冷冷却；其中钢件进入冷床的温度为750～800℃，自然冷却至室温。
6)冷却后进行定尺剪切，剪切后检验入库。
实施例6
规格为40mm的螺纹钢筋：成份：C：0.25％，Si:0.45％，Mn:1.55％，Nb：0.045％，Ni：1.0％，Ti：0.05％，Cr：2.0％，P：0.40％，S：0.025％，V：0.050％，余量为铁和不可避免的杂质；
1)采用电路热装铁水工艺，调好铁水和废钢比例，通电熔化、供氧脱碳，然后进行脱磷并去除钢中的有害杂质达到出钢条件，控制钢水温度为1630～1670℃；吹氩搅拌进行脱氧，进一步去除钢中的其他夹杂物，这一步主要是为了脱碳、脱磷、脱氧，提高钢水的纯度；
2)将步骤1)得到的钢水在保护气体下浇铸，得到连铸坯，其中所述的保护气体为氩气；
3)将连铸坯先经过加热处理然后进行轧制，轧制包括粗轧、中轧、精轧工序，得到成型的连铸坯，得到连铸坯的尺寸为150×150×16000mm，制得的高性能钢筋的规格为40mm，其中加热处理包括预热、加热和均热，其中预热段温度为800～1000℃，加热段温度为1100～1170℃，均热段温度为1070～1140℃，加热总时间为90～120分钟，轧制的开轧温度为980～1060℃，终轧温度为900～950℃；
4)将成型的连铸坯进行微穿水处理，然后进入倍尺剪；其中微穿水工艺中冷却水压力为：1.2～1.4MPa，冷却器的个数为15个，冷却水总流量为150～350m3/h，冷却时间为4.5s，冷却速度为2～5℃/s，穿水冷却后钢件表面温度为800～900℃。
5)倍尺剪剪切后钢件经过输出辊道进入冷床空冷冷却；其中钢件进入冷床的温度为750～800℃，自然冷却至室温。
6)冷却后进行定尺剪切，剪切后检验入库。
实施例1—6提供的各规格的钢筋的化学成分含量如下表：
表1HRB500E高性能钢筋化学成分(％)
实施例1—6的钢筋的力学性能如下表所示：
表2HRB500E高性能钢筋的力学性能
由上表可以看出，本发明提供的高性能钢筋的力学性能为屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥800MPa，断后伸长率≥17％，采用本发明提供的轧制工艺轧制的钢筋力学性能均满足GB1499.2-2007标准要求。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种HRB500E高性能钢筋，其特征在于，所述钢筋按照重量百分比，由以下元素组成：C：0.20-0.25％，Si:0.25-0.45％，Mn:1.3-1.55％，Nb：0.01-0.045％，Ni：0.1-1.0％，Ti：0.01-0.05％，Cr：0.1-2.0％，P≤0.40％，S≤0.035％，V：0.025-0.05％，余量为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高性能钢筋，其特征在于，所述高性能钢筋的力学性能为屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥800MPa，断后伸长率≥17％。
3.一种HRB500E高性能钢筋的轧制工艺，其特征在于，所述轧制工艺包括以下步骤：
1)采用电路热装铁水工艺，调好铁水和废钢比例，通电熔化、供氧脱碳，然后进行脱磷并去除钢中的有害杂质达到出钢条件，控制钢水温度为1630～1670℃；吹氩搅拌进行脱氧，进一步去除钢中的其他夹杂物。
2)将步骤1)得到的钢水在保护气体下浇铸，得到连铸坯；
3)将连铸坯先经过加热处理然后进行轧制，轧制包括粗轧、中轧、精轧工序，得到成型的连铸坯；
4)将成型的连铸坯进行微穿水处理，然后进入倍尺剪；
5)倍尺剪剪切后钢件经过输出辊道进入冷床空冷冷却；
6)冷却后进行定尺剪切，剪切后检验入库。
4.根据权利要求3所述的轧制工艺，其特征在于，所述步骤2)中得到连铸坯的尺寸为150×150×12000mm～150×150×16000mm，所述高性能钢筋的规格为12mm～40mm。
5.根据权利要求3所述的轧制工艺，其特征在于，所述步骤3)中加热处理包括预热、加热和均热，其中预热段温度为800～1000℃，加热段温度为1100～1170℃，均热段温度为1070～1140℃，加热总时间为90～120分钟。
6.根据权利要求3所述的轧制工艺，其特征在于，所述步骤3)中轧制的开轧温度为980～1060℃，终轧温度为900～950℃。
7.根据权利要求3所述的轧制工艺，其特征在于，所述步骤4)微穿水工艺中冷却水压力为：1.2～1.4MPa，冷却器的个数为5～15个，冷却水总流量为150～350m3/h，冷却时间为0.5～4.5s，冷却速度为2～5℃/s，穿水冷却后钢件表面温度为800～900℃。。
8.根据权利要求3所述的轧制工艺，其特征在于，所述步骤5)钢件进入冷床的温度为750～800℃，自然冷却至室温。
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