CN110218952B - 一种精轧螺纹钢筋及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种规格为Ф25mm和Ф32mm的两种成品精轧螺纹钢筋及其生产方法，通过对钢成分的调整，轧后余热处理即可一次成型，无需离线调质处理，节省加工工艺，降低精轧螺纹钢筋的生产成本。以质量百分比计，包括下述钢成分：碳：0.28‑0.33％，硅：0.55‑0.80％，锰：1.20‑1.60％，铬：0.30％‑0.45％，钒：0.10％‑0.12％，磷：＜0.025％，硫：＜0.025％，硼≤0.0035％，N：0.017‑0.023％；余量为铁和不可避免的杂质。

Description

一种精轧螺纹钢筋及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种低成本高强度精轧螺纹钢筋及其生产方法。

背景技术

精轧螺纹钢筋广泛应用于大型水利工程、工业和民用建筑中的连续梁和大型框架结构，公路、铁路大中跨桥梁、核电站及地锚等工程。精轧螺纹钢筋具有连接锚固简便，粘着力强，张拉锚固安全可靠，施工方便等优点。而且用料少，能够减少构件面积和重量。

随着GB_T 20065-2016新标准的实施，对精轧螺纹钢筋的延伸率等技术指标提出了更高的要求，导致在线直接生产难度增大。精轧螺纹钢筋包含了PSB785、PSB830、PSB930、PSB1080和PSB1200五个牌号级别，涉及规格从Ф14mm-Ф75mm。常用规格为Ф25mm和Ф32mm两个规格，市场用量最大的是PSB785和PSB830两个级别。PSB930、PSB1080和PSB1200级别用量极少，而且这三个级别产品要想一次检验合格率达到100％，必须通过离线热处理(即成品通过调质处理来实现)。

目前常用钢种40Si2MnV、45SiMnV、45Si2Cr和60Si2Mn都需要后续加温、淬火和回火等调质处理。尤其对于市场用量最大的PSB785和PSB830两个级别的钢种，还容易产生轧后脆断、延伸率偏低、需要离线进行淬火和回火调质处理，生产工艺较为繁琐，增加了精轧螺纹钢筋的生产成本。

发明内容

基于上述问题，本发明一方面提供一种规格为Ф25mm和Ф32mm的两种成品精轧螺纹钢筋，通过对钢成分的调节，轧后余热处理即可一次成型，无需离线调质处理，节省加工工艺，降低精轧螺纹钢筋的生产成本。

本发明另一方面提供一种精轧螺纹钢筋的生产方法。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种精轧螺纹钢筋，以质量百分比计，包括下述钢成分：

碳：0.28-0.33％，硅：0.55-0.80％，锰：1.20-1.60％，铬：0.30％-0.45％，钒：0.10％-0.12％，磷：＜0.025％，硫：＜0.025％，硼≤0.0035％，N：0.017-0.023％；余量为铁和不可避免的杂质。

进一步地，以质量百分比计，包括下述钢成分：

碳：0.30-0.31％，硅：0.62-0.70％，锰：1.35-1.58％，铬：0.32％-0.40％，钒：0.103％-0.110％，磷：0.018％-0.022％，硫：0.017％-0.022％，硼≤0.0025％，N：0.018-0.022％；余量为铁和不可避免的杂质。

进一步地，以质量百分比计，钢成分中还包括铌≤0.018％，铌+硼≤0.025％。

进一步地，精轧螺纹钢筋的屈服强度为935-964MPa，抗拉强度为1100MPa-1130MPa，延伸率为9.5％-10.5％，最大伸长率为6％-7％。

本发明提供的一种精轧螺纹钢筋的生产方法，包括以下步骤：

转炉或电炉冶炼→LF炉精炼处理→全保护浇铸→轧制→在线余热处理，回火→成品精轧螺纹钢筋。

进一步地，冶炼步骤中，钢水出钢出至1/5时，依次加入硅锰、硅铁、高铬铁、钒氮合金和复合强化微氮合金，钢水出至4/5时将硅锰、硅铁、高铬铁、钒氮合金和复合强化微氮合金全部加完，钢水成分中N含量达到0.017-0.023％；

