一种640MPa热轧高强抗震钢筋及其生产方法与流程

一种640mpa热轧高强抗震钢筋及其生产方法
技术领域
1.本发明属于冶金材料技术领域，具体涉及一种通过转炉冶金、lf炉精炼并采用微合金强化及控轧控冷工艺制备出的640mpa级热轧高强抗震钢筋。本发明还涉及640mpa级热轧高强抗震钢筋的生产方法。


背景技术：

2.600mpa及以上强度等级的热轧带肋高强钢筋(以下简称“高强钢筋”)是新一代绿色节能型建筑用钢，高强钢筋作为住建部2010年推广的十项新技术之一，并在实际应用、经济性、低碳环保三方面具有核心竞争力：如采用高强钢筋替换hrb400钢筋，可明显降低布筋密度，提高钢筋混凝土的结合力，大幅度提升混凝土结构的抗震强度与抗核冲击波的能力；采用高强钢筋替换hrb400钢筋，可按照25％钢筋替换率计算，采用高强钢筋可使得钢筋综合成本节约13％以上；高强钢筋符合国家节能减排的基本国策，是一种节能、环保的新型建材。目前，江苏、山东、江西、河北等多地住房和城乡建设厅相继出台了高强钢筋应用技术标准，推动了高强钢筋在上述地区的应用及市场增长。
3.近年来重视建筑工程的安全性已成建筑行业的共识，其中建筑工程的抗震性能尤为关键，因此对原材料之一的高强钢筋也提出了抗震性能的高标准需求，因此具备抗震性能将是高强钢筋的主要发展趋势。高强钢筋的抗震性能指标要求分别为：最大力总延伸率a
gt
≥9.0％，钢筋实测抗拉强度与实测下屈服强度之比钢筋实测下屈服强度与下屈服强度特征值之比
4.钢铁物理冶金学与金属材料学理论表明，钢铁材料的强度与塑性是一对相互矛盾的性能指标，在金属材料工程应用中，要提升强度往往就要牺牲一部分塑性，反之，要改善塑性就往往需要牺牲一部分强度，因此要得到640mpa及以上屈服强度的热轧高强抗震钢筋，需要通过细化钢筋显微组织来同时提高材料的强度和塑性；但在生产高强钢筋试验过程中发现，通过细化晶粒提高材料的强度和塑性的同时，抗拉强度提升幅度和屈服强度提升幅度比值小于1.25，导致高强钢筋的强度级别越高越难满足强屈比≥1.25的要求，尤其在工业化生产过程中640mpa级高强钢筋的强屈比很难稳定达到抗震要求。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是提供一种强度等级达到640mpa且具备抗震性能的热轧带肋钢筋，利用高强钢筋替换强度级别更低的热轧带肋钢筋，例如hrb400、hrb400e等，以减少建筑工程中钢筋用量实现低碳减排。
6.本发明通过以下技术方案解决上述技术问题，
7.一种640mpa热轧高强抗震钢筋，其特征在于，化学成分组成及其各元素的质量百分含量为：
8.c：0.23～0.28wt％；
9.si：0.55～0.80wt％；
10.mn：1.40～1.60wt％；
11.s≤0.040wt％；
12.p≤0.040wt％；
13.v：0.140～0.200wt％；
14.nb：0.010～0.030wt％；
15.n：0.015～0.030wt％；
16.其余为fe和不可避免杂质。
17.为了获得更好的技术效果，所述热轧高强抗震钢筋的组织为珠光体和铁素体的混合物。
18.为了获得更好的技术效果，所述热轧高强抗震钢筋组织的晶粒度≥9.0级。
19.为了获得更好的技术效果，所述热轧高强抗震钢筋组织的珠光体含量30～60％，其余主要为铁素体组织。
20.为了获得更好的技术效果，所述热轧高强抗震钢筋的实测下屈服强度为了获得更好的技术效果，所述热轧高强抗震钢筋的实测下屈服强度所述热轧高强抗震钢筋的实测抗拉强度断后伸长率a≥15.0％，最大力总延伸率a
gt
≥9.0％，所述热轧高强抗震钢筋的实测抗拉强度与实测下屈服强度之比所述热轧高强抗震钢筋的实测下屈服强度与下屈服强度特征值之比
