CN103898408B

CN103898408B - 一种700MPa级螺纹钢筋及其生产方法

Info

Publication number: CN103898408B
Application number: CN201410034969.0A
Authority: CN
Inventors: 李阳; 麻晗; 黄文克; 张建春
Original assignee: Jiangsu Shagang Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Shagang Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2014-01-24
Filing date: 2014-01-24
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2034-01-24
Also published as: CN103898408A

Abstract

本专利提供一种700MPa级螺纹钢筋及其生产方法，该螺纹钢筋包含如下基本成分：C0.28～0.32％，Si0.40～0.80％，Mn1.20～1.60％，V0.18～0.24％，Nb0.02～0.06％，Ni0.02-0.10％，N200～300ppm；可选成分：Ti0.001～0.020％,Mo0.01～0.05％，Cu0.02～0.10％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。该螺纹钢筋采用转炉或电炉冶炼，LF炉精炼，小方坯连铸连轧，冷床冷却的工艺。采用上述成分和方法生产的螺纹钢筋下屈服强度＞700MPa，断后伸长率＞14％，显微组织为铁素体和珠光体。

Description

一种700MPa级螺纹钢筋及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种700MPa级螺纹钢筋及其生产方法，属于钢铁冶金和轧钢领域。

背景技术

建筑用钢筋占据钢铁总产量的较大比例，而低强度等级钢筋使用比例较高，这对建筑的安全等级和钢铁行业节能降耗均会产生不利影响。随着经济的发展，钢筋将向着更高强度等级、多功能化和高品质化等方向发展。目前新修订的国标内钢筋等级增加了600MPa级钢筋，使得现有的国标达到了国际先进水平。但同时要看到，国外早已主要使用400MPa级及以上级别钢筋，同时在推广500MPa级钢筋，高强钢筋的推广应用已达到一个成熟的水平，而更高级别的钢筋开发也已走在前列。目前日本已开发出USD685MPa-USD1275MPa系列高强钢筋，用于60m以上的混凝土建筑，韩国在2007年将SD600和SD700钢筋加入标准，且在近年正在开发700MPa级以上，甚至1000MPa级钢筋。澳大利亚同样在未来把800MPa级钢筋作为主要研发方向，可见，国内高强度钢筋在应用和开发方面与国外尚有一定差距，具有很大的发展空间。

国内实现应用的最高等级为600MPa级钢筋，尚无700MPa级钢筋的应用报道，众所周知，高强度钢筋在提高建筑安全性、节省钢筋用量和扩大建筑空间方面具有巨大的作用，同时替代低级别螺纹钢筋可降低钢筋使用成本，减少因SO₂、CO₂等气体排放所带来的环境污染，因此，开发高强度级别钢筋具有重大的意义。螺纹钢是建筑的主要支撑结构，用量大，使用范围广，这就要求高强度螺纹钢的成本控制在合理的范围内，以便于大规模推广和应用。目前国内有少量实验室研究的700MPa级钢筋，但存在合金成本较高，焊接难度较大等极大限制高强度钢筋推广的问题，如钢铁研究总院申请的“抗震耐候高强度YS700MPa级热轧钢筋”化学成分为：C:0.20～0.25、Si:0.40～0.80、Mn:1.20～1.60、P≤0.035、S≤0.035、V:0.06～0.20、N:0.010～0.030、Ni:0.20～2.0、Cr:0.20～2.0、Ti:0.01～0.03，结合其实施例Cr、Ni含量为成分范围中限，可知其Cr和Ni等合金元素较高，成本和碳当量均难以控制在适当水平，同时，其最大力总伸长率仅为5.5％-9.5％，塑性较差。而余热处理钢筋和精轧螺纹钢筋同样存在焊接困难，成本高，塑性差的局限性，因此，开发具有低成本、易焊接的高强塑性热轧螺纹钢筋具有重要的意义。

