CN109576572A - 一种超高强钢筋及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超高强钢筋及其生产方法，所述超高强钢筋的化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.21～0.31%，Si：0.50～0.80%，Mn：1.40～1.60%，V：0.06～0.27%，Nb：0.01～0.20%，N：0.010～0.017%，Als：0.02～0.10%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述生产方法包括钢坯加热、钢坯轧制和轧后保温工序。本发明超高强钢筋成分设计采用较低含量的贵重合金元素，轧制后的钢筋降温时采用加盖保温罩，减缓温降速度，以利于V（C/N）的充分析出，得到的产品具有力学性能好、贵重合金元素含量少的优点。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种超高强钢筋及其生产方法。
背景技术
相比于普通钢筋，高强钢筋可以节约大量钢材，进而减轻建筑及装备的重量。建筑物重量的减轻，有利于建筑物承压部位寿命的提高和建造更复杂庞大建筑。另外，随着对节能减排的要求越来越高，高强高性能钢筋目前已备受关注。
传统钢筋强度的增加，一般采用增碳的方式实现。但是，为了确保钢筋的使用性能，尤其是焊接性能，国家标准对钢筋的碳当量有一定的要求。随着钢筋强度的增加，当钢筋屈服强度超过500MPa后，继续靠简单的增碳已难以实现，必须依靠添加其它合金元素来实现，这势必增加了生产成本。例如，沙钢研究院开发的一种超螺纹钢及其生产方法的化学成分为，C：0.21～0.32%，Si：0.40～0.80%，Mn：1.20～1.60%，V：0.18～0.24%，Nb：0.02～0.06%，Ni：0.02～0.10%，N：170～350ppm；可选成分为Ti：0.001～0.02%，Mo：0.01～0.05%，Cu：0.02～0.10%，余量为Fe和不可避免的杂质。可知，其成分中含有较高的V、Ni、Mo贵金属元素。以目前的市场价格，单V元素一项，吨钢成本就相差很多。因此，开发低成本钢筋具有重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种超高强钢筋及其生产方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种超高强钢筋，所述超高强钢筋的化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.21～0.31%，Si：0.50～0.80%，Mn：1.40～1.60%，V：0.06～0.27%，Nb：0.01～0.20%，N：0.010～0.017%，Als：0.02～0.10%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述超高强钢筋的直径≤φ50mm。
本发明所述超高强钢筋的抗拉强度≥850MPa，屈服强度≥700MPa，断后延伸率≥15%，最大力伸长率≥9%。
本发明还提供了一种超高强钢筋的生产方法，所述生产方法包括钢坯加热、钢坯轧制和轧后保温工序；所述轧后保温工序，轧后上冷床空冷，当温度降低至660～680℃时加盖保温罩，保温时间≥10min，温降速率≤25℃/min。
本发明所述钢坯加热工序，加热温度为1060～1190℃。
本发明所述钢坯轧制工序，开轧温度为1020～1130℃，终轧温度≥930℃，轧制压缩比≥6。
本发明超高强钢筋各组分元素的作用及设计思路：
本发明超高强钢筋各组分元素的作用如下：
C主要是起到固溶强化作用，也是提高钢材强度的主要元素之一，而且属于廉价元素，但是C含量过高会恶化塑性指标。
Si主要起到固溶强化作用，提高钢材强度，增加弹性极限，同时是一种脱氧剂，减少氧化类夹杂物，但是Si含量过高可影响塑性。
Mn主要起到延缓相变时间和降低相变温度的作用，使基体组织获得较细小的珠光体。
V是非常好的强化元素，生成的V（C/N）可以起到沉淀强化的作用。
Nb的C/N化合物析出温度较高，主要起到细晶强化和第二相析出强化的作用。
N元素主要与Al结合，析出温度较高，可起到细化晶粒和析出强化作用。
Als为酸溶铝，主要与N结合，可起到细化晶粒和析出强化作用。
本发明超高强钢筋的设计思路如下：
本发明中V是非常好的强化元素，生成的V（C/N）可以起到沉淀强化的作用。但是，根据合金热力学和动力学原理可知，在非平衡温度状态下，V（C/N）的析出温度主要在600℃左右，且需要一定的时间来完成。常规轧制后的冷床空冷温降较快，大量V元素未能及时析出，主要以固溶形式存在于铁素体中，未能发挥该有的作用。因此，本发明中轧制后的钢筋温度降至660～680℃时采用加盖保温罩，减缓温降速度，以利于V（C/N）的充分析出。
由于V（C/N）的析出温度较低，不能起到细化晶粒的作用。NbC的析出温度较高，可以起到细化晶粒作用，但Nb合金价格较高，不利于控制成本。因此，本发明采用Al和N结合，生成析出温度较高的AlN以细化晶粒。但过高的Al含量会给浇铸带来困难，因此Al要控制在合理范围内。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明超高强钢筋成分设计采用较低含量的贵重合金元素，轧制后的钢筋降温时采用加盖保温罩，减缓温降速度，以利于V（C/N）的充分析出，得到的产品具有力学性能好，贵重合金元素含量少的优点。2、本发明超高强钢筋抗拉强度≥850MPa，屈服强度≥700MPa，断后延伸率≥15%，最大力延伸率≥9%。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例超高强钢筋直径为41mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例超高强钢筋的生产方法包括铸坯加热、铸坯轧制和轧后保温工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）铸坯加热工序：钢水经冶炼、连铸后得到连铸坯，铸坯加热温度为1090℃；
