CN110257705B - 一种不易脆断的预应力混凝土钢棒用钢及其生产方法 - Google Patents

一种不易脆断的预应力混凝土钢棒用钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种不易脆断的预应力混凝土钢棒用钢及其生产方法，它包括以下质量百分比的化学成分：C：0.25～0.35％、Si：1.10～1.40％、Mn：0.55～0.75％、P：≤0.025％和S：≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质。该方法能够保证材料气体、夹杂物、力学性能等满足材料要求，满足线材加工钢棒的要求，在钢棒强度不降低的情况下提高热处理回火温度，大幅降低预应力混凝土钢棒的断裂比例，提高成材率和生产效率，而且节约了能源及用户生产成本。

Description

一种不易脆断的预应力混凝土钢棒用钢及其生产方法
技术领域
本发明属于合金熔炼领域，涉及一种预应力混凝土钢棒用钢，具体涉及一种不易脆断的预应力混凝土钢棒用钢及其生产方法。
背景技术
预应力混凝土钢棒用钢的钢种一般为高硅钢(Si＞1.40％)和低硅钢(Si：0.70～1.10％)；它是具有高强度韧性、低松弛性、与混凝土握裹力强、良好的可焊接性、镦锻性、节省材料(如
Figure BDA0002115949700000011
钢棒可代替
Figure BDA0002115949700000012
热轧钢筋)等特点，在国外已被广泛应用于高强的预应力混凝土离心管桩、电杆、高架桥墩、铁路轨枕等预应力构件中，在国际、尤其是亚洲具有十分广阔的市场。
传统的预应力混凝土钢棒采用低硅(Si含量一般在0.70～0.90％)成分设计，在使用过程中断裂比例高、松弛性差，对其使用的稳定性带来了一定风险与隐患。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种不易脆断的预应力混凝土钢棒用钢。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种不易脆断的预应力混凝土钢棒用钢，它包括以下质量百分比的化学成分，C：0.25～0.35％、Si：1.10～1.40％、Mn：0.55～0.75％、P：≤0.025％和S：≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质。
优化地，它由以下质量百分比的化学成分组成，C：0.29～0.34％、Si：1.20～1.30％、Mn：0.64～0.72％、P：≤0.018％和S：≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质；具体优选，它由以下质量百分比的化学成分组成，C：0.32％、Si：1.25％、Mn：0.68％、P：≤0.015％和S：≤0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明的又一目的在于提供一种行数不易脆断的预应力混凝土钢棒用钢的制备方法，它包括以下步骤：
(a)以铁水和废钢为原料进行转炉炼钢得钢水；所述钢水的出钢温度为1600～1650℃，所述钢水出钢时向每吨钢水中加入石灰3～5kg、硅铁合金1～1.5kg和硅锰合金8～10kg，并控制所述钢水中C的质量百分比含量为0.05～0.15％、P的质量百分比含量为0.001～0.020％和S的质量百分比含量为0.005～0.030％；
(b)对所述钢水进行LF精炼；所述LF精炼包括使用辅料造白渣以对钢水进行脱氧，所述辅料添加量为每吨钢水加入石灰4～5kg、萤石2～4kg和电石粒0.5～1.5kg；所述钢水进入LF炉的温度为1530～1580℃，导出LF炉的温度为1540～1580℃；
(c)对步骤(b)所得钢水进行连铸得铸坯，所述连铸的过热度为15～40℃；
(d)将所述铸坯进行轧制成型即可。
优化地，步骤(b)中，所述LF精炼时间为20～40min，白渣保持时间为10～20min。
优化地，步骤(b)中，所述LF精炼结束后向钢水中喂入硅钙线，再对钢水软吹氩气；所述硅钙线的添加量为每吨钢水加入0.1～0.3kg，所述软吹氩气时间为10～20min，软吹氩气流量强度为0.5～1.0NL/min/t。
优化地，步骤(d)中，所述铸坯采用蓄热式高炉煤气加热炉进行加热使得其头部、尾部和中部的温度差不超过30℃，所述铸坯在930～990℃进行出钢轧制。
本发明的有益效果在于：本发明不易脆断的预应力混凝土钢棒用钢，由于采用特定质量百分比的化学成分，使得钢棒钢质均匀、洁净度高、表面质量好、夹杂物含量低、纯净度高、通条成分偏析及波动小、机械性能稳定、晶粒细小等协同效果；而该不易脆断的预应力混凝土钢棒用钢的制备方法能够保证材料气体、夹杂物、力学性能等满足线材加工钢棒的要求，降低钢棒断裂比例，能够保证不易脆断的预应力混凝土钢棒用钢的钢材质量，在钢棒强度不降低的情况下提高热处理回火温度，提高成材率和生产效率，而且节约了能源、降低了二氧化碳排放，保护了环境，节约了用户生产成本。
