CN108342641B - 一种630MPa级热轧高强抗震钢筋及其生产方法 - Google Patents

一种630MPa级热轧高强抗震钢筋及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种630MPa级热轧高强抗震钢筋及其生产方法，钢筋化学成分组成及质量百分含量为：C：0.25‑0.28%，Si：0.50‑0.70%，Mn：1.40‑1.60%，S≤0.030%，P≤0.030%，V：0.120‑0.170%，Nb：0.010‑0.040%，N≤0.03%，Ceq≤0.58%，其余为Fe和不可避免杂质；生产方法包括连铸、铸坯冷却、加热、轧制、冷床冷却工序。本发明生产的630MPa级热轧高强抗震钢筋，组织为铁素体+珠光体，屈服强度≥630MPa，抗拉强度≥750MPa，断后伸长率A≥14.0%，最大力总伸长率Agt≥9.0%，强屈比≥1.25，实标比≤1.30。

Description

一种630MPa级热轧高强抗震钢筋及其生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种630MPa级热轧高强抗震钢筋及其生产方法。
背景技术
随着建筑行业的迅速发展，工程建设对钢筋性能的要求越来越高，建筑结构的安全性、抗震性问题引起了普遍关注。在国家大力提倡节能减排、绿色环保的背景下，作为资源消耗大户的建筑业，三、四级钢筋作为建筑用钢主材的状况已无法满足其发展的需要，生产、推广和应用高强抗震钢筋不仅能够迎合国家发展“节能减排、绿色发展”趋势，同时能够进一步提高建筑结构的安全性和整体质量。
抗震钢筋除应满足标准所规定普通钢筋所有性能指标外，还应满足以下三个要求：1）抗震钢筋的实测抗拉强度与实测屈服强度特征之比不小于1.25；2）钢筋的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不小于9%。以上三条确保了钢筋的抗震能力，使得抗震钢筋能够在建筑发生倾斜、变形时“稳起”，不发生断裂，更加充分的提高建筑物的耐久性和安全性。
目前，国内生产高强钢筋的方法很多，但成分控制和产品抗震性能存在一定的差异，如碳含量控制较高对产品的焊接性和延伸性造成影响，产品强度能够达到630MPa但其不能满足抗震性能要求，需热处理、严格控冷等复杂生产工艺不适合推广应用等，均会限制后期产品的使用范围和生产工艺操作，同时对建筑物的安全性和稳定性造成一定影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种630MPa级热轧高强抗震钢筋；本发明还提供一种630MPa级热轧高强抗震钢筋的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种630MPa级热轧高强抗震钢筋，所述钢筋化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.25-0.28%，Si：0.50-0.70%，Mn：1.40-1.60%，S≤0.030%，P≤0.030%，V：0.120-0.170%，Nb：0.010-0.040%，N≤0.030%，其余为Fe和不可避免杂质。
本发明所述钢筋Ceq≤0.58%。
本发明所述钢筋组织为珠光体+铁素体；所述钢筋组织晶粒度≥10级。
本发明所述钢筋组织珠光体含量40-55%。
本发明所述钢筋屈服强度（Rel）≥630MPa，抗拉强度（Rm）≥750MPa，断后伸长率（A）≥14.0%，最大力总伸长率（Agt）≥9.0%，强屈比（Rm○/Rel○）≥1.25，实标比（Rel○/Rel）≤1.30。
本发明还提供了一种630MPa级热轧高强抗震钢筋的生产方法，所述生产方法包括连铸、铸坯冷却、加热、轧制、冷床冷却工序；所述连铸工序，铸坯化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.25-0.28%，Si：0.50-0.70%，Mn：1.40-1.60%，S≤0.030%，P≤0.030%，V：0.120-0.170%，Nb：0.010-0.040%，N≤0.030%，Ceq≤0.58%，其余为Fe和不可避免杂质。
本发明所述铸坯冷却工序，铸坯缓冷≥24h。
本发明所述加热工序，预热段炉气温度为900～950℃，加热段炉气温度为1060～1100℃，均热段炉气温度为1180～1250℃，铸坯出炉温度为1100～1150℃。
本发明所述轧制工序，开轧温度为1050～1100℃。
本发明所述冷床冷却工序，上冷床温度1080～1150℃，下冷床温度360～450℃。
本发明化学成分的设计思路：
本发明是在熔炼过程中加入一定量的C、Mn、Si、V元素基础上，加入Nb元素，使钢筋能达到优异的抗震性能。
C是提高钢材强度的直接而有效的元素，但过高的C元素会降低钢筋的韧性，为保证钢筋的综合性能，本发明C在钢中的质量分数选择在0.25～0.28%。
