一种高强屈比的高强抗震钢筋的制造方法与流程

1.本发明属于高强钢筋技术领域，具体涉及一种高强屈比的高强抗震钢筋的制造方法。


背景技术：

2.高强度化是我国钢筋品种发展主要方向。高强度钢筋作为建筑用重要材料之一，其强度等级和质量水平对节约资源、降低能耗有着直接影响。在建筑中使用高强度钢筋，既可以降低钢材消耗，同时又可以提高建筑物的质量和安全可靠性；例如500mpa级替代400mpa级可减少用钢量约14％，600mpa级替代500mpa级可减少用钢量约8％，对减少铁矿石资源消耗，降低二氧化碳排放等都具有十分重要的意义。
3.在钢筋向高强度发展的同时，也越来越注重钢筋的抗震性能。国家地震局将部分强地震带房屋建筑的抗震级别由7级提高到9级。地震灾后恢复重建条例明确了房屋建筑的抗震要求，同时也提高了对建筑用抗震钢筋的要求。国家建设部提出，重大建设工程、高层住宅建筑等必须采用抗震钢筋。国家质检总局和国家标准化委员会共同发布的gb1499.2钢筋混凝土用钢筋标准，明确了有较高要求的抗震结构的钢筋应具有较高的强塑性，其中一个重要体现指标就是实测抗拉强度与实测屈服强度之比(强屈比)不小于1.25。
4.国外对建筑钢筋的抗震性也是高度关注，并在一些建筑设计规范中作了相关规定，如《新西兰抗震设计规范》、《日本新抗震设计法》、《美国建筑物抗震设计暂行条件》、《罗马尼亚工业与民用建筑抗震设计规范》、《ceb-fip混凝土结构抗震规范》、《以色列建筑物特殊荷载(地震)规范》等。对建筑钢筋抗震性要求的一大共同点是要求强屈比较高。
5.目前高强度钢筋通常采用细晶强化的方式来提高屈服强度和抗拉强度，但细晶强化提高屈服强度的比例要高于抗拉强度，这就导致高强度钢筋强屈比达不到抗震钢筋的标准要求，这种现象在越高强度的钢筋中越是明显，影响了高强钢筋的生产和应用，是本领域面临的技术难题。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种高强屈比的高强抗震钢筋的制造方法，通过合理的成分设计，以及对钢坯加热和轧制工艺的控制，在提升屈服强度的同时提升抗拉强度，获得高强屈比的高强抗震钢筋。
7.为解决本发明所提出的技术问题，本发明提供一种高强屈比的高强抗震钢筋的制造方法，包括以下步骤：
8.1)冶炼铸坯：钢水经转炉冶炼和连铸浇注成钢坯；
9.2)钢坯加热：钢坯进入加热炉进行预热段、加热段和均热段三段式加热；
10.3)粗轧：加热后的钢坯进入粗轧机组进行粗轧；
11.4)精轧：粗轧后的轧件经穿水冷却，进入精轧机组进行精轧；
12.5)冷却：精轧后的轧件经多级控冷水箱冷却，然后进行倍尺剪切，最后上冷床冷
却，得到高强屈比的高强抗震钢筋。
13.上述方案中，所述预热段的温度为600-800℃，加热速度为20-30℃/min。
14.上述方案中，所述加热段的温度为1140-1180℃，加热速度为40-60℃/min。
15.上述方案中，所述均热段的温度为1120-1160℃，保温时间≥30min。
16.上述方案中，所述钢坯的总加热时间为70-90min，并根据钢坯进入加热炉时的温度控制，钢坯进炉温度≤500℃时，总加热时间为80-90min；钢坯进炉温度＞500℃时，总加热时间为70-80min。
17.上述方案中，所述钢坯进入粗轧机组时的温度为1040-1080℃。
18.上述方案中，所述穿水冷却的冷却速度为100-150℃/s。
19.上述方案中，所述轧件进精轧机组时的温度为950-1000℃。
20.上述方案中，所述轧件出精轧机组的线速度≤35m/s，并根据轧件规格控制，规格为φ12-16mm的轧件线速度为20-35m/s，规格为φ18-22mm的轧件线速度为10-15m/s，规格为φ25-40mm的轧件线速度为5-8m/s。
21.上述方案中，所述多级控冷水箱冷却的冷却速度为10-30℃/s。
