CN111527229A - 增强性钢筋及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

根据本申请的实施方案的增强性钢筋含有0.06至0.11重量％的碳(C)、大于0至0.25重量％的硅(Si)、0.8至小于2.0重量％的锰(Mn)、大于0至0.01重量％的磷(P)、大于0至0.01重量％的硫(S)、0.01至0.03重量％的铝(Al)、0.50至1.00重量％的镍(Ni)、0.027至0.125重量％的钼(Mo)、大于0至0.25重量％的铬(Cr)、大于0至0.28重量％的铜(Cu)、大于0至0.01重量％的氮(N)、以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质。所述增强性钢筋具有表层部分和除该表层部分以外的中央部分，其中所述表层部分具有基本上是含有回火马氏体的硬化层，并且所述中央部分具有贝氏体、铁素体和珠光体的复合结构。

Description

增强性钢筋及其制备方法
技术领域
本公开涉及一种增强性钢筋及其制备方法，更特别地涉及一种应用于低温环境的增强性钢筋及其制备方法。
背景技术
碳钢已应用于为人类活动提供空间的结构。例如，碳钢作为结构性钢已广泛地应用于各种领域，包括摩天大楼、大跨度桥梁、大型海洋结构、地下结构和储蓄罐。作为结构性钢的示例，已经应用增强性钢筋。
同时，近年来，随着采矿技术的发展，人们对天然气作为能源的兴趣日益增加。开采的天然气可以在-170℃或更低的温度下进行液化，并以液化天然气(LNG)的形式储存在储蓄罐中。作为用于储存液化天然气的储蓄罐，应用了由经增强性钢筋增强的混凝土所制成的结构。为了防止液化天然气泄漏，要求该结构具有低温性质。与本公开相关的背景技术包括美国专利号8757422。
发明内容
技术问题
本公开提供了一种能够在低温环境中确保韧性和延展性的增强性钢筋及其制备方法。
技术方案
根据本公开的一个方面的增强性钢筋包含0.06重量％至0.11重量％的碳(C)、大于0且不大于0.25重量％的硅(Si)、0.8重量％以上且小于2.0重量％的锰(Mn)、大于0且不大于0.01重量％的磷(P)、大于0且不大于0.01重量％的硫(S)、0.01至0.03重量％的铝(Al)、0.50至1.00重量％的镍(Ni)、0.027至0.125重量％的钼(Mo)、大于0且不大于0.25重量％的铬(Cr)、大于0且不大于0.28重量％的铜(Cu)、大于0且不大于0.01重量％的氮(N)、以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质。增强性钢筋具有表层和除该表层以外的芯部。在此，增强性钢筋在表层具有基本上由回火马氏体组成的硬化层，并且在芯部具有贝氏体、铁素体和珠光体的混合结构。
在一个实施方案中，增强性钢筋的芯部可以包含以面积分率计的35至45％的贝氏体、45至55％的针状铁素体和5至15％的珠光体。
在一个实施方案中，增强性钢筋可以在室温下满足500MPa以上的屈服强度(YS)、1.15以上的拉伸强度(TS)/屈服强度(YS)比、以及10％以上的伸长率，并且可以具有在-170℃下在无缺口试样上测得的3％以上的均匀伸长率、以及在-170℃下的1.0以上的缺口敏感性比。在此，缺口敏感性比可以为(带缺口试样的拉伸强度)/(无缺口试样的屈服强度)的比值。
在一个实施方案中，硬化层可以具有与增强性钢筋的半径的0.31至0.55倍相对应的深度，所述半径为从增强性钢筋的表面算起的半径。
在一个实施方案中，在芯部中的铁素体可以具有9至11μm的粒度。
根据本公开的另一个方面，用于制备增强性钢筋的方法包括以下步骤：在1030℃至1250℃的温度下对板坯进行再加热，所述板坯包含0.06重量％至0.11重量％的碳(C)、大于0且不大于0.25重量％的硅(Si)、0.8重量％以上且小于2.0重量％的锰(Mn)、大于0且不大于0.01重量％的磷(P)、大于0且不大于0.01重量％的硫(S)、0.01至0.03重量％的铝(Al)、0.50至1.00重量％的镍(Ni)、0.027至0.125重量％的钼(Mo)、大于0且不大于0.25重量％的铬(Cr)、大于0且不大于0.28重量％的铜(Cu)、大于0且不大于0.01重量％的氮(N)、以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质；在920℃至1030℃的精轧出口温度下对经再加热的板坯进行热轧从而形成增强性钢筋；以及通过表面预先淬火处理将经热轧的增强性钢筋的表面冷却至马氏体相变起始温度(Ms温度)或更低温度。表面预先淬火处理包括使增强性钢筋在520℃至600℃下进行回热的步骤。
