CN108330403A - 一种500MPa级抗震钢筋及其减量化生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种500MPa级抗震钢筋及其减量化生产方法,所述钢筋化学成分组成及其质量百分含量为:C:0.22~0.25%、Mn:1.30~1.50%、Si:0.40~0.50%、V:0.055~0.065%、Cr:0.20~0.25%、S≤0.030%、P≤0.035%、N:0.022~0.025%,其余为Fe和不可避免的杂质;减量化生产方法包括冶炼、精炼、连铸和轧制工序。本发明精炼全程底吹氮,钢水富氮化处理生产出了高屈服强度、高抗拉强度、高延伸率的高强度热轧钢筋,用于建筑工程节省钢材,增加结构强度、加大安全储备量,增加建筑安全性;同时微合金元素V的用量少,大幅度地降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域,具体涉及一种500MPa级抗震钢筋及其减量化生产方法。
背景技术
热轧带肋钢筋是钢筋混凝土建筑结构的主要增强材料,在结构中承载着拉、压应力和应变等负载的应力应变,尤其是随着国民经济的发展,高层、大跨度、抗震、耐低温、耐火等多功能建筑结构的出现,要求钢筋具有更高的强度、韧性和较好的焊接性能等综合性能。目前,世界主要工业国家多采用屈服强度级别在400MPa 以上的钢筋,而欧美各国基本上都采500MPa 级钢筋。另外,近年来国家积极倡导建设节约型社会,十分重视低成本高强度级别钢筋的研发及应用推广。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种500MPa级抗震钢筋;本发明还提供一种500MPa级抗震钢筋的减量化生产方法。
为解决上述技术问题,本发明采取的技术方案是:一种500MPa级抗震钢筋,所述钢筋化学成分组成及其质量百分含量为:C:0.22~0.25%、Mn:1.30~1.50%、Si:0.40~0.50%、V:0.055~0.065%、Cr:0.20~0.25%、S≤0.030%、P≤0.035%、N:0.022~0.025%,其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述钢筋的屈服强度Rel≥500MPa,抗拉强度Rm≥630MPa,强屈比≥1.25,实标比≤1.30,断后伸长率A≥15%,最大伸长率Agt≥10%。
本发明还提供了一种500MPa级抗震钢筋的减量化生产方法,所述减量化生产方法包括冶炼、LF精炼、连铸和轧制工序;所述LF精炼工序,钢包全程底吹氮气。
本发明所述冶炼工序,转炉冶炼铁水或半钢,终点碳含量0.06~0.10%,出钢温度控制在1620~1640℃,出钢过程全程吹氮,加入增碳剂、硅锰合金、铬铁、硅铁、氮化钒铁(FeV55N11)合金化。
本发明所述冶炼工序,钢水化学成分组成及其质量百分含量为:C:0.16~0.22%、Mn:1.20~1.30%、Si:0.35~0.45%、V:0.045~0.055%、Cr:0.15~0.20%、S≤0.030%、P≤0.035%、N:0.015~0.018%,其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述LF精炼工序,钢水进站温度为1540~1560℃,采用硅铁粉或碳化硅造黄白渣保持。
本发明所述LF精炼工序,整个精炼周期为35~45min,钢水出站温度1585~1600℃,钢水窄成分控制为:C:0.22~0.25%、Mn:1.30~1.50%、Si:0.40~0.50%、V:0.055~0.065%、Cr:0.20~0.25%、S≤0.030%、P≤0.035%、N:0.022~0.025%,其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述连铸工序,中间包钢水温度为1520~1540℃,拉速1.9~2.1m/min,中间包液面高度为≥600mm,连铸机实行大、中包保护浇铸。
本发明所述轧制工序,开轧温度1020~1080℃,轧后自然冷却。
