CN115537668A

CN115537668A - 低温钢筋及其生产方法

Info

Publication number: CN115537668A
Application number: CN202211356682.0A
Authority: CN
Inventors: 杨晓伟; 张宇; 周云; 陈焕德
Original assignee: Institute Of Research Of Iron & Steel shagang jiangsu Province; Jiangsu Shagang Group Co Ltd; Zhangjiagang Rongsheng Special Steel Co Ltd
Current assignee: Institute Of Research Of Iron & Steel shagang jiangsu Province; Jiangsu Shagang Group Co Ltd; Zhangjiagang Rongsheng Special Steel Co Ltd
Priority date: 2022-11-01
Filing date: 2022-11-01
Publication date: 2022-12-30
Anticipated expiration: 2042-11-01
Also published as: CN115537668B

Abstract

本发明揭示了一种低温钢筋及其生产方法。钢筋的化学成分以质量百分比计：C 0.03～0.06％、Si 0.12～0.25％、Mn 1.65～1.85％、Ni 0.92～1.25％、Cu 0.25～0.48％、Al 0.045～0.06％、Ti 0.02～0.06％、N 0.008～0.015％，余量Fe和杂质；[Ni]+0.5[Cu]+1.5[Al]+1.2[Ti]+5[N]为1.30～1.65％，碳当量Ceq≤0.46％。本发明的钢筋在低合金成本、生产难度低的同时，又兼具优异的常温力学性能、焊接性能、低温力学性能和塑韧性，焊接接头也具有优异的常温性能和低温性能。

Description

低温钢筋及其生产方法

技术领域

本发明属于钢铁材料技术领域，具体涉及一种低温钢筋及其生产方法。

背景技术

天然气作为一种清洁能源，在目前所使用的能源体系中的占比越来越大。通常对天然气进行压缩液化以大幅提升其储运量，但液化后的天然气温度降到-165℃，常规钢混结构储罐难以满足服役要求。针对该严酷低温环境，国内外已相继开发各类液化天然气储罐用低温钢筋。

低温钢筋在实际施工过程中需要进行焊接，故需要低温钢筋除了具备优异的常温力学性能之外，还需要具备优异的焊接性能和低温力学性能；再者塑韧性直接影响了低温钢筋在生产中的难度，例如塑韧性差的低温钢筋，其在轧制中容易出现微裂纹而导致轧制难度增大。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种低温钢筋及其生产方法，其在低合金成本的同时，又兼具优异的常温力学性能、焊接性能、低温力学性能和塑韧性。

为实现上述发明目的，本发明一实施方式提供了一种低温钢筋，其化学成分以质量百分比计包括：C 0.03～0.06％、Si 0.12～0.25％、Mn 1.65～1.85％、Ni 0.92～1.25％、Cu 0.25～0.48％、Al 0.045～0.06％、Ti 0.02～0.06％、P≤0.010％、S≤0.012％、N 0.008～0.015％、O≤20ppm、H≤2ppm，其余为Fe和不可避免的杂质；并且，[Ni]+0.5[Cu]+1.5[Al]+1.2[Ti]+5[N]为1.30～1.65％，碳当量Ceq＝[C]+[Mn]/6+([Cr]+[Mo]+[V])/5+([Ni]+[Cu])/15≤0.46％，其中[C]、[Mn]、[Cr]、[Mo]、[V]、[Ni]、[Cu]、[Al]、[Ti]、[N]分别代表低温钢筋中相应元素的质量百分比。

优选地，所述低温钢筋的化学成分以质量百分比计包括：C 0.03～0.06％、Si0.12～0.18％、Mn 1.65～1.85％、Ni 0.92～1.20％、Cu 0.27～0.48％、Al 0.045～0.06％、Ti 0.03～0.06％、P≤0.010％、S≤0.012％、N 0.012～0.015％、O≤20ppm、H≤2ppm，其余为Fe和不可避免的杂质；并且，[Ni]+0.5[Cu]+1.5[Al]+1.2[Ti]+5[N]为1.30～1.60％，碳当量Ceq≤0.46％。

进一步地，所述低温钢筋的组织为多边形铁素体+贝氏体+极少量珠光体，其中的贝氏体占比≥75％、珠光体占比＜1％。

进一步地，常温下，所述钢筋的屈服强度R_p0.2为450～485MPa，抗拉强度R_m为650～685MPa，断后伸长率A为23～26％，最大力总伸长率A_gt为13～15％，强屈比R_m/R_p0.2为1.35～1.50。