底吹氩总时间≥10min，中包钢水温度控制在1510℃-1520℃，拉速为1.6m/min-1.90m/min，中包液面高度≥700mm。

进一步地，浇铸步骤中，连铸坯规格为150mm×150mm或160mm×160mm小方坯，成品螺纹钢精的规格为Ф25mm和Ф32mm。

进一步地，浇铸规格为φ32mm的螺纹钢筋时，所述冶炼步骤中，钢水出钢出至1/5时，依次加入硅锰、硅铁、高铬铁、钒氮合金和复合强化微氮合金的同时，加入铌铁，钢水出至4/5时将所述硅锰、硅铁、高铬铁、钒氮合金、铌铁和复合强化微氮合金全部加完，钢水成分中N含量达到0.017-0.023％。

进一步地，轧制步骤中，连铸坯缓冷24小时以上进行轧制；

加热炉的均热段炉温控制为1050℃～1070℃，加热时间125min～140min，钢坯开轧温度为950℃～980℃，控制终轧温度为840℃～890℃。

进一步地，回火步骤中，将轧制后的螺纹钢精穿过三段式冷却水管进行在线余热处理，成品上冷床的温度为605℃-620℃；

其中，Φ32mm规格螺纹钢筋的回火温度为575℃-595℃，Φ25mm规格螺纹钢筋的回火温度为605℃-620℃。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

1)本发明针对目前市场用量最大的PSB785和PSB830产品存在轧后脆断、延伸率偏低和需要离线进行淬火和回火调质处理生产成本高等一系列问题，对钢成分进行调整降低碳含量，并采用微铌处理与增氮技术相结合，同时加入适量的强淬透性元素Cr、B增加在线余热处理时钢的淬透性，生产完成即可得到理想的组织状态，满足目前精轧螺纹钢筋的强度和延展性要求。

2)通过在线轧后余热处理，无需离线处理，一次成材，得到满足GB_T20065-2016新标准要求的低成本高强度精轧螺纹钢筋。

附图说明

图1为本发明提供的精轧螺纹钢筋生产过程中随机抽取的一个样品的断面表层金相显微组织相图；

图2为图1的精轧螺纹钢筋的断面心部金相显微组织相图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明基于实现在线余热处理代替离线调质处理生产高强精轧螺纹钢筋的目的，一次检验合格率100％。尤其对于目前国内市场需求量最大的PSB785和PSB830产品，本发明提供以下成分调整的精轧螺纹钢筋。

以下，对本实施方式中涉及的钢含有的各元素的含量的限定理由进行说明，关于成分的％意味着质量％。

碳：0.28％-0.33％

C为了保证钢筋的强度，精轧螺纹钢筋国内外的C含量通常都保持0.4％以上。C能够保证部件的抗拉强度，C含量过高则会导致热轧后的钢件容易产生断裂。目前对于热轧完成后的精轧螺纹钢筋必须进行再回火处理才可以使用，增加了精轧螺纹钢筋的生产成本。本申请中调整C含量为0028-0.33％，降低了C含量，降低钢件的脆断性。为了保证螺纹钢筋的强度，同时又得限制C含量不能过低，优选地，C含量为0.28％、0.29％、0.30％，0.31％、0.32％、0.33％。

硅：0.55％-0.80％

Si通过固溶强化使铁素体强化，有助于合金钢强度的增大，为了保证本发明钢的性能，本申请中控制硅含量为0.55％-0.80％，优选为0.62-0.70％，具体可以为0.55％、0.6％、0.62％、0.68％、0.7％、0.75％、0.8％。

锰：1.20％-1.60％

Mn作为固溶强化元素，形成的固溶体有助于提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，同时又是碳化物形成的元素，为了保证螺纹钢筋的强度，本申请中调整Mn含量为1.20-1.60％，优选为1.35-1.58％，具体可以为1.2％、1.3％、1.35％、1.4％、1.45％、1.5％、1.58％、1.6％。

铬：0.30％-0.45％

Cr与Mn同样通过固溶强化对铁素体进行强化，延展性和韧性相对降低。本方案中Cr含量下限为0.30％，其上限为0.45％，优选为0.32％-0.4％，具体可以为0.3％、0.32％、0.35％、0.38％、0.4％、0.45％。

钒：0.10％-0.12％

V作为析出强化元素，在铁素体基体中以碳化物或碳氮化物的形式析出，对铁素体进行强化，使延展性和韧性相对降低。另外，V具有通过碳化物或碳氮化物的析出强化提高钢材的微合金化，进而提高其屈服比的效果。本方案中V的含量下限为0.10％，其上限为0.12％，优选为0.103％-0.110％，具体可以为0.10％、0.103％、0.108％、0.110％、0.12％。

