CN107747061A - 一种630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋及其生产方法 - Google Patents
一种630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋及其生产方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋及其生产方法,所述带肋钢筋化学成分组成及质量百分含量为:C:0.20~0.25%,Mn:1.50~1.60%,Si:0.60~0.75%,V:0.08~0.15%,Cr:0.30~0.35%,N:0.012~0.025%,P:0.005‑0.025%,S:0.005‑0.025%,其余为Fe和不可避免的杂质;带肋钢筋生产方法包括冶炼、精炼、连铸、加热和轧制工序。本发明利用廉价的合金元素,替代镍、铌、钼等昂贵的合金元素,降低了热轧带肋钢筋的成本,同时在一定程度上提高建筑的实用性和安全性;采用简便的冶炼工艺和轧制工艺,有利于实现低成本的大规模生产。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域,具体涉及一种630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋及其生产方法。
背景技术
热轧带肋钢筋是目前用量最大的一类钢铁材料,它具有一定的延展性,高强度,良好的抗震性能和焊接性能。欧洲等发达国家已广泛应用500MPa级热轧带肋钢筋,600MPa级也有了一定的应用。我国在修订的国家标准GB1499.2-2013中,新增加了600MPa级带肋钢筋,这类钢材具有强度等级高,节省用量等优点,特别适合高层和跨度大的建筑,还可以解决“肥梁胖柱”等问题。进一步开展630MPa级热轧带肋钢筋的研发工作,对于调整我国钢铁行业落后的产能问题,实施可持续发展具有重要的战略意义。
中国专利申请号为201110350194.4的专利公开了“一种600MPa级含矾高强热轧钢筋及其生产方法”,具体成分为:C:0.21~0.25%,Si:0.35~0.60%,Mn:1.35~1.55%,V:0.08~0.12%,N:0.005~0.040%,S≤0.040%,P≤0.040%,其余为铁及不可避免的不纯物。制造方法为“在冶炼过程中采取增钒、增氮和固氮工艺,轧制过程采取降低开轧温度和精轧温度来保证低温大压下,实现细晶、固溶和沉淀析出强化来提高强度”。存在以下不足:①降低开轧温度和精轧温度保证低温大压下,实现提高强度,对轧机的要求高,不适合开展广泛应用。②氮含量在0.005-0.040%之间有些过高,含氮量过高影响钢筋的延伸率,使得钢筋有变脆的倾向;全程吹氮气增氮,容易造成气泡过多影响产品的质量。
中国专利号为201310444163.4的专利公开了“一种630MPa级高强热轧钢筋及其生产工艺”,具体成分为:C:0.38~0.43%,Cr:0.8~1.1%,Mn:0.75~1.0%,Mo:0.15~0.25%,Si:0.15~0.3%,P≤0.035%,S≤0.035%S,N≤0.035%,其余为Fe。具体工艺为:将钢筋送入加热炉加热到1000-1200℃,然后经在线第一冷却工序将钢筋冷却到610-630℃,然后在淬火装置内用水或淬火液进行为时12-14秒钟淬火,然后经过回火加热炉加热到550-560℃回火,再通过第二冷却工艺冷却到常温。此工艺的不足为:①通过提高含碳量提升钢筋的强度损失了延伸率,并且不利于焊接性能。②钢筋的热处理工艺复杂,增加了产品的成本。③铬含量过高对延伸率不利。④碳当量过高,焊接性能差,施工困难。
中国专利号为20161086739.9的专利公开了“一种630MPa高强热轧钢筋用钢及其制备方法”,具体成分为:C:0.22~0.28%,Si:0.40~0.80%,Mn:1.40~1.60%,Nb:0.02~0.04%,V:0.05~0.07%,Cr:0.02~0.40%,N:0.008~0.012%,P≤0.035%,S≤0.035%,其余为Fe和不可避免的杂质元素。具体的工艺为:在转炉、电弧炉或其他冶炼炉中冶炼;炉外钢包吹氩精炼;140或150小方坯连铸;棒材采用热机轧制工艺轧制;冷却。此工艺虽简单,但是合金成分采用了价格较贵的金属元素铌,增加了钢筋的制造成本;同时铌的析出受冷却速度和热轧变形率影响较大,大规格钢筋性能波动较大,材料整体性能稳定性差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋;同时本发明还提供了一种630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋的生产方法。本发明通过对合金成分的优化以及简便的轧制工艺,得到一种适合广泛生产和应用的630MPa级高强韧性钢筋。
