CN115725904B - 一种钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋及其生产方法 - Google Patents
一种钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋及其生产方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋及其生产方法，属于钢铁冶金领域。该钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋，其化学成分按质量百分数为：C：0.15～0.2％，Si：0.12～0.15％，Mn：1.55～1.65％，Ti：0.08～0.11％，Nb：0.04～0.06％，Cr：0.3～0.4％，Als：0.02～0.05％，P：≤0.012％，S：≤0.008％，O：＜50ppm，N：＜50ppm，余量为Fe元素和不可避免的杂质。该钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋通过加热保温后，粗轧、精轧后，再进行两段冷却，该方法通过成分与工艺整体调配，制备出低成本、高强度、表面质量好的高强钢筋。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金领域，具体涉及一种钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋及其生产方法。
背景技术
钢铁材料是目前建筑结构的主体材料，建筑用钢材需求量较大，占钢材消费量的50％以上。由于我国的基础设施仍然是以钢筋混凝土为主要材料，所以多年来钢筋和线材一直在建筑用钢中消耗量最大。随着钢筋使用量逐年显著提升，建筑结构的安全问题引起了社会的普遍关注，建筑工业对钢筋性能的要求越来越高，而保证建筑安全性的关键是提高钢筋的强度和综合性能。当前，我国钢筋混凝土结构主要使用400MPa、500MPa级热轧带肋钢筋，钢材强度偏低，导致结构承载力较低。
我国生产高强钢筋主要通过微合金工艺，常用的微合金元素有铌(Nb)、钒(V)、钼(Mo)等，利用其细晶强化和析出强化的作用来提升钢筋的力学性能。当前，我国各大钢铁企业生产400～500MPa级高强钢筋时主要采用钒氮微合金化技术或者铌微合金化技术。比如专利CN109972035A公开了一种800MPa级热轧螺纹钢筋及生产方法，在成分设计上添加了0.11～1.41％的贵重合金元素钼(Mo)，增加了合金成本，同时添加了0.32～1.17％的硅(Si)，易于生成红色氧化铁皮，从而使生产出的钢筋表面质量差；专利CN110343962A公开了一种700MPa级以上热轧带肋高强钢筋用钢及其生产方法，在成分设计上添加了0.1～0.25％价格较高的合金元素钒(V)，增加了合金成本，同时添加了0.8～1.2％的硅(Si)，易于生成红色氧化铁皮，从而使生产出的钢筋表面质量差，同时开轧温度范围在970～970℃，精轧温度范围在800～850℃，大大提高了轧制机器能耗，成本较高；专利CN103981446B公开一种贝氏体型700MPa级螺纹钢筋及其生产方法，在成分设计上添加了0.1～0.16％的贵重合金元素钼(Mo)和0.06～0.14％的价格较高的合金元素钒(V)，增加了合金成本，同时添加了0.4～0.6％的硅(Si)，易于生成红色氧化铁皮，从而使生产出的钢筋表面质量差，并且钢筋上冷床温度为680～830℃，空冷至室温，降温时间长，从而使生产周期变长。
发明内容
针对现有技术存在的各种问题，本发明提供一种钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋及其生产方法，通过成分与工艺整体调配，制备出低成本、高强度、表面质量好的高强钢筋。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋，其化学成分按质量百分数为：C：0.15～0.2％，Si：0.12～0.15％，Mn：1.55～1.65％，Ti：0.08～0.11％，Nb：0.04～0.06％，Cr：0.3～0.4％，Als：0.02～0.05％，P：≤0.012％，S：≤0.008％，O：＜50ppm，N：＜50ppm，余量为Fe元素和不可避免的杂质。
所述的钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋组织为铁素体+粒状贝氏体。
所述的钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋尺寸为Φ18～Φ25mm钢筋，其主要力学性能满足：屈服强度为803～844MPa，抗拉强度为986～1030MPa，断后伸长率为14.1～18.1％，最大力总延伸率为7.0～8.0％，强屈比为1.21～1.24。
所述的一种钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的生产方法，步骤如下：
(1)将160mm×160mm小方坯加热至1150～1200℃，保温1～2h，得到加热后的钢坯，钢坯的出炉温度为1100～1150℃，钢坯的化学成分按质量百分数为：C：0.15～0.2％，Si：0.12～0.15％，Mn：1.55～1.65％，Ti：0.08～0.11％，Nb：0.04～0.06％，Cr：0.3～0.4％，Als：0.02～0.05％，P：≤0.012％，S：≤0.008％，O：＜50ppm，N：＜50ppm，余量为Fe元素和不可避免的杂质；
(2)对加热后的钢坯进行粗轧，开轧温度为1020～1050℃，得到中间坯；
