CN110846572B - 一种低钒氮比经济型直条螺纹钢及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低钒氮比经济型直条螺纹钢及其生产工艺，螺纹钢的组成按质量百分比为：C：0.20～0.25％，Si：0.40～0.80％，Mn：1.10～1.60％，S≤0.045％，P≤0.045％，V：0.01～0.02％，N：0.006～0.013％，其余为Fe和不可避免杂质，其中碳当量Ceq≤0.54％。本发明螺纹钢采用低钒氮比的设计，在保证质量的前提下充分利用廉价的氮元素来降低钒元素含量，从而实现螺纹钢成本的显著降低；同时螺纹钢具有优良的综合性能和安全性能，推广应用前景良好，其生产工艺简单，便于推广，适合大批量稳定生产。

Description

一种低钒氮比经济型直条螺纹钢及其生产工艺
技术领域
本发明属于螺纹钢生产技术领域，具体涉及一种低钒氮比经济型直条螺纹钢及其生产工艺。
背景技术
螺纹钢作为量大面广的关键建筑材料，对建筑安全、资源节约等影响巨大。我国钢筋新国标GB/T1499.2-2018的正式实施，提高了对建筑钢筋的生产工艺技术和综合性能要求，使钢铁企业面临新的压力和挑战，开发性价比高的微合金化技术、优化生产工艺，实现建筑钢筋高效、优质、低成本生产成为钢铁行业及下游行业关注的热点。
对于新国标要求的螺纹钢，国内主流的成分设计工艺为微合金化。众所周知，铌、钒、钛是钢中最常用的微合金化元素，钛元素由于自身特性，收得率不稳定且浇铸困难目前仍没在螺纹钢生产中实现批量应用。由于铌的碳氮析出易导致铸坯裂纹以及含铌钢筋轧材在产品拉伸检测时易出现无屈服平台现象，也使其应用受到了一定的限制。相对于铌、钛两种微合金化元素来说，钒由于含钢筋工艺窗口较宽，强化效果显著，性能稳定性好，因此更适合高效率的钢筋生产。为了节约钒元素的添加量、最大限度的发挥钒的微合金化作用，一般含钒钢筋中会采用钒氮微合金化技术。有研究表明，钢筋中钒氮比3.6左右是最佳的成分设计，钒可发挥最大的强化作用。本专利通过生产实践开发了一种低钒氮比的螺纹钢，钒氮比在1.0～2.0，产品生产效率高，成本低，性能稳定。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种低钒氮比经济型直条螺纹钢及其生产工艺，解决了现有的螺纹钢中由于钒氮比高，造成钢成本高的问题。
技术方案：本发明一种低钒氮比经济型直条螺纹钢，该钢的组成按质量百分比为：C：0.20～0.25％，Si：0.40～0.80％，Mn：1.10～1.60％，S≤0.045％，P≤0.045％，V：0.01～0.02％，N：0.006～0.013％，其余为Fe和不可避免杂质，其中碳当量Ceq≤0.54％。
上述低钒氮比经济型直条螺纹钢的生产工艺，包括以下步骤：
(1)将钢坯在1000℃～1150℃温度范围内加热，加热时间60～90min；然后均热，均热温度1100～1190℃，均热时间20～30min；
(2)进行轧制，开轧温度在1050～1150℃，终轧温度1000～1050℃，生产过程不控轧；
(3)轧制后的在螺纹钢冷床上自然冷却至室温，进行定尺锯切，然后进行打包。
进一步，所述步骤(1)中在钢坯均热后，对钢坯进行高压水除鳞。
进一步，所述步骤(2)的轧制过程具体为：经粗轧机组进行轧制，飞剪切头尾后，经中轧机组轧制，再飞剪切头尾后，经精轧机组进行轧制。
进一步，所述步骤(3)得到的螺纹钢其屈服强度＞430MPa，抗拉强度＞610MPa，强屈比≥1.30，屈屈比≤1.30。
本发明为了使所述螺纹钢获得优异的综合性能，对所述螺纹钢的化学成分进行了限制，原因在于：