为解决上述技术问题,本发明采取的技术方案是:一种630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋,所述带肋钢筋化学成分组成及其质量百分含量为:C:0.20~0.25%,Mn:1.50~1.60%,Si:0.60~0.75%,V:0.08~0.15%,Cr:0.30~0.35%,N:0.012~0.025%,P:0.005-0.025%,S:0.005-0.025%,其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述带肋钢筋化学成分中钒氮比控制在4~7;所述带肋钢筋直径为10-32mm。
本发明所述带肋钢筋显微组织为珠光体+铁素体,晶粒度为11-12级。
本发明所述带肋钢筋力学性能为:屈服强度≥630MPa,抗拉强度≥760MPa,断后伸长率≥15%,强屈比≥1.25。
本发明还提供了一种630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋的生产方法,所述生产方法包括冶炼、精炼、连铸、加热和轧制工序。
本发明所述冶炼工序,在转炉、电弧炉或其他熔炼炉中熔炼进行成份粗调。
本发明所述精炼工序,在钢包外通入氩气,精炼进行成分微调,在吹氩站加入钒铁和氮化锰,考虑合金收得率,其加入的有效成分钒氮比按质量比为3:1-6:1。
本发明所述连铸工序,中间包烘烤温度为1050-1100℃,结晶器对弧,采用全程保护浇注;连铸成断面150mm×150mm的小方坯。
本发明所述加热工序,钢坯加热温度1100-1200℃,保温1-2h。
本发明所述轧制工序,采用棒线材热轧机轧制,开轧温度控制在1050~1150℃,每道次压下量控制在7~30%;精轧温度控制在850~1050℃,每道次压下量控制在10~35%;终轧温度为800-1000℃;轧后在冷床上自然冷却到室温。
本发明微量合金元素在钢中的作用如下:
钒被认为是提高低碳钢强度最合适的元素之一。首先,钒是强碳化合物元素,阻止奥氏体晶粒长大的作用十分显著,起到细晶强化的作用。其次,钒在低碳钢中的存在形式主要有固溶态、VC、VN和V(C,N),而氮含量的多少直接决定着钒在钢中的分布。当氮含量很低时,钒主要固溶在钢中,起到固溶强化的作用。在钢中加入适量的氮,可以将固溶钒分离出来,形成碳化物或者碳氮化物弥散在钢中,起到析出强化的作用。而析出强化对于强度的提升大于固溶强化。氮元素是固溶强化作用很强的元素,但是过高会严重损害钢的延展性,因此控制在190ppm以下是合适的。本发明主要将钒氮比固定在一个范围,使得VC、VN和V(C,N)析出量相对增大,并且使得析出的第二相小、圆、匀的分布在钢中。
钢中添加的C、N、Si、Mn元素是钢中常见的固溶强化的元素。C、N固溶强化的效应最大,但碳含量的增大会使得焊接性能和延展性下降,所以需要控制在0.20~0.25%之间。氮元素结合钒已在上述中提到。当Si>1.1%或者Mn>1.8%时,钢的塑性和韧性将有较大的下降,所以要求硅和锰尽量大的提升固溶强化的同时不损害其塑性,因此限定为Si:0.40~0.95%和Mn:1.30~1.75%,优选的,本发明取Si:0.60~0.75%和Mn:1.50~1.60%。
Cr元素的作用主要有三个:固溶,在钢中起到固溶强化的作用;提高淬透性;在铁碳相图中使得S点左移,得到更多层片相间的珠光体组织,进而提升钢的强度。所得钢筋心部和边缘都为铁素体和珠光体相间的组织。
本发明630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋产品及性能检测方法参考GB/T1499.2-2007和GB/T 228.1-2010。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于:1、本发明通过对合金含量的优化,调整钒氮比,使得钒以碳化物、氮化物、碳氮化物的形式析出,“小、圆、匀”的弥散在钢中,将析出强化的作用尽可能的增大,同时调整C、Mn、Si、Cr等元素的含量,使得此钢形成以析出强化为主,细晶强化和固溶强化为辅助的强化机制,在不影响塑性和焊接性能的前提下提升屈服强度。2、本发明利用廉价的合金元素,替代镍、铌、钼等昂贵的合金元素,降低了热轧带肋钢筋的成本。3、本发明将钢筋的屈服强度提升至630MPa以上,大大减少了钢筋的使用量,同时可在一定程度上提高建筑的实用性和安全性。4、本发明采用简便的冶炼工艺和轧制工艺,使得生产更加容易,更具有可行性,有利于实现低成本的大规模生产。
附图说明
图1是实施例1所得带肋钢筋室温显微组织图;
图2是实施例2所得带肋钢筋室温显微组织图;
图3是实施例3所得带肋钢筋室温显微组织图;
图4是实施例4所得带肋钢筋室温显微组织图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋直径为16mm,所述钢筋化学成分组成及其质量百分含量为:C:0.20%,Mn:1.51%,Si:0.70%,V:0.125%,Cr:0.30%,N:0.025%,P:0.010%,S:0.006%,其余为Fe和不可避免的杂质;钒氮比为5。
本实施例630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋生产方法包括冶炼、精炼、连铸、加热和轧制工序,具体工艺步骤如下所述:
(1)冶炼工序:在转炉中熔炼进行成份粗调;