在一个实施方案中，精轧出口温度可以满足以下方程式的条件。
方程式：精轧出口温度(℃)<(850+0.80*Ae1/12.0*[C]+5.8*[Mn]+35.0*[Ni])-Ae3
其中Ae1和Ae3各自以温度(℃)的单位给出，[C]为板坯中碳的含量并以重量％的单位给出，[Mn]为板坯中锰的含量并以重量％的单位给出，[Ni]为板坯中镍的含量并以重量％的单位给出，系数0.80无单位地给出，系数12.0和5.8以1/重量％的单位给出，并且常数850以温度(℃)的单位给出。
在一个实施方案中，制得的增强性钢筋可以在其表层包含回火马氏体，并且可以在其芯部具有贝氏体、铁素体和珠光体的混合结构。
在一个实施方案中，增强性钢筋具有表层和除该表层以外的芯部。增强性钢筋可以在表层具有基本上由回火马氏体组成的硬化层，并且在芯部包含以面积分率计的35至45％的贝氏体、45至55％的针状铁素体和5至15％的珠光体。
在一个实施方案中，制得的增强性钢筋可以在室温下满足500MPa以上的屈服强度(YS)、1.15以上的拉伸强度(TS)/屈服强度(YS)比、以及10％以上的伸长率，并且可以具有在-170℃下在无缺口试样上测得的3％以上的均匀伸长率、以及在-170℃下的1.0以上的缺口敏感性比。在此，缺口敏感性比可以为(带缺口试样的拉伸强度)/(无缺口试样的屈服强度)的比值。
有利效果
根据本公开，通过优化的合金成分和工艺控制，可以提供一种能够在低温下确保韧性和延展性的增强性钢筋及其制备方法。
附图说明
图1示意性地示出根据本公开一个实施方案的用于制备增强性钢筋的方法的流程图。
图2示出根据本公开一个实施方案的增强性钢筋的微观结构的照片。
图3示出根据本公开一个实施方案的增强性钢筋的微观结构的照片。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细地描述本公开，从而使得本公开所属领域的技术人员可以容易地实施本公开。本公开可以以各种不同的形式实施，并不限于本说明书中描述的实施方案。贯穿本说明书，相同的附图标记表示相同或类似的成分/组件。此外，当公知的功能和结构可能不必要地使本公开的主题名称模糊时，将省略对其的详细描述。
下面描述的本公开的实施方案提供了一种用于低温用途的增强性钢筋，其通过适当的成分设计和工艺控制可在低温下确保韧性和延展性。在本公开的实施方案中，可以控制增强性钢筋中的合金组成(包括碳、镍和锰等)，以改进低温韧性和延展性。这种合金组成可以有利于获得诸如贝氏体的低温相。此外，在本公开的实施方案中，可以控制成分和工艺，从而使得增强性钢筋可以具有能够防止裂纹扩展的微观结构。
增强性钢筋
本公开的一个实施方案提供一种增强性钢筋，所述增强性钢筋包含0.06重量％至0.11重量％的碳(C)、大于0且不大于0.25重量％的硅(Si)、0.8重量％以上且小于2.0重量％的锰(Mn)、大于0且不大于0.01重量％的磷(P)、大于0且不大于0.01重量％的硫(S)、0.01至0.03重量％的铝(Al)、0.50至1.00重量％的镍(Ni)、0.027至0.125重量％的钼(Mo)、大于0且不大于0.25重量％的铬(Cr)、大于0且不大于0.28重量％的铜(Cu)、大于0且不大于0.01重量％的氮(N)、以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质。
增强性钢筋可以具有表层和除该表层以外的芯部。增强性钢筋可以在表层具有基本上由回火马氏体组成的硬化层。例如，表层可以由硬化层组成。增强性钢筋可以在芯部具有贝氏体、铁素体和珠光体的混合结构。
硬化层可以具有与增强性钢筋的半径的0.31至0.55倍相对应的深度，所述半径为从增强性钢筋的表面算起的半径。在一个实施方案中，当在与增强性钢筋的纵向方向垂直的方向上取增强性钢筋的截面时，所述截面可以由表层和芯部组成。所述表层可以具有以所述截面的总面积计的35至50％的面积分率。表层可以基本上由回火马氏体组成。供替代地，表层可以包含贝氏体，以表层的面积分率计，所述贝氏体以小于约10％的面积分率存在。
如上所述，增强性钢筋的截面中除了表层以外的其余区域均可以是芯部。例如，当在与增强性钢筋的纵向方向垂直的方向上取增强性钢筋的截面时，芯部可以具有以所述截面的总面积计的50至65％的面积分率。此外，增强性钢筋可以在芯部具有贝氏体、铁素体和珠光体的混合结构。在芯部中的铁素体可以为针状铁素体。在一个实施方案中，以芯部的总面积计，增强性钢筋可以包含面积分率为35至45％的贝氏体、面积分率为45至55％的针状铁素体以及面积分率为5至15％的珠光体。此时，针状铁素体可以具有9至11μm的粒度。
