CN1952198A - 含微量铌控冷钢筋用钢及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

含微量铌的控冷钢筋用钢及其生产方法，属钢筋混凝土用热轧带肋钢筋，尤其是涉及含微量铌的钢筋及其生产方法。该钢筋按重量百分比由下列元素组成：0.15－0.25％C、0.30－0.80％Si、1.00－1.60％Mn、≤0.045％P、S、0.005－0.02％Nb，≤0.0080％N，其余为Fe和杂质元素。该钢筋的生产方法，由下列步骤组成：冶炼，按指定元素及含量，常规冶炼方法，在转炉或电炉上冶炼；棒材轧机轧制，钢坯加热温度范围1050－1220℃，在950℃以上以上完成轧制；控制冷却，轧后轧件快速冷却，钢筋上冷床的温度控制在800－1050℃；自然冷却后，剪切、打捆、入库。钢筋铌含量降低性能良好，解决了铌微合金化钢筋存在的生产工艺和性能不稳定、钢坯加热温度过高、连铸坯裂纹等问题。

Description

含微量铌控冷钢筋用钢及其生产方法
技术领域：
本发明属钢筋混凝土用热轧钢筋，尤其是涉及含微量铌的钢筋及其生产方法。
背景技术：
目前，推广应用屈服强度400MPa级的HRB400高强度钢筋已是发展趋势，但生产HRB400钢筋的方法过于单一，尽管国家标准《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》(GB1499-1998)规定可采用钒、铌、钛等微合金化元素，但是长期以来仍主要采用钒铁或钒氮合金微合金化工艺。由于对钒铁和钒氮合金的需求大幅度增加及钒铁和钒氮合金资源紧张，不利于钒资源的合理使用，还会使成本增高，甚至严重影响了HRB400钢筋的推广应用。
中国有的企业组织试制过400MPa级的20MnTi钢筋，但至今没有企业稳定地批量生产这种钢筋，原因是一些生产技术问题还没有得到满意的解决。如：钛含量过低时，强度难以满足要求，而钛含量偏高时，连铸时易产生蓄流，钛炼钢时的收得率很低且不稳定，钢筋的性能波动大等。
400MPa级的超细晶钢筋的研究者利用组织超细化生产技术实现了用Q235类普碳钢生产400MPa级钢筋，大幅度降低了合金含量，不需要加微合金化元素。但生产超细晶钢筋需低温轧制，对设备的要求较高，目前还未能实现大批量生产。
还有采用余热处理钢筋的，利用Q235类普碳钢或20MnSi钢筋的余热进行处理，就可生产400MPa级、460MPa级甚至500MPa级钢筋，其基本原理是钢筋从轧机的成品机架轧出后，经冷却装置进行快速表面淬火，然后利用钢筋芯部热量由里向外自回火，并在冷床空冷至室温。该技术能有效地利用了相变强化，发挥了钢材的强度潜力，但该技术目前在中国建筑业未被认可，原因是余热处理钢筋焊接后有失强现象，且认为钢筋表面形成硬相组织，降低构件的疲劳性能。
从合理、均衡利用资源的角度出发，采用铌微合金化技术生产
由于降低了铌含量并对氮含量加以限制，所以轧制时钢坯加热温度不必太高，按1050-1220℃范围控制即可。在950℃以上以上完成轧制即基本在奥氏体再结晶区完成轧制是为了实现再结晶细化，且现行的轧钢设备和工艺容易实现。轧制温度在部分再结晶区容易产生混晶，对性能产生不利影响。而轧制温度在未再结晶区则现行的轧钢设备和工艺难以实现。降低铌含量引起的强度损失主要靠加速相变前奥氏体的冷却来弥补，加速冷却有利于防止奥氏体晶粒长大，也有利于抑制铌的碳、氮化物在中温区的析出和长大，并增加析出形核率，增加其阻止再结晶晶粒长大的作用，相变前奥氏体晶粒细化导致了最终产品的组织细化。加速冷却还有利于碳、氮化物在低温区析出。增加的细晶强化和析出强化提高了钢筋的强度。但钢筋的上冷床温度必须控制在800℃以上或Ar3温度以上，是为了防止钢筋表层出现回火组织和钢筋断面上出现过多的贝氏体等低温相变产物。
采用截线法对钢筋显微组织相对量进行测量，结果表明，本发明生产出的热轧钢筋的显微组织是以铁素体+珠光体为主(85％以上)，其余还可能含有少量贝氏体(含粒状贝氏体)等组织。
本发明生产出的含微量铌的控冷钢筋，其性能指标达到：σs(σp0.2)＝400-520MPa，σb≥570MPa，σb/σs(σp0.2)≥1.25，δ5≥14％，冷弯d＝4a，180°合格。
与现有技术相比，含微量铌的控冷钢筋铌含量降低，性能良好，而且很好地解决了目前铌微合金化钢筋存在的生产工艺和性能不稳定、钢坯加热温度过高、连铸坯裂纹出现几率高等问题，降低了生产成本。
具体实施方式：
下面通过实施例进一步说明本发明。采用常规的冶炼方法，按表1各规格指定的元素及含量在转炉上冶炼，连续浇铸成150mm方坯；采用通用的连续棒材轧机，严格控制钢坯加热温度1050-1250℃，在950℃以上轧制完成；控制冷却，轧后轧件快速水冷冷却，上冷床的温度控制在800-1050℃的范围内，在冷床上自然冷却，然后剪切、打捆、入库。其工艺参数及性能列于表2中。
钢筋试样组织相对量采用截线法测量，在100倍全相显微镜下，测量不少于50个应场。钢筋试样的组织相对量见表3。
400MPa级钢筋是较好的选择。国家标准《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》(GB1499-1998)中推荐20MnSiNb钢筋铌的参考含量为0.02-0.04％，实际上为了保证钢筋的性能，一般钢筋中铌含量需0.03-0.05％，钢水中铌铁(60％)加入量需0.05％以上，较高的铌含量不仅增加了成本，而且带来一些问题，限制了含铌钢筋的生产应用，如其生产工艺和性能远不如钒微合金化钢筋稳定，为保证铌的碳氮化物充分溶入奥氏体中，需较高的钢坯加热温度，存在钢筋屈服点不明显的问题。
发明内容：
