CN109913765A - 400MPa级钢筋及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种400MPa级钢筋及其制造方法，400MPa级钢筋碳当量≤0.52％，其化学成分按质量百分比包括：C 0.20‑0.25％、Si 0.55‑0.80％、Mn 1.30‑1.60％、N 0.006‑0.012％，还包括Nb、Ti、Al中的一种或多种，化学成分Nb、Ti、Al质量百分比分别为0.01‑0.04％，其余为Fe以及不可避免的杂质。本发明的优点在于在拉伸试验的应力应变曲线中无明显屈服平台，满足客户需求，屈服强度≥420MPa，屈强比≤0.80，断后延伸率≥18％，均匀延伸率≥8％。

Description

400MPa级钢筋及其制造方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种400MPa级钢筋及其制造方法。

背景技术

目前，我国钢筋产量占我国钢材总产量的24％，占世界钢筋总产量的75％，400MPa级钢筋由于具有良好的力学性能、抗震性能及焊接性能，有利于节约钢材，提升建筑结构安全性，广泛应用于建筑、桥梁、隧道、轨道交通等设施中；而我国钢筋产品中335-400MPa级别占比超过70％，2018年11月1日起，新国标1499.2-2018实施，400MPa的Ⅲ级钢筋将在我国现有结构工程中得到更为广泛利用。

此前，国内的钢筋合金化主要采用钒微合金化或者铌钒复合合金化路线，重点利用析出强化作用，并适当结合细晶强化效果来保证钢筋强度，相比较而言，钒氮微合金化技术最为成熟并且产品力学性能稳定，被各大钢厂普遍采用。受到现有钢筋轧钢产线及用户需求的限制，铌的细晶强化及贝氏体强化效果受限。目前钒系合金价格波动较大，导致生产成本难以控制，从企业生产经营角度考虑，急需转换微合金化工艺实现降本增效。Nb、Ti作为微合金化元素之一，在轧制过程中起到沉淀析出强化和细晶强化作用，并且价格稳定，有助于成本控制，本发明基于合理的400MPa级钢筋的成分设计，配合炼钢及轧钢工艺设计，提出了一种400MPa级钢筋的生产方法，钢筋具有良好的社会经济型及优良的力学性能性能。

专利CN201610796288、CN201110000979、CN201010131447、CN200910094359等均提到热轧钢筋，通过合金化设计及组织控制来满足建筑结构的力学、焊接、安全抗震等多项需求，但其采用的铌合金元素含量较高，部分涉及到的钢筋中采用铌、钒共同合金化，不利于合金成本控制。

专利201510286456提到一种400MPa级别抗震耐腐蚀钢筋，含有Ni、Cr、Nb、Mo等合金元素，不能综合考虑合金成本。专利CN201310566665、CN200510085762添加Cr合金元素，对钢筋的焊接性不利。

专利CN200510094836与专利CN201110373116通过铌钛复合合金化来完成合金强化，但是其中氮含量偏低，且未对Nb、Ti、N含量进行限定，不能充分发挥析出强化作用，不利于降低合金含量，提高合金利用率。

综上，针对400MPa级别钢筋，一种具有良好的社会经济性及综合力学性能的生产方法未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种400MPa级铌钛复合合金化钢筋，该钢筋在拉伸试验的应力应变曲线中无明显屈服平台，满足客户需求，屈服强度≥420MPa，屈强比≤0.80，断后延伸率≥18％，均匀延伸率≥8％。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案。

本申请实施例公开了一种400MPa级钢筋，碳当量≤0.52％，其化学成分按质量百分比包括：C 0.20-0.25％、Si 0.55-0.80％、Mn 1.30-1.60％、N 0.006-0.012％，还包括Nb、Ti、Al中的一种或多种，化学成分Nb、Ti、Al质量百分分别比为0.01-0.04％，其余为Fe以及不可避免的杂质。

相应的，还公开了一种400MPa级钢筋的制造方法，

转炉冶炼，炼钢转炉出钢二分之一时向钢包中加入0.3kg/t氮化硅锰，调节钢中N含量；LF白渣精炼5min后加入铌铁、钛铁包芯线进行合金化，Nb、Ti、Al总含量∶N含量＝5-9∶1；钢水经过连铸机制成连铸钢坯，连铸过程中，连铸中间包温度为1525-1565℃；

轧制，钢坯均热温度控制为1120-1210℃，均热段停留时间为20-35min；开轧温度控制为980-1100℃；精轧温度控制为800-950℃；采用连续式棒材轧制生产线轧制成光圆钢筋或带肋钢筋成品，成品经过穿水器加速冷却，并控制上冷床温度为850-950℃，之后在空气中冷却至室温。

