CN113174529A - 一种830MPa级精轧钢筋及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种830MPa级精轧钢筋及其生产方法，钢筋的化学成分及其重量百分含量为：C：0.22～0.27%，Si：1.00～1.60%，Mn：2.10～2.50%，Cr：0.20～0.60%，P≤0.025%，S≤0.015%，H≤1.50ppm，余量为Fe和不可避免的杂质元素。本发明钢筋主要以C、Mn、Si、Cr为主要合金元素，成分设计简单，合金成本低；空淬能力好，可以实现较大尺寸轧件空冷自硬，热轧成型，设备要求较低，生产工艺简单。生产过程精轧钢筋轧后在自然冷却条件下形成贝氏体马氏体复相组织，内外部组织均匀，然后进行回火处理，强韧性匹配良好。

Description

一种830MPa级精轧钢筋及其生产方法
技术领域
本发明属于轧钢技术领域，具体涉及一种830MPa级精轧钢筋及其生产方法。
背景技术
40Si2MnV轧后余热处理工艺为当前普遍采用的该级别精轧钢筋生产工艺，是利用钢筋终轧后的余热直接快速冷却进行淬火，然后依靠心部热量对钢筋浮硬层进行自回火的过程，从而形成表层回火马氏体，心部铁素体+珠光体组织，表层回火马氏体提高钢筋的强度，心部铁素体+珠光体组织保证钢筋的韧性，从而得到良好的综合性能。但该工艺精轧钢筋内外部组织不均匀，时效时间较长，钢筋性能不稳定，耐蚀性和焊接性能较差，冲击性能低，且在工程应用过程中存在约0.2%的断裂率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种830MPa级精轧钢筋及其生产方法，钢筋内外部组织均匀，强韧性匹配良好。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种830MPa级精轧钢筋，其特征在于，所述钢筋的化学成分及其重量百分含量为：C：0.22～0.27%，Si：1.00～1.60%，Mn：2.10～2.50%，Cr：0.20～0.60%，P≤0.025%，S≤0.015%，H≤1.50ppm，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
进一步的，所述830MPa级精轧钢筋，显微组织是由贝氏体和马氏体构成的复相组织。
进一步的，所述830MPa级精轧钢筋，屈服强度Rel≥830MPa，抗拉强度Rm≥1030MPa，断后伸长率A≥7%，最大力下总伸长率Agt≥3.5%。
上述一种830MPa级精轧钢筋的生产方法，包括炼钢、钢坯加热、轧制、回火热处理工序，所述轧制工序，采用轧后空冷冷却，轧后空冷状态下形成贝氏体/马氏体复相组织。
进一步的，所述炼钢工序，控制钢液中氢含量为： H≤3.00ppm。
进一步的，所述钢坯加热工序，钢坯入炉加热前在100～500℃环境中进行堆冷，堆冷时间≥48h。
进一步的，所述钢坯加热工序，钢坯在蓄热式加热炉中进行加热，预热段炉气温度750～950℃，加热段炉气温度1050～1150℃，均热段炉气温度1100～1200℃，钢坯在炉时间140～240min。
进一步的，所述回火热处理工序，钢筋加热温度为200～350℃，保温20～50h。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1、本发明一种830MPa级精轧钢筋主要以C、Mn、Si、Cr为主要合金元素，成分设计简单，合金成本低；空淬能力好，可以实现较大尺寸轧件空冷自硬，热轧成型，设备要求较低，生产工艺简单。
2、本发明生产方法精轧钢筋轧后在自然冷却条件下形成贝氏体马氏体复相组织，内外部组织均匀，然后进行回火处理，强韧性匹配良好。
具体实施方式
以下对本发明一种830MPa级精轧钢筋的化学成分及其重量百分含量的设计依据以及生产工艺参数的设计依据进行详细说明。