(3)对中间坯进行冷却，再进行精轧，入精轧温度为790～830℃，得到Φ18～Φ25mm的钢筋；
(4)对钢筋进行分段冷却，一段冷却以10～20℃/s的冷速水冷，终冷温度为700～710℃，二段冷却以100℃/s～130℃/s的冷速快速冷却，终冷温度为400～550℃，再上冷床冷却，得到钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋。
本发明的一种钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋及其生产方法，对800MPa级热轧带肋钢筋的化学成分和生产工艺进行了全新设计，有益效果如下：
(1)在成分设计中，省去了贵重合金钒(V)，减少了较贵重的金属铌(Nb)用量，采用钛(Ti)、铌(Nb)复合添加的方法，Ti铁的价格都显著低于Nb铁或V铁，在添加量相同时，其微合金成本仅为铌(Nb)铁或钒(V)铁的1/8～1/6，使生产成本大幅下降；
(2)采用低硅(Si)的成分设计思路，减少钢板表面红色氧化铁皮的生成，钢板表面质量良好；
(3)与高强钢筋的传统工艺相比，本发明通过轧后分段冷却，增大冷却速度，缩短了生产周期，提高了生产效率；
(4)本发明的钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋具有低成本、高强度、表面质量好的优势。
附图说明
图1为本发明实施例3制备的Φ22mm的钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的金相组织照片；
图2为本发明实施例3制备的Φ22mm的钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的拉伸曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不仅限于以下实施例。
实施例1
本实施例的钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的生产方法，包括以下工艺步骤：
(1)将160mm×160mm小方坯加热至1170℃，保温1h，钢坯的出炉温度为1120℃，得到加热后的钢坯；
(2)对加热后的钢坯进行粗轧，开轧温度为1030℃，得到中间坯；
(3)对中间坯进行冷却，再进行精轧，入精轧温度为790℃，得到Φ18mm的钢筋；
(4)对钢筋进行分段冷却，一段冷却以10℃/s的冷速水冷，终冷温度为702℃，二段冷却以112℃/s的冷速快速冷却，终冷温度为474℃，再上冷床冷却，得到钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋。
制备的Φ18mm的钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的铁素体+粒状贝氏体。
钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的化学成分及各个化学成分的质量百分比见表1；其力学性能见表2；
表1化学成分
表2力学性能
实施例2
本实施例的钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的生产方法，包括以下工艺步骤：
(1)将160mm×160mm小方坯加热至1150℃，保温1.3h，钢坯的出炉温度为1100℃，得到加热后的钢坯；
(2)对加热后的钢坯进行粗轧，开轧温度为1020℃，得到中间坯；
(3)对中间坯进行冷却，再进行精轧，入精轧温度为792℃，得到Φ19mm的钢筋；
(4)对钢筋进行分段冷却，一段冷却以20℃/s的冷速水冷，终冷温度为700℃，二段冷却以130℃/s的冷速快速冷却，终冷温度为473℃，再上冷床冷却，得到钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋。
制备的Φ19mm的钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的铁素体+粒状贝氏体。
钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的化学成分及各个化学成分的质量百分比见表3；其力学性能见表4；
表3化学成分
表4力学性能
实施例3
本实施例的钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的生产方法，包括以下工艺步骤：
(1)将160mm×160mm小方坯加热至1200℃，保温1.7h，钢坯的出炉温度为1150℃，得到加热后的钢坯；
(2)对加热后的钢坯进行粗轧，开轧温度为1050℃，得到中间坯；
(3)对中间坯进行冷却，再进行精轧，入精轧温度为830℃，得到Φ20mm的钢筋；
(4)对钢筋进行分段冷却，一段冷却以19℃/s的冷速水冷，终冷温度为705℃，二段冷却以100℃/s的冷速快速冷却，终冷温度为470℃，再上冷床冷却，得到钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋。
制备的Φ20mm的钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的铁素体+粒状贝氏体，其金相组织照片见图1。钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的化学成分及其质量百分比见表5；
表5化学成分
制备的的钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的拉伸曲线见图2，其力学性能见表6。
