CN111172459A - 一种hrb600e钒钛微合金化高强抗震热轧钢筋 - Google Patents

一种hrb600e钒钛微合金化高强抗震热轧钢筋 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种HRB600E钒钛微合金化高强抗震热轧钢筋，其特征在于：其化学成分以质量百分比计包括：C：0.22～0.28％，Si+Mn：1.50～3.00％，V+Ti：0.10～0.25％，V≤0.12％，P≤0.035％，S≤0.035％，N：0.02～0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质；Mn＝(1‑4)×Si，V＝(1‑3)×Ti，碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.56。其生产方法包括：冶炼工序；连铸工序；轧制工序；冷床冷却工序。本发明通过添加V、Ti微合金元素，在冶炼工序中喂入氮化硅铁包芯线进行增氮；轧制工序采用高温加热和低温开轧相结合的工艺以保证V的固溶并发挥TiN细晶作用；后在冷却工序形成弥散细小的Ti(C/N)+V(C/N)复合粒子析出，析出强化和细晶强化协同作用。采用上述成分和工艺生产的螺纹钢显微组织为铁素体+贝氏体，下屈服强度≥620MPa。

Description

一种HRB600E钒钛微合金化高强抗震热轧钢筋
技术领域
本申请涉及钢铁冶金领域，特别是涉及一种HRB600E钒钛微合金化高强抗震热轧钢筋。
背景技术
随着中国经济建设的不断发展，对建筑用钢筋的要求不断提升，高强、抗震、经济型钢筋将逐渐成为市场主流。2018年颁布的新国标GB/T1499.2-2018《钢筋混凝土用钢第二部分：热轧带肋钢筋》增加了600MPa级钢筋，同时取消了335MPa级的钢筋。采用更高级别建筑钢筋可以节约钢材使用量并且减轻结构自重、缩短工期，节能减排和绿色环保效果显著。而600MPa级高强抗震钢筋HRB600E在保证强度要求同时满足抗震性能要求，显著提升建筑结构的安全性和稳定性，可广泛用于国防重点工程、地震带结构建筑和高层建筑中。
目前生产600MPa级抗震钢筋的工艺主要走V-N微合金化路线，V添加量普遍大于0.12％。如沙钢钢铁研究院申请的“一种600MPa级抗震螺纹钢筋及其制造方法”和“一种小规格600MPa级抗震螺纹钢筋及其制造方法”V的添加量分别为0.15-0.21％和0.12-0.14％；河钢申请的“一种HRB600E含钒高强度热轧抗震钢筋及生产方法”V的添加量为0.15-0.20％；河钢申请的“一种热轧600MPa级抗震螺纹钢筋及生产方法”V的添加量为0.12-0.15％。由于钒合金价格昂贵，大量添加势必增加成产成本，影响企业盈利。而降低钒的添加量的均走精轧穿水路线，如陕钢申请的“一种HRB600E高强度抗震钢筋及其生产方法”和武钢昆钢申请的“铌钛硼微合金HRB600高强度抗震钢筋及其制备”均是通过精轧后强穿水的工艺，虽然性能满足要求，但一方面生产流程复杂对设备穿水能力要求较高，另一方面穿水组织控制难以保证为铁素体+珠光体。
因此，有必要开发一种热轧HRB600E高强抗震且生产流程简单、性能稳定的钢筋。
发明内容
本发明的目的在于提供一种HRB600E钒钛微合金化高强抗震热轧钢筋，以克服现有技术中的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种HRB600E钒钛微合金化高强抗震热轧钢筋，其化学成分以质量百分比计包括：C：0.22～0.28％，Si+Mn：1.50～3.00％，V+Ti：0.10～0.25％，V≤0.12％，P≤0.035％，S≤0.035％，N：0.02～0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质；Mn＝(1-4)×Si，V＝(1-3)×Ti，碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.56。