进一步地，所述低温钢筋的作为母材进行焊接后，在室温拉伸试验中的断裂点形成于钢筋母材处，并且，室温下焊接接头180°冷弯无裂纹，D＝4d_dw，其中D为弯心直径，d_dw为钢筋的直径。

进一步地，所述低温钢筋的作为母材进行焊接后，焊接接头的组织为多边形铁素体+针状铁素体+粒状贝氏体，其中，多边形铁素体占比≤8％、粒状贝氏体占比≥65％。

进一步地，所述低温钢筋的所述钢筋在-165℃低温条件下，无缺口形态下的屈服强度R_p0.2≥600MPa、抗拉强度R_m≥720MPa、最大力总伸长率A_gt≥5.5％；有缺口形态下的屈服强度R_p0.2≥610MPa、抗拉强度R_m≥700MPa、最大力总伸长率A_gt≥3.5％；缺口敏感指数≥1.18，为有缺口形态下的抗拉强度R_m/无缺口形态下的屈服强度R_p0.2。

为实现上述发明目的，本发明一实施方式提供了一种低温钢筋的生产方法，其包括依序进行的铁水预处理工序、转炉冶炼工序、LF精炼工序、RH精炼工序、连铸工序和控轧控冷工序；

在LF精炼工序中，造渣时采用的造渣剂的成分按质量百分比计：Ca为45％～55％、Al为30％～40％、其余为O，控制精炼渣碱度0.8～1.2；且造渣过程全程底吹氩气进行软搅拌，氩气流量120～160L/min，软搅拌时间7-10min；

在RH精炼工序中，先进行脱氧脱氢，而后通过喂丝机按照每吨钢水0.25～0.45kg喂丝量、0.8～1.2m/s喂丝速度的方式喂入合金包芯线，包芯线的成分按质量百分比计：Al为50～55％、Si为15～20％、N为5～10％、其余为Fe；

在连铸工序中，进行全保护浇铸，凝固二冷区采用动态轻压下，压下量为2～4.5mm，压下速率为0.4～0.55mm/min，连铸拉速为0.18～0.25m/min；

在控轧控冷工序中，连铸坯在离开连铸机之后，在温度550～600℃时直接进入加热炉进行加热，均热温度为1070～1120℃；之后，加热的连铸坯在连轧机上依序进行粗轧阶段、中轧阶段、精轧第一阶段和精轧第二阶段，且各阶段的入口温度依次为960～985℃、930～955℃、850～875℃和800～825℃；最后，由连轧机轧制而成的钢筋上冷床空冷至室温，上冷床温度为500～550℃；在上冷床之前，钢筋离开连轧机之后采用穿水器进行冷却。

优选地，所述粗轧阶段和所述中轧阶段之间采用气雾冷却方式进行控温，所述中轧阶段和所述精轧第一阶段之间、所述精轧第一阶段和所述精轧第二阶段之间，分别采用穿水器进行控温。

优选地，在控轧控冷工序中，连铸坯在加热炉内1100℃以上的维持时间≤5min。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过调整Ni、Cu、Al、Ti和N的各自含量，并且通过建立Ni、Cu、Al、Ti和N的关联关系[Ni]+0.5[Cu]+1.5[Al]+1.2[Ti]+5[N]，并限定该关系式的取值，反向约束相应元素的含量，使得本实施方式在无需添加低温性能元素Cr、降低低温性能元素Ni的同时，而保证低温钢筋优异的低温性能，并且未引起低温钢筋的塑性劣化、夹杂物增多等问题；进而本发明的低温钢筋相较于其它现有低温钢筋，具有更加优异的常温性能、塑韧性、焊接性能和低温性能，且合金成本低、生产难度低。

具体实施方式

下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的介绍。

本发明一实施方式提供了一种低温钢筋，其化学成分以质量百分比计包括：C0.03～0.06％、Si 0.12～0.25％、Mn 1.65～1.85％、Ni 0.92～1.25％、Cu 0.25～0.48％、Al 0.045～0.06％、Ti 0.02～0.06％、P≤0.010％、S≤0.012％、N 0.008～0.015％、O≤20ppm、H≤2ppm，其余为Fe和不可避免的杂质；并且，[Ni]+0.5[Cu]+1.5[Al]+1.2[Ti]+5[N]限定为1.30～1.65％，碳当量Ceq＝[C]+[Mn]/6+([Cr]+[Mo]+[V])/5+([Ni]+[Cu])/15≤0.46％，其中[C]、[Mn]、[Cr]、[Mo]、[V]、[Ni]、[Cu]、[Al]、[Ti]、[N]分别代表低温钢筋中相应元素的质量百分比。

