CN1332045A - 一种冷轧带肋钢筋母材和冷轧带肋钢筋的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑钢材的生产工艺,主要涉及用铌微合金化和合理控制强塑性匹配技术生产CRB800牌号冷轧带肋钢筋母材和CRB800以上牌号冷轧带肋钢筋的生产工艺。其技术特征是以含铌元素的合金为添加料,在冶炼过程中加入钢水中,恰当的控制工艺参数和工艺步骤,生产出性能优于国家标准GB13788－2000要求的抗拉强度不小于800MPa的冷轧带肋钢筋。其优点是生产出了高强度、高塑性CRB800牌号冷轧带肋钢筋,解决了强塑性匹配难题。

Description

一种冷轧带肋钢筋母材和冷轧带肋钢筋的生产工艺

                    技术领域

本发明是有关生产高抗拉强度(下称强度)、高塑性兼备的冷轧带肋钢筋，英文为：cold rolled ribbed steel wires and bars，简称CRB。CRB是上世纪七十年代先进工业国家开发的一种新型高效建筑钢材。它是以热轧圆盘条为原料，通过冷拔、冷轧等一系列冷变形方法轧制成表面带有二列以上横肋的变截面钢筋。涉及冶金

技术领域。

                    背景技术

与热轧光园钢筋相比，CRB的抗拉强度高，粘接锚固力大。因此，将其应用于工业、民用建筑以及混凝土物件的生产。根据等强度代换的原则，可以显著节约钢材，节约水泥，并且可以减少预应力物件放张时间，提高台座周转率，明显改善物件性能。

目前，国外生产的CRB的抗拉强度标准均低于670Mpa，比如：德国DIN488-1986CRB抗拉强度为550Mpa，美国ASTMA496-1985为550Mpa和585Mpa，英国BS4482-1985为510Mpa，芬兰SFS1257-1984为5 50Mpa和600Mpa，奥地利ONORM B4200(1980)为560Mpa和670Mpa，国际标准(ISO)DISI0544(1990)为550Mpa。我国冷轧带肋钢筋国家标准GB13788-2000规定CRB550、CRB650、CRB800、CRB970和CRB1170五种牌号。

本发明着重说明CRB800牌号(800代表强度为800Mpa)，它主要应用于混凝土中、小构件和混凝土现浇工程，用于替代光面冷拔钢丝。目前，国内生产CRB800一般采用钢种为20MnSi和24MnTi，其化学成分见表1。

表1    20MnSi和24MnTi的化学成分表

级别代号	钢种	化学成分(％)
								C	Si	Mn	Ti	P	S
		CRB800	24MnTi	0.19-0.27	0.17-0.37	1.2-1.6	0.01-0.05							≤0.045	≤0.045
20MnSi	0.17-0.25							0.40-0.80	1.2-1.6		≤0.045	≤0.045

这两个钢种存在的缺陷是：钢种24MnTi提高C含量，虽提高了钢材强度，但同时钢材的塑性下降了；钢种20MnSi基体强度偏低。

轧制这两个钢种的工艺存在的缺陷，主要是母材强度低，冷轧变形量大，达30％以上，由于加工硬化现象，损失了钢材的塑性。上述钢种和工艺的最大缺陷就是强塑性匹配问题，主要是合格产品的强度和塑性的富裕量非常小，塑性指标一般在δ₁₀₀＝4-4.5％(标准δ₁₀₀不小于4％)，故产品合格率一直很低，不合格品主要原因常常是强度合格了，塑性指标不合格；塑性指标上去了，强度又不够。再就是松弛指标也在极限数值附近波动。

                    发明内容

本发明针对上述钢种和生产工艺存在的缺陷，提出了相应的解决方案，提供一种新的工艺技术，采用铌微合金化提高基材的强度，高速线材控轧控冷得到强塑性指标优越的专用母材，冷轧厂控制冷轧变形量的工艺路线生产强度、塑性指标高、应力松弛指标优良的优质冷轧带肋钢筋。

微合金化原理，简单地说就是在热变形中利用强碳化物、氮化物或碳氮化物形成元素Nb、V、Ti等的碳氮化物的溶解析出规律，控制析出时机，达到细化奥氏体晶粒，从而进一步细化铁素体晶粒对钢产生强韧化作用，以及在铁素体相中的沉淀强化作用。

本发明的特点是：(1)在国际上首创了在冶炼CRB800牌号冷轧带肋钢筋的生产过程中，冶炼时，加入微量的铌元素进行钢微合金化，轧制时通过控轧控冷恰当控制Nb在钢中形成的碳氮化物在奥氏体中的溶解和析出的量，细化晶粒，产生固溶强化和在铁素体中产生沉淀强化作用，达到提高母材热轧态强度目的的同时，确保母材有良好的塑性。(2)为减轻冷轧时对钢塑性的损失程度，通过控制冷轧变形量在20％以内，以达到减少塑性损失量来保证冷轧带肋钢筋的塑性指标。