22.上述方案中，所述轧件上冷床温度为950-1000℃。
23.上述方案中，所述高强屈比的高强抗震钢筋的化学成分及重量百分比含量为：c：0.25-0.30％，si：0.25-0.45％，mn：1.20-1.40％，p：≤0.045％，s：≤0.045％，cr：0.05-0.40％，cu：≤0.20％，ni：≤0.20％，mo：≤0.05％，al：≤0.015％，v：0.06-0.13％，n：0.0130-0.0230％，且v/n≥4.5，其余为铁和不可避免的夹杂。
24.上述方案中，所述高强屈比的高强抗震钢筋的碳当量cev为0.50-0.57％，其中，cev＝c+mn/6+(cr+mo+v)/5+(cu+ni)/15，c、mn、cr、mo、v、cu、ni为各元素的质量百分含量。
25.上述方案中，所述高强屈比的高强抗震钢筋的屈服强度为620-700mpa，抗拉强度为780-900mpa，强屈比为1.26-1.29。
26.上述方案中，所述高强屈比的高强抗震钢筋的显微组织为铁素体和珠光体，其中珠光体的体积占比为45-55％。
27.上述方案中，所述高强屈比的高强抗震钢筋的规格为φ12-40mm。
28.本发明技术方案主要依据以下技术原理：
29.通过c成分合理控制钢中铁素体(软相组织)与珠光体(硬相组织)比例；高强抗震钢筋的组织主要为铁素体和珠光体组织，其屈服强度取决于钢中铁素体的屈服强度，而抗拉强度取决于钢中的珠光体抗拉强度，因此，通过c成分使钢中珠光体硬相组织比例达到45-50％，有利于大幅提高高强抗震钢筋的强屈比。
30.同时，从钢的强化机理来看，c、si、mn元素在钢中的强化作用主要为固溶强化，固溶强化效果虽然远低于沉淀强化的效果，但是固溶强化对抗拉强度的提高幅度较大；从钢的组织上看，高强抗震钢筋属于亚共析钢，c、mn元素含量的提高皆有利于提高珠光体的转变，珠光体有着良好的综合性能，能大度提高钢筋的抗拉强度。si能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度，其作用仅次于磷，较锰、镍、铬、钨、钼和钒等元素强。因此，适当提高钢中si元素含量有利于钢筋的固溶强化，提高抗拉强度和强屈比。
31.ni是强化铁素体并细化和增多珠光体含量元素，可提高高强钢筋的疲劳性能，同时减少缺口敏感性，因此，钢种在高强钢种添加适量的ni，在提高强度的同时提高强屈比和
疲劳性能。
32.析出强化是高强钢的重要强化方式，本发明中添加适量的v、n使其以vn、vc、v(c、n)等析出相的形式在钢中析出，起到提高钢的屈服强度和抗拉强度作用。由于v在奥氏体中有较大的溶解度，且随含量的增加，其固溶温度增加，需要采用高温长时间加热的工艺，保证vn、vc、v(c、n)在奥氏体中充分固溶，为后期轧制形变析出及轧后沉淀析出创造条件。因此，本发明采用合适的v、n含量及高温加热工艺，即保证足够的析出强化效果，又避免过多的析出相使晶粒细化导致屈服强度提高幅度大于抗拉强度，而降低强屈比。但由于钢坯含有较高的c、mn、cr、v、n，这些元素导致钢的加热脆性转变温度降低，因此，需严格控制钢坯的加热温度和加热速度，在预热段避免过快的加热速度导致钢坯应力过大而产生裂纹，而在脆性转变温度以上，可以通过快速加热提高加热效率，降低能耗。同时，钢筋形变速率也对高强抗震钢筋强屈比有重要影响，通过控制不同规格轧制速度来控制高强抗震的形变速率，避免奥氏体晶粒细化，有利于提高高强抗震钢筋的强屈比。
33.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
34.本发明通过合理的成分设计，以及对钢坯加热和轧制工艺的控制，在提升屈服强度的同时提升抗拉强度，获得高强屈比的高强抗震钢筋，其屈服强度为620-700mpa，抗拉强度为780-900mpa，强屈比为1.26-1.29。