进一步优选地，所述低温钢筋的化学成分以质量百分比计包括：C0.03～0.06％、Si 0.12～0.18％、Mn 1.65～1.85％、Ni 0.92～1.20％、Cu 0.27～0.48％、Al 0.045～0.06％、Ti 0.03～0.06％、P≤0.010％、S≤0.012％、N 0.012～0.015％、O≤20ppm、H≤2ppm，其余为Fe和不可避免的杂质；并且，[Ni]+0.5[Cu]+1.5[Al]+1.2[Ti]+5[N]限定为1.30～1.60％，碳当量Ceq＝[C]+[Mn]/6+([Cr]+[Mo]+[V])/5+([Ni]+[Cu])/15≤0.46％。

下面对低温钢筋的该优选化学成分进行说明。

C：C是低廉有效的强度提升元素。但C含量过高会提升钢的冷脆性和时效敏感性，使韧脆转变温度提高，降低钢筋低温性能；同时C含量过高也会增加碳当量，恶化焊接性能。本实施方式中C为0.03～0.06％。

Si：Si起固溶强化效果，增加弹性极限和屈服极限，提高钢的强度和耐磨性。但Si含量过高会降低钢的塑性，同时影响低温韧性。本实施方式中Si为0.12～0.25％，进一步优选为0.12～0.18％。

Mn：Mn也是一种有效的固溶强化元素，能够增强钢的淬透性，降低钢的脆性指标，显著提升强度。增大Mn/C比值有助于降低韧脆转变温度，提高低温性能。但添加Mn会增加碳当量直接影响焊接性能。本实施方式中Mn为1.65～1.85％。

Ni：Ni是一种有效提升钢低温韧性的元素，能够扩大钢的奥氏体相区，强化稳定奥氏体，降低临界淬火速度，细化晶粒，显著降低钢的韧脆转变温度，同步提升塑韧性。本实施方式中Ni为0.92～1.25％，进一步优选为0.92～1.20％。

Cu：Cu的作用与Ni类似，通过在钢中固溶，扩大稳定奥氏体相区，提高淬透性，降低韧脆转变温度，可以代替一部分的Ni，但过量添加容易偏析影响塑性。Cu也会与高含量Ni形成高熔点化合物，减少热脆发生倾向。本实施方式中Cu为0.25～0.48％，进一步优选为0.27～0.48％。

Al：Al是一种有效的脱氧元素，有效减少钢中的氧含量。同时Al与适量N结合成AlN，细化晶粒组织，提升低温韧性。本实施方式中Al为0.045～0.06％。

Ti：Ti与Al类似，与适量N结合可以析出细小弥散TiN，细化晶粒从而获得较好的低温强度和韧性，但过量添加容易产生大尺寸夹杂。本实施方式中Ti含量为0.02～0.06％，进一步优选为0.03～0.06％。

N：适量的添加N可以有效发挥Al及Ti的细晶强化效果，提升低温性能。过量会产生大尺寸脆性夹杂并恶化塑韧性。本实施方式中N为0.008～0.015％，进一步优选为0.012～0.015％。

P、S：S会与Mn形成长条状MnS夹杂影响钢板塑韧性；P会在晶界偏聚，降低晶界强度，恶化低温韧性。本实施方式中限定P≤0.010％，S≤0.010％。

O、H：O容易产生大尺寸氧化物夹杂影响塑韧性并且使焊接区域产生裂纹，本实施方式中限定O≤20ppm；H会产生氢脆，尤其钢的强度越高，服役温度越低，氢脆敏感性越高，本实施方式中限定H≤2ppm。

概括来讲，本实施方式在化学成分上，一方面通过调整Ni、Cu、Al、Ti和N的各自含量，再一方面通过建立Ni、Cu、Al、Ti和N的关联关系[Ni]+0.5[Cu]+1.5[Al]+1.2[Ti]+5[N]，并限定该关系式的取值，反向约束相应元素的含量，使得本实施方式在无需添加低温性能元素Cr、降低低温性能元素Ni的同时，而保证低温钢筋优异的低温性能，并且未引起低温钢筋的塑性劣化、夹杂物增多等问题；进而本发明的低温钢筋相较于其它现有低温钢筋，具有更加优异的常温性能、塑韧性、焊接性能和低温性能，且合金成本低、生产难度低。