通过以上两点的控制方法，可以使CRB800牌号冷轧带肋钢筋的抗拉强度σ_b＞800Mpa，伸长率δ₁₀₀＞4％，应力松弛率10h＜5％，1000h＜8％。以铌微合金化和合理控制强塑性匹配技术生产出的CRB800牌号冷轧带肋钢筋的力学性能完全符合GB13788-2000国家标准要求，甚至远远超过国标水平。

本发明的技术特征：第一选择合适的铌合金作为添加料；第二冶炼20MnSiNb系列钢种(下称母材)时，在加入铌合金

时，要控制好加入时机和加入量，连铸工艺也有特殊的

要求；第三选择合适的轧制工艺，主要是控制加热温度、初、终轧

制温度、母材尺寸规格以及冷轧变形量。现就这些实施要点分述如下：

1.原材料要求：

铁水：S≤0.045％    P≤0.15％T≥1250℃

冶炼用原、辅料必须干燥。

2.冶炼工艺流程：

冶炼工艺流程是本发明的又一特点，具体内容为：

铁水→混铁炉→氧气顶吹转炉/电炉→出钢时脱氧合金化＋微合金化→钢包吹氩精炼→方坯连铸机→精整

本流程的关键步骤是：1、在母材生产中，与其它生产流程不同点是在出钢脱氧合金化时增加铌微合金化方法。脱氧合金化阶段：出钢至1/3时，加入铝锰铁、高碳锰铁、硅铁及铌铁进行脱氧合金化，出钢至2/3钢水时，合金加完。2、在连铸过程中，控制矫直温度不小于900℃，防止出现铸坯表面横向裂纹。母材的化学成份如表2。

表2    CRB800母材化学成份表(％)

3.轧制生产工艺

轧制生产分为母材热轧工艺流程和冷轧生产工艺流程。

(1)母材轧制的生产工艺流程：加热炉→粗轧→飞剪→中轧→预精轧→飞剪→初冷水箱→精轧→三段水冷→吐丝→风冷→集卷→检验→打捆→称重→挂牌→入库。

工艺参数与母材规格与常用的轧制工艺不同点，也是本发明的关键部位之三：控轧控冷，严格控制坯料的加热温度、粗轧、精轧和吐丝温度，斯太尔摩冷却线均需严格控制。加热段炉温控制在1150-1250℃，均热段炉温控制在1100-1200℃，钢坯沿长度方向的温差不大于30℃，开轧温度控制在1050-1200℃，吐丝机的入口温度≤980℃，吐丝温度950-1000℃。

(2)冷轧轧制生产工艺流程：热轧母材盘条→上料→除磷、涂粉、轧制刻痕、拉丝→应力消除→收线盘→打捆过磅→称重→入库

本发明的关键要点之四是：冷轧变形量控制在20％左右，而常用的变形量一般在30％以上。

通过以上要点实施本发明后，可以确保产品力学性能百分之百符合国家标准。添加料铌铁市场容易买到，约11万元/吨。产品成本提高约50-60元/吨，但成品合格率大为提高，达到100％，每吨利润150元左右，经济效益显著。

                     附图说明

说明书附图1所示为微合金化元素化合物的形成及其析出强化能力。由说明书附图1可见，不与O、S起反应而且能够生成碳氮化物，从而有析出强化作用的微合金化元素只有Nb和V。

对于钢筋混凝土结构用建筑钢筋来讲，不仅要求其具有较高的强度，同时还需要良好的延伸性，低的应变时效倾向及稳定可靠的耐冷脆性等，对于CRB800还要求良好的应力松弛性能。能够同时满足以上要求而又具经济性及实用性的微合金化元素，Nb是最理想的。说明书附图2所示为微合金化元素Nb、V、Ti物理冶金效果图。P代表沉淀强化，G代表晶粒细化强化。

                    具体实施方式

下面举29炉批中一个代表性的实施例加以说明。

采用铌微合金化技术，经高速线材轧机控轧控冷，生产出φ5.5mm规格强度高、塑性好的铌微合金化CRB800牌号冷轧带肋钢筋专用母材，在通过控制冷轧变形量，生产出φ5mm规格性能优越的铌微合金化CRB800牌号冷轧带肋钢筋。其化学成分、力学性能、延伸率、冷弯、外形尺寸、重量偏差、松弛性能等指标均符合GB13788-2000标准要求，特别是塑性指标在6-8.8％之间，远远高于4％的国家标准。应力松弛率10h指标在3.6-3.9％，1000h指标为5.8％，均明显优于5％和8％的国家标准。