21.本发明要解决的另一个问题是提供一种640mpa热轧高强抗震钢筋的生产方法，其步骤为，
22.(1)转炉冶炼：转炉终点为c元素含量≥0.06wt％，杜绝钢水过氧化，在冶炼完毕钢液脱氧后，加入占总加入质量70wt％的钒氮调节剂；
23.(2)lf炉精炼：在精炼过程中根据钢水中v、n元素含量加入剩余的钒氮调节剂，以控制钢中v元素含量在0.140～0.200wt％，n元素含量在0.015～0.030wt％；
24.(3)连铸：获得连铸钢坯；
25.(4)钢坯加热：包括加热段和均热段；所述加热段温度范围为1050～1250℃，所述均热段温度范围为1100～1200℃，出钢温度范围为1000～1100℃，钢坯的在炉时间不小于90min；
26.(5)轧制：步骤(3)获得的连铸钢坯经过步骤(4)钢坯加热后，再通过粗轧、中轧、精轧方式进行连轧，获得公差尺寸合格的640mpa热轧高强抗震钢筋；
27.(6)轧后控冷：对步骤(5)轧制后的热轧高强抗震钢筋，根据规格进行1～5段穿水器的轧后弱水冷，出穿水器后上冷床，上冷床温度范围为800～950℃，通过冷床自然冷却至所述热轧高强抗震钢筋的组织转变温度以下；
28.(7)精整入库：通过定尺剪切、分级、点支、包装、碰齐、称重、焊牌、吊装码垛等操作工序，对所述轧制的热轧高强抗震钢筋进行精整入库。
29.为了获得更好的技术效果，步骤(5)中，当轧制到规格时进行切分轧制。
30.本发明结合现有普棒生产线装备条件，采用切分轧制工艺及控轧控冷轧制工艺，在强度级别稳定达到640mpa情况下获得抗震性能和较好的加工性能。
31.本发明中，强度等指标符号定义与gb/t1499.2-2018《钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋》一致，为实测抗拉强度；为实测下屈服强度；rm为抗拉强度；r
el
为下屈服强度；a为断后伸长率；a
gt
为最大力总延伸率。
附图说明
32.图1是本发明实施例生产工艺流程示意图；
33.图2是本发明实施例获得的钢筋500倍金相组织示意图；
34.其中，图2中，白色为铁素体，灰色或黑色为珠光体，晶粒度11.5级。
具体实施方式
35.以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案做进一步的描述，以下附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的工艺流程及相应组织。
36.下文对本发明的示例性实施例的更详细描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。
37.实施例1
38.一种640mpa热轧高强抗震钢筋，其特征在于，化学成分组成及其各元素的质量百分含量为：
39.c：0.23～0.28wt％；si：0.55～0.80wt％；mn：1.40～1.60wt％；
40.s≤0.040wt％；p≤0.040wt％；v：0.140～0.200wt％；
41.nb：0.010～0.030wt％；n：0.015～0.030wt％；
42.其余为fe和不可避免杂质；
43.热轧高强抗震钢筋的组织为珠光体和铁素体的混合物；晶粒度≥9.0级；
44.珠光体含量30～60％，其余主要为铁素体组织；
45.实测下屈服强度实测抗拉强度断后伸长率a≥15.0％，最大力总延伸率a
gt
≥9.0％，实测抗拉强度与实测下屈服强度之比实测下屈服强度与下屈服强度r
el
特征值之比1.30。
46.上述元素在高强抗震钢中的作用基本如下：
47.c元素是钢的主要强化元素，可在钢中形成固溶体、碳化物来提高强度，c元素含量越高，钢的强度越高，但钢筋的塑韧性也越低，因此本发明c元素含量为0.23～0.28wt％。
