CN111705266B

CN111705266B - 一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋及其制造方法

Info

Publication number: CN111705266B
Application number: CN202010610320.4A
Authority: CN
Inventors: 聂志斌; 傅余东; 龙海山; 郝飞翔; 刘富贵; 周和敏; 徐洪军; 张俊; 沈朋飞
Original assignee: Yangchun New Iron and Steel Co Ltd; CISRI Sunward Technology Co Ltd
Current assignee: Yangchun New Iron and Steel Co Ltd; CISRI Sunward Technology Co Ltd
Priority date: 2020-06-29
Filing date: 2020-06-29
Publication date: 2021-10-12
Anticipated expiration: 2040-06-29
Also published as: CN111705266A

Abstract

本发明提供了一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋及其制造方法，其重量百分比及化学成分为：C：0.16％～0.22％，Si：0.20％～0.50％，Mn：0.30％～0.60％，P：≤0.03％，S：≤0.03％，Cr：≤0.35％，Mo：0.20％～0.40％，余量为Fe及不可避免残余元素；具体的制造方法为：钢水冶炼、连铸、连铸坯加热、轧制钢筋。该方法通过成分优化设计和炼钢、精炼、连铸和轧钢工艺优化，生产具有600℃时其屈服强度不低于室温屈服强度2/3的耐火性能的高强度钢筋。

Description

一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋及其制造方法

技术领域

本发明属于钢材制备技术领域，具体涉及到一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋及其制造方法。

背景技术

目前，我国的超高层建筑发展始于1990年，1990～2007年是超高层建筑的起步期，2008～2012年为超高层建筑的快速发展期，2013～2018年是超高层建筑的繁荣期。以高度为依据，将超高层建筑分为以下4个区段：250～300m，300～400m，400～500m以及500m以上。2012年以前，我国共建成超高层建筑94幢，250～300m的超高层建筑数量最多，约占建筑总数的59％；500m以上超高层建筑仅一幢；港澳台超高层建筑共计18幢，约占总数的20％。2013～2018年，我国建成250m以上的超高层建筑共计164幢，300～400m的超高层建筑数量显著增多，约占总数的43％。港澳台超高层建筑共2幢，约占总数的1.2％。合计250m以上的超高层建筑共计258幢。国外高层、超高层建筑以纯钢结构为主，而我国以钢-混凝土混合结构居多。钢-混凝土混合结构之所以得到较大发展，是因为其可有效地将钢、混凝土构件进行组合，既具有钢结构的技术优势又具有混凝土造价相对低廉的特点。高层、超高层建筑有一系列优点，但是高层、超高层建筑一旦失火，其后果是灾难性的。因此，高层、超高层建筑的防火问题已引起人们广泛重视。普通建筑用钢在温度升高到350℃以上时,屈服强度降低到室温强度的2/3甚至更低；在温度达到600℃时，屈服强度明显下降，只有室温状态下屈服强度的1/3左右；当温度升高到700℃左右时,屈服强度降低50MPa左右，远远不能满足建筑的抗火性能。

热轧光圆钢筋主要用于钢筋混凝土结构，作为箍筋、墙面配筋、楼板配筋以及二次深加工，直径规格在Φ6～Φ22mm，强度级别300MPa。针对高层、超高层建筑钢筋混凝土结构，不仅要解决主筋用钢筋的耐火性能，同样用于箍筋特别是作为楼板配筋的热轧光圆钢筋也需要解决其耐火性能问题。因此，对于热轧光圆耐火钢筋同样要求在600℃的高温条件下，其高温屈服强度保持室温强度的2/3以上，则具有耐火性能。由于热轧光圆钢筋主要以盘卷供货，其生产方式与直条钢筋有所不同，此外热轧光圆钢筋强度级别主要是300MPa，目前热轧光圆耐火钢筋在国内外均是空白，因此开发热轧光圆耐火钢筋生产技术十分必要。

开发热轧光圆耐火钢筋需要解决以下几个方面：1)热轧光圆耐耐火钢筋室温力学性能；2)热轧光圆耐火钢筋600℃时其屈服强度不低于室温屈服强度2/3的耐火性能；3)具有良好的加工性能；4)具有一定的可焊性，表现为焊点处的力学性能与母材相当；5)风冷线控冷条件要求高，同批次头尾、不同批次钢材之间性能指标波动小；6)制造成本相对低。

