CN114921630A - 一种短时效psb830精轧螺纹钢及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种短时效PSB830精轧螺纹钢及其生产工艺，包括如下步骤：中轧钢坯在中轧机组的下压下形成椭圆形钢坯，椭圆形钢坯以第一速度进入第一段冷却水箱；精轧钢坯由传输辊道以第一速度进入第二段长时水冷却段，进行连续式冷却，得到成品钢筋；成品钢筋通过第二速度经过传送辊道进入尾部降低速装置，所述尾部降低速装置使成品钢筋以低于第二速度的速度输送至冷床，所述成品钢筋以第三速度在冷床上翻转平移；所述第三速度小于第一速度；下冷床的成品钢筋在保温箱内退火，保温箱内的成品钢筋两端放置300～500℃的金属材料，用于消除钢筋内应力；退火后的成品钢筋自然时效。本发明通过保温箱退火3‑5天后使自然时效期变短。
Description
技术领域
本发明涉及螺纹钢生产制造领域，特别涉及一种短时效PSB830精轧螺纹钢及其生产工艺。
背景技术
在钢铁行业总体产能过剩，尤其是传统建筑用钢产能严重过剩、国内外竞争白炽化，需要永钢开发特殊建筑用钢，而PSB830预应力钢筋在跨海大桥、高层建筑有着广阔的应用前景，吨钢效益高，国内仅有天铁轧二、山东石横、河钢承钢等少数钢厂进行生产，其余的是下游热处理厂利用PSB400调质为PSB830。
国家标准GB/T20065《预应力混凝土用螺纹钢筋》于2006年发布和实施，基于预应力钢筋连接、锚固简便、张拉锚固安全可靠、粘着力强、施工方便、因省掉焊接工艺避免了由于焊接而造成的内应力及组织不稳定等引起的断裂等优良特点，成为大型结构中必不可少的材料，市场需求已处于稳中有升的状态。目前市场上PSB830大多数是下游热处理厂家利用钢厂轧的PSB400经过淬回火工艺处理后升级到830级别，个别钢厂热轧的PSB830工艺复杂，需要特殊工序去应力。这两种工艺工序多，成品产出所需要时间较长。
无论是钢厂直接热轧出PSB830还是下游客户调质升级的PSB830，需要的时效期长，工序多。经过市场调研，经销商经过对调质处理的PSB830和钢厂直接热轧的PSB30使用反馈，调质处理的PSB830施加预应力后一段时间会造成强度损失、且成本比钢厂直接生产出来的更贵，所以开发出直轧免退火的PSB830具有意义重大。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种短时效PSB830精轧螺纹钢及其生产工艺，控轧控冷方案采用间断水冷却-钢坯自回温-轧制-长时水冷却-空气冷却的持续间断冷却回温循环工艺，达到组织均匀，晶粒度级别9.0级，同时保持外层氧化铁皮厚度26um，有效保证长时间不生锈。通过保温箱退火3-5天后使自然时效期变短，但力学性能完全达到标准要求，满足客户短期交付要求，产品竞争力明显提升。本发明的钢筋的力学拉伸曲线有明显的屈服平台，具有良好的抗震作用，相比较使用PSB400热处理后升级的PSB830，因其组织基圆界面全为淬回火组织，没有屈服平台，只能依靠Rp0.2检测。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种短时效PSB830精轧螺纹钢生产工艺，包括如下步骤：
中轧钢坯在中轧机组的下压下形成椭圆形钢坯，椭圆形钢坯以第一速度进入第一段冷却水箱，将1050-1100℃的椭圆形钢坯冷却至940-960℃；
第一段冷却后的椭圆形钢坯进入精轧机组进行轧制，得到精轧钢坯；
精轧钢坯由传输辊道以第一速度进入第二段长时水冷却段，进行连续式冷却，将940-960℃的精轧钢坯冷却到560-580℃，用于保证钢筋的力学产生和达到闭环的淬火层，得到成品钢筋；
成品钢筋通过第二速度经过传送辊道进入尾部降低速装置，所述尾部降低速装置使成品钢筋以低于第二速度的速度输送至冷床，所述成品钢筋以第三速度在冷床上翻转平移；所述第三速度小于第一速度；
下冷床的成品钢筋在保温箱内退火，保温箱内的成品钢筋两端放置300～500℃的金属材料，用于消除钢筋内应力；