铌+硼≤0.02％

B的加入量控制在0.0035％以内，比如可以为0.0035％、0.0028％、0.0030％、0.0025％、0.0020％，少量B能够提高钢的高温强度并强化晶界，提高刚的淬透性。Φ25mm的螺纹钢筋相比较φ32mm的螺纹钢筋规格较小，轧制过程中压缩比大，更容易满足产品各项性能指标要求。而φ32mm螺纹钢筋的规格加大，压缩比小，因此，在生产时需要加入微量的Nb来控制钢筋的组织状态，提高钢筋的强度和综合指标来满足标准要求。Nb加入量控制在0.018％以内，比如可以为0.018％、0.015％、0.012％，不影响钢的塑性和韧性的同时，显著提高合金钢的强度。

N：0.017-0.023％

N的加入能够促进V的析出，提高V的析出强化效果，本申请加入微量的N，在提高V的析出强化效果同时降低合金化所需加入V的量，节省合金化成本。本申请中控制N含量上限为0.023％，下限为0.017％，优选为0.019％-0.021％，具体可以为0.017％、0.018％、0.019％、0.020％、0.021％。

在成分设计时，考虑P含量小于0.020％，S含量小于0.020％，此时，该非调质钢能够达到特级优质钢水平，同时能够防止在下游用户后续成品件加工过程中进行表面感应淬火过程中出现裂纹。

本方案在通过降低碳含量，降低了螺纹钢筋的热脆性，同时，加入了微量的氮和铌，综合其中的钒和Cr，提高螺纹钢筋在热轧过程中的析出强化效果，显著增加螺纹钢筋的抗拉强度和屈服强度的同时，还提高了螺纹钢筋的韧性。加入适量的强淬透性元素Cr、B，来增加在线余热处理时钢的淬透性，得到理想的组织状态，得到具有高强度和高韧性精轧螺纹钢筋。

本发明还提供了上述精轧螺纹钢筋的生产方法，包括以下步骤：

转炉或电炉冶炼：钢水出钢出至1/5时，依次加入硅锰、硅铁、高铬铁、钒氮合金和复合强化微氮合金，钢水出至4/5时将所述硅锰、硅铁、高铬铁、钒氮合金和复合强化微氮合金全部加完，控制钢水成分中N含量为0.017-0.023％，氮过量会导致钢的热延性降低，因此，本方案中，控制氮含量上限为0.023％，同时为了达到强化析出的目的，又需要保证氮含量下限为0.017％。对于φ25mm的螺纹钢筋，在生产时可以不用加入铌，但是，在生产φ32mm的螺纹钢筋时，为了保证钢筋的强度，需要加入少量铌铁，以保证螺纹钢筋的组织性能。加入时，随同硅锰、硅铁、高铬铁、钒氮合金一起加入即可。

底吹氩总时间控制在10min以上，中包钢水温度控制在1510℃-1520℃，拉速为1.6m/min-1.90m/min，中包液面高度保持在700mm以上。对于底吹氩总时间和中包液面高度，在生产过程中，只要满足了本方案中所限定的下限值，即能很好的保证钢水的纯净度和均匀性。对于底吹氩总时间越长，钢水的纯净度更好，但是考虑到成本和生产效率，可以根据实际需要设定底吹氩时间，无需太长。

LF炉精炼处理；

全保护浇铸：连铸坯规格为150mm×150mm或160mm×160mm小方坯，成品螺纹钢精的规格为Ф25mm和Ф32mm；

轧制：连铸坯缓冷24小时以上进行轧制；加热炉的均热段炉温控制为1050℃～1070℃,比如为1050℃，1060℃，1070℃，加热时间125min～140min，比如为125min、130min、135min、140min。钢坯开轧温度为950℃～980℃，比如为950℃、960℃、970℃、980℃，控制终轧温度为840℃～890℃，比如为840℃、850℃、860℃、870℃、880℃、890℃；

在线余热处理，回火：将轧制后的螺纹钢精穿过三段式冷却水管进行在线余热处理，成品上冷床的温度为605℃-620℃，比如为605℃、610℃、615℃、620℃；其中，Φ32mm规格螺纹钢筋的回火温度为575℃-595℃，比如为575℃、580℃、585℃、590℃、595℃，Φ25mm规格螺纹钢筋的回火温度为605℃-620℃，比如为605℃、610℃、615℃、620℃；