表6力学性能
实施例4
本实施例的钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的生产方法，包括以下工艺步骤：
(1)将160mm×160mm小方坯加热至1180℃，保温2h，钢坯的出炉温度为1110℃，得到加热后的钢坯；
(2)对加热后的钢坯进行粗轧，开轧温度为1050℃，得到中间坯；
(3)对中间坯进行冷却，再进行精轧，入精轧温度为825℃，得到Φ21mm的钢筋；
(4)对钢筋进行分段冷却，一段冷却以20℃/s的冷速水冷，终冷温度为710℃，二段冷却以116℃/s的冷速快速冷却，终冷温度为510℃，再上冷床冷却，得到钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋。
制备的Φ21mm的钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的铁素体+粒状贝氏体。
钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的化学成分及各个化学成分的质量百分比见表7；其力学性能见表8；
表7化学成分
表8力学性能
实施例5
本实施例的钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的生产方法，包括以下工艺步骤：
(1)将160mm×160mm小方坯加热至1155℃，保温1.1h，钢坯的出炉温度为1105℃，得到加热后的钢坯；
(2)对加热后的钢坯进行粗轧，开轧温度为1030℃，得到中间坯；
(3)对中间坯进行冷却，再进行精轧，入精轧温度为805℃，得到Φ22mm的钢筋；
(4)对钢筋进行分段冷却，一段冷却以15℃/s的冷速水冷，终冷温度为707℃，二段冷却以120℃/s的冷速快速冷却，终冷温度为550℃，再上冷床冷却，得到钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋。
制备的Φ22mm的钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的铁素体+粒状贝氏体。
钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的化学成分及各个化学成分的质量百分比见表9；其力学性能见表10；
表9化学成分
表10力学性能
实施例6
本实施例的钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的生产方法，包括以下工艺步骤：
(1)将160mm×160mm小方坯加热至1160℃，保温1.4h，钢坯的出炉温度为1113℃，得到加热后的钢坯；
(2)对加热后的钢坯进行粗轧，开轧温度为1033℃，得到中间坯；
(3)对中间坯进行冷却，再进行精轧，入精轧温度为815℃，得到Φ23mm的钢筋；
(4)对钢筋进行分段冷却，一段冷却以20℃/s的冷速水冷，终冷温度为701℃，二段冷却以118℃/s的冷速快速冷却，终冷温度为523℃，再上冷床冷却，得到钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋。
制备的Φ23mm的钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的铁素体+粒状贝氏体。
钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的化学成分及各个化学成分的质量百分比见表11；其力学性能见表12；
表11化学成分
表12力学性能
实施例7
本实施例的钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的生产方法，包括以下工艺步骤：
(1)将160mm×160mm小方坯加热至1163℃，保温1.6h，钢坯的出炉温度为1115℃，得到加热后的钢坯；
(2)对加热后的钢坯进行粗轧，开轧温度为1040℃，得到中间坯；
(3)对中间坯进行冷却，再进行精轧，入精轧温度为800℃，得到Φ24mm的钢筋；
(4)对钢筋进行分段冷却，一段冷却以11℃/s的冷速水冷，终冷温度为708℃，二段冷却以127℃/s的冷速快速冷却，终冷温度为493℃，再上冷床冷却，得到钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋。
制备的Φ24mm的钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的铁素体+粒状贝氏体。
钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的化学成分及各个化学成分的质量百分比见表13；其力学性能见表14；
表13化学成分
表14力学性能
实施例8
本实施例的钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的生产方法，包括以下工艺步骤：
(1)将160mm×160mm小方坯加热至1193℃，保温1.5h，钢坯的出炉温度为1137℃，得到加热后的钢坯；
(2)对加热后的钢坯进行粗轧，开轧温度为1044℃，得到中间坯；
(3)对中间坯进行冷却，再进行精轧，入精轧温度为820℃，得到Φ25mm的钢筋；
(4)对钢筋进行分段冷却，一段冷却以20℃/s的冷速水冷，终冷温度为700℃，二段冷却以122℃/s的冷速快速冷却，终冷温度为423℃，再上冷床冷却，得到钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋。