退火后的成品钢筋自然时效。
进一步，所述第二速度大于等于第一速度的2倍，所述第三速度是第一速度的0.6～0.7倍。
进一步，所述第一速度为6.35m/s，所述第二速度为12.8m/s，所述尾部降低速装置使成品钢筋以7～8m/s速度输送至冷床，第三速度为4.4m/s。
进一步，所述第二段长时水冷却段中采用直径不小于52cm的穿水管，所述穿水管至少分为8段，所述第二段长时水压不小于2.4MPa，所述第二段长时流量不小于800-850m3/h；所述第一段冷却水箱的水压不大于1.5MPa。
进一步，成品钢筋在保温箱内退火时间为3-5天。
一种短时效PSB830精轧螺纹钢，利用所述的短时效PSB830精轧螺纹钢生产工艺生产的PSB830精轧螺纹钢生产的钢筋化学成分占比为：
C：0.31-0.35％、Mn：1.45-1.60％、Si：0.70-0.80％、V：0.150-0.160％、P≤0.025％、S≤0.025％、Cr：0.20-0.28％、Nb：0.010-0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的短时效PSB830精轧螺纹钢及其生产工艺，控轧控冷方案采用间断水冷却-钢坯自回温-轧制-长时水冷却-空气冷却的持续间断冷却回温循环工艺，达到组织均匀，晶粒度级别9.0级，同时保持外层氧化铁皮厚度26um，有效保证长时间不生锈。
2.本发明所述的短时效PSB830精轧螺纹钢及其生产工艺，通过保温箱退火3-5天后使自然时效期变短，但力学性能完全达到标准要求，满足客户短期交付要求，产品竞争力明显提升。
3.本发明所述的短时效PSB830精轧螺纹钢的力学拉伸曲线有明显的屈服平台，具有良好的抗震作用，相比较使用PSB400热处理后升级的PSB830，因其组织基圆界面全为淬回火组织，没有屈服平台，只能依靠Rp0.2检测。
4.本发明所述的短时效PSB830精轧螺纹钢，调整C、Si、Mn、P、S、V、Nb、Cr等合金元素的含量，既满足高强度即抗拉强度1050MPa、屈服850MPa、同时又要满足高韧性即断后伸长率大于7.5％，最大力总延伸率3.0％，可以解决高强度和高塑性矛盾的关系是本专利需要解决最大的问题，打破常规强度提升的同时塑性下降的惯性思维，另辟蹊径，依靠合金的的固溶强化、析出强化、轧制工艺的组织强化、细晶强化作用，在工艺极度狭窄的空间下，发挥出最大作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，显而易见地还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1边部金相图。
图2为本发明实施例1中1/2R处金相图。
图3为本发明实施例1心部金相图。
图4为本发明实施例1回火环厚度金相图，
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明所述的短时效PSB830精轧螺纹钢生产工艺，包括如下步骤：
将所述粗炼钢水通过精炼炉进行精炼，获得精炼钢水；
通过连铸机对所述精炼钢水进行轧制，获得连铸钢坯；
将所述连铸钢坯输送至轧钢加热炉进行加热后，进入机架粗轧机组进行粗轧操作，获得粗轧钢坯；
对所述粗轧钢坯通过剪切、碎断后，进入机架中轧机组进行中轧操作，获得中轧钢坯；
中轧钢坯在中轧机组的下压下形成椭圆形钢坯，椭圆形钢坯以第一速度进入第一段冷却水箱，将1050-1100℃的椭圆形钢坯冷却至940-960℃；
第一段冷却后的椭圆形钢坯进入精轧机组进行轧制，得到精轧钢坯；
精轧钢坯由传输辊道以第一速度进入第二段长时水冷却段，进行连续式冷却，将940-960℃的精轧钢坯冷却到560-580℃，用于保证钢筋的力学产生和达到闭环的淬火层，得到成品钢筋；
成品钢筋通过第二速度经过传送辊道进入尾部降低速装置，所述尾部降低速装置使成品钢筋以低于第二速度的速度输送至冷床，所述成品钢筋以第三速度在冷床上翻转平移；所述第三速度小于第一速度；所述第二速度大于等于第一速度的2倍，所述第三速度是第一速度的0.6～0.7倍。