其中需要说明的是，元素Ni、Cu、Al、Ti和N的关联关系[Ni]+0.5[Cu]+1.5[Al]+1.2[Ti]+5[N]对低温钢筋的性能(尤其是低温性能)具有重要的影响，这是发明人首次创造性获得并提出的，在此特别定义为低温钢筋的低温性能指数LTE，即LTE＝[Ni]+0.5[Cu]+1.5[Al]+1.2[Ti]+5[N]。而且，本发明优选地限定1.30％≤[Ni]+0.5[Cu]+1.5[Al]+1.2[Ti]+5[N]≤1.65％，且进一步可以优选为1.30％～1.60％，基于此，所得低温钢筋可以在低合金成本的同时，具有意想不到地低温性能、塑性、焊接性能和常温性能，且在焊接后所得的焊接接头也具有优异的低温性能，能够满足低温钢筋的使用需求。

具体地，本发明的所述低温钢筋直径为6～40mm，其组织为多边形铁素体+贝氏体+极少量珠光体，其中的贝氏体占比≥75％、珠光体占比＜1％；常温下，钢筋的屈服强度R_p0.2为450～485MPa，抗拉强度R_m为650～685MPa，断后伸长率A为23～26％，最大力总伸长率A_gt为13～15％，强屈比R_m/R_p0.2为1.35～1.50；在-165℃低温条件下，无缺口形态下的屈服强度R_p0.2≥600MPa、抗拉强度R_m≥720MPa、最大力总伸长率A_gt≥5.5％；有缺口形态下的屈服强度R_p0.2≥610MPa、抗拉强度R_m≥700MPa、最大力总伸长率A_gt≥3.5％；缺口敏感指数≥1.18，为有缺口形态下的抗拉强度R_m/无缺口形态下的屈服强度R_p0.2。

并且，在以本发明所述低温钢筋作为母材进行焊接时，所得的焊接接头组织优异，为多边形铁素体+针状铁素体+粒状贝氏体，其中的多边形铁素体占比≤8％、粒状贝氏体占比≥65％；并且，所得焊接接头冷却至室温后进行性能测试，在室温拉伸试验中的断裂点形成于钢筋母材处，并且，室温下焊接接头180°冷弯无裂纹，D＝4d_dw，其中D为弯心直径，d_dw为钢筋的直径。

进一步地，本实施方式还提供了上述低温钢筋的优选生产方法，而需要说明的是，前述低温钢筋还可以采用除本生产方法之外的其它现有工艺制备而成，本生产方法相较于现有生产工艺存在优势。

本实施方式中，所述生产方法包括依序进行的铁水预处理工序、转炉冶炼工序、LF精炼工序、RH精炼工序、连铸工序和控轧控冷工序，下面分别对各个工序进行详细介绍。

(1)铁水预处理工序

对高炉铁水进行脱硫预处理，预处理后铁水的脱硫渣扒渣率≥98％。预处理前，铁水化学成分含量以质量百分比计：Si≤0.10％，P≤0.12％。预处理后的铁水温度≥1385℃，铁水中S含量以质量百分比计≤0.005％。

(2)转炉冶炼工序

预处理后的铁水进入转炉进行吹氧冶炼，冶炼终点C≤0.03％、P≤0.08％、Si≤0.05％。转炉出钢温度1610～1625℃，出钢前对钢包进行氮气或氩气吹扫，减少钢水吸氧。出钢1/4时加入锰铁合金、镍板、铜块，出钢1/2时加入钛铁合金。

(3)LF精炼工序

转炉所出的钢水进入LF站后，按照每吨钢水添加5.5～8.5kg碱性造渣剂的方式进行造渣。其中，所述造渣剂的成分按质量百分比计：Ca为45％～55％、Al为30％～40％、其余为O。控制精炼渣碱度0.8～1.2，成分主要为CaO和Al₂O₃，如此，既能利于倒渣又能保护耐材。造渣过程全程底吹氩气进行软搅拌，氩气流量120～160L/min，软搅拌时间7-10min，从而最大程度地使夹杂物上浮，提升钢水洁净度。

