CN114015939A

CN114015939A - 一种抗震钢筋及其制备方法

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Publication number: CN114015939A
Application number: CN202111273233.5A
Authority: CN
Inventors: 李雪峰; 孙庆亮; 梁辉; 徐尚富
Original assignee: Shandong Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shandong Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2021-10-29
Publication date: 2022-02-08

Abstract

本发明涉及钢铁冶金技术领域，具体涉及一种抗震钢筋及其制备方法，所述抗震钢筋，以重量百分比计，其化学成分为：C：0.20～0.25％，Si：0.65～0.80％，Mn：1.35～1.60％，V：0.090～0.110％，Cr：0.20～0.30％，N：≥0.0180％，P≤0.035％，S≤0.035％，Ceq≤0.55％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明充分考虑小规格HRB600E抗震钢筋规格效应对强度性能的有益影响，适当降低C含量，控制在0.20～0.25％、Ceq≤0.55％，使其满足GB/T 1499.2‑2018标准中500MPa级钢筋C含量与碳当量的要求，在生产组织上能够实现与500MPa级钢筋的连浇改判，不影响生产效率，便于生产组织，减小判废损失。

Description

一种抗震钢筋及其制备方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，具体涉及一种抗震钢筋及其制备方法。

背景技术

最新修订实施的《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》标准GB/T 1499.2-2018，以促进节能减排，淘汰落后产能为原则，推广高强度钢筋使用和节材技术，淘汰了335MPa级钢筋，增加了600MPa级高强钢筋。

600MPa级高强钢筋在增加建筑安全性的前提下，可明显减少建筑用钢量，与目前主要使用的HRB400、HRB500相比，分别节约用钢量44.4％和19.5％，有利于推动中国钢铁“减量化”，支撑建筑业的转型升级。600MPa级高强度钢筋的开发应用，是建设资源节约型、环境友好型社会的重要举措，对推动钢铁工业和建筑业结构调整、转型升级具有重要意义。

目前，国内HRB600E抗震钢筋的研发主要是通过增加钢中C含量，提高微合金元素加入量，增强细晶强化与析出强化效果来提高强度，取得了一定成效，但还存在一定的技术瓶颈，因为细晶强化会导致钢筋强屈比降低，对抗震性能不利。特别是小规格HRB600E，具有压缩比大，轧制应变速率和冷却速度快等规格效应的存在，更容易得到晶粒细小的显微组织，显著提高钢筋屈服强度，强屈比≥1.25的抗震性能要求难以稳定满足，在生产过程中也带来了一定的困难。

另外，随着HRB600E抗震钢筋中C含量与合金元素的增加，碳当量显著提高，不能满足GB/T 1499.2-2018标准中400MPa、500MPa级钢筋C含量与碳当量的要求，在生产过程中难以实现与其连浇改判，需单开浇次或连浇炉次判废，增加生产成本及生产组织难度。

微合金化技术通过细晶强化和析出强化提高强度的同时，明显降低小规格HRB600E钢筋强屈比，C含量与碳当量的增加，难以满足与其他牌号钢筋连浇改判的生产组织要求，已成为小规格HRB600E生产过程中亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述问题，本发明的目的之一在于通过化学成分优化，克服HRB600E抗震钢筋C含量与碳当量较高，难以实现与400MPa、500MPa级螺纹钢筋生产组织连浇改判的问题；目的之二在于通过合金成分及轧制工艺优化设计，减弱小规格HRB600E抗震钢筋压缩比大、轧制应变速率、轧后冷却速度大等规格效应对抗震性能的不利影响。提供一种抗震性能稳定，便于生产组织，损失较小的，小规格HRB600E抗震钢筋及其制备方法。该钢筋屈服强度ReL≥600MPa，抗拉强度Rm≥750MPa，最大力总延伸率Agt≥9.0％，强屈比大于等于1.25，屈屈比小于等于1.30。

本发明通过上述的有益效果，成功解决了小规格HRB600E抗震钢筋生产上难以与500MPa级钢筋连浇改判、强屈比低的问题，保证了小规格(10～16mm)HRB600E抗震钢筋强屈比≥1.25，满足抗震钢筋性能要求。

本发明提供一种抗震钢筋，即小规格HRB600E抗震钢筋，以重量百分比计，其化学成分为：

C：0.20～0.25％，Si：0.65～0.80％，Mn：1.35～1.60％，V：0.090～0.110％，Cr：0.20～0.30％，N：≥0.0180％，P≤0.035％，S≤0.035％，Ceq≤0.55％，其余为Fe和不可避免的杂质。