下冷床的成品钢筋在保温箱内退火，保温箱内的成品钢筋两端放置300～500℃的金属材料，用于消除钢筋内应力；
退火后的成品钢筋自然时效。
实施例1的短时效PSB830精轧螺纹钢，钢筋化学成分占比为：C：0.31-0.35％、Mn：
1.45-1.60％、Si：0.70-0.80％、V：0.150-0.160％、P≤0.025％、S≤0.025％、Cr：0.20-0.28％、Nb：0.010-0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质。
实施例1的短时效PSB830精轧螺纹钢生产工艺包括如下步骤：
将所述粗炼钢水通过精炼炉进行精炼，获得精炼钢水；
通过连铸机对所述精炼钢水进行轧制，获得连铸钢坯；
将所述连铸钢坯输送至轧钢加热炉进行加热后，进入机架粗轧机组进行粗轧操作，获得粗轧钢坯；
对所述粗轧钢坯通过剪切、碎断后，进入机架中轧机组进行中轧操作，获得中轧钢坯；
中轧钢坯在中轧机组的下压下形成椭圆形钢坯，椭圆形钢坯以6.35m/s进入第一段冷却水箱，防止奥氏体晶粒度持续的长大，压制钢坯芯部温度，将1050-1100℃的椭圆形钢坯冷却至940-960℃，第一段冷却水箱的水压1.5MPa；
第一段冷却后的椭圆形钢坯进入精轧机组进行轧制，得到精轧钢坯；
精轧钢坯由传输辊道以6.35m/s进入第二段长时水冷却段，进行连续式冷却，第二段长时水冷却段采用52cm直径、穿水管8段，本冷却段水压2.4MPa，流量800-850m3/h，进行连续式5～10s长时间冷却，将940-960℃的精轧钢坯冷却到560-580℃，用于保证钢筋足够的抗拉强度、屈服强度和良好的塑性，同时要求闭环的淬火层，回火环厚度达到2.0mm，冷却均匀，实现良好的力学性能；
成品钢筋通过12.8m/s经过传送辊道进入尾部降低速装置，所述尾部降低速装置使成品钢筋以8m/s速度输送至冷床，所述成品钢筋以4.4m/s的速度在冷床上翻转平移，以保证在空冷状态下组织转变持续均匀；
下冷床的成品钢筋在保温箱内退火，保温箱内的成品钢筋两端放置300～500℃的金属材料，用于消除钢筋内应力；成品钢筋在保温箱内退火时间为3-5天。一般当保温箱内温度为300℃，退火时间为5天。保温箱内温度为500℃，退火时间为3天。
退火后的成品钢筋自然时效。
表1本发明实施例1与现有技术的参数对比
现有技术PSB830与HRB600对比，通过提高C含量0.05％，Cr含量增加0.30％，在同样的轧制工艺下，抗拉强度和屈服强度均提高78-79MPa，提升幅度基本一致。造成钢筋有很大的内应力，一是强度高，二是硬相多。使用HRB600-7J轧制，采取两种上冷床工艺，对比力学性能，上冷床570℃力学性能高，且有屈服平台，除抗拉强度偏低外，其余指标均在自然时效5天后全部达标。提高C含量，硬相组织珠光体含量提升，珠光体提高会使基体强度，也就是抗拉强度上升起到组织强化作用，屈服强度也会随之提升。增加Cr元素，可以有效提高淬透性，在强穿水工艺下，增加Cr元素是行业内普遍做法。
而现有技术的PSB830为提高力学性能，使其完全满足PSB830的标准要求，通过提高C含量至0.31-0.35％，增加Cr含量0.30-0.40％，根据经验理论测算，0.01％Cr提高1MPa，0.01％C提高5MPa，设计PSB830-4J，提高抗拉强度、屈服强度，满足PSB830强度要求。试轧后，经过人工时效，抗拉强度均提高60-80MPa，屈服强度提高50-70MPa，满足PSB830要求，但自然时效期需要48天，明显加长。
本发明的PSB830相对与HRB600通过提高C含量0.05％，Cr含量增加0.20％，在同样的轧制工艺下，抗拉强度提高37MPa，屈服强度提高25MPa。本发明的PSB830相对与现有技术的PSB830减少Cr含量，但是抗拉强度的降低幅度小于屈服强度。本发明的PSB830降低内应力，从降低力学性能富裕量的角度考虑，适当降低强度，Cr含量降低到0.20％，同样经过保温箱后，自然效期只需要25天。
