CN114686764A - 一种低松弛超高强精轧螺纹钢筋及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于螺纹钢筋生产技术领域，具体涉及一种低松弛超高强精轧螺纹钢筋的制备方法。本发明的低松弛超高强精轧螺纹钢筋，其化学成分以质量百分数计为：C 0.24％‑0.50％，Si 1.3‑2.0％，Mn 0.5％‑1.4％，V 0.07％‑0.14％，Nb0.10‑0.21％，B 0.01‑0.04％，Ni 0.1％‑0.2％，Mo 0.10％‑0.15％，Hf 0.1％‑0.2％，Zr 0.02％‑0.05％，P≤0.035％，S≤0.035％，余量为铁及不可避免的杂质，且满足关系式：0.23％≤0.55[Ni]+[Mo]+0.27[Hf]+0.1[Zr]≤0.25％。本发明提供的精轧螺纹钢筋可实现钢筋兼顾强度和韧性等力学性能的同时有效提高钢筋的耐腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明属于螺纹钢筋生产技术领域，具体涉及一种低松弛超高强精轧螺纹钢筋的制备方法。
背景技术
低松弛精轧螺纹钢筋又名低松弛预应力混凝土用螺纹钢筋，主要用于制造高强度、钢筋用螺母连接方式的混凝土制品上，如核电站、水电站、隧道、高速铁路等工程。其中以Φ25mm、Φ32mm规格需求量为最大。精轧螺纹钢筋其特点是在整根钢筋上轧有外螺纹的大直径、高精度的直条钢筋，在钢筋的任意截面都能旋上带有螺纹的连接器进行连接，或旋上螺纹帽进行锚固，具有连接锚固简便、粘着力强等特点，又因省掉焊接工艺避免了由于焊接而造成的内应力及组织不稳定等引起的断裂，该产品目前市场需求量大，产品附加值高。
然而现有精轧螺纹钢筋虽具有较优的力学性能，但耐腐蚀性较差，在腐蚀性环境中应用效果较差，为了改善钢筋的耐腐蚀性能，一般添加大量的Cr、Ni、Mo等合金元素，然而大量合金元素的添加不仅增加了生产成本，而且影响了钢筋的力学性能，因此，如何兼顾钢筋的力学性能和腐蚀性能成为一大难题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有精轧螺纹钢筋无法兼顾钢筋的力学性能和腐蚀性能的问题，从而提供一种低松弛超高强精轧螺纹钢筋及其制备方法。
本发明采取如下技术方案：
一种低松弛超高强精轧螺纹钢筋，所述钢筋的化学成分以质量百分数计为：C0.24％-0.50％，Si 1.3-2.0％，Mn 0.5％-1.4％，V 0.07％-0.14％，Nb 0.10-0.21％，B0.01-0.04％，Ni 0.1％-0.2％，Mo 0.10％-0.15％，Hf 0.1％-0.2％，Zr 0.02％-0.05％，P≤0.035％，S≤0.035％，余量为铁及不可避免的杂质，且满足关系式：0.23％≤0.55[Ni]+[Mo]+0.27[Hf]+0.1[Zr]≤0.25％，[]代表相应元素的质量分数，单位为％。
本发明还提供一种上述所述的低松弛超高强精轧螺纹钢筋的制备方法，包括如下步骤：
1)对钢水进行冶炼，连铸，得到连铸坯；
2)对连铸坯进行加热，连续轧制，空冷至820-850℃，然后再水冷至450-460℃，最后空冷至室温，得到所述钢筋。
在此需要说明的是本发明中对钢水进行冶炼的步骤为本领域的常规步骤，在此不再赘述，例如利用铁水预脱硫、转炉冶炼、AOD炉精炼、LF炉精炼对钢水进行冶炼。
优选的，所述连铸坯的化学成分以质量百分数计为：C 0.24％-0.50％，Si 1.3-2.0％，Mn 0.5％-1.4％，V 0.07％-0.14％，Nb 0.10-0.21％，B 0.01-0.04％，Ni 0.1％-0.2％，Mo 0.10％-0.15％，Hf 0.1％-0.2％，Zr 0.02％-0.05％，P≤0.035％，S≤0.035％，余量为铁及不可避免的杂质，且满足关系式：0.2％≤0.55[Ni]+[Mo]+0.27[Hf]+0.1[Zr]≤0.3％，[]代表相应元素的质量分数，单位为％。
优选的，步骤2)中所述加热温度为1130-1150℃。
优选的，连续轧制步骤中，开轧温度为1120-1140℃，终轧温度为960-1120℃。