作为优选，所述抗震钢筋中V/N含量控制在4～6:1之间。

本发明还提供一种上述抗震钢筋的制备方法，包括以下步骤：

1)制造钢坯，其工艺流程为：铁水预处理→复吹转炉→LF精炼，在所述钢坯中的化学成分，以重量百分比计，C：0.20～0.25％，Si：0.65～0.80％，Mn：1.35～1.60％，V：0.090～0.110％，Cr：0.20～0.30％，N：≥0.0180％，P≤0.035％，S≤0.035％，Ceq≤0.55％，其余为Fe和不可避免的杂质。

2)连铸：中间包温度控制为：连铸第一炉1535～1550℃，连浇炉次1520～1535℃；

3)轧制：在1130℃～1230℃的温度下对钢坯进行再加热，加热时间大于60min，保证钢坯加热温度均匀，钢坯加热温度通条温差控制在30℃以内；

对再加热的钢坯进行轧制，粗轧开轧温度：1080～1150℃，精轧终轧温度：1030～1080℃，轧后弱穿水，改善钢筋表面质量，上冷床温度1000～1050℃。

作为优选，所述步骤1)中转炉冶炼操作，采用高拉补吹，终点控制目标：[C]≥0.12％，[P]％≤0.035％,[S]≤0.030％。

作为优选，所述步骤1)中LF精炼操作，全程底吹氩搅拌，出站前采用0.2MPa～0.3MPa小压力软吹，精炼软吹氩时间10min以上。

作为优选，所述步骤2)中连铸操作过程中全程保护浇铸，拉速控制在2.2～2.5m/min。

作为优选，所述步骤2)中连铸方坯断面尺寸为150mm×150mm或160mm×160mm。与现有技术相比，本发明的优势在于：

1、本发明充分考虑小规格HRB600E抗震钢筋规格效应对强度性能的有益影响，适当降低C含量，控制在0.20～0.25％、Ceq≤0.55％，使其满足GB/T 1499.2-2018标准中500MPa级钢筋C含量与碳当量的要求，在生产组织上能够实现与500MPa级钢筋的连浇改判，不影响生产效率，便于生产组织，减小判废损失。

2、本发明的V/N含量控制在4～6:1的理想配比，以V固N，以N促进V(C,N)的形式析出，充分发挥其析出强化与细晶强化综合作用，显著提高钢筋强度性能，并可减少V的加入量，节约合金资源。

3、本发明加入了少量的Cr，经多年的研究表明，Cr的加入能使钢CCT曲线向右上移动，在冷却速度不变的情况下，珠光体发生相变温度区间相应下降，随过冷度的下降，珠光体片得到细化，从而提高抗拉强度；此外Cr元素还能提高V在奥氏体中的溶解度，使V(C,N)的析出最大量所对应的温度降低，增加V的固溶强化效果，减轻V析出强化和细晶强化的作用，避免使钢的晶粒过度细化，在提高钢的屈服强度的同时，能够大幅度提高其抗拉强度；另外Cr的少量加入，使钢筋的淬透性略有提高，钢筋的珠光体含量略有提高，有效地提高抗拉强度，提高强屈比，改善抗震性能。同时避免钢筋轧后余热导致的晶粒粗化现象的产生，使钢筋的性能更加稳定，对钢筋的抗震性能有额外的贡献。

4、本发明控制C的质量百分比在0.20～0.25％，Ceq≤0.55％，钢筋焊接性能良好，能适应于现行的钢筋焊接连接工艺。

5、本发明较高的钢坯加热温度，有利于合金元素的溶解及奥氏体成分的均匀化，并促进奥氏体晶粒的适当长大，增强奥氏体组织的稳定性；轧后弱穿水，控制较高的上冷床温度，有利于再结晶奥氏体的适度长大，较少晶界面积，铁素体的形核点减少，有利于铁素体晶粒的适度粗化，同时增大了组织中珠光体比例。铁素体晶粒的粗化及珠光体等硬相比例的提升，对提高抗拉强度有明显的作用，有利于强屈比的提高，改善抗震性能。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明提供一种小规格HRB600E抗震钢筋，以重量百分比计，其化学成份为：

本发明中化学成分对钢筋性能的影响：

C：C是最有效的强化元素之一，也是最廉价的化学元素，对抗拉强度与屈服强度的增量比约为2:1，能显著提高强屈比。但C含量过高会降低钢筋的塑性和韧性，恶化焊接性能。同时考虑要能实现与500MPa级钢筋的连浇改判，便于组织生产，减少生产损失，将C含量控制在0.20～0.25％。

Si：Si是非碳化物形成元素，在钢中封闭γ区，可以提高Ac3点，促进铁素体和珠光体形成。固溶于铁素体中，可同时提高抗拉强度和屈服强度，并使弹性极限提高的更多，不降低强屈比，因此，Si元素设计控制在0.65～0.80％的较高水平。