48.si元素在钢中起固溶强化作用，si元素能显著提高钢的屈服点和抗拉强度，同时在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂。因此本发明si元素含量为0.55～0.80wt％。
49.mn元素在钢中起固溶强化作用，mn元素能显著提高钢的屈服点和抗拉强度，有利于钢筋强屈比的提高，但mn元素含量较高时，在轧后控冷过程中易诱导大量贝氏体或马氏体等有害组织产生，降低钢的塑韧性。因此本发明mn元素含量为1.40～1.60wt％。
50.v元素和nb元素在钢中起沉淀强化和析出强化作用，可细化组织晶粒，同时当钢中
存在n时，v元素和nb元素即可细化铁素体晶粒，又能起到沉淀强化作用，可显著提高钢的强度同时提升钢的塑韧性，有利于钢筋强屈比的提高。因此本发明v元素含量为0.140～0.200wt％，nb元素含量为0.010～0.030wt％。
51.n元素能提高钢的强度、低温韧性和焊接性能，但n元素含量过高会引起时效硬化，同时在钢中存在v、nb等元素时，在轧制时可由奥氏体中析出相应的碳氮化合物抑制晶粒长大。因此本发明n元素含量为0.015～0.030wt％。
52.通过上述元素的合理配比和控轧控冷工艺，控制析出颗粒的尺寸和析出量，使其发挥最佳的强化效果，从而提升热轧高强抗震钢筋的强度及抗震性能。
53.实施例2
54.一种640mpa热轧高强抗震钢筋的生产方法，其步骤为，
55.(1)转炉冶炼：转炉终点c≥0.06％，杜绝钢水过氧化，在冶炼完毕钢液脱氧后，加入占总加入量70％的钒氮调节剂，出钢前取样检测；本实施例步骤(1)中，作为优选方案，所述钒氮调节剂的加入形式为钒氮合金，所述钒氮合金符合gb/t 20567-2006要求；
56.(2)lf炉精炼：在精炼过程中根据钢水中v、n元素含量加入剩余的钒氮调节剂，以控制钢中v元素含量在0.140～0.200wt％，n元素含量在0.015～0.030wt％；本实施例步骤(2)中，作为优选方案，所述钒氮调节剂的加入形式为选择性加入钒氮合金、钒铁中的一种或二者混合物；
57.(3)连铸：获得连铸钢坯；
58.(4)钢坯加热：包括加热段和均热段；所述加热段温度范围为1050～1250℃，所述均热段温度范围为1100～1200℃，出钢温度范围为1000～1100℃，钢坯的在炉时间不小于90min；本实施例步骤(3)中，作为优选方案，通过对所述连铸钢坯进行充分加热，有利于促进si、mn、v、nb等合金元素在奥氏体中充分固溶，其中nb元素的固溶温度最高，因此需保障加热温度在1050℃以上；
59.(5)轧制：步骤(3)获得的连铸钢坯经过步骤(4)钢坯加热后，再通过粗轧、中轧、精轧方式进行连轧，获得公差尺寸合格的640mpa热轧高强抗震钢筋；本实施例步骤(3)中，作为优选方案，当轧制到规格时进行切分轧制；
60.(6)轧后控冷：对步骤(5)轧制后的热轧高强抗震钢筋，根据规格进行1～5段穿水器的轧后弱水冷，出穿水器后上冷床，上冷床温度范围为800～950℃，并通过冷床自然冷却至所述640mpa热轧高强抗震钢筋的组织转变温度以下，减少铁素体含量、提高珠光体含量、细化组织晶粒度，提升钢筋强度和取得较好的塑韧性；
61.本实施例步骤(3)中，作为优选方案，控制晶粒度达到9级及以上，通过轧后弱水冷及冷床自然冷却，控制钢筋的冷却速率，将组织中珠光体含量控制在30～60％，其余主要为铁素体组织，避免冷却速率过快出现大量贝氏体组织或回火马氏体组织，提升钢筋强度和取得较好的塑韧性，提升钢筋的强屈比；
62.(7)精整入库：通过定尺剪切、分级、点支、包装、碰齐、称重、焊牌、吊装码垛等操作工序，对所述轧制的热轧高强抗震钢筋进行精整入库。
63.实施例3
64.本实施例的一种640mpa级热轧高强抗震钢筋，其化学成分组成及各元素的质量百分含量为：