优选的，其化学成分以质量百分比计包括：C 0.22～0.28％，Si+Mn1.50～3.00％，V+Ti 0.10～0.25％，V≤0.12％，P≤0.035％，S≤0.035％，N0.02～0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质，其中，Mn＝(1-4)×Si，V＝(1-3)×Ti，碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.54。
优选的，其化学成分以质量百分比计包括：C 0.22～0.27％，Si+Mn1.50～2.15％，V+Ti 0.10～0.25％，V≤0.12％，P≤0.035％，S≤0.02％，N：0.02～0.035％，其余为Fe和不可避免的杂质，其中，Mn＝(1-4)×Si，V＝(1-3)×Ti，碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.54。
优选的，所述钢筋的微观组织包括铁素体和珠光体。
优选的，所述钢筋下屈服强度≥620MPa，强屈比≥1.25，断后伸长率≥15％，最大力总伸长率≥9％。
为实现上述目的，本申请提供一种HRB600E钒钛微合金化高强抗震热轧钢筋的生产方法，所述方法包括：
冶炼工序：进行钢水冶炼；
连铸工序：钢水经过连铸机制成连铸钢坯；
轧制工序：连铸钢坯轧制成钢筋，连铸钢坯在加热炉中均热段温度控制为1150～1250℃，加热总时间为60～100min，采用连续棒线轧制机进行轧制，开轧温度为980～1080℃。
冷床冷却工序：在冷床上对钢筋进行冷却，钢筋上冷床温度为800-950℃。
优选的，所述冶炼工序包括增氮精炼工序，增氮精炼工序通过将氮化硅铁合金以包芯线形式喂入，制备包芯线的氮化硅铁颗粒尺寸为0.5-3mm。
与现有技术相比较，本发明的有益效果至少包括：
1)采用微合金元素V和Ti共同添加的成分设计，减少贵合金V的使用量，降低成本；
2)采用在精炼过程中将氮化硅铁以包芯线喂入的增氮形式，操作简单且增氮效果优异，提升V的使用效率；
3)采用高温加热和低温开轧相结合的工艺，发挥V的固溶作用和TiN细晶作用，并在后续的冷却过程中形成弥散细小的Ti(C/N)+V(C/N)复合粒子析出，析出强化和细晶强化协同作用，提升强度的同时保证抗震性能。
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。
以下对本发明中HRB600E钒钛微合金化高强抗震热轧钢筋及生产方法进行进一步说明。
本发明旨在提供一种HRB600E钒钛微合金化高强抗震热轧钢筋及生产方法，通过添加微合金化元素V和Ti并且提高N含量，有效降低V的使用量；并采用高温加热和低温开轧相结合的工艺，协同发挥TiN细晶强化和V(C/N)粒子析出强化作用。制得的钢筋的下屈服强度≥620MPa，强屈比≥1.25，断后伸长率≥15％，最大力总伸长率≥9％，满足高强抗震钢筋各项指标。
基于大量试验数据，以下对所述高强钢筋中的各个化学成分进行详细介绍：
C：碳是一种廉价的有效提升钢筋强度的元素。其通过固溶强化作用提升强度，但碳含量过高会降低钢的塑韧性，同时恶化焊接性能，为保证钢筋综合性能并且节约成本，碳含量合理范围为0.22～0.28％。
Si、Mn：硅和锰起固溶强化作用，增加钢的淬透性，推迟过冷奥氏体的共析转变，增加弹性极限和屈服极限，提高钢的强度。当Si+Mn含量低于1.5％时，合金含量过低，固溶强化效果较弱，钢筋强度难以保证；而当Si+Mn含量高于3.00％时，会导致珠光体过于粗大，影响钢筋塑性，因此Si+Mn范围为1.50-3.00％。考虑到两者对强度提升的差异，且Mn含量与碳当量Ceq挂钩，Ceq过高会影响钢筋焊接性能，所以限定Mn＝(1-4)×Si。