冶炼母材所用铁水的化学成分为：S≤0.045％，P≤0.15％，T≥1250℃，加入废钢后进行冶炼，脱磷脱硫脱碳升温，1660度左右出钢，出钢至1/3时，加入铝锰铁、高碳锰铁、硅铁，脱氧合金化，在加入块状含铌65％的铌铁进行铌微合金化，出钢至2/3钢水时合金加完。在连铸过程中，控制中包温度1530℃，控制矫直温度不小于900℃，防止出现铸坯面横向裂纹。其它冶炼过程与常规冶炼方法相同。

热轧过程中，孔型系统与普碳钢一样。

控轧控冷部分要求如表3。表3控轧控冷部分要求

钢种	开轧温度℃	BGV入口温度℃	吐丝温度℃	斯太尔摩冷却线风机	辊道速度rmp
						CRB800母材	1100±30	≤980	960±20	1-2#开85％	70

1-2#风机风量为：每台13万m³/h。

机械性能要求如表4。表4

钢种	抗拉强度σbMpa	伸长率δ5％	冷弯试验180°，d＝3ad＝弯心直径a＝试样直径
				CRB800母材	≥6 50	≥22	无裂纹

经过多次试验，29炉批CRB800母材的化学成分波动范围如表5。表5

元素	C	Mn	P	S	Si	Nb	Ceq
								含量(％)	0.18-0.22	1.3-1.51	0.018-0.032	0.018-0.030	0.49-0.62	0.018-0.025	0.4-0.48

表6为CRB800母材的力学性能波动范围。

表6

项目	σs(N/mm2)	σb(N/mm2)	δ5(％)
				母材的力学性能	485-555	670-755	24-30

抽检的CRB800牌号冷轧带肋钢筋的力学性能如表7。

表7

项目	σ0.2(N/mm2)	σb(N/mm2)	δ100(％)	冷弯试验180°，d＝3ad＝弯心直径a＝试样直径
					抽检的产品性能	645-740	810-865	6-7	无裂纹
国家标准	≥640	≥800	≥4	无裂纹

表8为CRB800牌号冷轧带肋钢筋的松弛性能。表8

来样编号/试样编号		276-1/OW139	276-20/OW1396	277/OW1397
					松弛性能	标准值	实测值
10h测定时间内松弛率％	≤5	3.6	3.9
					100h测定时间内松弛率％		4.8	5.0	3.6
1000h松弛率％	≤8	5.9*	5.8
					备注	*：5.9为推算1000h松弛率。
初负荷为相邻试样最大负荷的70％，其中试样编号为OW1397试样的初负荷为相邻试样最大负荷的72.8％。

与现有的不加铌的20MnSi、24MnTi等钢种轧制的CRB800牌号冷轧带肋钢筋生产工艺相比，本发明具有以下优点：

CRB800的优点在于：通过铌微合金化技术，提高了CRB800牌号母材的强度，使得大幅度降低冷轧变形量成为可能，从而保证了冷轧带肋钢筋具有较高的塑性，避免了仅靠提高[C]含量或加大冷轧变形量来提高强度，损失塑性的做法，从根本上解决了CRB800和以上牌号冷轧带肋钢筋强塑性匹配的难题，同时还降低了冷轧带肋钢筋的时效作用。

Claims (3)

1.一种用于生产CRB800牌号及抗拉强度更高的冷轧带肋钢筋的母材，其特征在于：采用铌微合金化工艺，通过转炉或电炉生产出连铸方坯，经高速线材轧机控制轧制，生产出所述母材；将该母材经热轧、冷轧刻痕，生产出抗拉强度大于800MPa。

2.如权利要求1所述母材生产工艺中其特征是铌微合金化是在出钢脱氧合金化过程中，出钢至1/3时，加入铝锰铁、高碳锰铁、硅铁，根据钢种需要加入适量的含铌元素合金，进行脱氧合金化，出钢至2/3钢水时，合金加完，保证铸坯矫直时温度大于900℃并使母材化学成份范围为：C＝0.18-0.24％，Mn＝1.3-1.6％，Si＝0.4-0.7％，P、S≤0.04％，Nb＝0.010-0.070％，Ceq≤0.54％

3.如权利要求1所述，冷轧带肋钢筋CRB800牌号的生产，其特征是使用所述母材，通过热轧控制坯料加热温度：加热段炉温在1150-1250℃，均热段炉温控制在1100-1200℃，钢坯沿长度方向的温差不大于30℃，开轧温度控制在1050-1200℃，吐丝机入口温度≤980℃，吐丝温度950-1000℃；在冷轧轧制工艺中需要控制冷轧变形量在20％左右。