由于耐火钢筋Cr、Mo等元素具有比较强的淬透性，轧后冷却速率对钢筋的塑性指标带来十分不利的影响，因此在热轧光圆耐火钢筋生产过程中不能参照普通钢筋进行。

发明内容

本发明鉴于现有国内热轧光圆耐火钢筋生产工艺技术空白问题，提供了一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋的制造方法，该方法通过成分优化设计和炼钢、精炼、连铸和轧钢工艺优化，生产具有600℃时其屈服强度不低于室温屈服强度2/3的耐火性能的高强度钢筋。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋，其重量百分比及化学成分为：C：0.16％～0.22％，Si：0.20％～0.50％，Mn：0.30％～0.60％，P：≤0.03％，S：≤0.03％，Cr：≤0.35％，Mo：0.20％～0.40％，余量为Fe及不可避免残余元素。

如上述的一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋，其重量百分比及化学成分为：C：0.2％，Si：0.40％，Mn：0.50％，P：≤0.025％，S：≤0.025％，Cr：≤0.35％，Mo：0.30％，余量为Fe及不可避免残余元素。

本发明还提供了一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋的制造方法，它包括如下步骤：

S1:钢水冶炼

将铁水和/或废钢料，通过转炉或电炉冶炼熔炼，得到钢水；当满足条件：温度为1670℃～1680℃、C的质量分数为≤0.06％，P的质量分数为≤0.02％、硫的质量分数为≤0.025％，出钢；出钢时，加入Si铁、Mn铁、Si-Mn合金、Cr铁、Mo铁，出钢后，根据300MPa级级热轧光圆耐火钢筋的化学成分，通过LF吹氩，加入合金散料调整钢水中C、Si、Mn元素含量；

或者将铁水和/或废钢料，通过转炉或电炉冶炼熔炼，得到钢水；当满足条件：温度为1640℃～1655℃、C的质量分数为≤0.06％，P的质量分数为≤0.02％、硫的质量分数为≤0.025％，出钢；出钢时，加入Si铁、Mn铁、Si-Mn合金、Cr铁，出钢后，根据300MPa级级热轧光圆耐火钢筋的化学成分，再通过LF吹氩，加入Mo铁合金和其它合金散料调整钢水中C、Si、Mn元素含量；

S2:连铸

LF精炼合格钢水全程保护连续浇注，中间包温度1515℃～1535℃，拉速2.0m/s～2.6m/s，生产的连铸方坯钢中D类夹杂≤2.0级，Ds类夹杂≤2.0级；疏松和裂纹等级≤1.5级，低倍缺陷符合要求的合格连铸坯；

S3:连铸坯加热

连铸坯在轧钢加热炉加热均热段温度热装1100℃～1140℃，加热时间热装60～90min；或者连铸坯在轧钢加热炉加热均热段温度冷装1120℃～1160℃，加热时间冷装80～110min；

S4:轧制钢筋

对加热后的连铸坯进行连续轧制，控制开轧温度980℃～1020℃，根据盘条尺寸规格，终轧温度960℃～1000℃，得到轧制后的钢筋，将轧制钢筋在空气中通过风机吹扫冷却，得到300MPa级热轧光圆耐火钢筋。

如上述的一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋的制造方法，该方法制备的300MPa级热轧光圆耐火钢筋室温力学性能屈服强度320MPa～380MPa，抗拉强度500MPa～580Mpa，断后伸长率≥25％，最大力总延伸率≥10％；组织为铁素体F+珠光体P+少量贝氏体B，晶粒度：8.5-10.5级。

如上述的一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋的制造方法，该方法制备的300MPa级热轧光圆耐火钢筋600℃力学性能屈服强度210MPa～300MPa，抗拉强度310MPa～4000Mpa，断后伸长率≥30％，满足热轧光圆耐火钢筋600℃温力学性能屈服强度≥200MPa要求。

与现有技术相比，本发明具备的有益效果：

1、本发明方由于使用的热轧光圆耐火钢筋强度级别少，主要是室温屈服强度为300MPa级，采用低Si、低Mn成分；由于Mo、Cr是提高钢的高温强度最为有效的合金元素，但价格较高，应尽可能优化其成分，以降低成本。针对Mo元素的析出强化效果，其析出物主要有MoC和Mo2C，Mo2C在钢中比较粗大，对钢的强度作用很小，而细小的MoC对钢的高温强度贡献比较明显。Cr可以有效地提高钢的高温抗氧化性和抗蠕变性能，可以有效地提高钢的高温强度。但是Cr、Mo等元素具有比较强的淬透性，对塑性指标有不利影响，因此对于轧后控冷要求较高。

2、本发明通过选择了转炉冶炼、LF炉精炼、方坯连铸、高线轧制的工艺路线，通过LF炉精炼，起到成分微调，降低夹杂物含量，提高钢的纯净度的作用，生产具有600℃时其屈服强度不低于室温屈服强度2/3的耐火性能的高强度钢筋。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明，但本发明的保护范围并不局限于此。