软搅拌后通电升温并取样检测补加合金，控制LF精炼出钢为1565～1590℃，且所出钢水中Si元素按质量百分比计≤0.08％。

(4)RH精炼工序

LF精炼所出的钢水进入RH炉进行精炼。

具体地，先进行氩气循环脱氧脱氢，控制真空度≤1.5mbar，静循环时间≥15min，控制H≤0.00016％，O≤0.0015％。

随后，通过喂丝机按照每吨钢水0.25～0.45kg喂丝量、0.8～1.2m/s喂丝速度的方式喂入合金包芯线，包芯线直径为6-8mm，且该包芯线由铝粒和氮化硅铁制备而成，其成分按质量百分比计：Al为50～55％、Si为15～20％、N为5～10％、其余为Fe。如此，在RH脱氧脱氢之后，通过喂包芯线方式添加Al并且调控Si和N含量，可以大大减少Al₂O₃-SiO₂系夹杂，提高Al的收得率，精准控制N含量。

最后，破真空出钢，RH出钢温度为1555～1580℃。

(5)连铸工序

将RH精炼所出的钢水采用连铸坯制成横截面尺寸为150×150mm的连铸坯。在连铸过程中进行全保护浇铸，具体例如——采用大包长水口及氩封、碱性中间包覆盖剂、浸入式水口、低碳保护渣等保护方式。凝固二冷区采用动态轻压下，压下量为2～4.5mm，压下速率为0.4～0.55mm/min。连铸拉速为0.18～0.25m/min，如此，可以防止Cu、Al、Ti元素在心部和1/4处偏析形成微裂纹，进而避免后续控轧过程中发生开裂。

(6)控轧控冷工序

首先，连铸坯在离开连铸机之后，在温度550～600℃时(也即连铸坯尚未降至550℃以下时)直接进入加热炉进行加热。加热过程中控制均热温度为1070～1120℃、加热总时间为40～55min、且1100℃以上的维持时间≤5min。如此，一方面，连铸坯带温(例如，所述的550～600℃)进入加热炉，可以减少冷坯连铸裂纹，提高钢筋成品的表面质量，同时提升作业率；再一方面，加热总时间短且均热温度较低，可以防止富铜相在钢坯内部发生部分熔化，进而减少开裂。

随后，连铸坯在离开加热炉之后，进入连轧机进行控制轧制。控制轧制过程包括粗轧阶段、中轧阶段、精轧第一阶段和精轧第二阶段，控制轧制过程的开轧温度为960～985℃(也即粗轧阶段的入口温度为960～985℃)，中轧阶段的入口温度为930～955℃，精轧第一阶段的入口温度为850～875℃，精轧第二阶段的入口温度为800～825℃。如此，本实施方式的控制轧制过程采用梯度降温轧制方式，可以提升轧制力、增强加工硬化，并且通过精轧过程(包括精轧第一阶段和精轧第二阶段)处于非再结晶区，充分细化铁素体的同时通过形变诱导效果，以充分发挥出AlN和TiN的细晶强化作用。

其中优选地，粗轧阶段包括由1～8#轧机所界定的8道次粗轧，中轧阶段包括由9～12#轧机所界定的4道次中轧，精轧第一阶段包括由13～14#轧机所界定的2道次精轧，精轧第二阶段包括由15～18#轧机所界定的4道次精轧；当然，可以理解的，各个阶段的道次数不限定于该优选设计。另外，所述粗轧阶段和所述中轧阶段之间采用气雾冷却方式进行控温，例如，8#轧机和9#轧机之间设置气雾冷却装置，在轧件离开8#轧机、进入9#轧机之前，利用该气雾冷却装置进行控温；再者，所述中轧阶段和所述精轧第一阶段之间、所述精轧第一阶段和所述精轧第二阶段之间，分别采用穿水器进行控温，例如，12#轧机和13#轧机之间设置第一穿水器，在轧件离开12#轧机、进入13#轧机之前利用第一穿水器进行控温，14#轧机和15#轧机之间设置第二穿水器，在轧件离开14#轧机、进入15#轧机之前利用第二穿水器进行控温。

一实施方式中，经由连轧机轧制而成的钢筋直径6～40mm。

最后，将经由连轧机轧制而成的钢筋上冷床空冷至室温，上冷床温度为500～550℃；在上冷床之前，钢筋离开连轧机之后采用穿水器进行冷却。具体例如，在连轧机(例如18#轧机)之后设置第三穿水器，钢筋离开连轧机(例如出18#轧机)之后利用第三穿水器快速冷却至500～550℃，而后上冷床。如此，精轧之后强穿水使钢筋迅速穿过珠光体相变区进入贝氏体相变区，使形变奥氏体充分相变成贝氏体获得理想组织，从而在低碳低硅的成分前提下，能够获得理想钢筋组织，进而使得所得低温钢筋的强度优异。