具体实施方式
本发明不易脆断的预应力混凝土钢棒用钢，它包括以下质量百分比的化学成分，C：0.25～0.35％、Si：1.10～1.40％、Mn：0.55～0.75％、P：≤0.025％和S：≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质。通过提高硅含量，降低锰含量，配合调整其它元素含量而获得特定质量百分比的化学成分，使得钢棒钢质均匀、洁净度高、表面质量好、夹杂物含量低、纯净度高、通条成分偏析及波动小、机械性能稳定、晶粒细小等协同效果。
它优选包括以下质量百分比的化学成分，C：0.29～0.34％、Si：1.20～1.30％、Mn：0.64～0.72％、P：≤0.018％和S：≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质；最优为，C：0.32％、Si：1.25％、Mn：0.68％、P：≤0.015％和S：≤0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述不易脆断的预应力混凝土钢棒用钢的制备方法，它包括以下步骤：(a)以铁水和废钢为原料进行转炉炼钢得钢水；所述钢水的出钢温度为1600～1650℃，所述钢水出钢时向每吨钢水中加入石灰3～5kg、硅铁10～15kg和硅锰8～10kg，并控制所述钢水中C的质量百分比含量为0.05～0.15％、P的质量百分比含量为0.001～0.020％和S的质量百分比含量为0.005～0.030％；(b)对所述钢水进行LF精炼，所述LF精炼包括使用辅料造白渣以对钢水进行脱氧，所述辅料添加量为每吨钢水加入石灰4～5kg、萤石2～4kg和电石粒0.5～1.5kg；所述钢水进入LF炉的温度为1530～1580℃、导出LF炉的温度为1550～1580℃；(c)对步骤(b)所得钢水进行连铸得铸坯，所述连铸的过热度为15～40℃；(d)将所述铸坯进行轧制成型得盘条。这样能够保证材料气体、夹杂物、力学性能等满足线材加工钢棒的要求，降低钢棒断裂比例，能够保证不易脆断的预应力混凝土钢棒用钢的钢材质量，在钢棒强度不降低的情况下提高热处理回火温度，提高成材率和生产效率，而且节约了能源、降低了二氧化碳排放，保护了环境，节约了用户生产成本。
步骤(b)中，当所述钢水进入LF炉的温度为1530～1580℃、导出LF炉的温度为1540～1580℃时，所述LF精炼时间为20～40min，白渣保持时间为10～20min。步骤(b)中，所述LF精炼结束后向钢水中喂入硅钙线，再对钢水软吹氩气；所述硅钙线的添加量为每吨钢水加入0.1～0.3kg，所述软吹氩气时间为10～20min，软吹氩气流量强度为0.5～1.0NL/min/t，这样可以有效去除钢中夹杂物。
步骤(d)中，所述铸坯采用蓄热式高炉煤气加热炉进行加热使得其头部、尾部和中部的温度差不超过30℃，所述铸坯在930～990℃进行出钢轧制；这是因为蓄热式高炉煤气加热炉内具有水梁结构，能够保证消除钢坯表面黑印；而其高达1250℃的加热能力能够保证钢坯以960±30℃出钢进行轧制，同时20m长三段式的加热方式可以保证出炉钢坯的芯表温度保持一致，以保证铸坯的质量。轧制的过程中，轧机采用常规的平立交替布置，避免轧件在轧制时发生扭转，改善轧件的表面质量；在预精轧机组及精轧机组采用高硬度、高耐磨的碳化物辊环对轧件进行轧制，保证轧件的表面光滑、质量符合用户要求，产品尺寸可以达到GB/T 14981中C级精度的要求。在轧制过程中对轧件进行冷却(缓冷)，以控制产品的轧制温度，从而进一步从而控制产品组织的动态再结晶与动态回复，达到控制产品组织形态均匀化的目的。在产品轧制后的冷却过程中，通过控制冷却设备使产品在高于相变温度10～20℃的温度范围进行吐丝成圈，并且可以控制产品在相变前的转变孕育期及相变过程中的冷却速度不大于1℃/s，使产品的组织转变近乎于平衡状态的组织转变，使产品能够获得粗大、形态均匀的铁素体组织，使产品获得更优异的塑性加工性能，更有利于产品在后续加工过程中进行较大的变形而不产生表面开裂。
下面结合所示的实施例对本发明作以下详细描述：
实施例1-3、对比例1-2分别提供一种预应力混凝土钢棒用钢及其制备方法，各实施例中钢的化学成分如表1所示：
表.1实施例1-3、对比例1-2预应力混凝土钢棒用钢的化学元素含量表
含量(wt％) C Si Mn P S
实施例1 0.25 1.40 0.55 0.025 0.010
实施例2 0.35 1.10 0.75 0.020 0.005