具体实施方式
35.为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
36.实施例1
37.实施例1制备高强屈比的高强抗震钢筋，其化学成分及重量百分比含量为：c：0.25％，si：0.45％，mn：1.40％，p：0.025％，s：0.015％，cr：0.28％，cu：0.04％，ni：0.05％，mo：0.001％，al：0.005％，v：0.12％，n：0.021％，v/n为5.7，cev为0.57％，其余为铁和不可避免的夹杂。
38.实施例1高强屈比的高强抗震钢筋的制造方法，包括以下步骤：
39.1)冶炼铸坯：钢水经转炉冶炼和连铸浇注成钢坯；
40.2)钢坯加热：钢坯通过热送热装以550℃进入步进梁式加热炉进行三段式加热，预热段温度800℃，加热速度30℃/min；加热段温度1140℃，加热速度40℃/min；均热段温度1120℃，保温时间40min；总加热时间75min；
41.3)粗轧：加热后的钢坯进粗轧机组进行粗轧，进粗轧机组时温度1040℃；
42.4)精轧：粗轧后的轧件经穿水冷却，冷却速度为150℃/s，进精轧机组进行精轧，进精轧机组时的温度为950℃；轧件出精轧机组时规格为直径φ12mm，出精轧机组线速度为32m/s；
43.5)冷却：精轧后的轧件经多级控冷水箱冷却，冷却速度30℃/s，然后倍尺剪切，最后上冷床冷却，上冷床温度1000℃，得到高强屈比的高强抗震钢筋。
44.实施例2
45.实施例2制备高强屈比的高强抗震钢筋，其化学成分及重量百分比含量为：c：0.28％，si：0.35％，mn：1.20％，p：0.03％，s：0.017％，cr：0.15％，cu：0.05％，ni：0.04％，
mo：0.003％，al：0.007％，v：0.10％，n：0.018％，v/n为5.6，cev为0.54％，其余为铁和不可避免的夹杂。
46.实施例2高强屈比的高强抗震钢筋的制造方法，包括以下步骤：
47.1)冶炼铸坯：钢水经转炉冶炼和连铸浇注成钢坯；
48.2)钢坯加热：钢坯通过热送热装以400℃进入步进梁式加热炉进行三段式加热，预热段温度650℃，加热速度25℃/min；加热段温度1160℃，加热速度60℃/min；均热段温度1140℃，保温时间55min；总加热时间85min；
49.3)粗轧：加热后的钢坯进粗轧机组进行粗轧，进粗轧机组时温度1050℃；
50.4)精轧：粗轧后的轧件经穿水冷却，冷却速度为145℃/s，进精轧机组进行精轧，进精轧机组时的温度为980℃；轧件出精轧机组时规格为直径φ18mm，出精轧机组线速度为10m/s；
51.5)冷却：精轧后的轧件经多级控冷水箱冷却，冷却速度26℃/s，然后倍尺剪切，最后上冷床冷却，上冷床温度980℃，得到高强屈比的高强抗震钢筋。
52.实施例3
53.实施例3制备高强屈比的高强抗震钢筋，其化学成分及重量百分比含量为：c：0.26％，si：0.4％，mn：1.30％，p：0.021％，s：0.017％，cr：0.3％，cu：0.05％，ni：0.04％，mo：0.002％，al：0.004％，v：0.13％，n：0.023％，v/n为5.7，cev为0.57％，其余为铁和不可避免的夹杂。
54.实施例3高强屈比的高强抗震钢筋的制造方法，包括以下步骤：
55.1)冶炼铸坯：钢水经转炉冶炼和连铸浇注成钢坯；
56.2)钢坯加热：钢坯通过热送热装以550℃进入步进梁式加热炉进行三段式加热，预热段温度750℃，加热速度28℃/min；加热段温度1180℃，加热速度55℃/min；均热段温度1160℃，保温时间50min；总加热时间72min；
57.3)粗轧：加热后的钢坯进粗轧机组进行粗轧，进粗轧机组时温度1060℃；