65.c：0.26wt％；si：0.78wt％；mn：1.48wt％；
66.s：0.026wt％；p：0.024wt％；v：0.200wt％；
67.nb：0.015wt％；n：0.0286wt％；
68.其余为fe和不可避免杂质。
69.本实施例的生产方法，其在本实施例化学成分基础上，包括以下步骤：
70.(1)转炉冶炼：转炉终点为c元素含量＝0.06wt％，杜绝钢水过氧化，在冶炼完毕钢液脱氧后，以钒氮合金的形式加入占总加入质量70wt％的钒氮调节剂，出钢前取样检测；
71.(2)lf炉精炼：在精炼过程中根据粗炼钢水中v、n元素含量加入剩余的钒氮调节剂，步骤(2)中的钒氮调节剂为钒氮合金和/或钒铁，控制v元素含量在0.140wt％，n元素含量为0.0286％；
72.(3)连铸：连铸成160
×
160mm方坯；
73.(4)钢坯加热：加热段温度控制在1180℃，均热段温度控制在1170℃，出钢温度范围为1070℃，钢坯在炉时间为110min；
74.(5)轧制：通过6架粗轧机组、4架轧制中轧机组、6架精轧机组连轧，总压缩比为31.8；
75.(6)轧后控冷：对步骤(5)轧制后的热轧高强抗震钢筋，进行1段穿水器的轧后弱水冷，出穿水器后上冷床，控制上冷床温度为945℃，并通过冷床自然冷却至热轧高强抗震钢筋的组织转变温度以下；晶粒度达到10级，珠光体含量控制在30％，其余主要为铁素体组织；
76.(7)精整入库：通过定尺剪切、分级、点支、包装、碰齐、称重、焊牌、吊装码垛等操作工序，对所述轧制的热轧高强抗震钢筋进行精整入库，发货锁定；
77.(8)所得热轧高强抗震钢筋，抽检三组试样检测，其力学性能如表1所示：
78.表1实施例3热轧高强抗震钢筋的力学性能
[0079][0080]
实施例4
[0081]
本实施例的一种640mpa级热轧高强抗震钢筋，其化学成分组成及各元素的质量百分含量为：
[0082]
c：0.27wt％；si：0.69wt％；mn：1.51wt％；
[0083]
s：0.016wt％；p：0.022wt％；v：0.195wt％；
[0084]
nb：0.012wt％；n：0.0225wt％；
[0085]
其余为fe和不可避免杂质。
[0086]
本实施例的生产方法，其在本实施例化学成分基础上，包括以下步骤：
[0087]
(1)转炉冶炼：转炉终点为c元素含量＝0.07wt％，杜绝钢水过氧化，在冶炼完毕钢液脱氧后，加入占总加入质量70wt％的钒氮调节剂，本实施例步骤(1)中，所述钒氮调节剂为钒氮合金，出钢前取样检测；
[0088]
(2)lf炉精炼：在精炼过程中根据粗炼钢水中v、n元素含量加入剩余的钒氮调节剂，本实施例步骤(1)中，所述钒氮调节剂为钒氮合金和/或钒铁，控制v元素含量在0.186wt％，n元素含量为0.0155％；
[0089]
(3)连铸：连铸成160
×
160mm方坯；
[0090]
(4)钢坯加热：加热段温度控制在1150℃，均热段温度控制在1180℃，出钢温度范围为1070℃，钢坯在炉时间为97min；
[0091]
(5)轧制：经过8架粗轧机组、2架轧制中轧机组、6架精轧机组，总压缩比为26.1；
[0092]
(6)轧后控冷：对步骤(5)轧制后的热轧高强抗震钢筋，根据规格进行3段穿水器的轧后弱水冷，出穿水器后上冷床，控制轧后上冷床温度为806℃，并通过冷床自然冷却至所述热轧高强抗震钢筋的组织转变温度以下；晶粒度达到9级，珠光体含量控制在60％，其余主要为铁素体组织；
[0093]
(7)精整入库：通过定尺剪切、分级、点支、包装、碰齐、称重、焊牌、吊装码垛等操作工序，对所述轧制的热轧高强抗震钢筋进行精整入库，发货锁定；
[0094]
(8)所得热轧高强抗震钢筋，抽检三组试样检测，其力学性能如表2所示：