发明内容

本专利旨在提供一种通过微合金化技术生产，组织以铁素体和珠光体为主，力学性能稳定，满足大规模生产和使用需要的低成本700MPa级螺纹钢筋。

为实现上述发明，采取如下技术方案：

一种700MPa级螺纹钢筋其基本成分为：C0.28～0.32％，Si0.40～0.80％，Mn1.20～1.60％，V0.18～0.24％，Nb0.02～0.06％，Ni0.02-0.10％，N200～300ppm；可选成分：Ti0.001～0.020％,Mo0.01～0.05％，Cu0.02～0.10％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。

结合螺纹钢轧制速度快，轧制温度高，变形量难以调整的特点，选择微合金化技术手段提高其强度，V是一种重要的微合金强化元素，其奥氏体晶粒细化效果较弱，但能够在轧制过程中析出纳米级V(C,N)化合物，增加铁素体形核点，阻止铁素体晶粒长大，具有极强的析出沉淀强化作用，可以显著提高螺纹钢筋的屈服强度；Nb能对铁素体/奥氏体界面的迁移产生强烈的拖拽作用，提高奥氏体再结晶温度，细化晶粒，提高钢材强度，具有较强的细晶强化作用。而复合添加钒和铌可增大其固溶度，降低溶解析出温度，通过细晶强化和析出沉淀强化作用使钢筋达到较高的屈服强度同时保持良好的塑性。此外，一定量的Ni可以降低相变温度，细化组织，改善韧性，同时可通过固溶强化提高基体强度。

以上述成分方案为基础，经过铁水预脱硫，将铁水、废钢及生铁加入氧气转炉后，进行常规顶底复合吹炼，加入石灰、白云石、菱镁球进行造渣；控制终点碳≥0.06wt％，出钢温度小于1690℃；出钢时采用渣洗及全程底吹氩，当钢包钢水量大于1/4时，向钢包中加入脱氧剂，高碳锰铁，硅铁等，在钢包钢水量达到3/4时加完，以进行脱氧合金化。出钢完毕后钢水送LF炉进行精炼，吹氩3分钟，然后进行电极化渣，加入石灰，控制渣碱度为6.0-8.0，精炼结束后加入合金；对钢水吹氩10分钟；加热钢水至温度为1570～1600℃后，加入常规覆盖剂，送连铸工序，中间包温度为1525-1550℃，连铸成小方坯。将钢坯送入加热温度为1150-1250℃的加热炉，加热80-120分钟，钢坯开轧温度为1050-1120℃，经6架粗轧机，6架中轧机，精轧前经一段水冷冷却，精轧温度控制在950-1000℃，精轧后不穿水，上冷床温度为950-980℃，经冷床空冷冷却即可得到700MPa级高强钢筋。

本发明的特点是通过复合添加微合金元素，利用其复合添加增大固溶杜，降低溶解温度、利于析出沉淀、细化晶粒而改善强度塑性的特点，生产易焊接，塑性强度均较好的低成本高强度螺纹钢产品，强度可以达到700MPa级，冶炼工序不需要特殊工艺，操作简单，轧制工艺与低强度级别螺纹钢相比，无复杂的要求，可进行多种环境下大规模推广和使用。

组分中其他元素作用：

C：碳是一种有效的强化元素，碳可固溶在基体中提高其屈服强度和抗拉强度，价格低廉，同时碳可与钢中的钒、钼等元素形成碳氮化物，提高钢材基体的强度，但碳元素过高则会降低钢材的塑性和韧性，同时降低焊接性能，为保证钢材性能，同时降低成本，本发明限定碳含量在0.28-0.32wt％

Si：钢中常见的还原剂和脱氧剂，能显著提高钢的弹性极限、屈服点和抗拉强度，主要是通过固溶在铁素体中起固溶强化的作用，并且能够降低奥氏体中碳元素的扩散速度，推迟铁素体和珠光体相变，可提高屈服强度和抗拉强度。但硅元素会提高韧脆转变温度。因此硅的合理范围是0.40-0.80wt％。

Mn：锰是主要的固溶强化元素，也是提高钢的淬透性的有效元素。本发明中锰作为一种主要固溶强化元素提高基体的强度，过高的锰含量会降低铁素体生成温度，使沉淀相太过细小而影响强化效果，同时，锰含量较高同样会提高碳当量，影响焊接性能，锰元素合理范围是1.20-1.60wt％。