(2)精炼工序:在钢包外通入氩气,精炼进行成分微调,在吹氩站按有效钒氮质量比4:1加入钒铁和氮化锰;
(3)连铸工序:中间包烘烤温度为1060℃,结晶器对弧,采用全程保护浇注;连铸成断面150mm×150mm的小方坯;
(4)加热工序:钢坯加热温度1150℃,保温1h;
(5)轧制工序:采用棒材热轧机轧制成直径16mm的带肋钢筋,开轧温度控制为1060℃,每道次压下量控制为20%;精轧温度控制为950℃,每道次压下量控制为15%;终轧温度为800℃;轧后在冷床上自然冷却到室温。
本实施例630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋抗拉强度:821MPa,屈服强度:652MPa,最大延伸率:21.12%,钢筋到最大力时的延伸率:12.82%,强屈比:1.26。
本实施例630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋组织为珠光体+铁素体,室温显微组织见图1;测得晶粒的平均截距是5.858μm,晶粒度为11.5级。
实施例2
本实施例630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋直径为20mm,所述钢筋化学成分组成及其质量百分含量为:C:0.24%,Mn:1.58%,Si:0.75%,V:0.097%,Cr:0.34%,N:0.0185%,P:0.015%,S:0.016%,其余为Fe和不可避免的杂质;钒氮比为5.24。
本实施例630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋生产方法包括冶炼、精炼、连铸、加热和轧制工序,具体工艺步骤如下所述:
(1)冶炼工序:在转炉中熔炼进行成份粗调;
(2)精炼工序:在钢包外通入氩气,精炼进行成分微调,在吹氩站按有效钒氮质量比4.5:1比例加入钒铁和氮化锰;
(3)连铸工序:中间包烘烤温度为1080℃,结晶器对弧,采用全程保护浇注;连铸成断面150mm×150mm的小方坯;
(4)加热工序:钢坯加热温度1200℃,保温1h;
(5)轧制工序:采用棒材热轧机轧制成直径20mm的带肋钢筋,开轧温度控制为1100℃,每道次压下量控制为25%;精轧温度控制为950℃,每道次压下量控制为25%;终轧温度为950℃;轧后在冷床上自然冷却到室温。
本实施例630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋抗拉强度:850MPa,屈服强度:659MPa,最大延伸率:22.72%,钢筋到最大力时的延伸率:13.26%,强屈比:1.29。
本实施例630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋组织为珠光体+铁素体,室温显微组织见图2;测得晶粒的平均截距是6.672μm,晶粒度为11级。
实施例3
本实施例630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋直径为32mm,所述钢筋化学成分组成及其质量百分含量为:C:0.25%,Mn:1.50%,Si:0.60%,V:0.15%,Cr:0.35%,N:0.021%,P:0.005%,S:0.025%,其余为Fe和不可避免的杂质;钒氮比为6.81。
本实施例630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋生产方法包括冶炼、精炼、连铸、加热和轧制工序,具体工艺步骤如下所述:
(1)冶炼工序:在转炉中熔炼进行成份粗调;
(2)精炼工序:在钢包外通入氩气,精炼进行成分微调,在吹氩站按有效钒氮质量比6:1加入钒铁和氮化锰;
(3)连铸工序:中间包烘烤温度为1050℃,结晶器对弧,采用全程保护浇注;连铸成断面150mm×150mm的小方坯;
(4)加热工序:钢坯加热温度1100℃,保温1.5h;
(5)轧制工序:采用棒材热轧机轧制成直径30mm的带肋钢筋,开轧温度控制为1050℃,每道次压下量控制为7%;精轧温度控制为850℃,每道次压下量控制为10%;终轧温度为870℃;轧后在冷床上自然冷却到室温。
本实施例630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋抗拉强度:842MPa,屈服强度:648MPa,最大延伸率:20.08%,钢筋到最大力时的延伸率:14.04%,强屈比:1.25。
本实施例630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋组织为珠光体+铁素体,室温显微组织见图3;测得晶粒的平均截距是7.322μm,晶粒度为11级。
实施例4
本实施例630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋直径为10mm,所述钢筋化学成分组成及其质量百分含量为:C:0.25%,Mn:1.60%,Si:0.65%,V:0.08%,Cr:0.32%,N:0.012%,P:0.025%,S:0.005%,其余为Fe和不可避免的杂质;钒氮比为6.67。