增强性钢筋可以在室温下满足500MPa以上的屈服强度(YS)、1.15以上的拉伸强度(TS)/屈服强度(YS)比以及10％以上的伸长率。此外，增强性钢筋可以具有在-170℃下在无缺口试样上测得的3％以上的均匀伸长率、以及在-170℃下的1.0以上的缺口敏感性比。在此，缺口敏感性比可以为(带缺口试样的拉伸强度)/(无缺口试样的屈服强度)的比值。
在-170℃下的均匀伸长率和在-170℃下的缺口敏感性比为通过以下方式获得的结果：根据欧洲标准EN 14620-3制备试样，而后在试样上进行拉伸测试。作为用于拉伸测试的试样，制备无缺口试样和带缺口试样。根据欧洲标准EN 14620-3的带缺口试样可以具有内角为45°的V形缺口，并且所述V形缺口可以在基部处具有0.25mm的半径。V形缺口可以形成在与拉伸测试机的夹具之间的试样的长度的1/2相对应的位置处。
均匀伸长率可以是指当使用无缺口试样进行拉伸测试时，直到无缺口试样出现颈缩时的伸长率。因此，在该实施方案中，可以测量-170℃下的均匀伸长率。此外，在-170℃下对带缺口试样和无缺口试样的每一者进行拉伸测试后，可以由带缺口试样的拉伸强度与无缺口试样的屈服强度的比值算出缺口敏感性比。
在下文中，将描述在根据本公开的增强性钢筋中所包含的每种成分的功能和含量。
碳(C)
在本公开中，添加碳(C)以确保钢的强度和硬度。通常，碳(C)溶解在奥氏体中并在淬火时形成马氏体结构。此外，通常，随着碳的含量增加，淬火硬度也增加，但是有可能因快速冷却而引起变形，或者有可能使钢的伸长率和低温韧性变差。
以增强性钢筋的总重量计，所添加的碳(C)的量为0.06重量％至0.11重量％。如果碳的含量小于0.06重量％，则会难以确保足够的强度。在另一方面，如果碳(C)的含量大于0.11重量％，则钢的强度增加，但是会难以确保足够的伸长率和低温韧性。
硅(Si)
在本公开中，添加硅(Si)作为脱氧剂以在炼钢加工中除去钢中的氧。此外，硅(Si)为具有固溶强化作用的铁素体稳定化元素，并且通过诱导铁素体的形成而对改进钢的韧性和延展性有效。
以增强性钢筋的总重量计，所添加的硅(Si)的量大于0且不大于0.25重量％。同时，如果硅(Si)的含量大于0.25重量％，则会出现如下问题：在钢表面上形成氧化物，从而降低钢的延展性。
锰(Mn)
锰(Mn)为增加钢的强度和韧性并且还增加钢的淬透性的元素。以增强性钢筋的总重量计，所添加的锰的量为0.8重量％以上且小于2.0重量％。如果锰的含量小于0.8重量％，则会难以确保强度。在另一方面，如果锰的含量为2.0重量％以上，则钢的强度提高，但是由于MnS类非金属夹杂物的量增加，在焊接过程中会产生诸如裂纹化的缺陷。此外，锰为奥氏体稳定化元素，并且当其以0.8重量％以上且小于2.0重量％的量添加时，可有利于针状铁素体和贝氏体的形成。因此，可以形成根据本公开实施方案的有利于低温韧性的微观结构。
磷(P)
磷(P)为在一定程度上有助于强度提高的元素，但是当过量包含磷时，会降低钢的延展性，并且由于坯锭中心偏析而引起最终钢的性质发生变化。P如果在钢中均匀分布则不会引起特别的问题，但是通常会形成有害的Fe3P化合物。该Fe3P极脆且可偏析，因此即使在退火处理之后也不会均质化，并在诸如锻造或轧制的加工过程中伸长。
以增强性钢筋的总重量计，磷(P)的含量限定为大于0且不大于0.01重量％。如果磷(P)的含量大于0.01重量％，则会形成中心偏析和微观偏析(这对钢的性质有不利影响)，并且还会降低延展性和成形性。
硫(S)
硫(S)为在一定程度上有助于提高加工性的元素，但是当过量包含硫时，会损害钢的韧性和延展性，并且与锰结合形成MnS非金属夹杂物，使得在钢的加工过程中引起裂纹。如果钢中锰的量不足，硫可以通过与铁结合形成FeS。由于FeS非常脆且熔点低，因此会在热轧加工和冷轧加工的过程中引起裂纹。
以增强性钢筋的总重量计，硫(S)的含量限定为大于0且不大于0.01重量％。如果硫(S)的含量大于0.01重量％，则会出现如下问题：硫明显削弱延展性并且引起过量的MnS非金属夹杂物。
铝(Al)
铝(Al)可以用作脱氧剂。以增强性钢筋的总重量计，所添加的铝(Al)的量可以为0.01至0.03重量％。如果铝的添加量小于0.01重量％，则铝会难以充分表现出上述效果。在另一方面，如果铝的添加量大于0.03重量％，则会增加诸如氧化铝(Al2O3)的非金属夹杂物的量。
镍(Ni)
镍(Ni)起到提高钢的强度的作用，并且使低温冲击值得以确保。以增强性钢筋的总重量计，所添加的镍的量为0.50至1.00重量％。但是，如果镍的含量小于0.50重量％，则会难以实现上述目的。在另一方面，当镍的含量大于1.00重量％时，钢在室温下的强度会过度增加，从而使得钢的焊接性和韧性会变差。