N：可促进V(C,N)化合物的析出，细化析出相的尺寸，可充分发挥V析出强化的潜力，对提高螺纹钢强度，对减少V的使用量、降低生产成本具有明显作用，结合最佳钒氮比，控制氮含量在200～300ppm。

Ti：微合金化元素之一，碳化物形成元素，高温析出的氮化物可以阻止晶粒长大，同时少量的Ti可改善焊接性能，利于高强钢筋焊接性能的提升，但钢中含量过多的钛在冷却过程中会形成粗大的Ti(C,N),降低对再结晶晶粒的钉扎效果，因此钢中限定Ti含量为Ti:0.001-0.02wt％。

Mo：能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力，钼对铁素体有固溶强化作用.同时也提高碳化物的稳定性.从而提高钢的强度，对改善钢的延展性和韧性以及耐磨性起到有利作用。

附图说明：

图1：700MPa级螺纹钢的金相组织。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步阐述，但这些实施例绝非对本发明有任何限制。本领域技术人员在本说明书的启示下对本发明实施中所作的任何变动都将落在权利要求书的范围内。

实施例1

采用转炉冶炼，经LF精炼，连铸成150mm×150mm小方坯；加热炉中均热段加热温度为1170-1250℃；采用连续式棒线材轧机进行轧制，轧制规格为∮20mm，开轧温度1050-1080℃，经粗轧，中轧，经一段水冷后进入精轧，精轧温度为970-1000℃，精轧后不穿水，上冷床温度为950-980℃，在冷床上自然冷却至室温即获得700MPa级螺纹钢筋。该钢筋的化学成分为：C0.29％，Si0.72％，Mn1.51％，V0.19％，Nb0.03％，Ni0.04％，N220ppm，Ti0.02％。表1为力学性能，屈服强度>700MPa，抗拉强度>850MPa，断后伸长率＞14％，组织为铁素体和珠光体，具体如图1所示。

表1∮20mm700MPa级钢筋力学性能

实施例2

采用转炉冶炼，经LF精炼，连铸成150mm×150mm小方坯；加热炉中均热段加热温度为1170-1220℃；采用连续式棒线材轧机进行轧制，轧制规格为∮25mm，开轧温度1060-1080℃，经粗轧，中轧，经一段水冷后进入精轧，精轧温度为970-1000℃，精轧后不穿水，上冷床温度为950-1000℃，在冷床上自然冷却至室温即获得700MPa级螺纹钢筋。该钢筋的化学成分为：C0.31％，Si0.72％，Mn1.51％，V0.23％，Nb0.03％，Ni0.04％，N230ppm,Cu0.05％。表2为力学性能，屈服强度>700MPa，抗拉强度>850MPa，断后伸长率＞14％。

表2∮25mm700MPa级钢筋力学性能

Claims

1.一种700MPa级螺纹钢筋，其特征在于：由以下元素按重量百分比（%）组成：C0.28～0.32%，Si0.40～0.80%，Mn1.20～1.60%，V0.18～0.24%，Nb0.02～0.06%，Ni0.02-0.10%，N200～300ppm；可选成分：Ti0.001～0.020%，Mo0.01～0.05%，Cu0.02～0.10%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。

2.根据权利要求1所述的一种700MPa级螺纹钢筋的制造方法，包括以下步骤：依次进行的电炉或转炉冶炼、LF精炼、小方坯连铸连轧、冷床冷却，其特征在于：轧制过程中，加热温度1150-1250℃，开轧温度1050-1120℃，经6架粗轧、6架中轧，精轧前经一段水冷，精轧温度控制在960-1000℃，精轧后不穿水，上冷床温度为950-980℃。

3.根据权利要求1所述的一种700MPa级螺纹钢筋的制造方法，其特征在于：抗拉强度＞850MPa，下屈服强度＞700MPa，断后伸长率＞14%，最大力总伸长率＞9%，显微组织为铁素体和珠光体。