1、钢中各元素的作用及配比依据
C能起到固溶强化作用，是提高钢材强度的主要元素之一，也是钢筋形成贝氏体/马氏体复相组织基础元素，而且属于廉价元素，但是C含量过高容易形成条带偏析，增加氢脆敏感性，诱导氢脆开裂而脆断，因此，将C含量设计为0.22～0.27%。
Si能起到固溶强化作用，提高钢材强度，增加弹性极限，同时抑制碳化物析出，利于形成无碳化物贝氏体，而且是一种脱氧剂，减少氧化类夹杂物，但是Si含量过高可影响塑性，因此，将Si含量设计为1.00～1.60%。
Mn能使CCT曲线右移，是使钢筋在空冷情况下形成贝氏体/马氏体复相组织的主要元素，Mn含量过高增加马氏体含量，提高氢脆敏感性，因此，将Mn含量设计为2.10～2.50%。
Cr能使CCT曲线右移，同时使钢具备较强的淬透性，是钢筋在空冷情况下形成贝氏体/马氏体复相组促成元素，过高的Cr元素，会增加马氏体含量，造成性能不稳定，同时增加季节敏感性，因此，将Cr含量设计为0.20～0.60%。
P、S为有害元素，损害钢材塑性，含量越低越好，考虑到生产成本，因此，将P含量设计为≤0.025%，将S含量设计为≤0.015%。
H为有害元素，在830MPa级强度级别钢筋中，是造成脆断最主要因素，必须严格控制，因此，将H含量设计为≤1.50ppm。
2、关于轧制工序
钢筋终轧后自然冷却，在空冷情况下形成贝氏体马氏体复相组织，如果在轧制后采用强制冷却，损害钢筋塑性。
3、关于钢坯加热工序
钢坯入炉前在100～500℃环境中堆冷不小于48h，有利于释放氢，能够降低氢脆，堆冷后坯料氢含量不大于2.50ppm。加热过程，蓄热式加热炉预热段炉气温度750～950℃，加热段炉气温度1050～1150℃，均热段炉气温度1100～1200℃，坯料在炉时间140～240min，能使坯料中合金元素扩散和溶解，使组织均匀化，在轧制及冷却过程中降低钢筋内应力。
4、关于回火热处理工序
在回火热处理工序中，加热温度为200～350℃，保温20～50h，能够去除钢筋残余应力及进一步释放氢，热处理后精轧钢筋氢含量不大于1.50ppm，能够提高塑性、韧性，过高温度及过长保温时间不但增加成本，而且降低钢材强度。
5、关于炼钢工序
控制钢液中氢含量为 H≤3.00ppm，目的是减少甚至消除由于氢含量过高导致的钢筋开裂或者脆断，炼钢工序钢液中氢含量过高，超过3ppm，则后续工序难以将氢含量降至≤1.5ppm。所以炼钢工序采用干燥合金物料、真空处理等措施保证钢液氢含量≤3.00ppm。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种830MPa级32螺精轧钢筋，生产步骤如下：
炼钢工序：采用干燥合金物料、真空处理等措施，得到钢液氢含量3.00ppm。
钢坯加热工序：钢坯入炉加热前在100℃环境中进行堆冷，堆冷时间为100h，堆冷后钢坯中氢含量为2.5ppm，钢坯在蓄热式加热炉中进行加热，预热段炉气温度950℃，加热段炉气温度1150℃，均热段炉气温度1200℃，钢坯在炉时间140min。
轧制工序：采用轧后空冷冷却，轧后空冷状态下形成贝氏体马氏体复相组织。
回火热处理工序：钢筋加热温度为350℃，保温50h。
所得钢筋化学成分及其重量百分含量为：C：0.25%，Si：1.00%，Mn：2.50%，Cr：0.60%，P：0.025%，S：0.015%，H：1.50ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。按照GB/T228.1《金属材料拉伸试验 第一部分：室温试验方法》对钢筋力学性能进行检测，检测结果为：屈服强度Rel：910MPa，抗拉强度Rm：1105MPa，断后伸长率A：7.5%，最大力下总伸长率Agt：4.1%。
实施例2
一种830MPa级32螺精轧钢筋，生产步骤如下：