再进一步地，本发明一实施方式还提供一种上述低温钢筋的闪光对焊方法。所述闪光对焊方法具体包括依序进行的预处理工序、装夹工序、预热工序、焊接工序和冷却工序。下面对各个工序分别进行详细说明。

(1)预处理工序

对低温钢筋的待焊端部的表面进行打磨。如此，通过打磨使得待焊端部的表面上的氧化皮和浮锈去除，从而防止氧化物所引起的氧超标，进而避免最终所得的焊接接头出现微裂纹而影响低温性能。

其中，所述的表面包括待焊端部的端面以及自端面开始的一定长度的圆周面。优选地，所述的一定长度控制在25～40mm，也即，所打磨的待焊端部的长度为25～40mm。进一步优选地，所述的一定长度不小于后文所述的待焊端部处于感应线圈加热范围内的长度L，如此，使得待焊端部处于感应线圈加热范围内的区域都在该预处理工序中得到了打磨。

(2)装夹工序

将打磨后的待焊端部穿过闪光对焊机的感应线圈、装夹在电极上；可理解的，闪光对焊机具有成对设置的电极，两个待焊端部分别装夹在一对电极中的其中一个上。

装夹完成后，两个待焊端部的端面之间的间隙d控制在2～5mm，每个待焊端部处于感应线圈加热范围内的长度L控制在20～30mm，两个电极的间距大于2L+d，如此在后续工序中利用感应线圈进行加热时，可避免电极受热损坏。

优选地，所述的两个电极的间距控制在50～80mm。

(3)预热工序

利用感应线圈加热的方式，在15～30s内将待焊端部预热至800～880℃。也即，开启闪光对焊机的感应线圈来对待焊端部进行加热，使得待焊端部在15～30s内从常温快速地升温到800～880℃，而后控制感应线圈结束加热(即预热工序结束而进入下一个焊接工序)。如此，一方面，可以保证合金元素完全固溶，另一方面，预热时长(比如上述的，15～30s)较短，以使得待焊端部的内部组织可控，进而利于最终焊接接头的性能。

在预热期间，对待焊端部以流量5～10mL/s维持氩气气氛，从而减少待焊端部受热后发生氧化的几率，进一步保证最终焊接接头的性能。

(4)焊接工序

如前文所述，预热完成(即待焊端部达到800～880℃)后控制感应线圈结束加热，开启闪光对焊机进入焊接过程。该焊接过程包括依次连续进行的闪光阶段和压力顶锻阶段这两个阶段。

首先，在闪光阶段，闪光对焊机按照预设的闪光参数来进行，使待焊端部从800～880℃达到半熔融状态。所述的闪光参数包括闪光热量为(0.2～0.5)kJ/mm²×S_dw+Q_f、闪光距离为(0.8～1.2)×d_dw+d、闪光时间8～15s，闪光热量中的S_dw为待焊端部的截面积，Q_f为浮动热量，d_dw为钢筋的直径。

其中，关于Q_f的设置具有多种选择。在优选实施方式中，Q_f的设置与碳当量Ceq相关联，具体地，例如前述，所述低温钢筋的碳当量Ceq≤0.46％，则：当Ceq≤0.40％时，Q_f＝1～5kJ；当0.40％＜Ceq≤0.44％时，Q_f＝5～15kJ；当0.44％＜Ceq≤0.46％时，Q_f＝15～40kJ，当然，Q_f的设置不限于该优选实施方式。

如前所述，d_dw为钢筋的直径，例如，所述低温钢筋的直径为6～40mm。

再者，如上设置的闪光参数，能够实现待焊端部在很短时间内(例如，闪光时间为8～15s)就可以达到半熔融状态，满足后续熔合的需要，同时还能避免氧化、提升最终所得焊接接头的性能。

接下来，在压力顶锻阶段，闪光对焊机按照预设的压力顶锻参数来进行，使得两个待焊端部熔合在一起，也即焊接在一起。所述的压力顶锻参数包括顶锻应力为105～150MPa、顶锻时间≤0.8s。