为了克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的是设计一种含微量铌的钢筋用钢及其生产方法，通过适当的控制冷却来保证钢筋的强度性能，明显低于目前同类铌微合金化钢筋的含铌量，不仅降低了成本，而且很好地解决了目前铌微合金化钢筋存在的生产工艺和性能不稳定、钢坯加热温度过高的问题。
一种含微量铌控冷钢筋用钢，按重量百分比由下列元素组成：0.15-0.25％C，0.30-0.80％Si，1.00-1.60％Mn，≤0.045％P、S，0.005-0.02％Nb，≤0.0080％N，其余为Fe和杂质元素。
含微量铌控冷钢筋的生产方法，包括下述步骤：冶炼，按指定元素及含量，采用常规冶炼方法，在转炉或电炉上冶炼，连续浇注成钢坯；棒材轧机轧制，轧制时钢坯加热温度控制在1050-1220℃范围，在950℃以上完成轧制；控制冷却，轧后轧件快速冷却，钢筋上冷床的温度在800-1050℃；钢筋在冷床上自然冷却，冷却后剪切、打捆、入库。
下面具体说明技术方案的内容。
本发明的碳、硅、锰含量与现有的屈服强度400MPa级钢筋基本相当，磷、硫杂质元素的要求也相当。本发明采用铌作为微合金化元素，铌对钢筋的强化效果主要表现为晶粒细化、析出强化和相变强化，铌的加入是必要的。本发明采用了0.005-0.02％很低的铌含量不仅降低了成本，而且解决了较高铌含量带来一些问题，如其生产工艺和性能欠稳定，钢坯加热温度较高，有时钢筋屈服点不明显、连铸坯裂纹出现几率高等问题。对氮含量加以限制主要是为了降低铌的碳、氮化物固溶于奥氏体中的温度和析出温度，使轧制时钢坯加热温度不必过高，更充分等发挥铌的强化作用。
表1
编号    规格mm                            化学成分％
    C     Si     Mn     P     S     Nb     N
    1    φ12     0.16     0.43     1.27     0.027     0.022     0.012     0.0041
    2    φ12     0.22     0.71     1.43     0.021     0.018     0.019     0.0035
    3    φ16     0.18     0.45     1.35     0.021     0.018     0.011     0.0046
    4    φ16     0.23     0.68     1.48     0.019     0.024     0.020     0.0051
5 φ25 0.19 0.41 1.40 0.031 0.023 0.012 0.0060
    6    φ25     0.24     0.70     1.52     0.020     0.027     0.019     0.0055
    7    φ16     0.20     0.60     1.46     0.023     0.020     0.005     0.0052
    8    φ25     0.21     0.62     1.45     0.022     0.021     0.006     0.0058
表2
编号         生产工艺参数                                       性能
均热温度(℃) 终轧温度(℃)   上冷床温度(℃) σsMPa σbMPa δ5％ σb/σs 冷弯d＝4a，180°
1   1180±30   960～1030   830～930   430/425   600/595   23/25   1.40/1.40     合格/合格
2   460/465   640/645   23/24   1.39/1.39     合格/合格
3   430/430   600/610   24/25   1.40/1.42     合格/合格
4   450/445   635/635   21/19   1.41/1.43     合格/合格
567   425/420   600/590   20/21   1.41/1.40     合格/合格
  440/440   620/625   23/25   1.41/1.42     合格/合格
  420/425   595/590   25/26   1.42/1.39     合格/合格
8   430/425   610/600   24/25   1.42/1.41     合格/合格
表3
序号     铁素体+珠光体(F+P)    贝氏体(B)   规格(mm)
1     100    0   ￠12
2     93    7   ￠16
3     92    8   ￠16
4     89    11   ￠25
5     85    15   ￠25

Claims (3)

1.含微量铌的控冷钢筋用钢，，按重量百分比由下列元素组成：0.15-0.25％C，0.30-0.80％Si，1.00-1.60％Mn，≤0.045％P、S，0.005-0.02％Nb，≤0.0080％N，其余为Fe和杂质元素。
2.生产根据权利要求1所述的含微量铌的控冷钢筋的生产方法，其特征在于包括以下步骤组成：炼钢，按指定的元素及含量，采用常规冶炼方法，在转炉或电炉上冶炼、连铸成钢坯；棒材轧机轧制，轧制时钢坯加热温度控制在1050-1220℃范围，在950℃以上以上完成轧制；控制冷却，轧后轧件快速冷却，钢筋上冷床的温度控制在800-1050℃；自然冷却后，剪切、打捆、入库。
3.根据权利要求1、2所述的含微量铌的控冷钢筋用钢及其生产方法生产的钢筋，其特征在于钢筋的显微组织是以铁素体+珠光体为主，达85％以上，其余为少量贝氏体组织。
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