钼(Mo)
钼(Mo)提高钢的强度、韧性和淬透性。以增强性钢筋的总重量计，所添加的钼的量为0.027至0.125重量％。如果钼的含量小于0.027重量％，则钼会难以表现出上述效果。在另一方面，如果钼的含量大于0.125重量％，则存在钢的焊接性变差的缺点。
铬(Cr)
铬(Cr)可以提高钢的淬透性，从而改进硬化深度。此外，铬可以通过延迟碳的扩散来实现晶粒细化。
以增强性钢筋的总重量计，所添加的铬的量大于0且不大于0.25重量％。如果铬的添加量超过0.25重量％，则存在钢的焊接性或热影响区的韧性会变差的缺点。
铜(Cu)
铜(Cu)可以起到增加钢的淬透性和低温冲击韧性的作用。此外，铜可以增加钢在大气或海水中的耐腐蚀性。以增强性钢筋的总重量计，铜(Cu)的量限定为大于0且不大于0.28重量％。如果铜的含量大于0.28重量％，则其会降低钢的热加工性并引起红脆性。
氮(N)
氮(N)可以增加屈服强度和拉伸强度。氮使奥氏体晶粒细化，从而使得可制备具有细晶粒的钢。但是，如果大量添加的氮大于0.01％，则会产生以下问题：由于氮的量增加而导致钢的伸长率和成形性降低。因此，以增强性钢筋的总重量计，优选以大于0且不大于0.01重量％的量添加氮。
除了合金组成的上述成分之外，其余成分由铁(Fe)和在炼钢加工等过程中不可避免地含有的杂质组成。
用于制备增强性钢筋的方法
在下文中，将描述根据本公开一个实施方案的用于制备增强性钢筋的方法。
图1示意性地示出根据本公开一个实施方案的用于制备增强性钢筋的方法的流程图。参考图1，用于制备增强性钢筋的方法包括板坯再加热步骤(S100)、热轧步骤(S200)和冷却步骤(S300)。在此，可以进行再加热步骤(S100)以实现诸如使析出物再溶解的效果。在此，可以通过以下方式获得板坯：通过炼钢加工获得具有预定组成的钢水，然后对钢水进行连续铸造加工。板坯可以为例如方坯或坯锭的形式。板坯可以包含0.06重量％至0.11重量％的碳(C)、大于0且不大于0.25重量％的硅(Si)、0.8重量％以上且小于2.0重量％的锰(Mn)、大于0且不大于0.01重量％的磷(P)、大于0且不大于0.01重量％的硫(S)、0.01至0.03重量％的铝(Al)、0.50至1.00重量％的镍(Ni)、0.027至0.125重量％的钼(Mo)、大于0且不大于0.25重量％的铬(Cr)、大于0且不大于0.28重量％的铜(Cu)、大于0且不大于0.01重量％的氮(N)、以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质。
再加热步骤
在板坯再加热步骤中，将具有上述组成的板坯在1030℃至1250℃的温度范围内再加热。通过这种再加热，可以使得在铸造过程中偏析的成分再溶解并使析出物再溶解。板坯可以是通过在再加热步骤(S100)之前进行的连续铸造加工制得的方坯或坯锭。
如果板坯的再加热温度低于1030℃，则加热温度会不足，因此无法充分地使得偏析成分和析出物再溶解。此外，会出现轧制负荷增加的问题。在另一方面，如果再加热温度高于1250℃，则会使奥氏体晶粒粗大化，或者会发生脱碳，导致强度降低。
热轧
在热轧步骤(S200)中，在920℃至1030℃的精轧出口温度下对经再加热的板坯进行热轧，从而制得增强性钢筋。精轧出口温度可以是等于或高于奥氏体非结晶温度(Ar3)和相变点Ac3的温度。
如果精轧出口温度高于1030℃，则会形成粗珠光体，从而难以确保强度。在另一方面，如果精轧出口温度低于920℃，则会产生轧制负荷，从而降低生产率和热处理效果。
在一个实施方案中，精轧出口温度可以满足以下方程式1。
方程式1：精轧出口温度(℃)<(850+0.80*Ae1/12.0*[C]+5.8*[Mn]+35.0*[Ni])-Ae3
其中Ae1和Ae3各自以温度(℃)的单位给出，[C]为板坯中碳的含量并以重量％的单位给出，[Mn]为板坯中锰的含量并以重量％的单位给出，[Ni]为板坯中镍的含量并以重量％的单位给出，系数0.80无单位地给出，系数12.0和5.8以1/重量％的单位给出，并且常数850以温度(℃)的单位给出。
在方程式1中，Ae1表示与处于平衡状态的钢中的相变有关的已知临界温度A1，并且Ae3表示与处于平衡状态的钢中的相变有关的已知临界温度A3。
冷却
在冷却步骤(S300)中，为了确保足够的强度，通过表面预先淬火处理将经热轧的增强性钢筋的表面冷却至等于或低于马氏体相变起始温度(Ms)的温度。在表面预先淬火处理的过程中，冷却的钢可以经受在520℃至600℃的温度下的回热工序。在使增强性钢筋回热之后，可以对增强性钢筋进行空气冷却。