另外，在整个焊接过程中，全程以流量12～18mL/s维持氩气气氛，从而减少待焊端部发生氧化的几率，进一步保证最终焊接接头的性能。

(5)冷却工序

结束压力顶锻之后，即进入该冷却工序，概括来讲，整个冷却工序分为三个阶段：第一阶段，先以流量45～60mL/s维持氩气气氛(也即将氩气流量从焊接过程时的12～18mL/s升高至45～60mL/s)，控制所得的焊接接头以10～15℃/s的冷却速率降温至600～650℃，该第一阶段为快速降温阶段，可以实现减小铁素体相变、减少表面氧化的效果；第二阶段，以流量5～10mL/s维持氩气气氛(也即将氩气流量从第一阶段的45～60mL/s降低为5～10mL/s)，第二阶段期间利用感应线圈加热的方式控制焊接接头维持530～560℃并保持300～480s，也就是说，在第二阶段降温过程中，当焊接接头降温至560℃时，利用感应线圈来控制焊接接头在温度区间530～560℃内保持300～480s，如此，使得焊接接头充分相变而获得理想的粒状贝氏体组织，进而保证最终焊接接头的性能；第三阶段，在焊接接头的温度降低至530℃以下时，控制焊接接头以0.2～0.5℃/s的冷却速率降温至室温，如此，通过该保温阶段可以使得顶锻熔合的内应力得到充分释放。

该工序的第三阶段中，控制焊接接头缓慢降温至室温的方式有多种，在优选实施方式中，具体可以使感应线圈结束加热、停止氩气并加保温罩，如此来控制焊接接头以0.2～0.5℃/s的冷却速率降温至室温。当然，具体实现方式不限于此。

与现有技术相比，本发明的闪光对焊方法，一方面，低温钢筋的传统焊接技术是电弧焊或气保焊，由于低温钢筋对焊接接头的低温性能方面的要求，闪光对焊技术在低温钢筋的焊接加工上是首次披露，该闪光对焊技术可以保证低温钢筋的焊接接头的优异低温性能，例如，采用该闪光对焊技术以前述低温钢筋为母材进行焊接，所得的焊接接头组织优异，为多边形铁素体+针状铁素体+粒状贝氏体，其中的多边形铁素体占比≤8％、粒状贝氏体占比≥65％，进而保证具有优异的常温性能及低温性能，例如，所焊接的两根低温钢筋在室温拉伸试验中的断裂点形成于钢筋母材处，并且，室温下的焊接接头冷弯性能180°时D＝4d_dw，外观无裂纹，其中D为弯心直径；再一方面，本发明的闪光对焊技术还可以相较于电弧焊或气保焊具有更大的优势，具体地，该方法在低温钢筋装夹在闪光对焊机上之后，直至焊接完成并冷却至室温，可以全程自动化连续作业，无需如现有技术一样在装夹之前或焊接完成后进行额外的离线热处理(即无需从闪光对焊机上卸下钢筋)，即可保证焊接接头优异的低温性能和常温性能，整体过程步骤少、时间短、效率高。

上文所列出的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

下面提供本发明的若干实施例来对本发明的技术方案进一步说明。当然，这些实施例仅为本发明所含众多变化实施例中的优选地一部分，而非全部。

在此示出低温钢筋的实施例A1～G1，这些低温钢筋均是按照本发明之前述实施方式的技术方案予以实施，例如其化学成分符合本发明一实施方式的设计，并采用本发明一实施方式的生产方法生产而成(当然，这些钢筋的生产方法不限于本发明)。参下表1至表3，表1示出了实施例A1～G1的低温钢筋的化学成分，表2示出了实施例A1～G1的低温钢筋的规格(即直径)、显微组织和常温力学性能，表3示出了实施例A1～G1的低温钢筋的低温力学性能。

[表1]

[表2]

[表3]

通过以上实施例可以看出，本发明的低温钢筋具有优异的组织、低温性能、和常温性能，另外还具有优异的塑韧性，并且其合金成本低、生产成本低、生产效率高且难度低。

进一步地，以前述实施例A1～G1的低温钢筋为母材进行的焊接试验，所得试验例A2～G2和A3、A4分别如表4所示，具体地，表4中示出了各试验例所采用的母材(即标引表1中的实施例)、所用焊接技术、所得焊接接头的显微组织和室温下的性能检测结果；另外，参表5，还示出了试验例A2～G2所得焊接接头的低温力学性能。

[表4]

[表5]