本实施例630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋生产方法包括冶炼、精炼、连铸、加热和轧制工序,具体工艺步骤如下所述:
(1)冶炼工序:在转炉中熔炼进行成份粗调;
(2)精炼工序:在钢包外通入氩气,精炼进行成分微调,在吹氩站按有效钒氮质量比3:1加入钒铁和氮化锰;
(3)连铸工序:中间包烘烤温度为1100℃,结晶器对弧,采用全程保护浇注;连铸成断面150mm×150mm的小方坯;
(4)加热工序:钢坯加热温度1200℃,保温2h;
(5)轧制工序:采用线材热轧机轧制成直径10mm的带肋钢筋,开轧温度控制为1150℃,每道次压下量控制为30%;精轧温度控制为1050℃,每道次压下量控制为35%;终轧温度为1000℃;轧后在冷床上自然冷却到室温。
本实施例630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋抗拉强度:842MPa,屈服强度:663MPa,最大延伸率:20.08%,钢筋到最大力时的延伸率:12.1%,强屈比:1.27。
本实施例630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋组织为珠光体+铁素体,室温显微组织见图4;测得晶粒的平均截距是5.598μm,晶粒度为12级。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案,尽管参照上述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:依然可以对本发明进行修改或者等同替换,而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋,其特征在于,所述带肋钢筋化学成分组成及其质量百分含量为:C:0.20~0.25%,Mn:1.50~1.60%,Si:0.60~0.75%,V:0.08~0.15%,Cr:0.30~0.35%,N:0.012~0.025%,P:0.005-0.025%,S:0.005-0.025%,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630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋,其特征在于,所述带肋钢筋化学成分中钒氮比控制在4~7;所述带肋钢筋直径为10-32mm。
3.根据权利要求1所述的一种630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋,其特征在于,所述带肋钢筋显微组织为珠光体+铁素体,晶粒度为11-12级。
4.根据权利要求1所述的一种630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋,其特征在于,所述带肋钢筋力学性能为:屈服强度≥630MPa,抗拉强度≥760MPa,断后伸长率≥15%,强屈比≥1.25。
5.基于权利要求1-4任意一项所述的一种630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋的生产方法,其特征在于,所述生产方法包括冶炼、精炼、连铸、加热和轧制工序。
6.根据权利要求5所述的一种630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋的生产方法,其特征在于,所述冶炼工序,在转炉、电弧炉或其他熔炼炉中熔炼进行成份粗调。
7.根据权利要求5所述的一种630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋的生产方法,其特征在于,所述精炼工序,在钢包外通入氩气,精炼进行成分微调,在吹氩站加入钒铁和氮化锰,考虑合金收得率,其加入的有效成分钒氮比按质量比为3:1-6:1。
8.根据权利要求5-7任意一项所述的一种630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋的生产方法,其特征在于,所述连铸工序,中间包烘烤温度为1050-1100℃,结晶器对弧,采用全程保护浇注;连铸成断面150mm×150mm的小方坯。
9.根据权利要求5-7任意一项所述的一种630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋的生产方法,其特征在于,所述加热工序,钢坯加热温度1100-1200℃,保温1-2h。
10.根据权利要求5-7任意一项所述的一种630MPa级高强韧性热轧带肋钢筋的生产方法,其特征在于,所述轧制工序,采用棒线材热轧机轧制,开轧温度控制在1050~1150℃,每道次压下量控制在7~30%;精轧温度控制在850~1050℃,每道次压下量控制在10~35%;终轧温度为800-1000℃;轧后在冷床上自然冷却到室温。
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