回热温度可以与在表面预先淬火处理的过程中经热轧的增强性钢筋通过含冷却水的水浴的速度相对应。根据一个实施方案，增强性钢筋的线速度可以在7至11米/秒的范围内。如果线速度低于7米/秒，则会出现过度冷却，因此回热温度会低于520℃。如果线速度高于11米/秒，则无法充分实现冷却，因此回热温度会高于600℃。亦即，如果不能确保根据本公开实施方案的回热温度，则无法确保根据本公开实施方案的硬化层的深度范围。
通过上述方法制得的增强性钢筋可以具有表层和除该表层以外的芯部。增强性钢筋可以在表层具有基本上由回火马氏体组成的硬化层。例如，表层可以由硬化层组成。增强性钢筋可以在芯部具有贝氏体、铁素体和珠光体的混合结构。
硬化层可以具有与增强性钢筋的半径的0.31至0.55倍相对应的深度，所述半径为从增强性钢筋的表面算起的半径。在一个实施方案中，当在与增强性钢筋的纵向方向垂直的方向上取增强性钢筋的截面时，表层可以具有以所述截面的总面积计的35％至50％的面积分率。表层可以基本上由回火马氏体组成。供替代地，表层可以包含面积分率以表层的面积分率计小于约10％的贝氏体。
如上所述，增强性钢筋的截面中除了表层以外的其余区域均可以是芯部。例如，当在与增强性钢筋的纵向方向垂直的方向上取增强性钢筋的截面时，芯部可以具有以所述截面的总面积计的50％至65％的面积分率。此外，增强性钢筋可以在芯部具有贝氏体、铁素体和珠光体的混合结构。在芯部中的铁素体可以为针状铁素体。在一个实施方案中，以芯部的总面积计，增强性钢筋可以包含面积分率为35至45％的贝氏体、面积分率为45至55％的针状铁素体以及面积分率为5至15％的珠光体。此时，针状铁素体可以具有9至11μm的粒度。
制得的增强性钢筋可以在室温下满足500MPa以上的屈服强度(YS)、1.15以上的拉伸强度(TS)/屈服强度(YS)比以及10％以上的伸长率。此外，增强性钢筋可以具有在-170℃下在无缺口试样上测得的3％以上的均匀伸长率、以及在-170℃下的1.0以上的缺口敏感性比。在此，缺口敏感性比可以为(带缺口试样的拉伸强度)/(无缺口试样的屈服强度)的比值。
在-170℃下的均匀伸长率和在-170℃下的缺口敏感性比为通过以下方式获得的结果：根据欧洲标准EN 14620-3制备试样，而后在试样上进行拉伸测试。作为用于拉伸测试的试样，制备无缺口试样和带缺口试样。根据欧洲标准EN 14620-3的带缺口试样可以具有内角为45°的V形缺口，并且所述V形缺口可以在基部处具有0.25mm的半径。V形缺口可以形成在与拉伸测试机的夹具之间的试样的长度的1/2相对应的位置处。
均匀伸长率可以是指当使用无缺口试样进行拉伸测试时，直到无缺口试样出现颈缩时的伸长率。因此，在该实施方案中，可以测量-170℃下的均匀伸长率。此外，在-170℃下对带缺口试样和无缺口试样的每一者进行拉伸测试后，可以由带缺口试样的拉伸强度与无缺口试样的屈服强度的比值算出缺口敏感性比。
同时，可以将室温下的屈服强度设计为具有以下方程式2所示的参数。
方程式2：屈服强度(MPa)＝(78*[HLVF]+1000/[FGD]+25.3*[Mn]+32.9*[Ni])/(0.0309*[FDT]+1.2*[MV])
其中[Mn]为板坯中锰的含量并以重量％的单位给出，[Ni]为板坯中镍的含量并以重量％的单位给出，[HLVF]为以在与增强性钢筋纵向方向垂直的方向上的截面的总面积计的硬化层的面积分率，[FGD]表示在增强性钢筋的芯部中铁素体的粒度并以μm的单位给出，[FDT]为热轧过程中的精轧出口温度并以℃的单位给出，[MV]为表面预先淬火处理的过程中经热轧的增强性钢筋通过冷却水浴的线速度并以米/秒的单位给出，系数78以MPa/％的单位给出，系数1000以MPa/μm的单位给出，系数25.3和32.9以MPa/重量％的单位给出，系数0.0309以1/℃的单位给出，系数1.2以秒/米的单位给出。
在上述方程式2中，增强性钢筋的硬化层的面积分率可以在以截面的总面积计的35％至50％的范围内。
此外，在以上方程式2中，线速度可以在7至11米/秒的范围内。
如上所述，通过根据本公开的实施方案的再加热、热轧和冷却工序，可以提供一种用于低温用途的增强性钢筋，其确保了在低温下的韧性和延展性。
在下文，将参考优选的实施例来更详细地描述本公开的配置和效果。然而，这些实施例被提出作为本公开的优选实施例，不可以以任何方式被解释为限制本公开的范围。
本领域技术人员可以充分地从技术上预想在本文未描述的内容，因此在本文将省略对其的描述。
试验1
1.试样的制备
制备坯锭，每种坯锭由下表1所示的合金组成以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质构成。在下表2所示的条件下对坯锭进行再加热、热轧和回热，从而制备比较例1至6和实施例1至3的试样。