V、Ti：V和Ti都是常用的微合金化元素，V在轧制过程析出的V(C/N)粒子析出可以钉扎位错，阻碍位错运动，显著提升钢筋抗拉强度；而Ti通过铸坯形成的TiN阻碍加热过程奥氏体长大，从而细化奥氏体晶粒并进一步细化成品铁素体晶粒，同步提升钢筋塑性和屈服强度。由于需保证高强钢筋抗震性能，则控制强化方式以析出强化为主，细晶强化为辅，V+Ti范围为0.10～0.25％(V≤0.12％)，同时限定V＝(1-3)×Ti。
N：N可以促进后续Ti(C/N)+V(C/N)复合粒子的析出，强化析出效果的同时可以减少贵合金V的使用量，降低成本。但N含量过高会降低钢筋塑性，所以N含量范围为0.02～0.04％。
以上述成分设计方案为基础，本发明的生产工艺涉及考虑如下：
钢坯均热段温度控制为1150～1250℃，加热和均热总时间为60～120min，充分发挥V的固溶强化作用并利用TiN颗粒阻碍奥氏体晶粒长大。开轧温度控制为980～1080℃，期间通过形变诱导机制(低温+形变)有效发挥Ti(C/N)+V(C/N)复合粒子的析出强化作用。轧钢工序终轧后通过穿水器弱穿水控温，上冷床温度控制为820～950℃，保证钢筋组织为铁素体+珠光体。
本发明中一种HRB600E钒钛微合金化高强抗震热轧钢筋，化学组成按重量百分比(％)计包括：C 0.22～0.28％，Si+Mn 1.50～3.00％，V+Ti 0.10～0.25％(V≤0.12％)，P≤0.035％，S≤0.035％，N 0.02～0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质。Mn＝(1-4)×Si，V＝(1-3)×Ti，碳当量Ceq≤0.56，其中：Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15。
结合上述成分设计，本发明采用如下生产方法，包括：：高炉铁水预脱硫后添加废钢进入氧气转炉，进行顶底复合吹炼，吹炼过程中加入造渣剂石灰、白云石、菱镁球，控制出钢温度范围1650～1690℃；出钢1/4～3/4时，按顺序加入硅锰合金、钒氮合金、钛铁和普通增碳剂，然后进行脱氧合金化；随后进入LF炉精炼，精炼过程进行增氮，增氮方式通过将氮化硅铁以包芯线形式喂入，制备包芯线的氮化硅铁颗粒尺寸控制为0.5-3mm，随后吹氩加入石灰进行电极化渣；出钢至连铸之间全程采用惰性气体底吹搅拌，控制中间包过热度25～50℃，连铸获得小方坯。钢坯在加热炉中均热段温度控制为1150～1250℃，加热和均热总时间为60～120min。采用连续棒线轧制机进行轧制，开轧温度控制为980～1080℃。终轧后通过穿水器弱穿水冷却，上冷床温度控制为820～950℃。后空冷至室温，经剪切定尺、打捆堆放。制得的钢筋显微组织为铁素体+珠光体。钢筋的下屈服强度≥620MPa，强屈比≥1.25，断后伸长率≥15％，最大力总伸长率≥9％。
以下结合具体实施例对本发明进行进一步说明：
实施例1
本实例HRB600E高强抗震热轧钢筋化学成分为：C 0.27wt％，Si 0.75wt％，Mn1.40wt％，V 0.12wt％，Ti 0.06wt％，S 0.02wt％，P 0.02wt％，N 0.035wt％其余为Fe和不可避免的杂质，Ceq＝0.53。
采用转炉冶炼，LF精炼，连铸成150mm×150mm小方坯；钢坯在加热炉中均热段温度为1150-1200℃，加热总时间70min；后采用连续棒线轧制机进行轧制，轧制规格Ф25mm，开轧温度1000-1020℃，上冷床温度850-880℃，自然冷却至室温即获得HRB600E高强抗震螺纹钢筋。