C：碳元素是钢中最为经济有效的强化元素，但是过高的碳含量对产品的塑性和焊接性能有不良影响。本发明中碳含量上限同于国标GB/T1499.2-2018中400MPa级钢筋的C含量上限0.25％，综合考虑将碳含量范围设定为0.20％～0.25％。
Si：硅以固溶体形态存在于铁素体或奥氏体中，有较强的固溶强化作用，可显著提高钢的强度，且价格较锰、钒等合金元素低，性价比较高，因此本发明设定Si含量控制范围Si：0.40～0.80％。
Mn：锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，也是行之有效的固溶强化元素。同时，锰在钢中起到细化珠光体的作用。本发明中Mn含量优选范围：1.10～1.60％。
P、S：磷、硫在钢中被认为是杂质元素，钢质洁净化需要有效降低P、S含量，但是含量要求过低会增加炼钢成本，因此，本发明中P、S含量范围：P≤0.045％，S≤0.045％，满足国标对螺纹钢的要求。
V：钒是强碳氮化物形成元素，与氮的结合力极强，形成稳定的VN，螺纹钢主要利用其析出强化作用，同时也有细化组织和固溶强化作用。本发明中V含量范围：0.01～0.02％。
N：氮元素是与钒元素有强结合能力的微合金化元素，适量的氮元素可有效发挥钒合金元素的微合金化作用，但是氮含量过高对时效性能及焊接性能都会造成不良影响，因此氮含量应控制在合适的范围较好。本发明中N含量范围：N：0.006～0.013％。
本发明螺纹钢的生产工艺在于充分利用合金元素在加热、轧制及相变过程中的不同赋存状态的强化机理来发挥其提高产品强塑性及抗震性能的目的。
本发明有益效果在于：本发明的螺纹钢产品合金体系简单，合金成本低，轧制生产过程不采用控轧控冷，生产工艺简单，方便生产操作；采用上述工艺生产的螺纹钢屈服强度达到430MPa以上，抗拉强度达到610MPa以上，强屈比≥1.30，屈屈比≤1.30，微观组织为铁素体+珠光体，满足GB/T1499.2-2018新标准对螺纹钢金相组织的要求。
具体实施例
下面结合实施例对本发明做进一步描述：
实施例1
钢坯的化学成分配比，按重量百分比计：C：0.20％，Si：0.40％，Mn：1.10％，P：0.018％，S：0.025％，V：0.010％，N：0.006％，Ceq：0.39％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15，其它为Fe和不可避免的杂质。
所用钢坯尺寸150×150方坯，上述成分钢坯轧制规格φ12mm的螺纹钢，该螺纹钢的轧钢工艺步骤为：
(1)将钢坯在1120℃温度范围内加热，加热时间76min；然后均热，均热温度1150℃，均热时间22min，然后对钢坯进行高压水除鳞；
(2)进行轧制，开轧温度在1080～1100℃，终轧温度1030～1040℃，生产过程不控轧；轧制过程具体为：经8条粗轧机组进行轧制，飞剪切头尾后，经6条中轧机组轧制，再飞剪切头尾后，经6条精轧机组进行轧制；采用两切分轧制；
(3)轧制后的在螺纹钢冷床上自然冷却至室温，进行定尺锯切，然后进行打包。轧制后的螺纹钢产品性能指标：Rel：455MPa；Rm:615MPa，强屈比：1.35，屈屈比1.13，断后伸长率23.5％，最大力总延伸率(Agt)：13.5％，微观组织为珠光体+铁素体，满足新国标对螺纹钢的要求。
实施例2
钢坯的化学成分配比，按重量百分比计：C：0.23％，Si：0.45％，Mn：1.35％，P：0.021％，S：0.023％，V：0.013％，N：0.012％，Ceq：0.47％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15，其它为Fe和不可避免的杂质。