Mn：Mn在钢中主要以固溶的形式存在，有较强的的固溶强化效果。在铁素体-珠光体钢中，Mn可以增加珠光体含量，降低珠光体的形成温度，细化珠光体片层间距，显著提高钢的抗拉强度和强屈比，因此，控制Mn含量在1.35～1.60％的较高水平。

V：对高强度可焊接长型材，V是最重要的微合金强化元素，在轧制过程中以V(C,N)的形式析出，能有效阻止奥氏体与铁素体晶粒的长大，提高析出强化和细晶强化作用，可以显著提高钢筋强度性能。同时考虑到规格效应对小规格钢筋强度性能的有益影响，可适当降低钢中V含量，节约昂贵合金资源，V含量控制在0.090～0.110％。

N：在V微合金化钢中，随N含量的增加，会降低V在奥氏体及铁素体中的溶解度，在轧制过程中促进V(C,N)的析出，可充分发挥V的析出强化和细晶强化效果，对提高钢筋强度，减少V的加入量具有显著作用，因此，按照V/N4～6：1的理想配比，控制N含量≥0.018％。

S：硫是杂质元素，在钢种主要以硫化锰夹杂物存在，这种夹杂物经过轧制后，随钢基体发生塑性变形，呈长条状，对钢的力学性能产生不利影响，但综合考虑到脱硫成本，将S含硫控制在≤0.035％

P：磷是有害元素。磷含量过高，容易在晶界上偏聚，降低钢材的韧塑性，但考虑到脱磷成本,本发明中P含量为≤0.035％

本发明提供一种小规格HRB600E抗震钢筋制造方法，其包括以下步骤：

1)制造钢坯，其工艺流程为：铁水预处理→复吹转炉→LF精炼→方坯连铸。在所述钢坯中的化学成分，以重量百分比计，

C:0.20～0.25％，Si：0.65～0.80％，Mn:1.35～1.60％，V：0.090～0.110％，Cr：0.20～0.30％，N≥0.018％，P≤0.035％，S≤0.035％％，Ceq≤0.55％。

转炉冶炼操作，采用高拉补吹，终点控制目标：[C]≥0.12％，[P]％≤0.035％，[S]≤0.030％。

LF精炼操作，全程底吹氩搅拌，出站前采用小压力软吹，保证夹杂物上浮，精炼软吹氩时间10min以上。

连铸操作过程中全程保护浇铸，中间包温度控制为：连铸第一炉1535～1550℃，连浇炉次1520～1535℃。保持稳定拉速，拉速控制在2.2～2.5m/min，连铸方坯断面尺寸150mm×150mm。

2)在1130～1230℃的温度下对所述钢坯进行再加热，入炉方坯加热制度具体要求见表1。

表1方坯加热制度

3)对所述再加热的钢坯进行轧制，粗轧开轧温度：1080～1150℃，精轧终轧温度：1030～1080℃，轧后弱穿水，改善钢筋表面质量，上冷床温度1000～1050℃；

实施例1

本发明提供一种小规格HRB600E抗震钢筋的生产包括如下复吹转炉冶炼、LF精炼、连铸、轧制工序。其中：

在转炉冶炼工序中，钢水出至四分之一时，依次加入硅锰、硅铁、高铬铁、钒氮合金，钢水出至四分之三时加完。冶炼过程采用高拉补吹，控制终点[C]为0.14％，[P]为0.025％，[S]为0.011％，并控制该工序中钢水的化学成分为：C：0.23％，Si：0.68％，Mn：1.43％，V：0.096％，Cr：0.22％，N：0.0206％，P：0.025％，S：0.011％，Ceq：0.53％，其余为Fe和不可避免的杂质；

在LF精炼工序中：成分温度合适后，进行“软吹”操作，软吹时间为10.5min。

在连铸工序中：中间包温度平均值为1525℃，平均拉速为2.3m/min；

在轧制工序中：方坯加热至1160℃，开轧温度为1080℃，精轧温度为1030℃，轧后弱穿水，改善钢筋表面质量，上冷床温度1006℃，空冷至室温。从而得到含有表1成分的小规格HRB600E抗震钢筋，其具体性能参数见表2。

实施例2

在转炉冶炼工序中，钢水出至四分之一时，依次加入硅锰、硅铁、高铬铁、钒氮合金，钢水出至四分之三时加完。冶炼过程采用高拉补吹，控制终点[C]为0.12％，[P]为0.019％，[S]为0.013％，并控制该工序中钢水的化学成分为：C：0.24％，Si：0.70％，Mn：1.38％，V：0.100％，Cr：0.24％，N：0.022％，P：0.019％，S：0.013％，Ceq：0.54％，其余为Fe和不可避免的杂质；

