CN115595507B

CN115595507B - 一种高强度螺纹钢筋及其制造方法

Info

Publication number: CN115595507B
Application number: CN202211380832.1A
Authority: CN
Inventors: 齐亚聪; 郑浩柽; 林承泽
Original assignee: Guangdong Guixin Iron And Steel Co ltd
Current assignee: Guangdong Guixin Iron And Steel Co ltd
Priority date: 2022-11-04
Filing date: 2022-11-04
Publication date: 2023-05-23
Anticipated expiration: 2042-11-04
Also published as: CN115595507A

Abstract

本发明公开了一种高强度螺纹钢筋及其制造方法，属于钢铁冶金技术领域。所述螺纹钢筋以重量百分比计包括以下成分：C 0.10‑0.30％、Mn 1.0‑2.0％、P 0.03‑0.07％、N 0.001‑0.009％、S 0.001‑0.02％、Si 0.5‑0.8％、Co 0.05‑1.00％、Ti 0.02‑0.05％、Zr 0.03‑0.05％，余量为Fe和杂质，同时提供了一种螺纹钢筋的制造方法。本发明提供的螺纹钢筋组分中通过P与S、Ti与Zr之间的协同作用，使其具备优异的力学综合性能：抗拉强度高达1605MPa，屈服强度高达1385MPa，断后伸长率高达30.5％；提供的制造方法简单，成本低，适合工业化生产。

Description

一种高强度螺纹钢筋及其制造方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，涉及一种高强度螺纹钢筋及其制造方法。

背景技术

螺纹钢筋是重要的建筑材料，广泛应用于房屋、桥梁、道路等土建工程建设，是现代建筑的核心材料之一。它具有连接、锚固简便，粘着力强，张拉锚固安全可靠，施工方便等优点，而且节约钢筋，减少构件面积和重量。目前在生产高强度(屈服强度≥930MPa)精轧螺纹钢筋上，成分及生产工艺成本高、控制难度大，产品质量不稳定，限制了大规格高强度精轧钢筋的发展。

专利CN 106987768 A公开了一种低成本耐腐蚀螺纹钢筋的制造方法，采用含有一定Cr、Ni、Cu、V、Mo含量的低合金钢废料或返回料作为电弧炉冶炼原料进行冶炼，降低了合金加入量及相应的合金化成本，同时采用电弧炉冶炼其能耗显著低于高炉加转炉的冶炼能耗。另外在轧制过程取消了加热炉，利用连铸方坯所带自身热量完成轧制，大幅度降低了生产成本。但该专利制造的螺纹钢筋，其屈服强度大于500MPa，抗拉强度大于600MPa，断后伸长率大于23％，钢筋的强度、韧性相对较差。

专利CN 106521349 A公开了一种经济型高强度精轧螺纹钢筋及其生产方法。合金钢的成分按照重量百分比计为：C：0.37％-0.45％、Si：1.6％-2.2％、Mn：0.6％-0.9％、Cr：0.3％-0.65％、Mo：0.1％-0.5％、B：0.0005％-0.0015％、P<0.035％、S<0.035％；在上述基本成分的基础上，同时添加Nb：0.01％-0.055％、V：0.02％-0.15％、Ti：0.001％-0.05％中的一种或几种作为微合金元素；余量为Fe和不可避免的杂质元素；采用上述合金钢通过轧后空冷获得直径>50mm PSB930级别精轧螺纹钢筋；采用上述合金钢通过轧后热处理获得直径>50mm PSB1080级别精轧螺纹钢筋。尽管该专利制得的精轧螺纹钢筋抗拉强度、屈服强度较高，但断后伸长率较低，且添加了多种微合金元素，生产成本较高。

因此有必要探索一种力学综合性能优异、生产成本低的高强度螺纹钢筋及其制造方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种原料组成简单、生产成本低、力学性能优异的高强度螺纹钢筋及其制造方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

首先，提供了一种螺纹钢筋，以重量百分比计包括以下成分：C 0.10-0.30％、Mn1.0-2.0％、P 0.03-0.07％、N 0.001-0.009％、S 0.001-0.02％、Si 0.5-0.8％、Co 0.05-1.00％、Ti0.02-0.05％、Zr 0.03-0.05％，余量为Fe和杂质。