优选的，所述螺纹钢筋的直径为25mm或32mm。
优选的，所述钢筋的屈服强度≥785MPa，抗拉强度≥980MPa。
优选的，所述钢筋的断后伸长率≥12％，最大力总伸长率≥4.5％。
优选的，在盐雾腐蚀试验中，所述钢筋的平均失重腐蚀速率为0.06～0.08g/(m2·h)。
碳在钢中含量增加，有利于提升抗拉强度，但不利于塑形，经研究当碳含量为0.24％-0.50％时，更有利于提高精轧螺纹钢的抗拉强度。
硅能溶于铁素体和奥氏体中提高螺纹钢的硬度和强度，然而当螺纹钢中硅含量过高时，将显著降低钢的塑性和韧性，本发明发现，当硅含量为1.3-2％时有利于螺纹钢性能的提升。
锰可以提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，同时又是碳化物形成元素，锰在钢中由于降低临界转变温度，起到细化珠光体的作用，也间接地起到提高珠光体钢强度的作用。
钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性，钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力，本发明发现当钒的含量为0.07-0.14％时，可以实现良好的强度和韧性以及较高抗氢腐蚀能力。
硼可以用来强化晶界的作用。Nb可以改善材料的再结晶温度，阻止奥氏体晶粒的长大，同时细化铁素体晶粒。
磷在一般情况下是钢中的有害元素，增加钢的冷脆性，塑性降低，使冷弯性能变坏，因此通常要求钢中含磷量小于0.035％，优质钢要求更低些。
硫在钢中偏析严重，恶化钢的质量，在高温下可以降低钢的塑性，是一种有害元素，它以熔点较低的FeS的形式存在。
有益效果：
本发明提供的低松弛超高强精轧螺纹钢筋，其化学成分以质量百分数计为：C0.24％-0.50％，Si 1.3-2.0％，Mn 0.5％-1.4％，V 0.07％-0.14％，Nb 0.10-0.21％，B0.01-0.04％，Ni 0.1％-0.2％，Mo 0.10％-0.15％，Hf 0.1％-0.2％，Zr 0.02％-0.05％，P≤0.035％，S≤0.035％，余量为铁及不可避免的杂质，且满足关系式：0.23％≤0.55[Ni]+[Mo]+0.27[Hf]+0.1[Zr]≤0.25％。本发明通过优化钢筋的化学成分，控制C、Si、Mn、V、Nb、B处于特定含量范围内，同时添加特定量的Ni、Mo、Hf、Zr，并控制Ni、Mo、Hf、Zr的关系为0.23％≤0.55[Ni]+[Mo]+0.27[Hf]+0.1[Zr]≤0.25％，通过控制上述特定关系配比的Ni、Mo、Hf、Zr，有利于对钢中夹杂物类型进行控制，促进晶内铁素体相变作用，细化晶粒，同时还有利于提高钢筋的致密性和耐腐蚀性能。本发明通过控制上述特定关系配比的Ni、Mo、Hf、Zr，同时配合特定量的C、Si、Mn、V、Nb、B可实现钢筋兼顾强度和韧性等力学性能的同时还可有效提高钢筋的耐腐蚀性能，经测定，本发明提供的螺纹钢筋的屈服强度≥785MPa，抗拉强度≥980MPa，断后伸长率≥12％，最大力总伸长率≥4.5％，在盐雾腐蚀试验中，所述钢筋的平均失重腐蚀速率为0.06～0.08g/(m2·h)。
进一步的，本发明提供的精轧螺纹钢筋的制备方法，连续轧制后不直接进行水冷处理，而是首先进行空冷至特定的820-850℃，然后再水冷至450-460℃，最后空冷至室温，钢筋通过空冷维持一定的奥氏体状态，然后通过水冷使表层淬成马氏体，冷却过程中由心部传出余热，使表面进行回火，形成回火马氏体，而心部转变为铁素体和珠光体，本发明通过空冷-水冷-空冷的调控，可进一步增强钢筋致密性，在提升钢筋力学性能的同时有效提升了其腐蚀性能。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明。
实施例1
本实施例提供一种低松弛超高强精轧螺纹钢筋，所述钢筋的化学成分以质量百分数计为：C 0.45％，Si 1.85％，Mn 1.4％，V 0.14％，Nb 0.15％，B 0.03％，Ni 0.12％，Mo0.15％，Hf 0.11％，Zr 0.03％，P 0.025％，S 0.025％，余量为铁及不可避免的杂质。