本发明设计思路:
本发明对钢种成分进行了优化设计。一方面对钢中碳、硅、锰主要元素进行合理调整,实现优化配置;另一方面采用微合金化技术,向钢中加入适量钒氮合金,充分利用钒的沉淀强化作用提高钢筋的强度和韧性。钒在钢中主要以氮化钒、碳化钒、碳氮化钒和固溶钒形式存在。钒微合金化钢的强韧化机理主要是靠晶粒细化、沉淀析出强化和固溶强化实现的。高强钢中通过增氮来优化V(C,N)铁素体中的析出强化作用,当钢中的氮含量较低时,几乎可以肯定添加V没有作用,发现要充分利用V的析出强化作用,必须增加氮含量,而且通过对氮含量的调整可有效控制析出物的数量,实现强度保持在一定范围。氮强化机理:在有氮化物形成元素存在的条件下,钢在高温下溶入的氮,再加入增氮剂即微氮合金来适当提高钢水中N含量,增加细小弥散的V(CN)析出项充分发挥微合金第二相析出强化作用,钢水必须有充足的氮含量才能达到高强度、高塑性的目的。
本发明500MPa级抗震钢筋产品标准参考GB/T1.1-2009中HRB500(E)牌号;性能检测标准参考GB/T1.1-2009中HRB500(E)牌号。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于:1、本发明通过精炼全程底吹氮,通过钢水富氮化处理生产出了高屈服强度、高抗拉强度、高延伸率的高强度热轧钢筋,用于建筑工程可以节省钢材,降低建造成本,增加结构强度、加大安全储备量,增加建筑安全性。2、本发明微合金元素V的用量少,大幅度地降低了生产成本,在其余合金元素成分不变的条件下可节约V≥0.015%,降低氮化钒铁(FeV55N11)加入量≥0.3kg/t钢,降低成本≥29元/吨钢。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
实施例1
本实施例500MPa级抗震钢筋化学成分组成及其质量百分含量为:C:0.24%、Mn:1.35%、Si:0.45%、V:0.058%、Cr:0.20%、S:0.025%、P:0.035%、N:0.022%,其余为Fe和不可避免的杂质。
本实施例500MPa级抗震钢筋的减量化生产方法包括冶炼、LF精炼、连铸和轧制工序,具体工艺步骤如下所述:
(1)转炉冶炼工序:转炉冶炼铁水,终点碳含量为0.10%,出钢温度控制在1620℃,出钢过程全程吹氮,加入增碳剂、硅锰合金、铬铁、硅铁、氮化钒铁(FeV55N11)合金化,钢水成分:C:0.22%、Mn:1.30%、Si:0.35%、V:0.055%、Cr:0.15%、S:0.025%、P:0.035%、N:0.015%,其余为Fe和不可避免的杂质;
(2)LF精炼工序:钢包到精炼位后,钢包全程底吹氮气,钢水进站温度为1540℃,采用硅铁粉造黄白渣保持;根据转炉成分进行成分调整,整个精炼周期为35min,钢水出站温度1590℃,钢水成分控制在:C:0.24%、Mn:1.35%、Si:0.45%、V:0.058%、Cr:0.20%、S:0.025%、P:0.035%、N:0.022%,其余为Fe和不可避免的杂质;
(3)连铸工序:在整个过程中间包液面稳定,中间包液面高度600mm,中间包钢水温度1527℃,拉速稳定在2.1m/min,连铸机实行大、中包保护浇铸;
(4)轧制工序:开轧温度1020℃,轧制∮18螺,轧后自然冷却。
钢筋取样做力学分析:屈服强度Rel:585MPa,抗拉强度Rm:760MPa,强屈比:1.30,实标比:1.17,断后伸长率A:17%,最大伸长率Agt:12%。
本实施例可节约V:0.015%,降低氮化钒铁(FeV55N11)加入量为0.3kg/t钢,降低成本为29元/吨钢。
实施例2
本实施例500MPa级抗震钢筋化学成分组成及其质量百分含量为:C:0.25%、Mn:1.50%、Si:0.50%、V:0.065%、Cr:0.25%、S:0.025%、P:0.035%、N:0.024%,其余为Fe和不可避免的杂质。
本实施例500MPa级抗震钢筋的减量化生产方法包括冶炼、LF精炼、连铸和轧制工序,具体工艺步骤如下所述:
(1)转炉冶炼工序:转炉冶炼半钢,终点碳含量为0.06%,出钢温度控制在1640℃,出钢过程全程吹氮,加入增碳剂、硅锰合金、铬铁、硅铁、氮化钒铁(FeV55N11)合金化,钢水成分:C:0.16%、Mn:1.20%、Si:0.45%、V:0.055%、Cr:0.20%、S:0.025%、P:0.030%、N:0.018%,其余为Fe和不可避免的杂质;
(2)LF精炼工序:钢包到精炼位后,钢包全程底吹氮气,钢水进站温度为1560℃,采用碳化硅造黄白渣保持;根据转炉成分进行成分调整,整个精炼周期为40min,钢水出站温度1585℃,钢水成分控制在:C:0.25%、Mn:1.50%、Si:0.50%、V:0.065%、Cr:0.25%、S:0.025%、P:0.035%、N:0.024%,其余为Fe和不可避免的杂质;
(3)连铸工序:在整个过程中间包液面稳定,中间包液面高度700mm,中间包钢水温度1540℃,拉速稳定在2.0m/min,连铸机实行大、中包保护浇铸;
(4)轧制工序:开轧温度1080℃,轧制∮20螺,轧后自然冷却。
钢筋取样做力学分析:屈服强度Rel:620MPa,抗拉强度Rm:780MPa,强屈比:1.26,实标比:1.24,断后伸长率A:15%,最大伸长率Agt:10%。
本实施例可节约V:0.016%,降低氮化钒铁(FeV55N11)加入量为0.32kg/t钢,降低成本为30.91元/吨钢。
实施例3
本实施例500MPa级抗震钢筋化学成分组成及其质量百分含量为:C:0.23%、Mn:1.40%、Si:0.40%、V:0.060%、Cr:0.25%、S:0.015%、P:0.027%、N:0.025%,其余为Fe和不可避免的杂质。
本实施例500MPa级抗震钢筋的减量化生产方法包括冶炼、LF精炼、连铸和轧制工序,具体工艺步骤如下所述:
(1)转炉冶炼工序:转炉冶炼铁水,终点碳含量为0.08%,出钢温度控制在1630℃,出钢过程全程吹氮,加入增碳剂、硅锰合金、铬铁、硅铁、氮化钒铁(FeV55N11)合金化,钢水成分:C:0.18%、Mn:1.28%、Si:0.35%、V:0.045%、Cr:0.15%、S:0.020%、P:0.025%、N:0.015%,其余为Fe和不可避免的杂质;
(2)LF精炼工序:钢包到精炼位后,钢包全程底吹氮气,钢水进站温度为1560℃,采用硅铁粉造黄白渣保持;根据转炉成分进行成分调整,整个精炼周期为45min,钢水出站温度1600℃,钢水成分控制在:C:0.23%、Mn:1.40%、Si:0.40%、V:0.060%、Cr:0.25%、S:0.015%、P:0.027%、N:0.025%,其余为Fe和不可避免的杂质;
(3)连铸工序:在整个过程中间包液面稳定,中间包液面高度700mm,中间包钢水温度1520℃,拉速稳定在2.1m/min,连铸机实行大、中包保护浇铸;
(4)轧制工序:开轧温度1060℃,轧制∮28螺,轧后自然冷却。
钢筋取样做力学分析:屈服强度Rel:590MPa,抗拉强度Rm:770MPa,强屈比:1.30,实标比:1.18,断后伸长率A:16%,最大伸长率Agt:11%。
本实施例可节约V:0.020%,降低氮化钒铁(FeV55N11)加入量为0.4kg/t钢,降低成本为38.66元/吨钢。
实施例4
本实施例500MPa级抗震钢筋化学成分组成及其质量百分含量为:C:0.22%、Mn:1.30%、Si:0.45%、V:0.055%、Cr:0.22%、S:0.030%、P:0.035%、N:0.022%,其余为Fe和不可避免的杂质。
本实施例500MPa级抗震钢筋的减量化生产方法包括冶炼、LF精炼、连铸和轧制工序,具体工艺步骤如下所述:
(1)转炉冶炼工序:转炉冶炼半钢,终点碳含量为0.09%,出钢温度控制在1630℃,出钢过程全程吹氮,加入增碳剂、硅锰合金、铬铁、硅铁、氮化钒铁(FeV55N11)合金化,钢水成分:C:0.22%、Mn:1.30%、Si:0.45%、V:0.045%、Cr:0.17%、S:0.030%、P:0.035%、N:0.018%,其余为Fe和不可避免的杂质;