（2）铸坯轧制工序：开轧温度为1050℃，终轧温度950℃，轧制压缩比8；
（3）轧后保温工序：轧后上冷床空冷，当温度降低至670℃时加盖保温罩，保温时间20min，温降速率12℃/min。
本实施例超高强钢筋力学性能指标见表2。
实施例2
本实施例超高强钢筋直径为50mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例超高强钢筋的生产方法包括铸坯加热、铸坯轧制和轧后保温工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）铸坯加热工序：钢水经冶炼、连铸后得到连铸坯，铸坯加热温度为1060℃；
（2）铸坯轧制工序：开轧温度为1020℃，终轧温度930℃，轧制压缩比6；
（3）轧后保温工序：轧后上冷床空冷，当温度降低至675℃时加盖保温罩，保温时间10min，温降速率10℃/min。
本实施例超高强钢筋力学性能指标见表2。
实施例3
本实施例超高强钢筋直径为32mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例超高强钢筋的生产方法包括铸坯加热、铸坯轧制和轧后保温工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）铸坯加热工序：钢水经冶炼、连铸后得到连铸坯，铸坯加热温度为1120℃；
（2）铸坯轧制工序：开轧温度为1080℃，终轧温度960℃，轧制压缩比7；
（3）轧后保温工序：轧后上冷床空冷，当温度降低至680℃时加盖保温罩，保温时间25min，温降速率18℃/min。
本实施例超高强钢筋力学性能指标见表2。
实施例4
本实施例超高强钢筋直径为20mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例超高强钢筋的生产方法包括铸坯加热、铸坯轧制和轧后保温工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）铸坯加热工序：钢水经冶炼、连铸后得到连铸坯，铸坯加热温度为1150℃；
（2）铸坯轧制工序：开轧温度为1100℃，终轧温度930℃，轧制压缩比≥9；
（3）轧后保温工序：轧后上冷床空冷，当温度降低至665℃时加盖保温罩，保温时间30min，温降速率25℃/min。
本实施例超高强钢筋力学性能指标见表2。
实施例5
本实施例超高强钢筋直径为22mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
本实施例超高强钢筋的生产方法包括铸坯加热、铸坯轧制和轧后保温工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）铸坯加热工序：钢水经冶炼、连铸后得到连铸坯，铸坯加热温度为1190℃；
（2）铸坯轧制工序：开轧温度为1130℃，终轧温度1000℃，轧制压缩比15；
（3）轧后保温工序：轧后上冷床空冷，当温度降低至660℃时加盖保温罩，保温时间60min，温降速率20℃/min。
本实施例超高强钢筋力学性能性指标见表2。
表1 实施例1-5超高强钢筋化学成分组成及其质量百分含量（%）
| 实施例 | C | Si | Mn | V | Nb | N | Als |
| 1 | 0.21 | 0.78 | 1.60 | 0.27 | 0.013 | 0.017 | 0.02 |
| 2 | 0.28 | 0.71 | 1.53 | 0.20 | 0.015 | 0.010 | 0.05 |
| 3 | 0.29 | 0.63 | 1.51 | 0.11 | 0.020 | 0.013 | 0.10 |
| 4 | 0.30 | 0.57 | 1.47 | 0.09 | 0.017 | 0.012 | 0.09 |
| 5 | 0.31 | 0.50 | 1.41 | 0.06 | 0.010 | 0.015 | 0.07 |
表1中成分余量为Fe和不可避免的杂质。
表2 实施例1-5超高强钢筋力学性能
| 实施例 | 抗拉强度/MPa | 屈服强度/MPa | 断后延伸率/% | 最大力伸长率/% |
| 1 | 915 | 767 | 17.1 | 9.5 |
| 2 | 947 | 787 | 16.0 | 9.1 |
| 3 | 907 | 755 | 18.7 | 10.6 |
| 4 | 897 | 746 | 19.1 | 11.7 |
| 5 | 873 | 731 | 18.2 | 10.1 |
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)
1.一种超高强钢筋，其特征在于，所述超高强钢筋的化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.21～0.31%，Si：0.50～0.80%，Mn：1.40～1.60%，V：0.06～0.27%，Nb：0.01～0.20%，N：0.010～0.017%，Als：0.02～0.10%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种超高强钢筋，其特征在于，所述超高强钢筋的直径≤φ50mm。
3.根据权利要求1所述的一种超高强钢筋，其特征在于，所述超高强钢筋的抗拉强度≥850MPa，屈服强度≥700MPa，断后延伸率≥15%，最大力伸长率≥9%。
4.基于权利要求1-3任意一项所述的一种超高强钢筋的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括钢坯加热、钢坯轧制和轧后保温工序；所述轧后保温工序，轧后上冷床空冷，当温度降低至660～680℃时加盖保温罩，保温时间≥10min，温降速率≤25℃/min。
5.根据权利要求4所述的一种超高强钢筋的生产方法，其特征在于，所述钢坯加热工序，加热温度为1060～1190℃。
6.根据权利要求4所述的一种超高强钢筋的生产方法，其特征在于，所述钢坯轧制工序，开轧温度为1020～1130℃，终轧温度≥930℃，轧制压缩比≥6。
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