58.4)精轧：粗轧后的轧件经穿水冷却，冷却速度为140℃/s，进精轧机组进行精轧，进精轧机组时的温度为960℃；轧件出精轧机组时规格为直径φ32mm，出精轧机组线速度为6.5m/s；
59.5)冷却：精轧后的轧件经多级控冷水箱冷却，冷却速度15℃/s，然后倍尺剪切，最后上冷床冷却，上冷床温度950℃，得到高强屈比的高强抗震钢筋。
60.实施例4
61.实施例4制备高强屈比的高强抗震钢筋，其化学成分及重量百分比含量为：c：0.3％，si：0.25％，mn：1.25％，p：0.024％，s：0.01％，cr：0.15％，cu：0.04％，ni：0.05％，mo：0.004％，al：0.005％，v：0.06％，n：0.013％，v/n为4.6，cev为0.56％，其余为铁和不可避免的夹杂。
62.实施例4高强屈比的高强抗震钢筋的制造方法，包括以下步骤：
63.1)冶炼铸坯：钢水经转炉冶炼和连铸浇注成钢坯；
64.2)钢坯加热：钢坯通过热送热装以580℃进入步进梁式加热炉进行三段式加热，预热段温度780℃，加热速度25℃/min；加热段温度1160℃，加热速度50℃/min；均热段温度1150℃，保温时间35min；总加热时间70min；
65.3)粗轧：加热后的钢坯进粗轧机组进行粗轧，进粗轧机组时温度1080℃；
66.4)精轧：粗轧后的轧件经穿水冷却，冷却速度为135℃/s，进精轧机组进行精轧，进精轧机组时的温度为980℃；轧件出精轧机组时规格为直径φ28mm，出精轧机组线速度为7.5m/s；
67.5)冷却：精轧后的轧件经多级控冷水箱冷却，冷却速度16℃/s，然后倍尺剪切，最后上冷床冷却，上冷床温度960℃，得到高强屈比的高强抗震钢筋。
68.实施例5
69.实施例5制备高强屈比的高强抗震钢筋，其化学成分及重量百分比含量为：c：0.265％，si：0.38％，mn：1.21％，p：0.028％，s：0.02％，cr：0.4％，cu：0.07％，ni：0.02％，mo：0.001％，al：0.001％，v：0.11％，n：0.018％，v/n为6.1，cev为0.57％，其余为铁和不可避免的夹杂。
70.实施例5高强屈比的高强抗震钢筋的制造方法，包括以下步骤：
71.1)冶炼铸坯：钢水经转炉冶炼和连铸浇注成钢坯；
72.2)钢坯加热：钢坯通过热送热装以520℃进入步进梁式加热炉进行三段式加热，预热段温度680℃，加热速度22℃/min；加热段温度1150℃，加热速度50℃/min；均热段温度1130℃，保温时间40min；总加热时间77min；
73.3)粗轧：加热后的钢坯进粗轧机组进行粗轧，进粗轧机组时温度1060℃；
74.4)精轧：粗轧后的轧件经穿水冷却，冷却速度为115℃/s，进精轧机组进行精轧，进精轧机组时的温度为970℃；轧件出精轧机组时规格为直径φ20mm，出精轧机组线速度为10.5m/s；
75.5)冷却：精轧后的轧件经多级控冷水箱冷却，冷却速度15℃/s，然后倍尺剪切，最后上冷床冷却，上冷床温度950℃，得到高强屈比的高强抗震钢筋。
76.实施例6
77.实施例6制备高强屈比的高强抗震钢筋，其化学成分及重量百分比含量为：c：0.26％，si：0.4％，mn：1.38％，p：0.017％，s：0.01％，cr：0.05％，cu：0.03％，ni：0.05％，mo：0.004％，al：0.006％，v：0.095％，n：0.018％，v/n为5.3，cev为0.53％，其余为铁和不可避免的夹杂。
78.实施例6高强屈比的高强抗震钢筋的制造方法，包括以下步骤：
79.1)冶炼铸坯：钢水经转炉冶炼和连铸浇注成钢坯；
80.2)钢坯加热：钢坯通过热送热装以380℃进入步进梁式加热炉进行三段式加热，预热段温度600℃，加热速度20℃/min；加热段温度1140℃，加热速度45℃/min；均热段温度1120℃，保温时间50min；总加热时间85min；