(2)LF精炼工序:钢包到精炼位后,钢包全程底吹氮气,钢水进站温度为1540℃,采用碳化硅造黄白渣保持;根据转炉成分进行成分调整,整个精炼周期为40min,钢水出站温度1595℃,钢水成分控制在:C:0.22%、Mn:1.30%、Si:0.45%、V:0.055%、Cr:0.22%、S:0.030%、P:0.035%、N:0.022%,其余为Fe和不可避免的杂质;
(3)连铸工序:在整个过程中间包液面稳定,中间包液面高度650mm,中间包钢水温度1530℃,拉速稳定在1.9m/min,连铸机实行大、中包保护浇铸;
(4)轧制工序:开轧温度1020℃,轧制∮16螺,轧后自然冷却。
钢筋取样做力学分析:屈服强度Rel:575MPa,抗拉强度Rm:730MPa,强屈比:1.27,实标比:1.15,断后伸长率A:15%,最大伸长率Agt:13%。
本实施例可节约V:0.018%,降低氮化钒铁(FeV55N11)加入量为0.36kg/t钢,降低成本为34.77元/吨钢。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明进行修改或者等同替换,而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种500MPa级抗震钢筋,其特征在于,所述钢筋化学成分组成及其质量百分含量为:C:0.22~0.25%、Mn:1.30~1.50%、Si:0.40~0.50%、V:0.055~0.065%、Cr:0.20~0.25%、S≤0.030%、P≤0.035%、N:0.022~0.025%,其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种500MPa级抗震钢筋,其特征在于,所述钢筋的屈服强度Rel≥500MPa,抗拉强度Rm≥630MPa,强屈比≥1.25,实标比≤1.30,断后伸长率A≥15%,最大伸长率Agt≥10%。
3.基于权利要求1或2所述的一种500MPa级抗震钢筋的减量化生产方法,其特征在于,所述减量化生产方法包括冶炼、LF精炼、连铸和轧制工序;所述LF精炼工序,钢包全程底吹氮气。
4.根据权利要求3所述的一种500MPa级抗震钢筋的减量化生产方法,其特征在于,所述冶炼工序,转炉冶炼铁水或半钢,终点碳含量0.06~0.10%,出钢温度控制在1620~1640℃,出钢过程全程吹氮,加入增碳剂、硅锰合金、铬铁、硅铁、氮化钒铁(FeV55N11)合金化。
5.根据权利要求3所述的一种500MPa级抗震钢筋的减量化生产方法,其特征在于,所述冶炼工序,钢水化学成分组成及其质量百分含量为:C:0.16~0.22%、Mn:1.20~1.30%、Si:0.35~0.45%、V:0.045~0.055%、Cr:0.15~0.20%、S≤0.030%、P≤0.035%、N:0.015~0.018%,其余为Fe和不可避免的杂质。
6.根据权利要求3-5任意一项所述的一种500MPa级抗震钢筋的减量化生产方法,其特征在于,所述LF精炼工序,钢水进站温度为1540~1560℃,采用硅铁粉或碳化硅造黄白渣保持。
7.根据权利要求3-5任意一项所述的一种500MPa级抗震钢筋的减量化生产方法,其特征在于,所述LF精炼工序,整个精炼周期为35~45min,钢水出站温度1585~1600℃,钢水窄成分控制为:C:0.22~0.25%、Mn:1.30~1.50%、Si:0.40~0.50%、V:0.055~0.065%、Cr:0.20~0.25%、S≤0.030%、P≤0.035%、N:0.022~0.025%,其余为Fe和不可避免的杂质。
8.根据权利要求3-5任意一项所述的一种500MPa级抗震钢筋的减量化生产方法,其特征在于,所述连铸工序,中间包钢水温度为1520~1540℃,拉速1.9~2.1m/min,中间包液面高度为≥600mm,连铸机实行大、中包保护浇铸。
9.根据权利要求3-5任意一项所述的一种500MPa级抗震钢筋的减量化生产方法,其特征在于,所述轧制工序,开轧温度1020~1080℃,轧后自然冷却。
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