Mn元素也是有效提高钢筋强度的主要元素，同时Mn元素对强屈比的贡献＞1.25，过高的Mn元素会造成铸坯偏析严重导致钢筋内部组织异常，影响力学性能，本发明Mn元素在钢中质量分数为1.40～1.60%。
Si元素也是提高钢材强度和强屈比的元素之一，但是Si元素对强度的贡献较小，其更大的作用是为了保证钢材脱氧良好和具有较好的强屈比性能，本发明Si元素在钢中质量分数控制在0.50～0.70%。
S、P元素会对产品塑性产生不利影响，为有害元素。通过实践，S、P元素在钢中质量百分含量限制在≤0.030%。
V元素与C、N结合成碳氮化物，起强化作用。V在钢中可控制应变时效，降低钢的脆性转变温度，使强度与韧性更好的配合。本发明V元素在钢中质量百分含量控制在0.120～0.170%。
Nb元素在热轧状态下起到固溶强化作用，显著降低铁素体项目温度，促进低温相变产物-珠光体百分比，贡献抗拉强度，从而提高钢筋产品的强屈比。
Ceq碳当量对钢筋的焊接性能影响较大，合理的控制碳当量含量能够提高钢筋的焊接性能。
本发明生产工艺的设计思路：
铸坯冷却，低温铸坯内部已彻底转变完毕（奥氏体→铁素体+珠光体），钢坯入炉加热类似对铸坯进行热处理，消除内部缺陷（内应力、晶间裂纹等），有效提高钢筋整体质量。
加热工序较高加热温度能够使部分铌析出物回溶，从而在冷床冷却过程中再次析出，但加热温度不宜过高，过高的加热温度提高初始奥氏体晶粒度晶粒，降低钢筋整体强度。
热轧钢筋生产轧制几乎为等温轧制，控制冷床温度能够杜绝轧制过程出现过度冷却，导致成品组织异常，出现回火马氏体等，导致钢筋性能不合格。
本发明630MPa级热轧高强抗震钢筋产品标准参考GB 1499.2《钢筋混凝土用钢 第2部分 热轧带肋钢筋》；性能检测标准参考GB 1499.2。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明生产的630MPa级热轧高强抗震钢筋，组织为铁素体+珠光体，其中晶粒度≥10级，珠光体含量40-55%，无其它有害组织，适合各种建筑环境应用。2、本发明生产的630MPa级热轧高强抗震钢筋屈服强度（Rel）≥630MPa，抗拉强度（Rm）≥750MPa，断后伸长率A≥14.0%，最大力总伸长率Agt≥9.0%，强屈比（Rm○/Rel○）≥1.25，实标比（Rel○/Rel）≤1.30。3、本方法无需热处理、严格控冷等工艺，产品性能稳定，无异常组织，工艺简便，适合大范围工业化推广应用。
附图说明
图1为实施例1 630MPa级热轧高强抗震钢筋晶粒图；
图2为实施例1 630MPa级热轧高强抗震钢筋金相组织图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.28%，Si：0.57%，Mn：1.52%，V：0.148%，S：0.025%，P：0.020%，Nb：0.032%，N：0.020%，Ceq：0.57%，余量为铁和不可避免的杂质。
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋的生产方法包括连铸、铸坯冷却、加热、轧制、冷床冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）连铸工序：连铸坯化学成分组成及质量百分含量为：C：0.28%，Si：0.57%，Mn：1.52%，V：0.148%，S：0.025%，P：0.020%，Nb：0.032%，N：0.020%，Ceq：0.57%，余量为铁和不可避免的杂质；
（2）铸坯冷却工序：经连铸得到合格的铸坯缓冷24h；
（3）加热工序：预热段炉气温度为905℃，加热段炉气温度为1090℃，均热段炉气温度为1180℃，铸坯出炉温度1105℃；
（4）轧制工序：坯料开轧温度为1053℃；
（5）冷床冷却工序：上冷床温度1100℃，下冷床温度400℃。
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋晶粒度10级，晶粒图见图1；组织为珠光体+铁素体，珠光体含量45%，金相组织见图2。（实施例2-8晶粒图、金相组织与实施例1类似，故省略。）
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋性能指标如下：屈服强度Rel：640MPa，抗拉强度Rm：800MPa，强屈比（Rm○/Rel○）：1.25，实标比（Rel○/Rel）：1.02，断后伸长A：23%，最大力总伸长率Agt：11.7%。
实施例2
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.27%，Si：0.65%，Mn：1.47%，V：0.132%，S：0.025%，P：0.017%，Nb：0.015%，N：0.025%，Ceq：0.56%，余量为铁和不可避免的杂质。