81.3)粗轧：加热后的钢坯进粗轧机组进行粗轧，进粗轧机组时温度1080℃；
82.4)精轧：粗轧后的轧件经穿水冷却，冷却速度为120℃/s，进精轧机组进行精轧，进精轧机组时的温度为980℃；轧件出精轧机组时规格为直径φ14mm，出精轧机组线速度为22m/s；
83.5)冷却：精轧后的轧件经多级控冷水箱冷却，冷却速度18℃/s，然后倍尺剪切，最后上冷床冷却，上冷床温度950℃，得到高强屈比的高强抗震钢筋。
84.对比例1
85.对比例1制备高强抗震钢筋，其化学成分及重量百分比含量为：c：0.23％，si：0.5％，mn：1.55％，p：0.025％，s：0.03％，cr：0.02％，cu：0.08％，ni：0.03％，mo：0.003％，al：0.001％，v：0.17％，n：0.025％，v/n为6.8，cev为0.53％，其余为铁和不可避免的夹杂。
86.对比例1高强抗震钢筋的制造方法，包括以下步骤：
87.1)冶炼铸坯：钢水经转炉冶炼和连铸浇注成钢坯；
88.2)钢坯加热：钢坯通过热送热装以550℃进入步进梁式加热炉进行三段式加热，预热段温度900℃，加热速度35℃/min；加热段温度1250℃，加热速度35℃/min；均热段温度1250℃，保温时间25min；总加热时间60min；
89.3)粗轧：加热后的钢坯进粗轧机组进行粗轧，进粗轧机组时温度1100℃；
90.4)精轧：粗轧后的轧件进精轧机组进行精轧，进精轧机组时的温度为1150℃；轧件出精轧机组时规格为直径φ25mm，出精轧机组线速度为8m/s；
91.5)冷却：精轧后的轧件经多级控冷水箱冷却，冷却速度40℃/s，然后倍尺剪切，最后上冷床冷却，上冷床温度920℃，得到高强抗震钢筋。
92.对比例2
93.对比例2制备高强抗震钢筋，其化学成分及重量百分比含量为：c：0.25％，si：0.6％，mn：1.5％，p：0.035％，s：0.02％，cr：0.03％，cu：0.03％，ni：0.02％，mo：0.006％，al：0.002％，v：0.15％，n：0.02％，v/n为7.5，cev为0.54％，其余为铁和不可避免的夹杂。
94.对比例2高强抗震钢筋的制造方法，包括以下步骤：
95.1)冶炼铸坯：钢水经转炉冶炼和连铸浇注成钢坯；
96.2)钢坯加热：钢坯通过热送热装以550℃进入步进梁式加热炉进行三段式加热，预热段温度850℃，加热速度40℃/min；加热段温度1230℃，加热速度40℃/min；均热段温度1230℃，保温时间20min；总加热时间55min；
97.3)粗轧：加热后的钢坯进粗轧机组进行粗轧，进粗轧机组时温度1090℃；
98.4)精轧：粗轧后的轧件进精轧机组进行精轧，进精轧机组时的温度为1120℃；轧件出精轧机组时规格为直径φ18mm，出精轧机组线速度为12m/s；
99.5)冷却：精轧后的轧件经多级控冷水箱冷却，冷却速度55℃/s，然后倍尺剪切，最后上冷床冷却，上冷床温度850℃，得到高强抗震钢筋。
100.实施例1-6和对比例1-2制备的高强抗震钢筋的性能见表1。
101.表1
[0102][0103]
从表1可以看出，本发明实施例通过合理的成分设计，以及对钢坯加热和轧制工艺的控制，提高钢中珠光体的比例，在提升屈服强度的同时提升抗拉强度，获得高强屈比的高强抗震钢筋；而对比例中的钢筋，其屈服强度和抗拉强度都低于实施例，特别是强屈比不能满足性能要求。
[0104]
上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

技术特征：
