CN103451553B - 一种超低温环境用钢筋及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超低温环境用钢筋，其化学成分按照质量百分比包括：C≤0.20%，Si≤0.8%，Mn≤1.60%，P≤0.025%，S≤0.025%，Al≤0.04%，Ni≤1.5%，Cr≤0.5%，Cu≤0.5%，以及Ti≤0.03%、V≤0.03%，其余为Fe和不可避免的杂质；且碳当量Ceq（%）≤0.65，同时并满足：Ceq（%）=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14。本发明还公开了该钢筋的制备方法。本发明的超低温环境用钢筋具有极好的低温性能，同时具有较高的强度和较好的延伸率，以及良好的焊接性能，有优良的综合性能。

Description

一种超低温环境用钢筋及其制备方法

技术领域

本发明涉及冶金领域，特别涉及一种超低温环境用钢筋及其制备方法。

背景技术

天然气和石油作为一种清洁能源越来越受到青睐，而作为一种最有效的存储方式—深冷储藏已经越来越多地被给予关注。LNG（LiquefiedNaturalGas，即液化天然气）低温储罐的建设使混凝土结构可能被应用于-165℃的超低温环境。

普通钢筋在低温环境下的屈服强度和极限强度相对于常温时都有显著提高：低温下钢筋的弹性模量增加约10%，而线膨胀系数在70℃至-165℃的温度区间内基本保持不变，为10^-5/℃左右；钢筋在低温条件下韧性降低而脆性增强，然而低温下钢筋变脆的性能可以通过添加合金元素镍、钒或者钛得以改善，因而使保持钢筋在低温条件下的韧性成为可能。

要制造超低温环境用钢筋，除添加合金元素外，轧制成形后需配合以适当的热处理工艺方可达到所需的低温性能。生产普通钢筋的主要工艺流程为：高炉铁水→转炉（电炉）→精炼→方坯连铸→定尺切割→入库→轧钢加热炉→棒材轧机→控制冷却→冷床→定尺剪切→收集打捆→称重→挂牌入库。其中的控制冷却步骤（即轧后余热淬火或余热处理）是通过穿水冷却对钢筋表面进行淬火并利用自回火进而完成热处理。现有技术中的控制冷却技术若用于超低温环境用钢筋的生产，则生产出的低温钢筋无法达到所需要的低温性能，或性能不稳定。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的超低温环境用钢筋性能不稳定的缺陷，从而提供一种性能稳定的超低温环境用钢筋及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种超低温环境用钢筋，其化学成分按照质量百分比包括：C≤0.20%，Si≤0.8%，Mn≤1.60%，P≤0.025%，S≤0.025%，Al≤0.04%，Ni≤1.5%，Cr≤0.5%，Cu≤0.5%，以及Ti≤0.03%、V≤0.03%，其余为Fe和不可避免的杂质；且碳当量Ceq（%）≤0.65，同时并满足：Ceq（%）=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14。

本发明还提供了一种用于制备所述超低温环境用钢筋的方法，包括：

步骤1）、按照权利要求1所述的化学成分，采用氧气转炉或电炉进行冶炼；

步骤2）、经炉外精炼；

步骤3）、再进行方坯连铸；

步骤4）、将方坯送入加热炉内均匀加热，控制均热温度为1100～1250℃；

步骤5）、方坯出炉后经棒材轧机进行轧制，开轧温度在980～1100℃之间，通过精轧后将弱冷至930～1020℃；

步骤6）、将轧制成形的钢筋进行穿水冷却或送冷床自然空冷至室温；

步骤7）、对步骤6）中经过冷却的钢筋再做离线热处理；所述离线热处理采用淬火+高温回火的热处理工艺，包括：首先将热轧得到的钢筋进行淬火，淬火加热温度900～960℃，保温30～90分钟后进行快速水冷；淬火之后进行回火处理，回火加热温度为560～630℃。

上述技术方案中，在所述的步骤7）中，借助现有的宽厚板热处理炉实现离线热处理。

本发明的优点在于：

本发明的低温钢筋的屈服强度为520～560MPa，抗拉强度为600～650MPa，经反向弯曲试验，D=4d（d≤16mm），D=7d（d﹥16mm）,常温下以标准样测试其延伸率大于14%，在-167℃下将最大载荷作用在无凹口的该钢筋上，经测试其均匀延伸率不低于5%。因此，该低温钢筋具有极好的低温性能，同时具有较高的强度和较好的延伸率，以及良好的焊接性能，有优良的综合性能。

此外，利用现有的宽厚板热处理设备对其进行批量热处理，既节约设备投资，又可提高生产效率。

附图说明

图1是本发明的低温钢筋的热处理工艺路线图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的描述。

本发明的超低温环境用钢筋的化学成分按照质量百分比包括：C≤0.20%，Si≤0.8%，Mn≤1.60%，P≤0.025%，S≤0.025%，Al≤0.04%，Ni≤1.5%，Cr≤0.5%，Cu≤0.5%，并添加少量（在0.03%以下）Ti、V，其余为Fe和不可避免的杂质；且碳当量Ceq（%）≤0.65，同时并满足：Ceq（%）=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14。

本发明的超低温环境用钢筋中的主要化学成分的作用如下：

C（碳）可以通过间隙固溶提高强度，但C过多对焊接热影响区低温韧性有害，因此在保证强度的前提下，C应越低越好。

Si（硅）在炼钢中是脱氧元素，对降低低温钢筋中有害元素O含量非常重要。Si同时可以提高强度，Si除了和Mn按一定比例存在于钢中以抑制Mn偏聚外，还可抑制P在晶界偏聚。