优选地，所述的螺纹钢筋以重量百分比计包括以下成分：C 0.20-0.30％、Mn 1.0-1.5％、P 0.05-0.07％、N 0.005-0.007％、S 0.01-0.02％、Si 0.6-0.8％、Co 0.5-1.00％、Ti 0.02-0.04％、Zr 0.03-0.04％，余量为Fe和杂质。

进一步地，所述P、S的质量比为5-7：1-2。

进一步地，所述Ti、Zr的质量比为2-5：3-5。

优选地，所述Ti、Zr的质量比为2-4：3-4。

其次，提供了一种所述螺纹钢筋的制造方法，包括以下步骤：

(1)将原料钢熔化后，加入金属钴、金属钛、金属锆，连铸成坯连铸，对连铸坯进行堆垛冷却至室温；

(2)对步骤(1)中冷却后的连铸坯进行加热；

(3)对步骤(2)中加热后的连铸坯进行轧制得螺纹钢筋；

(4)对步骤(3)制得的螺纹钢筋进行热处理。

进一步地，步骤(1)中原料钢与金属钴、金属钛、金属锆总量的质量比为120-320：1。

进一步地，步骤(2)中所述加热的温度为1250-1260℃，时间为1-2h。

进一步地，步骤(3)中所述轧制的工艺条件设置为：粗轧开轧温度为950-1050℃，精轧阶段的累积变形量70-80％，终轧温度控制在820-830℃。

进一步地，步骤(4)中所述热处理的工艺条件设置为：在880-900℃保温170-180min后淬火，在280-290℃，120-130min回火后空冷至室温。

在钢筋成分中：

钛(Ti)：钛和氮、氧、碳都有极强的亲和力，与硫的亲和力比铁强。因此，它是一种良好的脱氧去气剂和固定氮和碳的有效元素。

锆(Zr)：锆是强碳化物形成元素，它在钢中的作用与铌、钽、钒相似。加入少量锆有脱气、净化和细化晶粒作用，有利于钢的低温性能，改善冲压性能，它常用于制造燃气发动机和弹道导弹结构使用的超高强度钢和镍基高温合金中。

钴(Co)：钴多用于特殊的钢和合金中，含钴的高速钢有高的高温硬度，与钼同时加入马氏体时效钢中可以获得超高硬度和良好综合力学性能。此外，钴在热强钢和磁性材料中也是重要的合金元素。

镍(Ni)：镍在钢中强化铁素体并细化珠光体，总的效果是提高强度，对塑性的影响不显著。

硅(Si)：硅能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度，其作用仅次于磷，较锰、镍、铬、钨、钼、钒等元素强。

锰(Mn)：锰是良好的脱氧剂和脱硫剂。钢中一般都含有一定量的锰，它能消除或减弱由于硫引起的钢的热脆性，从而改善钢的热加工性能。

氮(N)：氮能部分用于铁中，有固溶强化和提高淬透性的作用，但不显著。由于氮化物在晶界上析出，能提高晶界高温强度，增加钢的蠕变强度。与钢中其他元素化合，有沉淀硬化作用。对钢抗腐蚀性能不显著，但钢的表面渗氮后，不仅增加其硬度和耐磨性，也显著改善抗腐蚀性。在低碳钢中残留氮会导致时效脆性。

硫(S)：提高硫和锰的含量，可以改善钢的被切削性能，在易切削钢中，硫作为有益元素加入。

磷(P)：磷在钢中固溶强化和冷作硬化作用强。作为合金元素加入低合金结构钢中，能提高其强度和钢的耐大气腐蚀性能，但降低其冷冲压性能。

碳(C)：碳是钢铁材料的主要合金元素，因此钢铁材料也可以称为铁碳合金。碳在钢材中的主要作用是：形成固溶体组织，提高钢的强度，如铁素体、奥氏体组织，都溶解有碳元素；形成碳化物组织，可提高钢的硬度及耐磨性。因此，碳在钢材中，含碳量越高，钢的强度、硬度就越高，但塑性、韧性也会随之降低；反之，含碳量越低，钢的塑性、韧性越高，其强度、硬度也会随之降低。