优选的，在上述400MPa级钢筋的制造方法中，钢水经过连铸机制成连铸钢坯，连铸过程中，连铸中间包温度为1535-1565℃。

优选的，在上述400MPa级钢筋的制造方法中，钢坯均热温度控制为1150-1210℃，均热段停留时间为25-35min。

优选的，在上述400MPa级钢筋的制造方法中，开轧温度控制为1000-1100℃。

优选的，在上述400MPa级钢筋的制造方法中，精轧温度控制为850-950℃。

优选的，在上述400MPa级钢筋的制造方法中，上冷床温度为850-920℃。

本发明有益效果在于：

1.在C、Si、Mn合金元素合理设计的基础上，对Nb、Ti、Al、N微合金元素进行合理设计，合金元素组合方式灵活，为钢筋生产跟随市场形势、降低合金成本提供了新思路；

2.通过上述合金元素设计结合炼钢、轧钢工艺控制，实现了对微观组织的精细控制，保证了热轧钢筋在拉伸试验的应力应变曲线中存在明显屈服平台，屈服强度在≥420MPa，屈强比≤0.80，断后延伸率≥18％，均匀延伸率≥8％，满足抗震需求，具有较高的表面质量；

3.低碳低碳当量设计，辅以闪光对焊等工艺创新，确保了冷弯、焊接等加工应用性能提升。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将采用本发明400MPa级钢筋制造技术工艺的实施例1-10与常规工艺路线的对比例11-15进行对比实施。

实施例1-10与对比例11-15均采用转炉冶炼-小方坯连铸-钢筋轧制-冷床冷却的工艺路线。

实施例1-10中，400MPa级钢筋的制造方法中，在炼钢转炉出钢二分之一时向钢包中加入0.3kg/t氮化硅锰，调节钢中N含量，LF白渣精炼5min后加入铌铁、钛铁包芯线进行合金化，连铸中间包温度在1525-1565℃，优选为1535℃，轧制过程中钢坯均热温度控制为1120-1210℃，优选为1150℃，均热段停留时间20-35min，优选为25min，开轧温度控制在980-1100℃，优选为1000℃，精轧温度800-950℃，优选为850℃，采用连续式棒材轧制生产线轧制成光圆钢筋或带肋钢筋成品，成品经过穿水器加速冷却，并控制上冷床温度在850-950℃，优选为920℃，之后在空气中冷却至室温，经剪切定尺、打捆堆放。

实施例1-10与对比例11-15中合金元素质量百分比如下表所示：

实施例1-10与对比例11-15的力学性能如下表：

其合金元素设计原则：

C：作为钢材中的重要合金元素之一，直接影响400-550MPa级钢筋的强度，C＜0.20％时，钢筋的强度会大幅度降低，而高于0.25％时，则会提高碳当量，大幅的破坏低温韧性与焊接性。因此，钢中的C含量应控制在0.20-0.25％之间。

Si、Mn：添加Si和Mn的目的是提高淬透性，从而在钢筋中生成一定比例的珠光体，当Si含量低于0.55％，Mn含量低于1.30％时，难以形成珠光体，影响强度；当Si含量高于0.80％，Mn含量超过1.60％时，容易引起珠光体过多，铁素体比例少，甚至出现超过8％的贝氏体，屈服平台不明显，屈强比高，延伸率不足，因此，添加Si在0.55-0.80％，Mn在1.30-1.60％。

N：N是辅助析出强化的关键元素，适量添加可形成NbTi(C,N)，充分发挥Nb、Ti细晶强化和析出强化的潜力，但过量添加会导致炼钢皮下气孔且造成合金浪费。

Nb、Ti、Al：Nb能对铁素体/奥氏体界面的迁移产生强烈的拖曳作用，提高奥氏体再结晶温度，细化晶粒，通过调整铁素体晶粒尺寸来控制强度，同时配合工艺参数可调节珠光体和贝氏体转变，细晶强化和第二相强化共同发挥作用，使钢筋达到较高的屈服强度同时保持良好的塑性，若铌含量控制在0.01％之下，没有足够的Nb(C,N)来保证强度，若高于铌含量高于0.04％，会造成合金浪费，且不利于方坯表面质量控制。适量添加Ti可在钢板中形成细小弥散分布的TiO_x和TiN，但添加量过高，会增加钢液的黏度，不利于钢水的冶炼，同时含量过高还会导致所形成的TiO_x尺寸粗大，恶化钢板的韧性，故其含量控制在0.01-0.04％之间。Al可以阻止奥氏体晶粒生长，保证强度元素，但是若大于0.04％则有可能导致钢中氧化物增多，因此添加量在0.01-0.04％。