表2本发明的PSB830金相组织
如图1、2、3和4所示，本生产工艺和和传统生产工艺的化学成分体系、轧制工艺均有明显不同，采用热轧工艺，金相组织主要为铁素体+珠光体+少量淬回火组织，组织均匀，晶粒度级别9.0级，同时保持外层氧化铁皮厚度26um，有效保证长时间不生锈。时效期短，省只需在保温箱放置3-5天左右，力学性能完全达到标准要求，满足客户短期交付要求，产品竞争力明显提升。还有一个明显特征就是钢筋的力学拉伸曲线有明显的屈服平台，具有良好的抗震作用，相比较使用PSB400热处理后升级的PSB830，因其组织基圆界面全为淬回火组织，没有屈服平台，只能依靠Rp0.2检测。
本发明调整C、Si、Mn、P、S、V、Nb、Cr等合金元素的含量，既满足高强度即抗拉强度1050MPa、屈服850MPa、同时又要满足高韧性即断后伸长率大于7.5％，最大力总延伸率3.0％，可以解决高强度和高塑性矛盾的关系是本专利需要解决最大的问题，打破常规强度提升的同时塑性下降的惯性思维，另辟蹊径，依靠合金的的固溶强化、析出强化、轧制工艺的组织强化、细晶强化作用，在工艺极度狭窄的空间下，发挥出最大作用。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种短时效PSB830精轧螺纹钢生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
中轧钢坯在中轧机组的下压下形成椭圆形钢坯，椭圆形钢坯以第一速度进入第一段冷却水箱，将1050-1100℃的椭圆形钢坯冷却至940-960℃；
第一段冷却后的椭圆形钢坯进入精轧机组进行轧制，得到精轧钢坯；
精轧钢坯由传输辊道以第一速度进入第二段长时水冷却段，进行连续式冷却，将940-960℃的精轧钢坯冷却到560-580℃，用于保证钢筋的力学产生和达到闭环的淬火层，得到成品钢筋；
成品钢筋通过第二速度经过传送辊道进入尾部降低速装置，所述尾部降低速装置使成品钢筋以低于第二速度的速度输送至冷床，所述成品钢筋以第三速度在冷床上翻转平移；所述第三速度小于第一速度；
下冷床的成品钢筋在保温箱内退火，保温箱内的成品钢筋两端放置300～500℃的金属材料，用于消除钢筋内应力；
退火后的成品钢筋自然时效。
2.根据权利要求1所述的短时效PSB830精轧螺纹钢生产工艺，其特征在于，所述第二速度大于等于第一速度的2倍，所述第三速度是第一速度的0.6～0.7倍。
3.根据权利要求2所述的短时效PSB830精轧螺纹钢生产工艺，其特征在于，所述第一速度为6.35m/s，所述第二速度为12.8m/s，所述尾部降低速装置使成品钢筋以7～8m/s速度输送至冷床，第三速度为4.4m/s。
4.根据权利要求1所述的短时效PSB830精轧螺纹钢生产工艺，其特征在于，所述第二段长时水冷却段中采用直径不小于52cm的穿水管，所述穿水管至少分为8段，所述第二段长时水压不小于2.4MPa，所述第二段长时流量不小于800-850m3/h；所述第一段冷却水箱的水压不大于1.5MPa。
5.根据权利要求1所述的短时效PSB830精轧螺纹钢生产工艺，其特征在于，成品钢筋在保温箱内退火时间为3-5天。
6.一种短时效PSB830精轧螺纹钢，其特征在于，利用权利要求1所述的短时效PSB830精轧螺纹钢生产工艺生产的PSB830精轧螺纹钢生产的钢筋化学成分占比为：
C：0.31-0.35％、Mn：1.45-1.60％、Si：0.70-0.80％、V：0.150-0.160％、P≤0.025％、S≤0.025％、Cr：0.20-0.28％、Nb：0.010-0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质。
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