表1
Figure BDA0002557550810000121
表2
Figure BDA0002557550810000131
比较例1和2中碳的含量高于本公开的增强性钢筋中碳的含量范围的上限。比较例3中碳的含量低于本公开的增强性钢筋中碳的含量范围的下限。比较例4中镍的含量低于本公开的增强性钢筋中镍的含量范围的下限。比较例5中锰的含量低于本公开的增强性钢筋中锰的含量范围的下限。
2.物理性质的评价
下表3示出了根据上述表1和表2所示的条件制得的比较例1至5和实施例1至3的试样的机械性质的评价结果。要评价的性质分为室温性质和在-170℃下的低温性质。低温性质为通过以下方式获得的结果：根据欧洲标准EN 14620-3分别制备试样，而后在试样上进行拉伸测试。作为用于评价低温性质的拉伸试样，制备无缺口试样和带缺口试样。根据欧洲标准EN 14620-3的带缺口试样可以具有内角为45°的V形缺口，并且所述V形缺口可以在基部处具有0.25mm的半径。V形缺口可以形成在与拉伸测试机的夹具之间的试样的长度的1/2相对应的位置处。
此外，表3还示出了所制得的增强性钢筋的芯部的微观结构的观察结果。
表3
Figure BDA0002557550810000141
*表3中，P表示珠光体，F表示铁素体，B表示贝氏体。
在本申请中公开的增强性钢筋的室温性质的目标值为500MPa以上的屈服强度(YS)、1.15以上的拉伸强度(TS)/屈服强度(YS)比以及10％以上的伸长率(EL)。此外，低温性质的目标值为在-170℃下在无缺口试样上测得的3％以上的均匀伸长率(UE_un)、以及在-170℃下的1.0以上的缺口敏感性比(NSR)。在此，缺口敏感性比(NSR)可以为(带缺口试样的拉伸强度(TS_n)/(无缺口试样的屈服强度(YS_un)的比值。
关于低温性质的评价，无缺口试样的屈服强度(YS_un)可以是指在-170℃下对无缺口试样进行的拉伸测试的屈服强度，带缺口试样的拉伸强度(TS_n)可以是指在-170℃下对带缺口试样进行的拉伸测试的拉伸强度。均匀伸长率(UE_un)可以是指在-170℃下对无缺口试样进行拉伸测试时，直到无缺口试样出现颈缩时的伸长率。
参考表3，实施例1至3的试样可以在室温下满足以下目标值：屈服强度(YS)为500MPa以上，拉伸强度(TS)/屈服强度(YS)比为1.15以上，伸长率为10％以上。此外，实施例1至3的试样可以具有在-170℃下在无缺口试样上测得的3％以上的均匀伸长率、以及在-170℃下的1.0以上的缺口敏感性比。在此，缺口敏感性比可以为(带缺口试样的拉伸强度)/(无缺口试样的屈服强度)的比值。
同时，比较例1和2在-170℃下没有达到1.0以上的缺口敏感性比的目标值。亦即，认为碳的含量比实施例中碳的含量高的比较例1和2由于珠光体的分率增加而不能满足低温性质。
比较例3在室温下没有达到500MPa以上的屈服强度的目标值和1.15以上的拉伸强度(TS)/屈服强度(YS)比的目标值。亦即，认为碳的含量比实施例中碳的含量低的比较例3可以满足低温性质，但是由于碳的固溶强化效果不足以及针状铁素体和贝氏体的形成不足而没有达到室温下强度的目标值。
镍和锰的含量比实施例中镍和锰的含量低的比较例4和5在室温下没有达到500MPa以上的屈服强度的目标值和1.15以上的拉伸强度(TS)/屈服强度(YS)比的目标值，并且在-170℃下没有达到1.0以上的缺口敏感性比的目标值。亦即，这些实施例既未满足室温性质也未满足低温性质。
3.微观结构的观察
图2示出根据本公开一个比较实施方案的增强性钢筋的芯部的结构的照片。图3示出根据本公开一个实施方案的增强性钢筋的芯部的结构的照片。具体地，图2示出比较例1中试样的结构的照片，图3示出实施例1中试样的结构的照片。
参考图2，在比较例1的试样的芯部中观察到珠光体和铁素体的混合结构，参考图3，在实施例1的试样的芯部中观察到贝氏体、针状铁素体和珠光体的混合结构。亦即，在增强性钢筋的芯部的情况中，观察到实施例1的试样含有作为低温相的贝氏体。通过这样，认为可以确保低温韧性和强度。
此外，观察到实施例1的试样具有比比较例1的试样小的粒度。如此，认为与比较例1的试样相比，实施例1的试样具有更细化的微观结构，因此在防止裂纹扩展方面是有利的。
试验2
1.试样的制备
制备板坯，每种板坯由下表4所示的合金组成以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质构成。在下表5所示的条件下对板坯进行再加热、热轧和回热工序，从而制得比较例6至9以及实施例4和5的增强性钢筋试样，它们具有13mm(D13)和25mm(D25)的最终直径。