所用钢坯尺寸150×150方坯，上述成分钢坯轧制规格φ25mm的螺纹钢，该螺纹钢的轧钢工艺步骤为：
(1)将钢坯在1140℃温度范围内加热，加热时间70min；然后均热，均热温度1180℃，均热时间26min，然后对钢坯进行高压水除鳞；
(2)进行轧制，开轧温度在1110～1125℃，终轧温度1025～1035℃，生产过程不控轧；轧制过程具体为：经3条粗轧机组进行轧制，飞剪切头尾后，经4条中轧机组轧制，再飞剪切头尾后，经6条精轧机组进行轧制；采用单线轧制；
(3)轧制后的在螺纹钢冷床上自然冷却至室温，进行定尺锯切，然后进行打包。轧制后的螺纹钢产品性能指标：Rel：445MPa；Rm:630MPa，强屈比：1.42，屈屈比1.11，断后伸长率22％，最大力总延伸率(Agt)：12.0％，微观组织为珠光体+铁素体，满足新国标对螺纹钢的要求。
实施例3
钢坯的化学成分配比，按重量百分比计：C：0.25％，Si：0.80％，Mn：1.60％，P：0.021％，S：0.023％，V：0.020％，N：0.013％，Ceq：0.52％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15，其它为Fe和不可避免的杂质。
所用钢坯尺寸150×150方坯，上述成分钢坯轧制规格φ40mm的螺纹钢，该螺纹钢的轧钢工艺步骤为：
(1)将钢坯在1140℃温度范围内加热，加热时间69min；然后均热，均热温度1180℃，均热时间27min，然后对钢坯进行高压水除鳞；
(2)进行轧制，开轧温度在1110～1125℃，终轧温度1025～1035℃，生产过程不控轧；轧制过程具体为：经3条粗轧机组进行轧制，飞剪切头尾后，经4条中轧机组轧制，再飞剪切头尾后，经4条精轧机组进行轧制；采用单线轧制；
(3)轧制后的在螺纹钢冷床上自然冷却至室温，进行定尺锯切，然后进行打包。轧制后的螺纹钢产品性能指标：Rel：475MPa；Rm:650MPa，强屈比：1.37，屈屈比1.19，断后伸长率22％，最大力总延伸率(Agt)：12.0％，微观组织为珠光体+铁素体，满足新国标对螺纹钢的要求。

Claims (4)

1.一种低钒氮比经济型直条螺纹钢，其特征在于，该钢的组成按质量百分比为：C：0.23%，Si：0.45%，Mn：1.35%，P：0.021%，S：0.023%，V：0.013%，N：0.012%，Ceq：0.47%，Ceq=C+Mn/6+（Cr+V+Mo）/5+(Cu+Ni)/15，其它为Fe和不可避免的杂质；
上述的低钒氮比经济型直条螺纹钢的生产工艺，包括以下步骤：
1）将钢坯在1140℃温度范围内加热，加热时间70min；然后均热，均热温度1180℃，均热时间26min；
2）进行轧制，开轧温度在1110～1125℃，终轧温度1025～1035℃，生产过程不控轧；
3）轧制后的在螺纹钢冷床上自然冷却至室温，进行定尺锯切，然后进行打包。
2.根据权利要求1所述的低钒氮比经济型直条螺纹钢，其特征在于：所述步骤（1）中在钢坯均热后，对钢坯进行高压水除鳞。
3.根据权利要求1所述的低钒氮比经济型直条螺纹钢，其特征在于：所述步骤（2）的轧制过程具体为：经粗轧机组进行轧制，飞剪切头尾后，经中轧机组轧制，再飞剪切头尾后，经精轧机组进行轧制。
4.根据权利要求1所述的低钒氮比经济型直条螺纹钢，其特征在于：所述步骤（3）得到的螺纹钢其屈服强度＞430MPa，抗拉强度＞610MPa，强屈比≥1.30，屈屈比≤1.30。
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