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋的生产方法包括连铸、铸坯冷却、加热、轧制、冷床冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）连铸工序：连铸坯化学成分组成及质量百分含量为：C：0.27%，Si：0.65%，Mn：1.47%，V：0.132%，S：0.025%，P：0.017%，Nb：0.015%，N：0.025%，Ceq：0.56%，余量为铁和不可避免的杂质；
（2）铸坯冷却工序：经连铸得到合格的铸坯缓冷24h；
（3）加热工序：预热段炉气温度为910℃，加热段炉气温度为1085℃，均热段炉气温度为1190℃，铸坯出炉温度1110℃；
（4）轧制工序：坯料开轧温度为1072℃；
（5）冷床冷却工序：上冷床温度1080℃，下冷床温度380℃。
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋晶粒度12级，组织为珠光体+铁素体，珠光体含量50%。
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋性能指标如下：屈服强度Rel：630MPa，抗拉强度Rm：790MPa，强屈比（Rm○/Rel○）：1.25，实标比（Rel○/Rel）：1.00，断后伸长A：25%，最大力总伸长率Agt：11.6%。
实施例3
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.25%，Si：0.58%，Mn：1.44%，V：0.138%，S：0.025%，P：0.020%，Nb：0.020%，N：0.015%，Ceq：0.53%，余量为铁和不可避免的杂质。
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋的生产方法包括连铸、铸坯冷却、加热、轧制、冷床冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）连铸工序：连铸坯化学成分组成及质量百分含量为：C：0.25%，Si：0.58%，Mn：1.44%，V：0.138%，S：0.025%，P：0.020%，Nb：0.020%，N：0.015%，Ceq：0.53%，余量为铁和不可避免的杂质；
（2）铸坯冷却工序：经连铸得到合格的铸坯缓冷24h；
（3）加热工序：预热段炉气温度为910℃，加热段炉气温度为1100℃，均热段炉气温度为1200℃，铸坯出炉温度1120℃；
（4）轧制工序：坯料开轧温度为1074℃；
（5）冷床冷却工序：上冷床温度1090℃，下冷床温度420℃。
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋晶粒度11级，组织为珠光体+铁素体，珠光体含量46%。
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋性能指标如下：屈服强度Rel：635MPa，抗拉强度Rm：810MPa，强屈比（Rm○/Rel○）：1.28，实标比（Rel○/Rel）：1.01，断后伸长A：18.0%，最大力总伸长率Agt：12.0%。
实施例4
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.26%，Si：0.60%，Mn：1.57%，V：0.163%，S：0.018%，P：0.023%，Nb：0.026%，N：0.010%，Ceq：0.56%，余量为铁和不可避免的杂质。
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋的生产方法包括连铸、铸坯冷却、加热、轧制、冷床冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）连铸工序：连铸坯化学成分组成及质量百分含量为：C：0.26%，Si：0.60%，Mn：1.57%，V：0.163%，S：0.018%，P：0.023%，Nb：0.026%，N：0.010%，Ceq：0.56%，余量为铁和不可避免的杂质；
（2）铸坯冷却工序：经连铸得到合格的铸坯需缓冷24h；
（3）加热工序：预热段炉气温度为935℃，加热段炉气温度为1090℃，均热段炉气温度为1210℃，铸坯出炉温度1123℃；
（4）轧制工序：坯料开轧温度为1073℃；
（5）冷床冷却工序：上冷床温度1100℃，下冷床温度422℃。
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋晶粒度10级，组织为珠光体+铁素体，珠光体含量47%。
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋性能指标如下：屈服强度Rel：650MPa，抗拉强度Rm：820MPa，强屈比（Rm○/Rel○）：1.26，实标比（Rel○/Rel）：1.03，断后伸长A：19%，最大力总伸长率Agt：10.8%。
