CN103409683B - 一种600MPa热轧带肋钢筋及其生产方法 - Google Patents

Abstract

一种600Mpa热轧带肋钢筋及其生产方法，其组分及重量百分比含量为：C: 0.17～0.25%、Si: 0.4～0.8%、Mn：1.2～1.6%、P≦0.045%、S≦0.045%、V：0.12～0.15%、N：0.003～0.015%、Nb：0.025～0.045%；其生产步骤：铁水脱硫；转炉顶底复合吹炼；LF炉精炼；连铸；堆垛冷却至室温；对铸坯加热；进行粗轧及精轧；自然冷却至室温。本发明与现有技术添加钒铌、钒氮微合金化技术相比，在成本大幅降低的前提下，其热轧态屈服强度达到600MPa以上，延伸率A≥19%，且焊接性能优良。本发明严禁水冷或沾水。

Description

一种600MPa热轧带肋钢筋及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种钢筋及其生产方法，具体地属于一种带肋钢筋及其生产方法，尤其适用于通过钒铌微合金强化技术来提高强度的600MPa级热轧带肋钢筋及其生产方法。

背景技术

随着建筑工业的迅速的发展，大型公共建筑、高层建筑等复杂结构对钢筋承载能力的要求越来越高，要求钢筋具有更高的强度、韧性和较好的可焊接性等综合性能。HRB600高强钢筋作为目前国标中最高级别的热轧带肋钢筋，与目前主要使用的HRB335、HRB400、HRB500级钢筋相比，可分别节约用钢量73.3％ 、44.4％和19.5％ ，具有节能减排的现实意义，另一方面，可以解决建筑结构中肥梁胖柱的问题，增加建筑使用面积，使结构设计更加灵活，提高建筑使用功能，同时减轻钢厂盲目追求产量带来的环境污染等问题。

目前所生产的600MPa热轧带肋钢筋，如中国专利申请号为CN201210252106.1的专利文献公开了一种600MPa级抗震螺纹钢筋及其制造方法。该螺纹钢筋包含如下组分：基本成分：C 0.21～0.26％，Si 0.61～0.80％，Mn 1.30～1.60％，V 0.15～0.21％；可选成分：Nb 0.001～0.050％，Ti 0.001～0.050％，Cr 0.10～0.50％，B 0.0001～0.0050％，Mo 0.001～0.010％中的任意一种或两种以上的组合；其余为Fe和不可避免的杂质。该螺纹钢筋的制造方法采用“转炉或电炉冶炼+小方坯连铸连轧+冷床冷却”短流程工艺。采用上述成分和方法生产的螺纹钢筋抗拉强度＞730MPa，屈服强度＞600MPa，断后伸长率＞14％，最大力总伸长率＞9％，强屈比＞1.25。其存在的不足是：碳含量的增加使钢的碳当量增加，导致钢筋的焊接性能的恶化，焊接性能变差；国家大力推行高强钢筋的政策，导致按照常规工艺生产的HRB600所需的钒、铬合金价格大幅飙升，生产成本过高，完全挤占了企业的空间，不利于企业提高竞争力；如公开号为102383033A，专利名称为“一种600MPa级含钒高强热轧钢筋及其生产方法”专利文献，提供了一种600MPa级高强热轧钢筋制备方法：采用转炉+LF精炼，冶炼过程中全程吹氮气，以及加入VN、氮化硅等含氮合金来增氮固氮，精轧过程中采用低温大压下量轧制。其公开的钢筋成分为：C： 0.21～0.25％、Si 0.35～0.60％、Mn 1.30～1.55％、V 0.08～0.12％、N0.05～0.04%、S:≤0.040%、P:≤0.040%。其存在不足是：精轧采用低温大压下量轧制，对轧机的性能要求较高，不适于老式轧机，在现阶段难以大量应用；钒氮合金是一种复合合金，其制备复杂，价格昂贵，生产成本高，企业生产动力不足，产量无法规模化；N含量过高容易引起坯料皮下气泡过多，影响成品质量。

发明内容

本发明针对现有技术存在的因加入过多合金引起的碳当量过高而带来的焊接性能变差问题，以及增氮过多而引起铸坯低倍缺陷增多带来轧钢时性能不合格的不足，提供一种热轧态屈服强度在630MPa以上，延伸率A≥19%，焊接性能优良的热轧带肋钢筋及其生产方法。

实现上述目的的措施：

一种600Mpa热轧带肋钢筋及其生产方法，其组分及重量百分比含量为：C: 0.17～0.25%、Si: 0.4～0.8%、Mn：1.2～1.6%、P≦0.045%、S≦0.045%、V：0.12～0.15%、N：0.003～0.015%、Nb：0.025～0.045%，其余为Fe和杂质元素；规格直径为12~40mm；

其中：当直径在12~16mm时，组分及重量百分比含量为：C: 0.17～0.25%、Si: 0.4～0.8%、Mn：1.2～1.6%、P≦0.045%、S≦0.045%、V：0.12～0.133%、N：0.003～0.009%、Nb：0.025～0.035%；

