CN101445894A - 大规格高强度钢筋及生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及钢筋混凝土用钢材的技术领域。目前企业所生产钢筋的最大规格为40mm，仅满足HRB335、HRB400的性能要求，不能达到如英标460B钢筋的要求。为此通过对在线低温轧制LTR水箱改进，发明提出了Φ50mm高强度螺纹钢筋产品及生产工艺。主要成分为(按％重量计)C＝0.17－0.24％，Si＝0.40－0.60％，Mn＝1.20－1.55％，V＝0.08－0.12％，S≤0.045％，P≤0.045％，及平衡量的Fe，碳当量(Ceq)＝0.47－0.51％，钢筋直径50.0mm，内径为49.0±0.3mm。其生产工艺采用钢坯加热→粗轧→中轧→控制冷却→自然冷却→定尺→检验→入库的生产工艺路线。在加热工序采用预热、加热、均热三段加热方式；在粗轧采用6架微张力轧制；在中轧采用4架微张力轧制；在控制冷却工序，通过两个LTR水箱进行控制冷却；在自然冷却工序，采用冷床自然冷却方式。

Description

大规格高强度钢筋及生产工艺
技术领域
本发明涉及钢筋混凝土用钢材的技术领域，特别是钢筋混凝土构件中所使用的大规格、高强度钢筋及生产工艺技术领域。
技术背景
钢筋混凝土用带肋钢筋是国内外建筑工程的基础材料，也是全世界普遍生产和使用的一种钢铁产品。随着高层、大跨度、抗震、耐低温、耐火建筑结构的出现，使钢筋朝着大直径、高强度、高韧性及良好的焊接性等方向发展。国际市场对大规格高强度螺纹钢筋的需求量日益增加。
目前我国大部分钢铁企业所生产钢筋的最大规格为40mm，采用的方法是用20MnSi添加V、V-N、Nb、Ti微合金化和热轧工艺来实现，产品性能仅满足HRB335、HRB400的性能要求，不能达到如英标460B钢筋屈服强度460MPa高强度的要求。
即使意大利达涅利(DANIELI)公司第5代新型二辊短应力线轧机，低温控制轧制(LTR)和淬火、自回火处理(QTB)穿水冷却工艺，即轧后余热处理技术，最大设计规格为Φ40mm，也不能满足Φ50mm螺纹钢筋的生产。如果要生产Φ50mm螺纹钢筋，就必须对低温控制轧制(LTR)水箱的整体进行重新设计、制做。
针对这一情况，为最大程度地降低生产成本，节省设备改造费用，缩短研制周期，通过对在线低温轧制(LTR)水箱改进，采用20MnSi加V微合金化与轧后控制冷却工艺相结合，提出了Φ50mm高强度螺纹钢筋产品及生产工艺。
发明内容
本发明的大规格高强度钢筋及生产工艺，主要靠如下手段实现。
本发明的大规格高强度钢筋，主要成分为(按重量百分比计)C＝0.17-0.24％，Si＝0.40-0.60％，Mn＝1.20-1.55％，V＝0.08-0.12％，S≤0.045％，P≤0.045％，及平衡量的Fe，碳当量(Ceq)＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15＝0.47-0.51％，钢筋直径50.0mm，内径为49.0±0.3mm。
发明的大规格高强度钢筋生产工艺，采用钢坯加热→粗轧→中轧→LTR控制冷却→自然冷却→定尺→检验→入库的生产工艺路线。在加热工序，将连铸方坯采用预热、加热、均热三段加热方式，其中预热段温度为700℃-900℃，加热段温度为1030℃-1180℃，均热段温度为1070℃-1170℃，加热总时间为80-120分钟，开轧温度为1000℃-1080℃；在粗轧工序采用6架微张力轧制；在中轧工序采用4架微张力轧制；在控制冷却工序，通过两个LTR水箱进行控制冷却，返红温度为650℃-750℃；在自然冷却工序，采用冷床自然冷却方式。
上述大规格高强度钢筋的生产工艺路线，在加热工序，采用侧进侧出的蓄热式步进梁加热炉，使钢坯温差<50℃。在粗轧工序，使用Φ650mm4架、Φ550mm2架，共6架，第6架出口红坯尺寸为78.4mm×76mm，辊缝值12.4mm。在中轧工序，使用Φ550mm2架、Φ430mm2架，共4架，成品架次红坯尺寸为50.7mm×50.7mm，辊缝值4.5mm，终轧速度为2.9-3.19m/s。在LTR控制冷却工序，冷却水出口压力控制在0.6-0.8MPa，冷却器开启总数为8-12个，冷却水总流量为380-480m3/h，返红温度为650-750℃。
根据大规格高强度钢筋产品使用的要求和特点以及LTR控冷装备的特性，优化设计钢筋化学成分，采用改进的LTR控制冷却工艺，使钢筋的表层到心部发生不同的相变，得到不同的金相组织，表面层强度高，而心部具有良好的塑、韧性。钢筋屈服强度ReL≥490MPa、抗拉强度Rm≥620MPa、强屈比≥1.22、伸长率A≥19％均优于英国标准，并且性能均匀稳定。
附图说明
下面结合附图说明。图1是本发明设计的大规格高强度钢筋生产工艺流程示意图。在附图中，在加热工序中包括预热→加热→均热；在控制冷却工序中包括1# LTR水箱控制冷却→2# LTR水箱控制冷却。
具体实施方式
下面结合附图详细说明。如附图1所示，本发明的生产工艺路线为钢坯加热→粗轧→中轧→LTR控制冷却→自然冷却→定尺→检验→入库。在钢坯加热工序中包括预热、加热和均热，在控制冷却工序中包括1#LTR水箱控制冷却和2# LTR水箱控制冷却。
具体的技术措施包括：
一是化学成分的优选和设定。
根据直径50mm的大规格、屈服强度大于460MPa的高强度钢筋产品使用的要求和特点以及目前具备的棒材生产线装备的特性，特别是其中的LTR控冷装备的特性，优化设计钢筋化学成分如表1，原料采用：150×150×12000mm连铸方坯。
表1  大规格高强度螺纹钢筋化学成分  单位：(％)
 
