一种高强抗震HRB500E热轧带肋钢筋的生产工艺及其钢筋

摘要

本发明通过化学成分的优化设计对HRB500E热轧带肋钢筋进行微合金化处理，并相应地调整轧制前的加热炉加热制度，充分发挥V-N合金在钢中的沉淀强化、细化晶粒作用主要提高钢筋的屈服强度和韧性以及微合金化元素Mo对组织相变的影响主要提高钢筋抗拉强度，使HRB500E热轧带肋钢筋的抗拉强度、屈服强度和韧性获得较好的配合，达到高强抗震的目的。本发明试制生产出的Φ40mm的HRB500E热轧带肋钢筋的力学性能达到了500MPa热轧抗震带肋钢筋的国家标准，满足钢筋混凝土用钢的高强抗震的要求。

说明书

技术领域

本发明属于转炉冶炼及棒材轧制技术领域，更具体地讲，涉及一种高强 抗震HRB500E热轧带肋钢筋的生产工艺及其钢筋。

背景技术

钢筋作为钢铁材料的主要组成部分，是钢筋混凝土建筑结构的主要增强 材料，在结构中承载着拉、压应力和应变，高周或低周疲劳效应，高温或冷 脆效应，物理或化学腐蚀，钢筋再加工效应等各种载荷，使混凝土能满足各 种功能要求，应用广泛。为提高建筑物的安全性，国外建筑行业普遍采用焊 接性能好、强度高的抗震钢筋，如欧美、澳大利亚、新西兰等国家主要使用 400MPa、500MPa级别高强度抗震钢筋。

500MPa热轧带肋钢筋主要指按国家标准1499.2标准组织生产的直径为 6～50mm的HRB500、HRB500E、HRBF500、HRBF500E热轧带肋钢筋。国家建设 部于2011年7月1日颁布实施的新版建筑设计规范已正式将500MPa级热轧 带肋钢筋纳入，随着新的建筑设计规范、新的热轧带肋钢筋国家标准、国家 “十二五钢铁产业规划”和国家节能减排政策的深入实施，500MPa热轧带肋 钢筋市场需求将从2013年起快速增长。

与普通钢筋相比，抗震钢筋还有抗震要求，所以抗震钢筋的重要性能指 标除了有抗拉强度(R_m)和屈服强度(R_eL)外还有强屈比(R⁰_m/R⁰_eL)、屈屈比 (R⁰_eL/R_eL)和均匀伸长率(A_gt)，不仅要求具有较高且稳定的屈服强度还要求具 有良好的延性(采用均匀伸长率及屈强比表征)、高应变低周疲劳性能。国标 GB1499.2-2007规定，抗震钢筋与普通钢筋相比，增加了强屈比、屈屈比、 最大力总伸长率(均匀伸长率)三项质量特征值，即：强屈比≥1.25，屈屈比 ≤1.30，均匀伸长率≥10%。

抗震钢筋要求具有良好的强度和塑韧性，使钢筋从变形到断裂的时间间 隔变长，从而能有效地实现“建筑结构发生变形到倒塌时间间隔尽可能延 长”、“牺牲局部保整体”的抗震设计目的。而现有VN合金微合金化技术要满 足HRB500E热轧带肋钢筋的强屈比和屈屈比要求存在很大的难度，因为对于 500MPa高强度热轧带肋钢筋，要获得高的抗拉强度和屈服强度，大都是通过 微合金化或控轧控冷技术细化晶粒来实现的。但是单纯的细晶强化作用提高 钢的屈服强度的效果要大于其抗拉强度，这将降低钢筋的强屈比提高钢筋的 屈屈比，从而不能同时满足抗震钢筋对强屈比和屈屈比的要求。因此，必须 研究设计合理的钢筋成分及合适的生产工艺以满足HRB500E抗震钢筋的性能 指标。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术 中存在的一个或多个问题。

本发明的目的在于提供一种使HRB500E热轧带肋钢筋的抗拉强度、屈服 强度和韧性获得较好的配合并达到高强抗震目的的高强抗震HRB500E热轧带 肋钢筋的生产工艺及其钢筋。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种高强抗震HRB500E热轧 带肋钢筋的生产工艺，所述生产工艺包括以下工序：原料准备、冶炼钢水、 连铸成坯、加热连铸坯、轧制、冷却、后处理并得到钢筋成品，其中，以重 量百分比计，所述钢筋成品包括以下化学成分：C：0.21～0.24％、Si：0.60～ 0.75％、Mn：1.40～1.55％、P≤0.040％、S≤0.040％、V：0.07～0.12％、 N:0.007～0.010％、Mo：0.03～0.06％、Ceq≤0.56％，以及余量的Fe和不 可避免的杂质；在所述加热连铸坯的步骤中，控制预热段温度为800～900℃、 加热段温度为1050～1100℃、均热段温度为1070～1120℃，加热总时间为 116～166分钟；在所述轧制步骤中，开轧温度为1030～1060℃。

根据本发明的高强抗震HRB500E热轧带肋钢筋的生产工艺的一个实施 例，所述钢筋成品的公称直径为40mm。

根据本发明的高强抗震HRB500E热轧带肋钢筋的生产工艺的一个实施 例，所述钢筋成品的实测抗拉强度R⁰_m为530～640MPa、实测屈服强度R⁰_eL≥ 665MPa、伸长率A≥16％、均匀伸长率A_gt≥10％、强屈比R⁰_m/R⁰_eL≥1.25、屈 屈比R⁰_eL/R_eL≤1.28，且180°弯曲性能完好。