表4
Figure BDA0002557550810000161
表5
Figure BDA0002557550810000162
参考上表4和表5，比较例6和7以及实施例4是直径为13mm的增强性钢筋(D13)试样。在比较例6中，回热温度为500℃，该温度低于在制备根据本申请实施例的增强性钢筋中使用的回热温度范围的下限。在比较例7中，回热温度为640℃，该温度高于在制备根据本申请实施例的增强性钢筋中使用的回热温度范围的上限。比较例6和7与实施例4之间的其余操作条件相同。亦即，比较例6和7以及实施例4的其余工序在1050℃的坯锭再加热温度和950℃的精轧出口温度下以相同的方式进行，在这些实施例中的冷却工序通过使用1005立方米/小时的冷却水量和5.4巴的水压以相同的方式进行。
比较例8和9以及实施例5是直径为25mm的增强性钢筋(D25)试样。在比较例8中，回热温度为500℃，该温度低于在制备本申请实施例的增强性钢筋中使用的回热温度范围的下限。在比较例9中，回热温度为640℃，该温度高于在制备根据本申请实施例的增强性钢筋中使用的回热温度范围的上限。比较例8和9与实施例5之间的其余操作条件相同。亦即，比较例8和9以及实施例5的其余工序在1200℃的坯锭再加热温度和1000℃的精轧出口温度下以相同的方式进行，在这些实施例中的冷却工序通过使用1200立方米/小时的冷却水量和6.0巴的水压以相同的方式进行。
2.物理性质的评价
下表6示出了在上述表4和表5所示的条件下制得的比较例6至9以及实施例4和5的试样的硬化层深度和机械性质的评价结果。
硬化层深度表示为从比较例6至9以及实施例4和5的每个增强性钢筋试样的表面起所形成的回火马氏体的深度与每个增强性钢筋试样的半径的比值。要评价的机械性质分为室温性质和在-170℃下的低温性质。低温性质为通过以下方式获得的结果：根据欧洲标准EN14620-3分别制备试样，而后在试样上进行拉伸测试。作为用于评价低温性质的拉伸试样，制备无缺口试样和带缺口试样。根据欧洲标准EN14620-3的带缺口试样可以具有内角为45°的V形缺口，并且所述V形缺口可以在基部处具有0.25mm的半径。V形缺口可以形成在与拉伸测试机的夹具之间的试样的长度的1/2相对应的位置处。
对于比较例6至9以及实施例4和5的试样，进行了室温性质的评价，并且对于实施例4和5的试样，进行了在-170℃下的低温性质的评价。
表6
Figure BDA0002557550810000171
Figure BDA0002557550810000181
参考上表6，对于具有与上表4中所示的相同合金组成的坯锭，在如上表5中所示的不同回热温度下进行操作。结果是，取决于回热温度，制得的增强性钢筋试样显示出不同的硬化层深度。
当检查比较例6和7以及实施例4的试样时，可以确认，随着回热温度升高，硬化层的深度减小。类似地，当检查比较例8和9以及实施例5的试样时，可以确认，随着回热温度升高，硬化层的深度减小。
然后，当检查比较例6和7以及实施例4的试样的室温性质时，回热温度比本申请的制备方法中使用的回热温度的下限更低的比较例6的试样在室温下没有达到1.15以上的拉伸强度(TS)/屈服强度(YS)比的目标值。回热温度比本申请的制备方法中使用的回热温度的上限更高的比较例7的试样在室温下没有达到500MPa以上的屈服强度的目标值。相反，实施例4的试样满足室温性质的所有目标值。
同时，当检查在-170℃下的低温性质的评价结果时，实施例4的试样显示出无缺口试样的屈服强度(YS_un)为810MPa，无缺口试样的均匀伸长率(UE_un)为9.0％，带缺口试样的拉伸强度(TS_n)为911MPa，缺口敏感性比(NSR)为1.12。因此，实施例4的试样满足在-170℃下的低温性质的所有目标值。
当检查比较例8和9以及实施例5的试样的室温性质时，回热温度比本申请的制备方法中使用的回热温度的下限更低的比较例8的试样在室温下没有达到1.15以上的拉伸强度(TS)/屈服强度(YS)比的目标值。回热温度比本申请的制备方法中使用的回热温度的上限更高的比较例9的试样在室温下没有达到500MPa以上的屈服强度的目标值。相反，实施例5的试样满足室温性质的所有目标值。
同时，当检查在-170℃下的低温性质的评价结果时，实施例5的试样显示出无缺口试样的屈服强度(YS_un)为836MPa，无缺口试样的均匀伸长率(UE_un)为10.2％，带缺口试样的拉伸强度(TS_n)为920MPa，缺口敏感性比(NSR)为1.10。因此，实施例5的试样满足在-170℃下的低温性质的所有目标值。
尽管已经通过实施方案描述了本公开，但是本领域技术人员将理解可以进行各种变型或改变。只要不背离本公开的范围，这些各种变型或改变被认为包括在本公开中。因此，本公开的范围应由所附权利要求限定。