C Si Mn V P S Fe 碳当量
0.20-0.23 0.50-0.52 1.47-1.50 0.10 ≤0.017 ≤0.012 余量 0.47-0.51
二是生产工艺路线。
在连铸方坯加热工序，将方坯进行三段加热处理，其中预热段温度为：700℃-900℃，加热段温度为：1030℃-1180℃，均热段温度为1070℃-1170℃，加热总时间为85-95分钟，开轧温度为1020℃-1070℃。
在轧制工序，分为粗轧和中轧工艺。粗轧工艺，粗轧机组采用微张力轧制，第6架出口红坯尺寸为78.4mm×76mm，辊缝值12.4mm。中轧工艺，中轧机组共8架，使用第7、8、11、12架4架轧机，采用微张力轧制。第12架成品架次红坯尺寸为50.7mm×50.7mm，辊缝值4.5mm。终轧速度为3.15-3.19m/s。
在LTR控制冷却工序，通过两个LTR水箱进行控制冷却，相关参数为：冷却水出口压力控制在0.6-0.7MPa，冷却器开启总数为12个，冷却水总流量为400-450m3/h，返红温度为670-720℃。
在自然冷却工序，采用冷床自然冷却方式。
在定尺、检验、入库工序中，按照标准规定的要求进行定尺、检验、入库，完成该产品的生产流程。
按照本发明的工艺路线生产出的大规格高强度螺纹钢筋，经国内外客户试用，在大幅度提高钢筋强度的同时保持钢筋具有良好的韧性，具体如下。
(1)整炉化学成分C、Si、Mn控制范围较窄，不同炉次或相邻炉次波动小，C波动范围0.03％；Si、Mn波动范围按0.06％的目标进行控制。
(2)各项力学性能指标均匀稳定，屈服强度控制在490-540MPa，伸长率控制在19.0-23.0％之间，强屈比控制在1.22-1.28。
(3)使用本发明设计的工艺，其各项综合性能指标均优于国标GB/T1499.2-2007HRB400钢种及英标BS4449：1997460B钢种的性能要求。具体如下表：
 
项目 国标HRB400 英标460B 实测性能
屈服强度MPa 400 460 ≥490
抗拉强度MPa 540 — —
伸长率(Lo＝5d)％ 16 14 ≥19
强屈比 — 1.08 ≥1.22

Claims (6)

1、大规格高强度钢筋，主要成分为(按％重量计)C＝0.17-0.24％，Si＝0.40-0.60％，Mn＝1.20-1.55％，V＝0.08-0.12％，S≤0.045％，P≤0.045％，及平衡量的Fe，碳当量(Ceq)＝0.47-0.51％，钢筋直径50.0mm，内径为49.0±0.3mm。
2、如权利要求1所述的大规格高强度钢筋，采用钢坯加热→粗轧→中轧→LTR控制冷却→自然冷却→定尺→检验→入库的生产工艺路线，其特征在于在加热工序，将连铸方坯采用预热、加热、均热三段加热方式，其中预热段温度为700℃-900℃，加热段温度为1030℃-1180℃，均热段温度为1070℃-1170℃，加热总时间为80-120分钟；开轧温度为1000℃-1080℃；在粗轧工序采用6架微张力轧制；在中轧工序采用4架微张力轧制；在LTR控制冷却工序，通过两个LTR水箱进行控制冷却，返红温度为650-750℃。在自然冷却工序，采用冷床自然冷却方式。
3、如权利要求2所述的大规格高强度钢筋的生产工艺路线，其特征在于在加热工序，采用侧进侧出的蓄热式步进梁加热炉，使钢坯温差<50℃。
4、如权利要求2所述的大规格高强度钢筋的生产工艺路线，其特征在于在粗轧工序，使用Φ650mm4架、Φ550mm2架，共6架，第6架出口红坯尺寸为78.4mm×76mm，辊缝值12.4mm。
5、如权利要求2所述的大规格高强度钢筋的生产工艺路线，其特征在于在中轧工序，使用Φ550mm2架、Φ430mm2架，共4架，成品架次红坯尺寸为50.7mm×50.7mm，辊缝值4.5mm，终轧速度为2.9-3.19m/s。
6、如权利要求2所述的大规格高强度钢筋的生产工艺路线，其特征在于在控制冷却工序的两个LTR水箱中控制冷却，冷却水出口压力控制在0.6-0.8MPa，冷却器开启总数为8-12个，冷却水总流量为380-480m3/h，返红温度为650-750℃。
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