当直径大于16mm至25mm时，组分及重量百分比含量为：C 0.19～0.25%、Si 0.5～0.8%、Mn 1.3～1.5%、P≦0.045%、S≦0.045%、V 0.134～0.14%、Nb 0.030～0.040%、N 0.008～0.012%；

当直径大于25mm至40mm时，组分及重量百分比含量为：C 0.22～0.25%、Si 0.4～0.8%、Mn 1.2～1.5%%、P≦0.045%、S≦0.045%、V 0.14～0.15%、Nb 0.035～0.045%、N 0.011～0.015%。

生产一种600MPa的热轧带肋钢筋的方法，其步骤：

1)进行铁水脱硫：采用喷镁粉脱硫工艺，并控制铁水硫含量[S]≤0.010%，将脱硫渣扒干净；

2)进行转炉顶底复合吹炼，当出钢量到钢水总量的1/4时，向钢液中按照21～23公斤/吨钢加入硅锰铁，按照1.4~1.6公斤/吨钢加入碳化硅，然后再按照1.8~2.5公斤/吨钢加入钒铁，按照0.6~1公斤/吨钢加入铌铁，及按照不超过0.3公斤/吨钢加入碳粉；当钢水量出至钢水总量的3/4时，所要加入的合金及增碳剂必须全部加完；

3)在氩站进行成分微调，并吹入氩气，控制氩气吹入压力为0.5～0.6MPa，流量在7~10Nm³/分钟，吹入时间控制为3～6分钟；

4)进行LF炉精炼，并向炉内吹入压力为0.5～0.6MPa、流量为7.0～10.0Nm³/分钟的氮气，吹氮时间不低于20分钟；炉内加热时间不低于10分钟；

5)进行连铸：采用大罐长水口和结晶器浸入式水口进行保护浇注； 中包保护渣采用碱性保护渣，结晶器保护渣采用低碳钢保护渣； 中包钢水温度控制在1530～1545℃；铸坯拉速控制在1.6～1.8米/分钟；

6)进行堆垛冷却，冷却至室温；

7)对铸坯加热，控制均热段温度在1150～1300℃，加热时间不低于100分钟；

8)进行粗轧及精轧：控制粗轧开轧温度在1050～1150℃；控制精轧终轧温度不超过1100℃；

9)自然冷却至室温。

本发明中各元素及主要工序的作用

C ：作为一种经济型强化元素，溶于基体中，能够起到固溶强化左右，因此不能太低，所以选择C的范围在0.17～0.25%。

Si ：是一种廉价的置换强化元素，可以显著提高钢的强度，但是Si含量过高会影响钢的焊接性能，所以选择Si的范围在0.4～0.8%。

Mn：显著降低钢的相变温度，通过控制轧制过程，细化晶粒，综合提高钢的综合性能，但Mn太高会导致可焊性和焊接热影响区热性恶化，所以选择Mn的范围在1.2～1.5%；

P： 作为有害元素，理论上要求其含量越低越好，但考虑现场生产成本原因，只要不对钢筋的性能产生影响，所以按国标范围控制，选择P的范围≦0.045%。

S：作为有害元素，理论上要求其含量越低越好，但考虑现场生产成本原因，只要不对钢筋的性能产生影响，所以按国标范围控制，选择S的范围≦0.045%。

V：是微合金化钢最常用也是最有效的强化元素之一。钒的作用是通过形成VN、V (CN)来影响钢的组织和性能，它主要是在奥氏体晶界的铁素体中沉淀析出，细化铁素体晶粒，增加钢的强度。钢中加钒后，强度可增加150 MPa以上。钒的这种效果，对于热轧交货的钢材显得尤为重要。在本发明中，如果钒的含量低于0.12%，会产生强度达不到600MPa级别，如果高于0.15%，则会使钢筋富余量过大而引起合金浪费，故将其控制在0.12～0.15%。

N:作为VN析出必需的元素，为了保证一定的析出量，因此，其含量有最小的含量，但是N含量高于0.015%，会影响钢中内部质量，所以选择N的范围在0.003～0.015%；

Nb：作为细化晶粒和沉淀强化元素，能够提高钢的强度，但其含量超过一定量的时候其结果不再增加，所以选择Nb的范围在0.025～0.045%；

主要工艺的控制理由：

本发明在氩站采用吹入氩气，在LF炉采用氮气，其目的是为了在氩站成分微调时使成分均匀，而廉价的氮气可以替代氮的合金从而降低成本。

本发明与现有技术添加钒铌、钒氮微合金化技术相比，在成本大幅降低的前提下，其热轧态屈服强度达到600MPa以上，延伸率A≥19%，且焊接性能优良。本发明严禁水冷或沾水。