1.一种高强屈比的高强抗震钢筋的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：1)冶炼铸坯：钢水经转炉冶炼和连铸浇注成钢坯；2)钢坯加热：钢坯进入加热炉进行三段式加热，预热段温度600-800℃，加热段温度1140-1180℃，均热段温度1120-1160℃，均热段保温时间≥30min，总加热时间70-90min；3)粗轧：加热后的钢坯进入粗轧机组进行粗轧，进粗轧机组时的温度为1040-1080℃；4)精轧：粗轧后的轧件经穿水冷却，进入精轧机组进行精轧，进精轧机组时的温度为950-1000℃，轧件出精轧机组的线速度≤35m/s；5)冷却：精轧后的轧件经多级控冷水箱冷却，然后进行倍尺剪切，最后上冷床冷却，得到高强屈比的高强抗震钢筋。2.根据权利要求1所述的高强屈比的高强抗震钢筋的制造方法，其特征在于，所述预热段的加热速度为20-30℃/min，加热段的加热速度为40-60℃/min。3.根据权利要求1所述的高强屈比的高强抗震钢筋的制造方法，其特征在于，所述总加热时间根据钢坯进入加热炉时的温度控制，钢坯进炉温度≤500℃时，总加热时间为80-90min；钢坯进炉温度＞500℃时，总加热时间为70-80min。4.根据权利要求1所述的高强屈比的高强抗震钢筋的制造方法，其特征在于，所述轧件出精轧机组的线速度根据轧件规格控制，规格为φ12-16mm的轧件线速度为20-35m/s，规格为φ18-22mm的轧件线速度为10-15m/s，规格为φ25-40mm的轧件线速度为5-8m/s。5.根据权利要求1所述的高强屈比的高强抗震钢筋的制造方法，其特征在于，所述穿水冷却的冷却速度为100-150℃/s。6.根据权利要求1所述的高强屈比的高强抗震钢筋的制造方法，其特征在于，所述多级控冷水箱冷却的冷却速度为10-30℃/s。7.根据权利要求1所述的高强屈比的高强抗震钢筋的制造方法，其特征在于，所述轧件上冷床温度为950-1000℃。8.根据权利要求1所述的高强屈比的高强抗震钢筋的制造方法，其特征在于，所述高强屈比的高强抗震钢筋的化学成分按重量百分比计为：c：0.25-0.30％，si：0.25-0.45％，mn：1.20-1.40％，p：≤0.045％，s：≤0.045％，cr：0.05-0.40％，cu：≤0.20％，ni：≤0.20％，mo：≤0.05％，al：≤0.015％，v：0.06-0.13％，n：0.0130-0.0230％，且v/n≥4.5，cev为0.50-0.57％，其余为铁和不可避免的夹杂。9.根据权利要求1所述的高强屈比的高强抗震钢筋的制造方法，其特征在于，所述高强屈比的高强抗震钢筋的屈服强度为620-700mpa，抗拉强度为780-900mpa，强屈比为1.26-1.29。10.根据权利要求1所述的高强屈比的高强抗震钢筋的制造方法，其特征在于，所述高强屈比的高强抗震钢筋的显微组织为铁素体和珠光体，其中珠光体的体积占比为45-55％。

技术总结
本发明属于高强钢筋技术领域，公开了一种高强屈比的高强抗震钢筋的制造方法，包括以下步骤：1)冶炼铸坯：钢水经转炉冶炼和连铸浇注成钢坯；2)钢坯加热：钢坯进入加热炉进行三段式加热，加热过程中涉及对温度、加热速度和加热时间的控制；3)粗轧：控制进粗轧机组时的温度；4)精轧：控制轧件进精轧机组时的温度和出精轧机组的线速度；5)冷却：精轧后的轧件经多级控冷水箱冷却，然后进行倍尺剪切，最后上冷床冷却，得到高强屈比的高强抗震钢筋。本发明通过合理的成分设计，以及对钢坯加热和轧制工艺的控制，在提升屈服强度的同时提升抗拉强度，获得高强屈比的高强抗震钢筋。获得高强屈比的高强抗震钢筋。


技术研发人员：张贤忠 任安超 张帆 丁礼权 徐志东 夏艳花
受保护的技术使用者：武汉钢铁有限公司
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/9/6