上述钢筋的制备方法包括如下步骤：
1)按配方比例称取各原料，熔融，冶炼，冶炼的钢水进行连铸，得到连铸坯，所述连铸坯的化学成分以质量百分数计为：C 0.45％，Si 1.85％，Mn 1.4％，V 0.14％，Nb0.15％，B 0.03％，Ni 0.12％，Mo 0.15％，Hf 0.11％，Zr 0.03％，P 0.025％，S 0.025％，余量为铁及不可避免的杂质；
2)将连铸坯在加热炉中加热至1140℃，然后进行连续轧制，开轧温度为1130℃，终轧温度为980℃，轧制后空冷至830℃，然后采用间歇式水冷方式水冷至450℃，最后空冷至室温，得到所述钢筋。
实施例2
本实施例提供一种低松弛超高强精轧螺纹钢筋，所述钢筋的化学成分以质量百分数计为：C 0.4％，Si 1.92％，Mn 1.2％，V 0.12％，Nb 0.18％，B 0.04％，Ni 0.12％，Mo0.15％，Hf 0.11％，Zr 0.03％，P 0.025％，S 0.025％，余量为铁及不可避免的杂质。
上述钢筋的制备方法包括如下步骤：
1)按配方比例称取各原料，熔融，冶炼，冶炼的钢水进行连铸，得到连铸坯，所述连铸坯的化学成分以质量百分数计为：C 0.4％，Si 1.92％，Mn 1.2％，V 0.12％，Nb 0.18％，B 0.04％，Ni 0.12％，Mo 0.15％，Hf 0.11％，Zr 0.03％，P 0.025％，S 0.025％，余量为铁及不可避免的杂质；
2)将连铸坯在加热炉中加热至1135℃，然后进行连续轧制，开轧温度为1120℃，终轧温度为960℃，轧制后空冷至850℃，然后采用间歇式水冷方式水冷至455℃，最后空冷至室温，得到所述钢筋。
实施例3
本实施例提供一种低松弛超高强精轧螺纹钢筋，所述钢筋的化学成分以质量百分数计为：C 0.25％，Si 1.4％，Mn 0.8％，V 0.1％，Nb 0.15％，B 0.02％，Ni 0.18％，Mo0.15％，Hf 0.11％，Zr 0.03％，P 0.025％，S 0.028％，余量为铁及不可避免的杂质。
上述钢筋的制备方法包括如下步骤：
1)按配方比例称取各原料，熔融，冶炼，冶炼的钢水进行连铸，得到连铸坯，所述连铸坯的化学成分以质量百分数计为：C 0.25％，Si 1.4％，Mn 0.8％，V 0.1％，Nb 0.15％，B0.02％，Ni 0.18％，Mo 0.15％，Hf 0.11％，Zr 0.03％，P 0.025％，S 0.028％，余量为铁及不可避免的杂质；
2)将连铸坯在加热炉中加热至1145℃，然后进行连续轧制，开轧温度为1125℃，终轧温度为970℃，轧制后空冷至840℃，然后采用间歇式水冷方式水冷至450℃，最后空冷至室温，得到所述钢筋。
对比例1
本对比例提供一种低松弛超高强精轧螺纹钢筋，与实施例1相比区别在于所述钢筋的化学成分以质量百分数计为：C 0.45％，Si 1.85％，Mn 1.4％，V 0.14％，Nb 0.15％，B0.03％，Ni 0.2％，Mo 0.1％，Hf 0.2％，Zr 0.02％，P 0.025％，S 0.025％，余量为铁及不可避免的杂质。
对比例2
本对比例提供一种低松弛超高强精轧螺纹钢筋，与实施例1相比区别在于所述钢筋的化学成分以质量百分数计为：C 0.45％，Si 1.85％，Mn 1.4％，V 0.14％，Nb 0.15％，B0.03％，Ni 0.3％，Mo 0.03％，Hf 0.03％，Zr 0.11％，P 0.025％，S 0.025％，余量为铁及不可避免的杂质。
对比例3
本对比例提供一种低松弛超高强精轧螺纹钢筋，与实施例1相比区别在于步骤2)中将连铸坯在加热炉中加热至1140℃，然后进行连续轧制，开轧温度为1130℃，终轧温度为980℃，轧制后采用间歇式水冷方式水冷至450℃，最后空冷至室温，得到所述钢筋。
测试例1
对上述实施例和对比例中制备得到的钢筋进行力学性能测试，测试结果如表1所示。
表1钢筋力学性能测试
测试例2