Claims (9)

1.一种增强性钢筋，其包含0.06重量％至0.11重量％的碳(C)、大于0且不大于0.25重量％的硅(Si)、0.8重量％以上且小于2.0重量％的锰(Mn)、大于0且不大于0.01重量％的磷(P)、大于0且不大于0.01重量％的硫(S)、0.01至0.03重量％的铝(Al)、0.50至1.00重量％的镍(Ni)、0.027至0.125重量％的钼(Mo)、大于0且不大于0.25重量％的铬(Cr)、大于0且不大于0.28重量％的铜(Cu)、大于0且不大于0.01重量％的氮(N)、以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质，
其中所述增强性钢筋具有表层和除所述表层以外的芯部，并且
其中所述增强性钢筋在表层具有基本上由回火马氏体组成的硬化层，并且在芯部具有贝氏体、铁素体和珠光体的混合结构。
2.根据权利要求1所述的增强性钢筋，其中，所述芯部包含以面积分率计的35％至45％的贝氏体、45％至55％的针状铁素体和5％至15％的珠光体。
3.根据权利要求1所述的增强性钢筋，其中，所述增强性钢筋在室温下满足500MPa以上的屈服强度(YS)、1.15以上的拉伸强度(TS)/屈服强度(YS)比以及10％以上的伸长率，
并且具有在-170℃下在无缺口试样上测得的3％以上的均匀伸长率、以及在-170℃下的1.0以上的缺口敏感性比，
其中所述缺口敏感性比为(带缺口试样的拉伸强度)/(无缺口试样的屈服强度)的比值。
4.根据权利要求1所述的增强性钢筋，其中，所述硬化层具有与增强性钢筋的半径的0.31至0.55倍相对应的深度，所述半径为从增强性钢筋的表面算起的半径。
5.根据权利要求1所述的增强性钢筋，其中，在所述芯部中的铁素体具有9至11μm的粒度。
6.用于制备增强性钢筋的方法，所述方法包括以下步骤：
在1030℃至1250℃的温度下对板坯进行再加热，所述板坯包含0.06重量％至0.11重量％的碳(C)、大于0且不大于0.25重量％的硅(Si)、0.8重量％以上且小于2.0重量％的锰(Mn)、大于0且不大于0.01重量％的磷(P)、大于0且不大于0.01重量％的硫(S)、0.01至0.03重量％的铝(Al)、0.50至1.00重量％的镍(Ni)、0.027至0.125重量％的钼(Mo)、大于0且不大于0.25重量％的铬(Cr)、大于0且不大于0.28重量％的铜(Cu)、大于0且不大于0.01重量％的氮(N)、以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质；
在920℃至1030℃的精轧出口温度下对经再加热的板坯进行热轧，从而形成增强性钢筋；以及
通过表面预先淬火处理将经热轧的增强性钢筋的表面冷却至马氏体相变起始温度(Ms温度)或更低温度，
其中所述表面预先淬火处理包括使增强性钢筋在520℃至600℃下进行回热的步骤。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述精轧出口温度满足以下方程式的条件：
精轧出口温度(℃)<(850+0.80*Ae1/12.0*[C]+5.8*[Mn]+35.0*[Ni])-Ae3
其中Ae1和Ae3各自以温度(℃)的单位给出，[C]为板坯中碳的含量并以重量％的单位给出，[Mn]为板坯中锰的含量并以重量％的单位给出，[Ni]为板坯中镍的含量并以重量％的单位给出，系数0.80无单位地给出，系数12.0和5.8以1/重量％的单位给出，并且常数850以温度(℃)的单位给出。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述增强性钢筋具有表层和除所述表层以外的芯部，
其中所述增强性钢筋在表层具有基本上由回火马氏体组成的硬化层，并且在芯部包含以面积分率计的35％至45％的贝氏体、45％至55％的针状铁素体和5％至15％的珠光体。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，制得的增强性钢筋在室温下满足500MPa以上的屈服强度(YS)、1.15以上的拉伸强度(TS)/屈服强度(YS)比以及10％以上的伸长率，以及
具有在-170℃下在无缺口试样上测得的3％以上的均匀伸长率、以及在-170℃下的1.0以上的缺口敏感性比，
其中所述缺口敏感性比为(带缺口试样的拉伸强度)/(无缺口试样的屈服强度)的比值。
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