实施例5
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.27%，Si：0.61%，Mn：1.58%，V：0.162%，S：0.025%，P：0.020%，Nb：0.025%，N：0.018%，Ceq：0.58%，余量为铁和不可避免的杂质。
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋的生产方法包括连铸、铸坯冷却、加热、轧制、冷床冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）连铸工序：连铸坯化学成分组成及质量百分含量为：C：0.27%，Si：0.61%，Mn：1.58%，V：0.162%，S：0.025%，P：0.020%，Nb：0.025%，N：0.018%，Ceq：0.58%，余量为铁和不可避免的杂质；
（2）铸坯冷却工序：经连铸得到合格的铸坯缓冷24h；
（3）加热工序：预热段炉气温度为923℃，加热段炉气温度为1085℃，均热段炉气温度为1230℃，铸坯出炉温度1143℃；
（4）轧制工序：坯料开轧温度为1100℃；
（5）冷床冷却工序：上冷床温度1135℃，下冷床温度450℃。
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋晶粒度11级，组织为珠光体+铁素体，珠光体含量55%。
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋性能指标如下：屈服强度Rel：645MPa，抗拉强度Rm：815MPa，强屈比（Rm○/Rel○）：1.26，实标比（Rel○/Rel）：1.02，断后伸长A：21%，最大力总伸长率Agt：11.1%。
实施例6
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.25%，Si：0.60%，Mn：1.45%，V：0.125%，S：0.026%，P：0.017%，Nb：0.019%，N：0.022%，Ceq：0.56%，余量为铁和不可避免的杂质。
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋的生产方法包括连铸、铸坯冷却、加热、轧制、冷床冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）连铸工序：连铸坯化学成分组成及质量百分含量为：C：0.25%，Si：0.60%，Mn：1.45%，V：0.125%，S：0.026%，P：0.017%，Nb：0.019%，N：0.022%，Ceq：0.56%，余量为铁和不可避免的杂质；
（2）铸坯冷却工序：经连铸得到合格的铸坯缓冷24h；
（3）加热工序：预热段炉气温度为920℃，加热段炉气温度为1074℃，均热段炉气温度为1230℃，铸坯出炉温度1121℃；
（4）轧制工序：坯料开轧温度为1090℃；
（5）冷床冷却工序：上冷床温度1120℃，下冷床温度425℃。
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋晶粒度12级，组织为珠光体+铁素体，珠光体含量40%。
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋性能指标如下：屈服强度Rel：635MPa，抗拉强度Rm：805MPa，强屈比（Rm○/Rel○）：1.27，实标比（Rel○/Rel）：1.00，断后伸长A：17%，最大力总伸长率Agt：10.6%。
实施例7
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.25%，Si：0.50%，Mn：1.40%，V：0.120%，S：0.030%，P：0.030%，Nb：0.010%，N：0.028%，Ceq：0.51%，余量为铁和不可避免的杂质。
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋的生产方法包括连铸、铸坯冷却、加热、轧制、冷床冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）连铸工序：连铸坯化学成分组成及质量百分含量为：C：0.25%，Si：0.50%，Mn：1.40%，V：0.120%，S：0.030%，P：0.030%，Nb：0.010%，N：0.028%，Ceq：0.51%，余量为铁和不可避免的杂质。
（2）铸坯冷却工序：经连铸得到合格的铸坯缓冷25h；
（3）加热工序：预热段炉气温度为900℃，加热段炉气温度为1060℃，均热段炉气温度为1180℃，铸坯出炉温度1100℃；
（4）轧制工序：坯料开轧温度为1050℃；