[0095]
表2实施例4热轧高强抗震钢筋的力学性能
[0096]

技术特征：
1.一种640mpa热轧高强抗震钢筋，其特征在于，化学成分组成及其各元素的质量百分含量为：c：0.23～0.28wt%；si：0.55～0.80wt%；mn：1.40～1.60wt%；s≤0.040wt%；p≤0.040wt%；v：0.140～0.200wt%；nb：0.010～0.030wt%；n：0.015～0.030wt%；其余为fe和不可避免杂质。2.如权利要求1所述640mpa热轧高强抗震钢筋，其特征在于，所述热轧高强抗震钢筋的组织为珠光体和铁素体的混合物。3.如权利要求1所述640mpa热轧高强抗震钢筋，其特征在于，所述热轧高强抗震钢筋组织的晶粒度≥9.0级。4.如权利要求1所述640mpa热轧高强抗震钢筋，其特征在于，所述热轧高强抗震钢筋组织的珠光体含量30～60%，其余主要为铁素体组织。5.如权利要求1所述640mpa热轧高强抗震钢筋，其特征在于，所述热轧高强抗震钢筋的实测下屈服强度≥640mpa，所述热轧高强抗震钢筋的实测抗拉强度≥800mpa，断后伸长率≥15.0%，最大力总延伸率≥9.0%，所述热轧高强抗震钢筋的实测抗拉强度与实测下屈服强度之比≥1.25，所述热轧高强抗震钢筋的实测下屈服强度与下屈服强度特征值之比≤1.30。6.如权利要求1-5任一权利要求所述640mpa热轧高强抗震钢筋的生产方法，其步骤为，（1）转炉冶炼：转炉终点为c元素含量≥0.06wt%，杜绝钢水过氧化，在冶炼完毕钢液脱氧后，加入占总加入量70wt%的钒氮调节剂；（2）lf炉精炼：在精炼过程中根据钢水中v、n元素含量加入剩余的钒氮调节剂，以控制钢中v元素含量在0.140～0.200wt%，n元素含量在0.015～0.030wt%；（3）连铸：获得连铸钢坯；（4）钢坯加热：包括加热段和均热段；所述加热段温度范围为1050～1250℃，所述均热段温度范围为1100～1200℃，出钢温度范围为1000～1100℃，钢坯的在炉时间不小于90min；（5）轧制：步骤（3）获得的连铸钢坯经过步骤（4）钢坯加热后，再通过粗轧、中轧、精轧方式进行连轧，获得公差尺寸合格的640mpa热轧高强抗震钢筋；（6）轧后控冷：对步骤（5）轧制后的热轧高强抗震钢筋，根据规格进行1～5段穿水器的轧后弱水冷，出穿水器后上冷床，上冷床温度范围为800～950℃，组织中珠光体含量控制在30～60%，其余为铁素体组织；（7）精整入库：通过定尺剪切、分级、点支、包装、碰齐、称重、焊牌、吊装码垛等操作工序，对所述轧制的热轧高强抗震钢筋进行精整入库。7.如权利要求6所述640mpa热轧高强抗震钢筋的生产方法，其特征在于，步骤（5）中，当
轧制到φ12～25mm规格时进行切分轧制。

技术总结
本发明公开了一种640MPa热轧高强抗震钢筋，化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.23～0.28wt%；Si：0.55～0.80wt%；Mn：1.40～1.60wt%；S≤0.040wt%；P≤0.040wt%；V：0.140～0.200wt%；Nb：0.010～0.030wt%；N：0.015～0.030wt%；其余为Fe和不可避免杂质。本发明还公开了一种640MPa热轧高强抗震钢筋的生产方法。本发明结合现有普棒生产线装备条件，采用切分轧制工艺及控轧控冷轧制工艺，在强度级别稳定达到640MPa情况下获得抗震性能和较好的加工性能。加工性能。加工性能。


技术研发人员：刘鸢杰 陈明 尹振江 祝俊飞 陈阳新 徐袁 陈修明 顾文涛 范众维 沙鹏举 石敏 祝小冬 曾党华
受保护的技术使用者：南昌方大特钢研究中心有限公司
技术研发日：2023.04.06
技术公布日：2023/8/5