表1为力学性能，屈服强度＞620MPa，抗拉强度＞780MPa，断后伸长率＞15，最大力总伸长率＞9，组织为铁素体和珠光体。
表1Φ25mm HRB600E钢筋力学性能
实施例2
本实例HRB600E高强抗震热轧钢筋化学成分为：C 0.24wt％，Si 0.65wt％，Mn1.57wt％，V 0.09wt％，Ti 0.05wt％，S 0.02wt％，P 0.02wt％，N 0.022％其余为Fe和不可避免的杂质，Ceq＝0.52。
采用转炉冶炼，LF精炼，连铸成150mm×150mm小方坯；钢坯在加热炉中均热段温度为1180-1230℃，加热总时间80min；后采用连续棒线轧制机进行轧制，轧制规格Ф22mm，开轧温度1040-1060℃，上冷床温度880-900℃，自然冷却至室温即获得HRB600E高强抗震螺纹钢筋。
表1为力学性能，屈服强度＞620MPa，抗拉强度＞780MPa，断后伸长率＞15，最大力总伸长率＞9，组织为铁素体和珠光体。
表1 Φ22mm HRB600E钢筋力学性能
实施例3
本实例HRB600E高强抗震热轧钢筋化学成分为：C 0.22wt％，Si 1.15wt％，Mn1.75wt％，V 0.06wt％，Ti 0.06wt％，S 0.02wt％，P 0.02wt％，N 0.025％其余为Fe和不可避免的杂质，Ceq＝0.52。
采用转炉冶炼，LF精炼，连铸成150mm×150mm小方坯；钢坯在加热炉中均热段温度为1150-1200℃，加热总时间60min；后采用连续棒线轧制机进行轧制，轧制规格Ф20mm，开轧温度980-1000℃，上冷床温度830-850℃，自然冷却至室温即获得HRB600E高强抗震螺纹钢筋。
表1为力学性能，屈服强度＞620MPa，抗拉强度＞780MPa，断后伸长率＞15，最大力总伸长率＞9，组织为铁素体和珠光体。
表1 Φ20mm HRB600E钢筋力学性能
实施例4
本实例HRB600E高强抗震热轧钢筋化学成分为：C 0.27wt％，Si 0.70wt％，Mn1.25wt％，V 0.08wt％，Ti 0.06wt％，S 0.02wt％，P 0.02wt％，N 0.027％其余为Fe和不可避免的杂质，Ceq＝0.50。
采用转炉冶炼，LF精炼，连铸成150mm×150mm小方坯；钢坯在加热炉中均热段温度为1170-1220℃，加热总时间90min；后采用连续棒线轧制机进行轧制，轧制规格Ф25mm，开轧温度1060-1080℃，上冷床温度870-890℃，自然冷却至室温即获得HRB600E高强抗震螺纹钢筋。
表1为力学性能，屈服强度＞620MPa，抗拉强度＞780MPa，断后伸长率＞15，最大力总伸长率＞9，组织为铁素体和珠光体。
表1 Φ25mm HRB600E钢筋力学性能
实施例5
本实例HRB600E高强抗震热轧钢筋化学成分为：C 0.28wt％，Si 0.45wt％，Mn1.25wt％，V 0.12wt％，Ti 0.12wt％，S 0.02wt％，P 0.02wt％，N 0.038％其余为Fe和不可避免的杂质，Ceq＝0.51。
采用转炉冶炼，LF精炼，连铸成150mm×150mm小方坯；钢坯在加热炉中均热段温度为1200-1250℃，加热总时间110min；后采用连续棒线轧制机进行轧制，轧制规格Ф22mm，开轧温度1050-1080℃，上冷床温度920-950℃，自然冷却至室温即获得HRB600E高强抗震螺纹钢筋。
表1为力学性能，屈服强度＞620MPa，抗拉强度＞780MPa，断后伸长率＞15，最大力总伸长率＞9，组织为铁素体和珠光体。
表1 Φ25mm HRB600E钢筋力学性能
实施例6
本实例HRB600E高强抗震热轧钢筋化学成分为：C 0.24wt％，Si 0.85wt％，Mn1.65wt％，V 0.09wt％，Ti 0.06wt％，S 0.02wt％，P 0.02wt％，N 0.031％其余为Fe和不可避免的杂质，Ceq＝0.53。