对上述实施例1和对比例中制备得到的钢筋进行盐雾腐蚀试验，具体步骤包括将测试用钢筋试样置于盐雾试验箱中，试验依照GB/T10125人造气氛腐蚀试验-盐雾腐蚀试验进行，溶液为2.0wt％NaCl水溶液，pH为6.8，溶液温度为35℃，连续试验并获取144h时的平均失重腐蚀速率，测试结果如表2所示。
表2钢筋耐腐蚀性能
上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种低松弛超高强精轧螺纹钢筋，其特征在于，所述钢筋的化学成分以质量百分数计为：C 0.24％-0.50％，Si 1.3-2.0％，Mn 0.5％-1.4％，V 0.07％-0.14％，Nb 0.10-0.21％，B 0.01-0.04％，Ni 0.1％-0.2％，Mo 0.10％-0.15％，Hf 0.1％-0.2％，Zr0.02％-0.05％，P≤0.035％，S≤0.035％，余量为铁及不可避免的杂质，且满足关系式：0.23％≤0.55[Ni]+[Mo]+0.27[Hf]+0.1[Zr]≤0.25％，[]代表相应元素的质量分数，单位为％。
2.一种权利要求1所述的低松弛超高强精轧螺纹钢筋的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)对钢水进行冶炼，连铸，得到连铸坯；
2)对连铸坯进行加热，连续轧制，空冷至820-850℃，然后再水冷至450-460℃，最后空冷至室温，得到所述钢筋。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述连铸坯的化学成分以质量百分数计为：C 0.24％-0.50％，Si 1.3-2.0％，Mn 0.5％-1.4％，V 0.07％-0.14％，Nb 0.10-0.21％，B 0.01-0.04％，Ni 0.1％-0.2％，Mo 0.10％-0.15％，Hf 0.1％-0.2％，Zr0.02％-0.05％，P≤0.035％，S≤0.035％，余量为铁及不可避免的杂质，且满足关系式：0.2％≤0.55[Ni]+[Mo]+0.27[Hf]+0.1[Zr]≤0.3％，[]代表相应元素的质量分数，单位为％。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述加热温度为1130-1150℃。
5.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，连续轧制步骤中，开轧温度为1120-1140℃，终轧温度为960-1120℃。
6.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述螺纹钢筋的直径为25mm或32mm。
7.根据权利要求2-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述钢筋的屈服强度≥785MPa，抗拉强度≥980MPa。
8.根据权利要求2-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述钢筋的断后伸长率≥12％，最大力总伸长率≥4.5％。
9.根据权利要求2-8任一项所述的制备方法，其特征在于，在盐雾腐蚀试验中，所述钢筋的平均失重腐蚀速率为0.06～0.08g/(m2·h)。
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Denomination of invention: A low relaxation ultra-high strength precision rolled threaded steel bar and its preparation method Effective date of registration: 20231212 Granted publication date: 20220913 Pledgee: Bank of Xiamen Limited by Share Ltd. Zhangzhou branch Pledgor: FUJIAN SANBAO STEEL Co.,Ltd. Registration number: Y2023980071032 |