从表4和表5可以看出，试验例A2～G2采用了本发明所提供的闪光对焊方法进行焊接，而试验例A3和A4则采用了现有已知的电弧焊和气保焊进行焊接，本发明的低温钢筋的焊接性能优异，焊接接头满足低温钢筋在焊接后的应用要求；并且，本发明的闪光对焊方法作为业内首次披露的、适用于低温钢筋的闪光对焊技术，其所得焊接接头具有优异的显微组织，且常温拉伸性能、冷弯性能以及低温力学性能均十分优异，同样满足低温钢筋在焊接后的应用要求，另外还具有全程自动化连续作业、整体过程步骤少、时间短、效率高等优势。

Claims

1.一种低温钢筋，其特征在于，其化学成分以质量百分比计包括：C0.03～0.06％、Si0.12～0.25％、Mn 1.65～1.85％、Ni 0.92～1.25％、Cu 0.25～0.48％、Al 0.045～0.06％、Ti 0.02～0.06％、P≤0.010％、S≤0.012％、N 0.008～0.015％、O≤20ppm、H≤2ppm，其余为Fe和不可避免的杂质；并且，[Ni]+0.5[Cu]+1.5[Al]+1.2[Ti]+5[N]为1.30～1.65％，碳当量Ceq＝[C]+[Mn]/6+([Cr]+[Mo]+[V])/5+([Ni]+[Cu])/15≤0.46％，其中[C]、[Mn]、[Cr]、[Mo]、[V]、[Ni]、[Cu]、[Al]、[Ti]、[N]分别代表低温钢筋中相应元素的质量百分比。

2.根据权利要求1所述的低温钢筋，其特征在于，其化学成分以质量百分比计包括：C0.03～0.06％、Si 0.12～0.18％、Mn 1.65～1.85％、Ni 0.92～1.20％、Cu0.27～0.48％、Al 0.045～0.06％、Ti 0.03～0.06％、P≤0.010％、S≤0.012％、N0.012～0.015％、O≤20ppm、H≤2ppm，其余为Fe和不可避免的杂质；并且，[Ni]+0.5[Cu]+1.5[Al]+1.2[Ti]+5[N]为1.30～1.60％，碳当量Ceq≤0.46％。

3.根据权利要求1所述的低温钢筋，其特征在于，其组织为多边形铁素体+贝氏体+极少量珠光体，其中的贝氏体占比≥75％、珠光体占比＜1％。

4.根据权利要求1所述的低温钢筋，其特征在于，常温下，所述钢筋的屈服强度R_p0.2为450～485MPa，抗拉强度R_m为650～685MPa，断后伸长率A为23～26％，最大力总伸长率A_gt为13～15％，强屈比R_m/R_p0.2为1.35～1.50。

5.根据权利要求1所述的低温钢筋，其特征在于，所述钢筋作为母材进行焊接后，在室温拉伸试验中的断裂点形成于钢筋母材处，并且，室温下焊接接头180°冷弯无裂纹，D＝4d_dw，其中D为弯心直径，d_dw为钢筋的直径。

6.根据权利要求1所述的低温钢筋，其特征在于，所述钢筋作为母材进行焊接后，焊接接头的组织为多边形铁素体+针状铁素体+粒状贝氏体，其中，多边形铁素体占比≤8％、粒状贝氏体占比≥65％。

7.根据权利要求1所述的低温钢筋，其特征在于，所述钢筋在-165℃低温条件下，无缺口形态下的屈服强度R_p0.2≥600MPa、抗拉强度R_m≥720MPa、最大力总伸长率A_gt≥5.5％；有缺口形态下的屈服强度R_p0.2≥610MPa、抗拉强度R_m≥700MPa、最大力总伸长率A_gt≥3.5％；缺口敏感指数≥1.18，为有缺口形态下的抗拉强度R_m/无缺口形态下的屈服强度R_p0.2。

8.一种权利要求1至7任一项所述的低温钢筋的生产方法，其特征在于，包括依序进行的铁水预处理工序、转炉冶炼工序、LF精炼工序、RH精炼工序、连铸工序和控轧控冷工序；

9.根据权利要求8所述的低温钢筋的生产方法，其特征在于，所述粗轧阶段和所述中轧阶段之间采用气雾冷却方式进行控温，所述中轧阶段和所述精轧第一阶段之间、所述精轧第一阶段和所述精轧第二阶段之间，分别采用穿水器进行控温。

10.根据权利要求8所述的低温钢筋的生产方法，其特征在于，在控轧控冷工序中，连铸坯在加热炉内1100℃以上的维持时间≤5min。