成品精轧螺纹钢筋。

本发明提供的方法，将轧制完成的高温钢筋直接穿水管进行强穿水，使其表面温度急剧下降，此时心部温度还是保持高温，之后上冷床，Φ32mm规格通条回火温差控制在了20℃内，Φ25mm规格通条回火温差控制在了15℃内，有效地保证了钢材性能稳定。钢材组织表面获得了理想厚度的回火组织保证了钢筋的强度，心部为塑性优良的铁素体+珠光体组织，保证了该产品在获得高强度的同时具有很好的延伸率，实现在线余热处理代替离线调质处理，满足GB_T 20065-2016预应力混凝土用螺纹钢筋标准要求的低成本高强度精轧螺纹钢筋。

如图1和图2所示，为随机抽取的一个本发明提供的精轧螺纹钢筋断面的金相显微组织，图1为表层金相图，图2为心部金相图。图1为典型的回火马氏体组织，图2为铁素体和珠光体组织。

表1为行业新标准，GB_T 20065-2016预应力混凝土用螺纹钢筋标准：

表1

为了进一步详尽的说明本发明提供的方案，通过以下实施例进行详细说明。

实施例1

在炼钢、连铸工序中采用转炉或电炉初炼钢水及钢包合金化。在钢水出钢出至1/5时，依次加入硅锰、硅铁、高铬铁和钒氮合金，钢水出至4/5时将其全部加完，在此过程中加入复合强化微氮合金，使钢水成分中N含量达到0.019％，底吹氩总时间≥10min，中包钢水温度控制在1510℃，拉速为1.75m/min，中包液面高度≥700mm，连铸机采用塞棒中间包，实行全保护浇铸和专用保护渣，连铸坯必须缓冷24小时以上。

在轧钢工序中，将缓冷24小时以上的钢坯送入均热段炉温为1060℃的加热炉中，加热时间为125min，以970℃的开轧温度进行轧制，终轧速度为9.5m/s，并在880℃的终轧温度完成轧制，而后经过18m长三段式冷却水管进行在线余热处理，使成品上冷床温度为610℃。

实施例2

在炼钢、连铸工序中采用转炉或电炉初炼钢水及钢包合金化。在钢水出钢出至1/5时，依次加入硅锰、硅铁、高铬铁和钒氮合金，钢水出至4/5时将其全部加完，在此过程中加入复合强化微氮合金，使钢水成分中N含量达到0.018％，底吹氩总时间≥10min，中包钢水温度控制在1510℃，拉速为1.85m/min，中包液面高度≥700mm，连铸机采用塞棒中间包，实行全保护浇铸和专用保护渣，连铸坯必须缓冷24小时以上。

在轧钢工序中，将缓冷24小时以上的钢坯送入均热段炉温为1070℃的加热炉中，加热时间为128min，以980℃的开轧温度进行轧制，终轧速度为10.1m/s，并在890℃的终轧温度完成轧制，而后经过18m长三段式冷却水管进行在线余热处理，使成品上冷床温度为620℃。

实施例3

在炼钢、连铸工序中采用转炉或电炉初炼钢水及钢包合金化。在钢水出钢出至1/5时，依次加入硅锰、硅铁、高铬铁、铌铁和钒氮合金，钢水出至4/5时将其全部加完，在此过程中加入复合强化微氮合金，使钢水成分中N含量达到0.022％，底吹氩总时间≥10min，中包钢水温度控制在1520℃，拉速为1.90m/min，中包液面高度≥700mm，连铸机采用塞棒中间包，实行全保护浇铸和专用保护渣，连铸坯必须缓冷24小时以上。

在轧钢工序中，将缓冷24小时以上的钢坯送入均热段炉温为1050℃的加热炉中，加热时间为130min，以960℃的开轧温度进行轧制，终轧速度为7.8m/s，并在850℃的终轧温度完成轧制，而后经过18m长(三段式冷却)穿水管进行在线余热处理，使成品上冷床温度为610℃。

实施例4

在炼钢、连铸工序中采用转炉或电炉初炼钢水及钢包合金化。在钢水出钢出至1/5时，依次加入硅锰、硅铁、高铬铁、铌铁和钒氮合金，钢水出至4/5时将其全部加完，在此过程中加入复合强化微氮合金，使钢水成分中N含量达到0.021％，底吹氩总时间≥10min，中包钢水温度控制在1510℃，拉速为1.6m/min，中包液面高度≥700mm，连铸机采用塞棒中间包，实行全保护浇铸和专用保护渣，连铸坯必须缓冷24小时以上。