实施例3 0.29 1.30 0.72 0.018 0.008
实施例4 0.34 1.20 0.64 0.015 0.005
实施例5 0.32 1.25 0.68 0.015 0.005
对比例1 0.25 0.86 0.70 0.015 0.005
对比例2 0.25 1.25 0.95 0.015 0.005
上述不易脆断的预应力混凝土钢棒用钢的制备方法，它包括以下步骤：
(a)以铁水和废钢(废钢的质量约为整个原料质量的20％)为原料进行转炉炼钢得钢水；准备出钢时调整钢水温度约为1600～1650℃，所述钢水出钢时向每吨钢水中加入石灰3～5kg、硅铁10～15kg和硅锰8～10kg(各实施例中具体的加入量根据需控制的化学成分含量选择)，并控制钢水中C的质量百分比含量为0.05～0.15％、P的质量百分比含量为0.001～0.020％和S的质量百分比含量为0.005～0.030％；
(b)对钢水进行LF精炼：LF精炼包括使用辅料造白渣以对钢水进行脱氧，辅料添加量为每吨钢水加入石灰4～5kg、萤石2～4kg和电石粒0.5～1.5kg(各实施例中具体的加入量根据需控制的化学成分含量选择)；钢水进入LF炉的温度为1530～1580℃、导出LF炉的温度为1540～1580℃，此时LF精炼时间为20～40min，白渣保持时间为10～20min；LF精炼结束后向钢水中喂入硅钙线，再对钢水软吹氩气；硅钙线的添加量为每吨钢水加入0.1～0.3kg，软吹氩气时间为10～20min，软吹氩气流量强度为0.5～1.0NL/min/t；
(c)对步骤(b)所得钢水进行连铸得铸坯，所述连铸的过热度为15～40℃；
(d)对铸坯采用蓄热式高炉煤气加热炉进行加热使得其头部、尾部和中部的温度差不超过30℃，使得铸坯在930～990℃进行出钢轧制得盘条；随后在轧制后的冷却过程中，通过控制冷却设备使轧制产品在高于相变温度10～20℃的温度范围(870～890℃)直接进行吐丝成圈(规格为Φ6.5-20)。
而对比例1-2分别提供一种预应力混凝土钢棒用钢的制备方法，它与实施例5中的基本一致，不同的是：钢种硅、锰成分含量存在不同(对比例1、对比例2需要注意控制为硅低、锰高)。
将上述各例中制得的预应力混凝土钢棒用钢(盘条)进行性能测试，其结果列于表2中。
表2实施例1-实施例3、对比例1-对比例2中制得的盘条性能测试表
Figure BDA0002115949700000051
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种不易脆断的预应力混凝土钢棒用钢，其特征在于，它由以下质量百分比的化学成分组成， C：0.32%、Si：1.25%、Mn：0.68%、P：0.015%和S：0.005%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述不易脆断的预应力混凝土钢棒用钢具有粗大、形态均匀的铁素体组织，其抗拉强度为689 MPa、断面收缩率为55%，所述不易脆断的预应力混凝土钢棒用钢的制备方法，它包括以下步骤：
（a）以铁水和废钢为原料进行转炉炼钢得钢水；准备出钢时调整钢水温度为1600~1650℃，所述钢水出钢时向钢水中加入石灰3~5kg、硅铁10~15kg和硅锰8~10kg，并控制钢水中C的质量百分比含量为0.05~0.15%、P的质量百分比含量为0.001~0.020%和S的质量百分比含量为0.005~0.030%；废钢的质量为整个原料质量的20%；
（b）对钢水进行LF精炼： LF精炼包括使用辅料造白渣以对钢水进行脱氧，辅料添加量为每吨钢水加入石灰4~5kg、萤石2~4kg和电石粒0.5~1.5kg；钢水进入LF炉的温度为1530~1580℃、导出LF炉的温度为1540~1580℃，此时LF精炼时间为20~40min，白渣保持时间为10~20min；LF精炼结束后向钢水中喂入硅钙线，再对钢水软吹氩气；硅钙线的添加量为每吨钢水加入0.1~0.3kg，软吹氩气时间为10~20min，软吹氩气流量强度为0.5~1.0NL/min/t；使得钢水组分为：C：0.32%、Si：1.25%、Mn：0.68%、P：0.015%和S：0.005%，余量为Fe和不可避免的杂质；
（c）对步骤（b）所得钢水进行连铸得铸坯，所述连铸的过热度为15~40℃；
（d）对铸坯采用蓄热式高炉煤气加热炉进行加热使得其头部、尾部和中部的温度差不超过30℃，使得铸坯在930~990℃进行出钢轧制得盘条；随后在轧制后的冷却过程中，通过控制冷却设备使轧制产品在870~890℃直接进行吐丝成规格为Φ6.5-20的圈，且在相变前的转变孕育期及相变过程中的冷却速度不大于1℃/s。
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