Mn（锰）成本低廉，是良好的脱氧剂和脱硫剂，显著提高淬透性。Mn有利于回转奥氏体稳定，同时可以通过沉淀强化来提高强度。

P（磷）和S（硫）在通常情况下都是钢中的有害元素，会增加钢的脆性。P会破坏钢的焊接性能及塑性；S与Mn结合产生夹杂，还能降低钢的韧性。故应尽最大可能降低P、S含量。

Al（铝）的主要作用为脱氧，同时钢中加入少量的铝可细化晶粒能提高冲击韧性，但铝含量过高会导致Al的氧化物夹杂增加，降低钢的纯净度。

Ni（镍）为奥氏体稳定元素，尤其是对稳定回转奥氏体非常重要，富Ni的回转奥氏体在极低温度下很稳定，在变形过程中，回转奥氏体为组织中的软相，能吸收部分应变能；当变形达到一定程度后，还能通过形变诱导相变转化为马氏体相，是增韧的机制之一；Ni同时有利于提高淬透性和强度；Ni还能促进低温交滑移，提高低温塑性。但Ni价格昂贵，在保证低温韧性的前提下，应尽量节省。

Cr（铬）的主要作用是提高钢的淬透性，同时固溶强化基体，细化组织，也可提高钢的焊接性能。

Cu（铜）能提高钢的强度和韧性，亦可提高钢中奥氏体的稳定性进而提高淬透性，当铜含量小于0.5%对焊接性无影响。

Ti（钛）、V（钒）可适量添加。钛是钢中强脱氧剂，它能使钢的内部组织致密，细化晶粒，降低时效敏感性和冷脆性，改善焊接性能。微合金元素钒细化晶粒作用强，固溶于奥氏体中的钒可提高淬透性，以碳氮化物形式弥散析出则能阻止焊缝晶粒粗大，可改善钢的焊接性能。

以前文中所提到的原料为基础，下面对制备超低温环境用钢筋的方法进行陈述。

步骤1）、将具有前述成分的高炉铁水在氧气转炉或电炉中冶炼；

步骤2）、经炉外精炼；

步骤3）、再进行方坯连铸；

步骤4）、将方坯送入加热炉内均匀加热，控制均热温度为1100～1250℃；

步骤5）、方坯出炉后经棒材轧机进行轧制，开轧温度在980～1100℃之间，通过精轧后将弱冷至930～1020℃；

步骤6）、将轧制成形的钢筋进行穿水冷却或送冷床自然空冷至室温；

步骤7）、对步骤6）中经过冷却的钢筋再做离线热处理；所述离线热处理采用淬火+高温回火的热处理工艺，包括：首先将热轧得到的钢筋进行淬火，淬火加热温度900～960℃，保温30～90分钟后进行快速水冷；淬火之后进行回火处理，回火加热温度为560～630℃，获得以回火索氏体为主的组织。经过离线热处理的钢筋的综合性能可进一步得到提高，尤其是低温性能。

实施例1

φ10mm低温钢筋具体化学成分见表1：

表1为φ10mm低温钢筋化学成分（质量百分比，%）

按以上化学成分进行氧气转炉冶炼，再经炉外精炼后连铸成方坯。

方坯经连续式棒材轧机轧制成形后进行热处理（淬火+高温回火）。

淬火制度：加热至930℃，保温时间30min，水冷；回火制度：加热至580℃，保温时间25min，空冷。

φ10mm低温钢筋具体力学性能检测结果见表2：

表2为φ10mm低温钢筋力学性能

实施例2

φ30mm低温钢筋具体化学成分见表3：

表3为φ30mm低温钢筋化学成分（质量百分比，%）

按以上化学成分进行氧气转炉冶炼，再经炉外精炼后连铸成方坯。

方坯经连续式棒材轧机轧制成形后进行热处理（淬火+高温回火）。

淬火制度：加热至950℃，保温时间90min，水冷；回火制度：加热至600℃，保温时间75min，空冷。

φ30mm低温钢筋具体力学性能检测结果见表4：

表4为φ30mm低温钢筋力学性能

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种超低温环境用钢筋，其特征在于，其化学成分按照质量百分比包括：C≤0.20％，Si≤0.8％，Mn≤1.60％，P≤0.025％，S≤0.025％，Al≤0.04％，Ni≤1.5％，Cr≤0.5％，Cu≤0.5％，以及Ti≤0.03％、V≤0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质；且碳当量Ceq(％)≤0.65，同时并满足：Ceq(％)＝C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14；其中，

所述超低温环境用钢筋按照如下步骤制备：

步骤1)、按照所述化学成分，采用氧气转炉或电炉进行冶炼；

步骤2)、经炉外精炼；

步骤3)、再进行方坯连铸；

步骤4)、将方坯送入加热炉内均匀加热，控制均热温度为1100～1250℃；

步骤5)、方坯出炉后经棒材轧机进行轧制，开轧温度在980～1100℃之间，通过精轧后将弱冷至930～1020℃；

步骤6)、将轧制成形的钢筋进行穿水冷却或送冷床自然空冷至室温；

步骤7)、对步骤6)中经过冷却的钢筋再做离线热处理；所述离线热处理采用淬火+高温回火的热处理工艺，包括：首先将热轧得到的钢筋进行淬火，淬火加热温度900～960℃，保温30～90分钟后进行快速水冷；淬火之后进行回火处理，回火加热温度为560～630℃。

2.根据权利要求1所述的超低温环境用钢筋，其特征在于，在所述的步骤7)中，借助现有的宽厚板热处理炉来实现离线热处理。