在LF精炼工序中：成分温度合适后，进行“软吹”操作，软吹时间为11min。

在连铸工序中：中间包温度平均值为1523℃，平均拉速为2.35m/min；

在轧制工序中：方坯加热至1170℃，开轧温度为1085℃，精轧温度为1040℃，轧后弱穿水，改善钢筋表面质量，上冷床温度1010℃，空冷至室温。从而得到含有表1成分的小规格HRB600E抗震钢筋，其具体性能参数见表2。

实施例3

在转炉冶炼工序中，钢水出至四分之一时，依次加入硅锰、硅铁、高铬铁、钒氮合金，钢水出至四分之三时加完。冶炼过程采用高拉补吹，控制终点[C]为0.12％，[P]为0.020％，[S]为0.010％，并控制该工序中钢水的化学成分为：C：0.24％，Si：0.75％，Mn：1.40％，V：0.103％，Cr：0.26％，N：0.021％，P：0.020％，S：0.010％，Ceq：0.55％，其余为Fe和不可避免的杂质；

在LF精炼工序中：成分温度合适后，进行“软吹”操作，软吹时间为10min。

在连铸工序中：中间包温度平均值为1523℃，平均拉速为2.3m/min；

在轧制工序中：方坯加热至1180℃，开轧温度为1100℃，精轧温度为1050℃，轧后弱穿水，改善钢筋表面质量，上冷床温度1026℃，空冷至室温。从而得到含有表1成分的小规格HRB600E抗震钢筋，其具体性能参数见表2。

实施例4

在转炉冶炼工序中，钢水出至四分之一时，依次加入硅锰、硅铁、高铬铁、钒氮合金，钢水出至四分之三时加完。冶炼过程采用高拉补吹，控制终点[C]为0.14％，[P]为0.024％，[S]为0.011％，并控制该工序中钢水的化学成分为：C：0.25％，Si：0.75％，Mn：1.40％，V：0.106％，Cr：0.24％，N：0.0212％，P：0.024％，S：0.011％，Ceq：0.55％，其余为Fe和不可避免的杂质；

在连铸工序中：中间包温度平均值为1530℃，平均拉速为2.45m/min；

在轧制工序中：方坯加热至1210℃，开轧温度为1130℃，精轧温度为1060℃，轧后弱穿水，改善钢筋表面质量，上冷床温度1035℃，空冷至室温。从而得到含有表1成分的小规格HRB600E抗震钢筋，其具体性能参数见表2。

有表1成分的小规格HRB600E抗震钢筋，其具体性能参数见表2。

表2中实施例1-4制得钢筋的性能参数的测定标准如下：表2中钢筋强度性能参数是基于《钢筋混凝土用钢材试验方法》GB/T28900-2012标准测定。

表1小规格HRB600E抗震钢筋中部分成分含量(质量，％)

实施例	C	Si	Mn	V	Cr	P	S	Ceq
									1	0.23	0.68	1.43	0.096	0.22	0.025	0.011	0.53
2	0.24	0.70	1.38	0.100	0.24	0.019	0.013	0.54
									3	0.24	0.75	1.40	0.103	0.26	0.020	0.010	0.55
4	0.25	0.75	1.40	0.106	0.24	0.024	0.011	0.55

表2小规格HRB600E抗震钢筋力学性能指标

本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。

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

1.一种抗震钢筋，其特征在于，所述抗震钢筋，以重量百分比计，其化学成分为：C：0.20～0.25％，Si：0.65～0.80％，Mn：1.35～1.60％，V：0.090～0.110％，Cr：0.20～0.30％，N：≥0.0180％，P≤0.035％，S≤0.035％，Ceq≤0.55％，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的抗震钢筋，其特征在于，所述抗震钢筋的屈服强度ReL≥600MPa，抗拉强度Rm≥750MPa，最大力总延伸率Agt≥9.0％，强屈比≥1.25，屈屈比≤1.30。

3.根据权利要求1所述的抗震钢筋，其特征在于，所述抗震钢筋中V/N含量控制在4～6:1之间。

4.一种权利要求1-3任一所述抗震钢筋的制备方法，包括以下步骤：

1)铁水预处理、复吹转炉、LF精炼；

3)轧制：在1130℃～1230℃的温度下对钢坯进行再加热，加热时间大于60min，对再加热的钢坯进行轧制，粗轧开轧温度：1080～1150℃，精轧终轧温度：1030～1080℃，上冷床温度1000～1050℃。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中转炉冶炼操作，采用高拉补吹，终点控制目标：[C]≥0.12％，[P]％≤0.035％,[S]≤0.030％。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中LF精炼操作，全程底吹氩搅拌，出站前采用0.2MPa～0.3MPa小压力软吹，精炼软吹氩时间10min以上。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中连铸操作过程中全程保护浇铸，拉速控制在2.2～2.5m/min。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中连铸方坯断面尺寸为150mm×150mm或160mm×160mm。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中钢坯加热温度温差控制在30℃以内。