综上，C 0.20-0.25％，Si 0.55-0.80，Mn 1.30-1.60％，N 0.006-0.012％，添加0.01-0.04％的Nb、Ti和Al中的一种或以上，且Ceq设计为≤0.52％，使得钢筋的具有综合较好的强度。

炼钢工艺方面，为了采用转炉冶炼，保证钢水品质。若加入氮化硅锰合金少于0.3kg/t，钢液中氮含量过低，(Nb+Ti+Al)/N小于5，则会减弱析出强化的效果，若加入氮化硅锰合金超过0.3kg/t，钢水中氮含量过高，(Nb+Ti+Al)/N大于9，会带来皮下气孔及合金浪费等劣势，综合考虑多种强化手段作用，对上述元素作出以上约束。若钢水过热度过高，可能出现结漏钢、表面裂纹，偏析和疏松，若过热度过低，易造成铸坯表面出现冷焊点的倾向增加，且会使得钢液中夹杂增多，因此中间包钢水过热度控制在1525-1565℃。

轧钢工艺方面，若钢坯均热温度高于1210℃，均热段停留时间大于35min，开轧温度高于1100℃，精轧温度高于950℃，钢坯中的原奥氏体晶粒会由于加热不可避免过于长大，后续加工温度偏高造成晶粒粗化，影响成品强度，若钢坯均热温度低于1120℃，均热段停留时间小于25min，开轧温度低于980℃，精轧温度低于800℃，合金中添加的上述元素Nb、Ti不能充分溶解，影响其后续的析出强化效果，且过低的变形温度会对轧制设备要求较高，不利于工艺推广。而上冷床温度在950℃以上，则晶粒组织中铁素体比例会过多，对于提升强度不利，若低于850℃，则容易出现较多的贝氏体组织，不利于保证屈服平台的出现。

本发明实施例中，热轧钢筋微观组织包括铁素体、珠光体、贝氏体和析出相，其中铁素体的体积百分比为41-65％，珠光体的体积百分比为40-55％，贝氏体的体积百分比为0-8％。

本实施方式只是对本专利的示例性说明而并不限定它的保护范围，本领域人员还可以对其进行局部改变，只要没有超出本专利的精神实质，都视为对本专利的等同替换，都在本专利的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种400MPa级钢筋，其特征在于，碳当量≤0.52％，其化学成分按质量百分比包括：C0.20-0.25％、Si 0.55-0.80％、Mn 1.30-1.60％、N 0.006-0.012％，还包括Nb、Ti、Al中的一种或多种，化学成分Nb、Ti、Al质量百分比分别为0.01-0.04％，其余为Fe以及不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的400MPa级钢筋的制造方法，其特征在于，

转炉冶炼，炼钢转炉出钢二分之一时向钢包中加入0.3kg/t氮化硅锰，调节钢中N含量；LF白渣精炼5min后加入铌铁、钛铁包芯线进行合金化，Nb、Ti、Al总含量∶N含量＝5-9∶1；钢水经过连铸机制成连铸钢坯，连铸过程中，连铸中间包温度为1525-1565℃；

轧制，钢坯均热温度控制为1120-1210℃，均热段停留时间为20-35min；开轧温度控制为980-1100℃；精轧温度控制为800-950℃；采用连续式棒材轧制生产线轧制成光圆钢筋或带肋钢筋成品，成品经过穿水器加速冷却，并控制上冷床温度为850-950℃，之后在空气中冷却至室温。

3.根据权利要求2所述的400MPa级钢筋的制造方法，其特征在于，钢水经过连铸机制成连铸钢坯，连铸过程中，连铸中间包温度为1535-1565℃。

4.根据权利要求2所述的400MPa级钢筋的制造方法，其特征在于，钢坯均热温度控制为1150-1210℃，均热段停留时间为25-35min。

5.根据权利要求2所述的400MPa级钢筋的制造方法，其特征在于，开轧温度控制为1000-1100℃。

6.根据权利要求2所述的400MPa级钢筋的制造方法，其特征在于，精轧温度控制为850-950℃。

7.根据权利要求2所述的400MPa级钢筋的制造方法，其特征在于，上冷床温度为850-920℃。