在一些具体的实施方式中，所述螺纹钢筋的制造方法，包括以下步骤：

(1)将原料钢、金属钴、金属钛、金属锆熔化后，连铸成坯连铸，对连铸坯进行堆垛冷却至室温；

(2)对步骤(1)中冷却后的连铸坯1260℃下加热180min；

(3)对步骤(2)中加热后的连铸坯进行轧制得螺纹钢筋，轧制的工艺条件设置为：粗轧开轧温度为1140℃，精轧阶段的累积变形量80％，终轧温度控制在830℃；

(4)对步骤(3)制得的螺纹钢筋进行热处理，热处理的工艺条件设置为：在880℃保温180min后淬火，在290℃，120min回火后空冷至室温。

相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提供的螺纹钢筋组分中通过P与S、Ti与Zr之间的协同作用，使其具备优异的力学综合性能：抗拉强度高达1605MPa，屈服强度高达1385MPa，断后伸长率高达30.5％；

(2)本发明提供的制造方法简单，成本低，适合工业化生产。

具体实施方式

值得说明的是，本发明中使用的原料均为普通市售产品，对其来源不做具体限定。

实施例

以下实例中螺纹钢筋(直径Φ30mm)的制造方法，包括以下步骤：

(1)将原料钢、金属钴、金属钛、金属锆(或金属镍)熔化后，连铸成坯连铸，对连铸坯进行堆垛冷却至室温；

(2)对步骤(1)中冷却后的连铸坯1260℃下加热180min；

原料钢在步骤(1)中熔化后的化学成分包括C 0.09-0.10wt％、Mn 0.70-0.80wt％、P0.05wt％、S 0.011wt％、Si 0.55wt％，余量为Fe和杂质。

所得实例的螺纹钢筋成分见表1。

表1各实例最终得到的螺纹钢筋成分(重量百分率，wt％)

实验例

对实施例1-4、对比例1-3制得的螺纹钢筋进行力学性能测试，测试结果见表2。

表2测试结果

编号	抗拉强度/MPa	屈服强度/MPa	断后伸长率/％
				实施例1	1605	1385	30.5
实施例2	1592	1370	28.0
				实施例3	1595	1364	27.5
实施例4	1586	1350	25.5
				对比例1	1132	974	15.0
对比例2	1094	956	16.0
				对比例3	1120	962	15.5

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims

1.一种螺纹钢筋，其特征在于，以重量百分比计包括以下成分：C 0.10-0.30%、Mn 1.0-2.0%、P 0.03-0.07%、N 0.001-0.009%、S 0.001-0.02%、Si 0.5-0.8%、Co 0.05-1.00%、Ti0.02-0.05%、Zr 0.03-0.05%，余量为Fe和杂质；

所述Ti、Zr的质量比为2-4：3-4；

所述螺纹钢筋的制备方法包括以下步骤：

（1）将原料钢熔化后，加入金属钴、金属钛、金属锆，连铸成坯连铸，对连铸坯进行堆垛冷却至室温；

（2）对步骤（1）中冷却后的连铸坯进行加热；

（3）对步骤（2）中加热后的连铸坯进行轧制得螺纹钢筋；

（4）对步骤（3）制得的螺纹钢筋进行热处理；

步骤（3）中所述轧制的工艺条件设置为：粗轧开轧温度为950-1050℃，精轧阶段的累积变形量70-80%，终轧温度控制在820-830℃；步骤（4）中所述热处理的工艺条件设置为：在880-900℃保温170-180min后淬火，在280-290℃，120-130min回火后空冷至室温。

2.根据权利要求1所述的螺纹钢筋，其特征在于，以重量百分比计包括以下成分：C0.20-0.30%、Mn 1.0-1.5%、P 0.05-0.07%、N 0.005-0.007%、S 0.01-0.02%、Si 0.6-0.8%、Co 0.5-1.00%、Ti 0.02-0.04%、Zr 0.03-0.04%，余量为Fe和杂质。

3.权利要求1-2任一项所述螺纹钢筋的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

（2）对步骤（1）中冷却后的连铸坯进行加热；

（3）对步骤（2）中加热后的连铸坯进行轧制得螺纹钢筋；

（4）对步骤（3）制得的螺纹钢筋进行热处理。

4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，步骤（1）中原料钢与金属钴、金属钛、金属锆总量的质量比为120-320：1。

5.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，步骤（2）中所述加热的温度为1250-1260℃，时间为1-2h。