实施例：

所述的一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋的制造方法，它包括如下步骤：

S1:钢水冶炼

1)高炉铁水需满足表1条件。

表1铁水条件

铁合金：加硅锰、硅铁、硅铝铁、钼铁、铬铁等合金，要求材料干净、干燥。

脱氧剂：Si-Al-Ba、Si-Ca-Ba等脱氧。

石灰：CaO≥88％。

2)转炉装入及吹炼

总装入量控制在炉容±2吨，废钢比控制在35％以下，否则将此信息通知转炉炉长调整冷球加入量。采用PLC自动控制模式底吹控制，采用变压变枪位操作供氧。

造渣制度：吹炼过程石灰加入量依下述公式计算：

石灰加入量＝2.14×[Si]铁水×碱度×铁水装入量/(CaO石灰－碱度×SiO2石灰)

结合上炉次石灰加入量及终点成份可进行适当调整。

转炉要求准确控制终点碳，避免钢水过氧化，严格控制后吹次数≯2次。

终点成份：C≤0.06％、P≤0.020％、S≤0.025％，若终点碳含量达不到控制要求，则进行点吹处理；若终点P、S含量达不到控制要求，则加石灰点吹处理。

终点温度：终点温度控制在1650℃以上，否则进行点吹处理。

终渣成份：终渣碱度R≥3.0、MgO＝6％～10％、TFe≤20％。

3)转炉出钢

出钢温度：1670～1680℃；

出钢时必须采用挡渣出钢，渣厚控制≤50mm；

出钢前打开底吹气，控制钢包吹开直径300mm～500mm。

脱氧剂在出钢1/4前手动加入，其它合金在出钢1/4时加入，出钢3/4时加完，以进行脱氧合金化。转炉视钢水量、钢水氧化性、合金成分等情况确定合金加入量。

当钢包内钢水量1/10时，加入1/3硅铝铁，当包内钢水量，1/4时，按“碳化硅→硅锰合金→增碳剂→硅铁→2/3硅铝铁→铬铁→钼铁→莹石→石灰”顺序加入合金。若在合金或顶渣加入过程中出现异常，将异常信息通知精炼炉炉长。

脱氧剂加入量根据终点氧化性确定,增碳剂加入根据出钢碳含量确定。

合金加入量依下述公式计算：

合金加入量(kg)＝(进精炼炉成份控制中限－钢水残余成份)/(合金品位×合金吸收率)×出钢量(t)

4)吹氩站控制

氩前温度控制参考如下：第一炉1630℃～1650℃，连浇炉：1600℃～1620℃。

吹氩时间控制：吹氩时间不低于5分钟。

若补加合金或调温后再次吹氩时间不低于2分钟。

氩后温度控制参考如下：第一炉1595℃～1605℃，连浇炉1575℃～1585℃。

5)LF炉精炼

送电8min后取样、测温，钢水精炼送电时间大于15min，LF炉在站时间≥38分钟。

配备合金散料，对钢水中[C]、[Si]、[Mn]含量进行内控标准的微调。

LF炉出站时喂入SiCa或SiCaBa线≥150米，软吹氩≥3分钟。

出LF炉的钢水成分要求必须进内控范围。

合金加入量依据内控成份要求进行调整，具体加入量依据下述公式：

合金加入量＝(内控成份中限－钢水残余成份)/(合金品位×合金吸收率)×出钢量根据每次合金加入后的钢水分析确定是否继续调整，若低于内控要求下限继续调整，若高于内控要求上限继续正常处理。

S2:连铸

用长水口保护浇注，不许敞开浇注。

中间包钢水不许裸露，保证中包液面不见红。

拉速必须按拉坯曲线进行，一般拉速2.0～2.6m/min，拉速不得频繁、大幅度变动。

结晶器保护渣使用普碳钢保护渣，且保持干燥。

钢种液相线温度1505℃，中包典型温度≤1535℃。

铸坯表面质量按YB/T 2011-2014(连续铸钢方坯和矩形坯)。

S3:连铸坯加热

连铸坯在轧钢加热炉加热均热段温度热装1100℃～1140℃，加热时间热装60～90min；或者连铸坯在轧钢加热炉加热均热段温度冷装1120℃～1160℃，加热时间冷装80～110min；加热炉为步进梁式侧进侧出三段加热炉、炉膛内预热段、加热段和均热段温度全部由电脑自动控制和调整。

加热制度：钢坯均热温度热坯装炉控制在1100～1140℃，冷坯装炉1120～1160℃。

加热工艺：热装坯加热时间60～90min，冷坯加热时间：80～110min。

S4:轧制钢筋

根据盘条性能的要求，开轧温度、进精轧温度、终轧温度分别设定为1050±20℃、980～1020℃和980～1020℃℃；根据不同规格吐丝温度控制在960～1000℃，风机开启，其余关闭。