炼钢工序：采用干燥合金物料、真空处理等措施，得到钢液氢含量2.45ppm。
钢坯加热工序：钢坯入炉加热前在500℃环境中进行堆冷，堆冷时间为48h，堆冷后钢坯中氢含量为1.42ppm，钢坯在蓄热式加热炉中进行加热，预热段炉气温度750℃，加热段炉气温度1050℃，均热段炉气温度1100℃，钢坯在炉时间240min。
轧制工序：采用轧后空冷冷却，轧后空冷状态下形成贝氏体马氏体复相组织。
回火热处理工序：钢筋加热温度为200℃，保温20h。
所得钢筋化学成分及其重量百分含量为C：0.27%，Si：1.60%，Mn：2.28%，Cr：0.20%，P：0.018%，S：0.009%，H：0.90ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。按照GB/T228.1《金属材料拉伸试验 第一部分：室温试验方法》对钢筋力学性能进行检测，检测结果为：屈服强度Rel：890MPa，抗拉强度Rm：1095MPa，断后伸长率A：10.5%，最大力下总伸长率Agt：7.2%。
实施例3
一种830MPa级32螺精轧钢筋，生产步骤如下：
炼钢工序：采用干燥合金物料、真空处理等措施，得到钢液氢含量1.63ppm。
钢坯加热工序：钢坯入炉加热前在250℃环境中进行堆冷，堆冷时间为70h，堆冷后钢坯中氢含量为1.11ppm，钢坯在蓄热式加热炉中进行加热，预热段炉气温度800℃，加热段炉气温度1100℃，均热段炉气温度1150℃，钢坯在炉时间180min。
轧制工序：采用轧后空冷冷却，轧后空冷状态下形成贝氏体马氏体复相组织。
回火热处理工序：钢筋加热温度为300℃，保温30h。
所得钢筋化学成分及其重量百分含量为C：0.23%，Si：1.35%，Mn：2.35%，Cr：0.25%，P：0.014%，S：0.011%，H：0.60ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。按照GB/T228.1《金属材料拉伸试验 第一部分：室温试验方法》对钢筋力学性能进行检测，检测结果为：屈服强度Rel：925MPa，抗拉强度Rm：1130MPa，断后伸长率A：9.5%，最大力下总伸长率Agt：6.4%。
实施例4
一种830MPa级32螺精轧钢筋，生产步骤如下：
炼钢工序：采用干燥合金物料、真空处理等措施，得到钢液氢含量1.56ppm。
钢坯加热工序：钢坯入炉加热前在300℃环境中进行堆冷，堆冷时间为65h，堆冷后钢坯中氢含量为1.03ppm，钢坯在蓄热式加热炉中进行加热，预热段炉气温度820℃，加热段炉气温度1110℃，均热段炉气温度1130℃，钢坯在炉时间160min。
轧制工序：采用轧后空冷冷却，轧后空冷状态下形成贝氏体马氏体复相组织。
回火热处理工序：钢筋加热温度为280℃，保温35h。
所得钢筋化学成分及其重量百分含量为C：0.26%，Si：1.46%，Mn：2.39%，Cr：0.32%，P：0.016%，S：0.010%，H：0.74ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。按照GB/T228.1《金属材料拉伸试验 第一部分：室温试验方法》对钢筋力学性能进行检测，检测结果为：屈服强度Rel：915MPa，抗拉强度Rm：1130MPa，断后伸长率A：8.5%，最大力下总伸长率Agt：6.0%。
实施例5
一种830MPa级32螺精轧钢筋，生产步骤如下：
炼钢工序：采用干燥合金物料、真空处理等措施，得到钢液氢含量1.84ppm。
钢坯加热工序：钢坯入炉加热前在150℃环境中进行堆冷，堆冷时间为78h，堆冷后钢坯中氢含量为1.51ppm，钢坯在蓄热式加热炉中进行加热，预热段炉气温度810℃，加热段炉气温度1095℃，均热段炉气温度1145℃，钢坯在炉时间170min。