附图说明

附图为本发明的金相组织图。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；

表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表。

本发明各实施例按照以下步骤生产：

其步骤：

1)进行铁水脱硫：采用喷镁粉脱硫工艺，并控制铁水硫含量[S]≤0.010%，将脱硫渣扒干净；

2) 进行转炉顶底复合吹炼，当出钢量到钢水总量的1/4时，向钢液中按照21～23公斤/吨钢加入硅锰铁，按照1.4~1.6公斤/吨钢加入碳化硅，然后再按照1.8~2.5公斤/吨钢加入钒铁，按照0.6~1公斤/吨钢加入铌铁，及按照不超过0.3公斤/吨钢加入碳粉；当钢水量出至钢水总量的3/4时，所要加入的合金及增碳剂必须全部加完；

3)在氩站进行成分微调，并吹入氩气，控制氩气吹入压力为0.5～0.6MPa，流量在7~10Nm³/分钟，吹入时间控制为3～6分钟；

4)进行LF炉精炼，并向炉内吹入压力为0.5～0.6MPa、流量为7.0～10.0Nm³/分钟的氮气，吹氮时间不低于20分钟；炉内加热时间不低于10分钟；

5)进行连铸：采用大罐长水口和结晶器浸入式水口进行保护浇注； 中包保护渣采用碱性保护渣，结晶器保护渣采用低碳钢保护渣； 中包钢水温度控制在1530～1545℃；铸坯拉速控制在1.6～1.8米/分钟；

6)进行堆垛冷却，冷却至室温；

7)对铸坯加热，控制均热段温度在1150～1300℃，加热时间不低于100分钟；

8)进行粗轧及精轧：控制粗轧开轧温度在1050～1150℃；控制精轧终轧温度不超过1100℃；

9)自然冷却至室温。

表1 本发明各实施例及对比例的化学成分（wt％)

表2  本发明各实施例及对比例工艺主要参数控制列表（一)

表2  本发明各实施例及对比例控轧工艺主要参数控制（二)

表3  本发明各实施例及对比例力学性能检验结果对比列表

从表3可以看出，本发明的充分发挥钒的析出强化作用以及Nb的细化晶粒和沉淀强化，在减少合金添加量的情况下，热轧态屈服强度不低于630MPa，延伸率不低于19%，经过一个月的自然时效后，富余量还有很大，且经拉伸试验，断裂在母材上，说明焊接性能良好。

本发明严禁用水冷却或接触到水。

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims (1)

1.一种600MPa的热轧带肋钢筋的生产方法，其步骤：

1)进行铁水脱硫：采用喷镁粉脱硫工艺，并控制铁水硫含量[S]≤0.010%，将脱硫渣扒干净；

2)进行转炉顶底复合吹炼，当出钢量到钢水总量的1/4时，向钢液中按照21～23公斤/吨钢加入硅锰铁，按照1.4~1.6公斤/吨钢加入碳化硅，然后再按照1.8~2.5公斤/吨钢加入钒铁，按照0.6~1公斤/吨钢加入铌铁，及按照不超过0.3公斤/吨钢加入碳粉；当钢水量出至钢水总量的3/4时，所要加入的合金及增碳剂必须全部加完；

3)在氩站进行成分微调，并吹入氩气，控制氩气吹入压力为0.5～0.6MPa，流量在7~10Nm³/分钟，吹入时间控制为3～6分钟；

4)进行LF炉精炼，并向炉内吹入压力为0.5～0.6MPa、流量为7.0～10.0Nm³/分钟的氮气，吹氮时间不低于20分钟；炉内加热时间不低于10分钟；

5)进行连铸：采用大罐长水口和结晶器浸入式水口进行保护浇注； 中包保护渣采用碱性保护渣，结晶器保护渣采用低碳钢保护渣； 中包钢水温度控制在1530～1545℃；铸坯拉速控制在1.6～1.8米/分钟；铸坯组分及重量百分比含量为：C: 0.17～0.25%、Si: 0.4～0.8%、Mn：1.2～1.6%、P≤0.045%、S≤0.045%、V：0.12～0.15%、N：0.003～0.015%、Nb：0.025～0.045%，其余为Fe和杂质元素；规格直径为12~40mm；

其中：当直径在12~16mm时，组分及重量百分比含量为：C: 0.17～0.25%、Si: 0.4～0.8%、Mn：1.2～1.6%、P≤0.045%、S≤0.045%、V：0.12～0.133%、N：0.003～0.009%、Nb：0.025～0.035%；

当直径大于16mm至25mm时，组分及重量百分比含量为：C 0.19～0.25%、Si 0.5～0.8%、Mn 1.3～1.5%、P≤0.045%、S≤0.045%、V 0.134～0.14%、Nb 0.030～0.040%、N 0.008～0.012%；

当直径大于25mm至40mm时，组分及重量百分比含量为：C 0.22～0.25%、Si 0.4～0.8%、Mn 1.2～1.5%%、P≤0.045%、S≤0.045%、V 0.14～0.15%、Nb 0.035～0.045%、N 0.011～0.015%；

6)进行堆垛冷却，冷却至室温；

7)对铸坯加热，控制均热段温度在1150～1300℃，加热时间不低于100分钟；

8)进行粗轧及精轧：控制粗轧开轧温度在1050～1150℃；控制精轧终轧温度不超过1100℃；

9)自然冷却至室温。