本实施例HPB300FR热轧光圆耐火钢筋冶炼成分见表2所示。

表2热轧光圆耐火钢筋盘条化学成分/％

通过以上冶炼成分设计，在现场进行耐火钢筋冶炼和轧钢试验，现场试验分别进行了转炉炼钢和LF炉精炼。转炉炼钢精炼后连铸坯规格为160mm×160mm方坯。轧制HPB300FR级Φ6mm、Φ10mm光圆耐火钢筋盘条，加热温度1120℃，加热时间90min，开轧温度1040℃，吐丝温度980℃，控冷线风机全关闭，取样后室温力学性能见表3。

表3热轧光圆耐火钢筋盘条室温拉伸力学性能

从表3结果看，Φ6mm光圆耐火钢筋盘条室温屈服强度平均值374MPa，抗拉强度平均569MPa，满足HPB300FR级别要求；强屈比平均值1.52，也远高于1.25要求；断后伸长率平均值28.2％，高于要求的不小于25％；最大力总延伸平均值13.5％，高于要求的不小于10％。Φ10mm光圆耐火钢筋盘条室温屈服强度平均值364MPa，抗拉强度平均540MPa，满足HPB300FR级别要求；强屈比平均值1.48，也远高于1.25要求；断后伸长率平均值29.7％，高于要求的不小于25％；最大力总延伸平均值15.8％，高于要求的不小于10％。热轧光圆耐火钢筋微观组织由铁素体+珠光体+贝氏体组成。

热轧光圆耐火钢筋盘条600℃高温拉伸力学性能结果见表4所示。

表4热轧光圆耐火钢筋盘条600℃高温拉伸力学性能

由表4可知，Φ6mm光圆钢筋盘条600℃高温拉伸屈服强度平均值263MPa，满足HPB300FR级别大于或等于200MPa要求；断后伸长率平均值38.7％。Φ10mm光圆钢筋盘条600℃高温拉伸屈服强度平均值267MPa，满足HPB300FR级别大于或等于200MPa要求；断后伸长率平均值33.2％。

从以上现场试验HPB300FR结果看，热轧光圆耐火钢筋室温性能和600℃高温性能均达到要求，对于不同规格产品需要对成分进一步优化。

Claims

1.一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋，其特征在于，300MPa级热轧光圆耐火钢筋室温力学性能屈服强度320MPa～380MPa，抗拉强度500MPa～580MPa ，断后伸长率≥25%，最大力总延伸率≥10%；组织为铁素体F+珠光体 P+少量贝氏体 B，晶粒度：8.5-10.5级；

300MPa级热轧光圆耐火钢筋600℃力学性能屈服强度210MPa～300MPa，抗拉强度310MPa～400MPa ，断后伸长率≥30%，满足热轧光圆耐火钢筋600℃温力学性能屈服强度≥200MPa要求；其重量百分比及化学成分为：

C：0.16%~0.22%，Si：0.20%~0.50%，Mn：0.30%~0.60%，P：≤0.03%，S：≤0.03%，Cr：≤0.35%，Mo：0.20%~0.40%，余量为Fe及不可避免残余元素。

2.如权利要求1所述的一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋，其特征在于：其重量百分比及化学成分为：

C：0.2%，Si：0.40%，Mn：0.50%，P：≤0.025%，S：≤0.025%，Cr：≤0.35%，Mo：0.30%，余量为Fe及不可避免残余元素。

3.如权利要求1所述一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋的制造方法，其特征在于它包括如下步骤：

S1:钢水冶炼

S2:连铸

LF精炼合格钢水全程保护连续浇注，中间包温度1515℃～1535℃，拉速2.0 m/s～2.6m/s，生产的连铸方坯钢中D类夹杂≤2.0级，Ds类夹杂≤2.0级；疏松和裂纹等级≤1.5级，低倍缺陷符合要求的合格连铸坯；

S3:连铸坯加热

S4:轧制钢筋

4.如权利要求3所述的一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋的制造方法，其特征在于：该方法制备的300MPa级热轧光圆耐火钢筋室温力学性能屈服强度320MPa～380MPa，抗拉强度500MPa～580MPa ，断后伸长率≥25%，最大力总延伸率≥10%；组织为铁素体F+珠光体 P+少量贝氏体 B，晶粒度：8.5-10.5级。

5.如权利要求3所述的一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋的制造方法，其特征在于：该方法制备的300MPa级热轧光圆耐火钢筋600℃力学性能屈服强度210MPa～300MPa，抗拉强度310MPa～400MPa ，断后伸长率≥30%，满足热轧光圆耐火钢筋600℃温力学性能屈服强度≥200MPa要求。