采用转炉冶炼，LF精炼，连铸成150mm×150mm小方坯；钢坯在加热炉中均热段温度为1160-1210℃，加热总时间70min；后采用连续棒线轧制机进行轧制，轧制规格Ф20mm，开轧温度1010-1050℃，上冷床温度840-870℃，自然冷却至室温即获得HRB600E高强抗震螺纹钢筋。
表1为力学性能，屈服强度＞620MPa，抗拉强度＞780MPa，断后伸长率＞15，最大力总伸长率＞9，组织为铁素体和珠光体。
表1 Φ25mm HRB600E钢筋力学性能
最后说明的是，以上实施例和对比实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种HRB600E钒钛微合金化高强抗震热轧钢筋，其特征在于：其化学成分以质量百分比计包括：C：0.22～0.28％，Si+Mn：1.50～3.00％，V+Ti：0.10～0.25％，V≤0.12％，P≤0.035％，S≤0.035％，N：0.02～0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质；Mn＝(1-4)×Si，V＝(1-3)×Ti，碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.56。
2.根据权利要求1所述的一种HRB600E钒钛微合金化高强抗震热轧钢筋，其特征在于：其化学成分以质量百分比计包括：C 0.22～0.28％，Si+Mn1.50～3.00％，V+Ti 0.10～0.25％，V≤0.12％，P≤0.035％，S≤0.035％，N0.02～0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质，其中，Mn＝(1-4)×Si，V＝(1-3)×Ti，碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.54。
3.根据权利要求1所述的一种HRB600E钒钛微合金化高强抗震热轧钢筋，其特征在于：其化学成分以质量百分比计包括：C 0.22～0.27％，Si+Mn1.50～2.15％，V+Ti 0.10～0.25％，V≤0.12％，P≤0.035％，S≤0.02％，N：0.02～0.035％，其余为Fe和不可避免的杂质，其中，Mn＝(1-4)×Si，V＝(1-3)×Ti，碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.54。
4.根据权利要求1所述的一种HRB600E钒钛微合金化高强抗震热轧钢筋，其特征在于：所述钢筋的微观组织包括铁素体和珠光体。
5.根据权利要求1所述的一种HRB600E钒钛微合金化高强抗震热轧钢筋，其特征在于：所述钢筋下屈服强度≥620MPa，强屈比≥1.25，断后伸长率≥15％，最大力总伸长率≥9％。
6.一种权利要求1-5所述的HRB600E钒钛微合金化高强抗震热轧钢筋的生产方法，其特在于：所述方法包括：
冶炼工序：进行钢水冶炼；
连铸工序：钢水经过连铸机制成连铸钢坯；
轧制工序：连铸钢坯轧制成钢筋，连铸钢坯在加热炉中均热段温度控制为1150～1250℃，加热总时间为60～100min，采用连续棒线轧制机进行轧制，开轧温度为980～1080℃。
冷床冷却工序：在冷床上对钢筋进行冷却，钢筋上冷床温度为800-950℃。
7.根据权利要求6所述的一种HRB600E钒钛微合金化高强抗震热轧钢筋的生产方法，其特在于：所述冶炼工序包括增氮精炼工序，增氮精炼工序通过将氮化硅铁合金以包芯线形式喂入，制备包芯线的氮化硅铁颗粒尺寸为0.5-3mm。
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