轧制工序：采用轧后空冷冷却，轧后空冷状态下形成贝氏体马氏体复相组织。
回火热处理工序：钢筋加热温度为250℃，保温40h。
所得钢筋化学成分及其重量百分含量为C：0.24%，Si：1.10%，Mn：2.20%，Cr：0.50%，P：0.015%，S：0.012%，H：1.15ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。按照GB/T228.1《金属材料拉伸试验 第一部分：室温试验方法》对钢筋力学性能进行检测，检测结果为：屈服强度Rel：860MPa，抗拉强度Rm：1075MPa，断后伸长率A：11.5%，最大力下总伸长率Agt：8.2%。
实施例6
一种830MPa级32螺精轧钢筋，生产步骤如下：
炼钢工序：采用干燥合金物料、真空处理等措施，得到钢液氢含量2.7ppm。
钢坯加热工序：钢坯入炉加热前在420℃环境中进行堆冷，堆冷时间为56h，堆冷后钢坯中氢含量为2.10ppm，钢坯在蓄热式加热炉中进行加热，预热段炉气温度870℃，加热段炉气温度1076℃，均热段炉气温度1175℃，钢坯在炉时间210min。
轧制工序：采用轧后空冷冷却，轧后空冷状态下形成贝氏体马氏体复相组织。
回火热处理工序：钢筋加热温度为320℃，保温24h。
所得钢筋化学成分及其重量百分含量为C：0.22%，Si：1.52%，Mn：2.10%，Cr：0.41%，P：0.020%，S：0.013%，H：1.30ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。按照GB/T228.1《金属材料拉伸试验 第一部分：室温试验方法》对钢筋力学性能进行检测，检测结果为：屈服强度Rel：870 MPa，抗拉强度Rm：1065 MPa，断后伸长率A：10.5 %，最大力下总伸长率Agt：6.7 %。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种830MPa级精轧钢筋，其特征在于，所述钢筋的化学成分及其重量百分含量为：C：0.22～0.27%，Si：1.00～1.60%，Mn：2.10～2.50%，Cr：0.20～0.60%，P≤0.025%，S≤0.015%，H≤1.50ppm，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的一种830MPa级精轧钢筋，其特征在于，所述精轧钢筋，显微组织是由贝氏体和马氏体构成的复相组织。
3.根据权利要求1所述的一种830MPa级精轧钢筋，其特征在于，所述精轧钢筋，屈服强度Rel≥830MPa，抗拉强度Rm≥1030MPa，断后伸长率A≥7%，最大力下总伸长率Agt≥3.5%。
4.基于权利要求1-3任意一项所述的一种830MPa级精轧钢筋的生产方法，包括炼钢、钢坯加热、轧制、回火热处理工序，其特征在于，所述轧制工序，采用轧后空冷冷却，轧后空冷状态下形成贝氏体马氏体复相组织。
5.根据权利要求4所述的一种830MPa级精轧钢筋的生产方法，所述炼钢工序，控制钢液中氢含量为： H≤3.00ppm。
6.根据权利要求4所述的一种830MPa级精轧钢筋的生产方法，所述钢坯加热工序，钢坯入炉加热前在100～500℃环境中进行堆冷，堆冷时间≥48h。
7.根据权利要求4所述的一种830MPa级精轧钢筋的生产方法，所述钢坯加热工序，钢坯在蓄热式加热炉中进行加热，预热段炉气温度750～950℃，加热段炉气温度1050～1150℃，均热段炉气温度1100～1200℃，钢坯在炉时间140～240min。
8.根据权利要求4所述的一种830MPa级精轧钢筋的生产方法，所述回火热处理工序，钢筋加热温度为200～350℃，保温20～50h。
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