制备的Φ25mm的钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的铁素体+粒状贝氏体。
钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的化学成分及各个化学成分的质量百分比见表15；其力学性能见表16；
表15化学成分
表16力学性能
对比例1
一种热轧带肋钢筋，同实施例1，不同之处在于，其成分为：C：0.15％、Si：0.13％、Mn：1.65％、V：0.20％、Ti：0.092％、Nb：0.045％、Cr：0.4％、Als：0.02％、P：0.008％、S：0.007％、O：0.0046％、N：0.004％，其余为Fe和其它不可避免的杂质。钢筋的ReL：853MPa，Rm：1020MPa，A：14.3％，Agt：7.3％，Rm/ReL：1.20。成分中含有0.20％的V，虽然屈服强度及抗拉强度都有所增加，但增加的幅度不大，且极大增加了钢筋的成产成本。
对比例2
一种热轧带肋钢筋，同实施例1，不同之处在于，其成分为：C：0.15％、Si：0.13％、Mn：1.65％、Nb：0.045％、Cr：0.4％、Als：0.02％、P：0.008％、S：0.007％、O：0.0046％、N：0.004％，其余为Fe和其它不可避免的杂质。钢筋的ReL：793MPa，Rm：920MPa，A：14.1％，Agt：7.0％，Rm/ReL：1.16。其成分不含有Ti，碳氮化物的细晶强化作用大大减弱使得钢筋的组织变得粗大，同时使得钢筋的屈服强度及抗拉强度大幅降低，不满足800MPa级热轧带肋钢筋的要求。
对比例3
一种热轧带肋钢筋，其制备方法，同实施例1，不同之处在于，冷却仅进行一次，则得到的钢筋的ReL：800MPa，Rm：950MPa，A：14.1％，Agt：6.3％，Rm/ReL：1.12。冷却仅进行一次，钢筋的组织中晶粒尺寸变得粗大，屈服强度及抗拉强度降低。同时单次冷却与分段冷却相比大大增加了能耗与水耗。
对比例4
一种热轧带肋钢筋，其制备方法，同实施例1，不同之处在于，一段冷却以120℃/s的冷速水冷，终冷温度为700～710℃，则实验钢的组织由贝氏体构成，实验钢的屈服强度为915MPa，抗拉强度为1070MPa，强屈比为1.17，断后伸长率及最大力延伸率大幅降低，断后伸长率为7.1％，最大力延伸率为3.5％。
对比例5
一种热轧带肋钢筋，其制备方法，同实施例1，不同之处在于，二段冷却以20℃/s的冷速水冷，终冷温度为400℃，则实验钢的铁素体比例增加，实验钢的屈服强度为763MPa，抗拉强度为900MPa，强屈比为1.18，强度不满足800MPa级热轧带肋钢筋的要求。
Claims (6)
1.一种钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋，其特征在于，该钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋含有的化学成分按质量百分数为：C：0.15～0.2％，Si：0.12～0.15％，Mn：1.55～1.65％，Ti：0.08～0.11％，Nb：0.04～0.06％，Cr：0.3～0.4％，Als：0.02～0.05％，P：≤0.012％，S：≤0.008％，O：＜50ppm，N：＜50ppm，余量为Fe元素和不可避免的杂质；
所述的钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋组织为铁素体+粒状贝氏体；
所述的钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋尺寸为Φ18～Φ25mm钢筋；
所述的钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的屈服强度为803～844MPa，抗拉强度为986～1030MPa，断后伸长率为14.1～18.1％，最大力总延伸率为7.0～8.0％，强屈比为1.21～1.24。
2.权利要求1所述的钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将小方坯加热至1150～1200℃，保温1～2h，得到加热后的钢坯；
(2)对加热后的钢坯进行粗轧，得到中间坯；
(3)对中间坯进行冷却，再进行精轧，得到Φ18～Φ25mm的钢筋；
(4)对钢筋进行分段冷却，一段冷却以10～20℃/s的冷速水冷，终冷温度为700～710℃，二段冷却以100℃/s～130℃/s的冷速快速冷却，终冷温度为400～550℃，再上冷床冷却，得到钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋。
3.根据权利要求2所述的钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的生产方法，其特征在于，所述的小方坯的尺寸为160mm×160mm。
4.根据权利要求2所述的钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的生产方法，其特征在于，钢坯的出炉温度为1100～1150℃。
5.根据权利要求2所述的钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的生产方法，其特征在于，开轧温度为1020～1050℃。
6.根据权利要求2所述的钛铌微合金化800MPa级热轧带肋钢筋的生产方法，其特征在于，入精轧温度为790～830℃。
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