在轧钢工序中，将缓冷24小时以上的钢坯送入均热段炉温为1070℃的加热炉中，加热时间为140min，以970℃的开轧温度进行轧制，终轧速度为7m/s，并在840℃的终轧温度完成轧制，而后经过18m长(三段式冷却)穿水管进行在线余热处理，使成品上冷床温度为605℃。

表2为上述四个实施例生产的精轧螺纹钢筋的主要钢化学成分列表，(质量％)。

表2

表3为上述四个实施例对应精轧螺纹钢筋的测试的力学性能。

表3

炉号	规格	Rel(Mpa)	Rm(Mpa)	A(％)	Agt(％)
						实施例1	Φ25mm	964	1130	10.5	6.5
实施例2	Φ25mm	935	1123	9.5	6
						实施例3	Φ32mm	945	1100	10	7
实施例4	Φ32mm	955	1120	9.5	6.5

通过以上四个实施例可以看到，本发明钢成分调整之后生产的精轧螺纹钢筋其力学性能完全满足GB_T 20065-2016新标准，而且远超过新标准要求。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (8)

1.一种精轧螺纹钢筋，其特征在于，以质量百分比计，包括下述钢成分：

碳：0.28-0.33％，硅：0.55-0.80％，锰：1.20-1.60％，铬：0.30％-0.45％，钒：0.10％-0.12％，磷：＜0.025％，硫：＜0.025％，硼≤0.0035％，N：0.017-0.023％；余量为铁和不可避免的杂质；

所述精轧螺纹钢筋的屈服强度为935-964MPa，抗拉强度为1100MPa-1130MPa，延伸率为9.5％-10.5％，最大伸长率为6％-7％。

2.根据权利要求1所述的精轧螺纹钢筋，其特征在于，以质量百分比计，包括下述钢成分：

碳：0.30-0.31％，硅：0.62-0.70％，锰：1.35-1.58％，铬：0.32％-0.40％，钒：0.103％-0.110％，磷：0.018％-0.022％，硫：0.017％-0.022％，硼≤0.0025％，N：0.018-0.022％；余量为铁和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1或2所述的精轧螺纹钢筋，其特征在于，以质量百分比计，所述钢成分中还包括铌≤0.018％，

铌+硼≤0.025％。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的精轧螺纹钢筋的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：

转炉或电炉冶炼→LF炉精炼处理→全保护浇铸→轧制→在线余热处理，回火→成品精轧螺纹钢筋；

所述在线余热处理，回火步骤中，将轧制后的螺纹钢筋穿过三段式冷却水管进行在线余热处理，成品上冷床的温度为605℃-620℃；其中，Φ32mm规格螺纹钢筋的回火温度为575℃-595℃，Φ25mm规格螺纹钢筋的回火温度为605℃-620℃。

5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，

所述冶炼步骤中，钢水出钢出至1/5时，依次加入硅锰、硅铁、高铬铁、钒氮合金和复合强化微氮合金，钢水出至4/5时将所述硅锰、硅铁、高铬铁、钒氮合金和复合强化微氮合金全部加完，钢水成分中N含量达到0.017-0.023％；

底吹氩总时间≥10min，中包钢水温度控制在1510℃-1520℃，拉速为1.6m/min-1.90m/min，中包液面高度≥700mm。

6.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，

所述浇铸步骤中，连铸坯规格为150mm×150mm或160mm×160mm小方坯，成品螺纹钢筋的规格为Ф25mm和Ф32mm。

7.根据权利要求6所述的生产方法，其特征在于，

浇铸规格为φ32mm的螺纹钢筋时，所述冶炼步骤中，钢水出钢出至1/5时，依次加入硅锰、硅铁、高铬铁、钒氮合金和复合强化微氮合金的同时，加入铌铁，钢水出至4/5时将所述硅锰、硅铁、高铬铁、钒氮合金、铌铁和复合强化微氮合金全部加完，钢水成分中N含量达到0.017-0.023％。

8.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，

所述轧制步骤中，连铸坯缓冷24小时以上进行轧制；

加热炉的均热段炉温控制为1050℃～1070℃，加热时间125min～140min，钢坯开轧温度为950℃～980℃，控制终轧温度为840℃～890℃。

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