（5）冷床冷却工序：上冷床温度1080℃，下冷床温度360℃。
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋晶粒度10级，组织为珠光体+铁素体，珠光体含量45%。
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋性能指标如下：屈服强度Rel：660MPa，抗拉强度Rm：845MPa，强屈比（Rm○/Rel○）：1.28，实标比（Rel○/Rel）：1.10，断后伸长A：19%，最大力总伸长率Agt：11.6%。
实施例8
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.26%，Si：0.70%，Mn：1.60%，V：0.170%，S：0.015%，P：0.010%，Nb：0.040%，N：0.030%，Ceq：0.56%，余量为铁和不可避免的杂质。
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋的生产方法包括连铸、铸坯冷却、加热、轧制、冷床冷却工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）连铸工序：连铸坯化学成分组成及质量百分含量为：C：0.26%，Si：0.70%，Mn：1.60%，V：0.170%，S：0.015%，P：0.010%，Nb：0.040%，N：0.030%，Ceq：0.56%，余量为铁和不可避免的杂质。
（2）铸坯冷却工序：经连铸得到合格的铸坯缓冷28h；
（3）加热工序：预热段炉气温度为950℃，加热段炉气温度为1100℃，均热段炉气温度为1250℃，铸坯出炉温度1150℃；
（4）轧制工序：坯料开轧温度为1100℃；
（5）冷床冷却工序：上冷床温度1150℃，下冷床温度450℃。
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋晶粒度11级，组织为珠光体+铁素体，珠光体含量50%。
本实施例630MPa级热轧高强抗震钢筋性能指标如下：屈服强度Rel：645MPa，抗拉强度Rm：815MPa，强屈比（Rm○/Rel○）：1.26，实标比（Rel○/Rel）：1.15，断后伸长A：24%，最大力总伸长率Agt：13.6%。
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 (6)

1.一种630MPa级热轧高强抗震钢筋，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：0.25-0.28%，Si：0.50-0.70%，Mn：1.40-1.60%，S≤0.030%，P≤0.030%，V：0.120-0.170%，Nb：0.010-0.040%，N≤0.030%，其余为Fe和不可避免杂质；
所述钢筋组织为珠光体+铁素体；所述钢筋组织晶粒度≥10级；
所述钢筋组织珠光体含量40-55%；
所述钢筋屈服强度（Rel）≥630MPa，抗拉强度（Rm）≥750MPa，断后伸长率（A）≥14.0%，最大力总伸长率（Agt）≥9.0%，强屈比（Rm○/Rel○）≥1.25，实标比（Rel○/Rel）：1.00-1.30。
2.根据权利要求1所述的一种630MPa级热轧高强抗震钢筋，其特征在于，所述钢筋Ceq≤0.58%。
3.基于权利要求1或2所述的一种630MPa级热轧高强抗震钢筋的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括连铸、铸坯冷却、加热、轧制、冷床冷却工序；
所述连铸工序，铸坯化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.25-0.28%，Si：0.50-0.70%，Mn：1.40-1.60%，S≤0.030%，P≤0.030%，V：0.120-0 .170%，Nb：0.010-0.040%，N≤0.030%，Ceq≤0.58%，其余为Fe和不可避免杂质；
所述冷床冷却工序，上冷床温度1080～1150℃，下冷床温度360～450℃。
4.根据权利要求3所述的一种630MPa级热轧高强抗震钢筋的生产方法，其特征在于，所述铸坯冷却工序，铸坯缓冷≥24h。
5.根据权利要求3所述的一种630MPa级热轧高强抗震钢筋的生产方法，其特征在于，所述加热工序，预热段炉气温度为900～950℃，加热段炉气温度为1060～1100℃，均热段炉气温度为1180～1250℃，铸坯出炉温度为1100～1150℃。
6.根据权利要求3-5任意一项所述的一种630MPa级热轧高强抗震钢筋的生产方法，其特征在于，所述轧制工序，开轧温度为1050～1100℃。
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