本发明的另一方面提供了一种高强抗震HRB500E热轧带肋钢筋，所述钢 筋根据上述高强抗震HRB500E热轧带肋钢筋的生产工艺制成。本发明通过化 学成分的优化设计对HRB500E热轧带肋钢筋进行微合金化处理，并相应地调 整轧制前的加热炉加热制度，充分发挥V-N合金中在钢中的沉淀强化、细化 晶粒作用主要提高钢筋的屈服强度和韧性以及微合金化元素Mo对组织相变 的影响主要提高钢筋抗拉强度，使HRB500E热轧带肋钢筋的抗拉强度、屈服 强度和韧性获得较好的配合，达到高强抗震的目的。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的高强抗震HRB500E 热轧带肋钢筋的生产工艺及根据该生产工艺所生产的钢筋。其中，若无特别 说明，所涉及的百分比均为重量百分比。

根据本发明的高强抗震HRB500E热轧带肋钢筋的生产工艺的示例性实施 例，所述生产工艺包括以下工序：原料准备、冶炼钢水、连铸成坯、加热连 铸坯、轧制、冷却、后处理并得到钢筋成品，其中，以重量百分比计，所述 钢筋成品包括以下化学成分：C：0.21～0.24％、Si：0.60～0.75％、Mn：1.40～ 1.55％、P≤0.040％、S≤0.040％、V：0.07～0.12％、N：0.007～0.010％、 Mo：0.03～0.06％、Ceq≤0.56％，以及余量的Fe和不可避免的杂质；在所 述加热连铸坯的步骤中，控制预热段温度为800～900℃、加热段温度为 1050～1100℃、均热段温度为1070～1120℃，加热总时间为116～166分钟； 在所述轧制步骤中，开轧温度为1030～1060℃。

在本实施例中，通过对HRB500E热轧带肋钢筋的化学成分进行优化设计， 并相应地调整轧制前的加热炉加热制度，充分发挥V-N合金在钢中的沉淀强 化、细化晶粒作用并主要提高了钢筋的屈服强度和韧性，以及加强了微合金 化元素Mo对组织共析转变温度的影响并主要提高了钢筋抗拉强度，使 HRB500E热轧带肋钢筋的抗拉强度、屈服强度和韧性获得较好的配合，有效 提高了HRB500E热轧带肋钢筋的力学性能。

根据本发明，以重量百分比计，钢筋成品包括以下化学成分：C：0.21～ 0.24％、Si：0.60～0.75％、Mn：1.40～1.55％、P≤0.040％、S≤0.040％、 V：0.07～0.12％、N：0.007～0.010％、Mo：0.03～0.06％、Ceq≤0.56％，， 以及余量的Fe和不可避免的杂质，其中Ceq为碳当量。钢中添加了V-N合金， 具体是通过添加微合金化元素V与元素N实现的，V和N在钢中沉淀析出的 细小弥散的V(C,N)有较强的沉淀强化和细化晶粒作用，可以提高钢的屈服强 度和韧性；微合金化元素Mo可以降低共析转变温度并提高钢的抗拉强度，从 而抑制应变时效，降低钢的脆性转变温度，使钢的强度和韧性获得较好的配 合，提高了钢的高应变低周疲劳性能，尤其是在地震荷载下具有较高的随机 疲劳寿命，大幅度提高了钢的综合性能，充分挖掘出钢材的性能潜力。在采 用微合金化技术的同时，合理设计生产工艺以充分发挥微合金化元素的作用， 已成为高强抗震钢筋产品开发和生产的重要技术及工艺路线。本发明则是具 体通过添加V-N合金及Mo进行微合金化，利用其沉淀强化和细化晶粒的作用 以及对组织相变的影响，抑制应变时效，降低钢筋的脆性转变温度，使其抗 拉强度、屈服强度和韧性获得较好的配合，提高在地震荷载下的随机疲劳寿 命，大幅度提高钢筋的综合性能，从而使HRB500E热轧带肋钢筋满足高强抗 震的目的。

并且，为了让微合金化元素充分固溶于奥氏体中，发挥其沉淀强化和细 化晶粒作用，起到提高钢筋的综合性能的目的，同时避免烧损过大及原始奥 氏体晶粒粗大，本发明在生产工艺中适当提高了加热连铸坯时的加热段和均 热段的加热温度。具体的加热炉加热制度为控制预热段温度为800～900℃、 加热段温度为1050～1100℃、均热段温度为1070～1120℃，加热总时间为 116～166分钟；在轧制步骤中，开轧温度为1030～1060℃。恰当的加热段温 度、加热时间及均热段温度、均热时间可以充分发挥微合金化元素的作用而 不对钢坯质量造成损伤，若加热段、均热段的温度低了或加热时间短了，微 合金化元素无法充分固溶于奥氏体中以致于其沉淀强化和细化晶粒作用发挥 不出来；若加热段、均热段的温度高了或加热时间长了，将增加坯料的烧损 影响钢坯质量，造成原始奥氏体晶粒的粗大降低其强度及塑韧性。要保证加 热段和均热段的温度，需合理设计预热段的温度及合理的预热时间，如果预 热段的温度低了或加热时间短了将使接下来的加热段温度不够或钢坯内外温 度不均，如果预热段的温度高了、时间长了又将使坯料内部应力增加、增大 应力裂纹缺陷产生的机率，并使坯料过早奥氏体化，增大奥氏体晶粒粗化的 机率，进而对钢筋综合性能造成不利影响。对于开轧温度而言，若开轧温度 过低会加重粗轧轧机的负荷加重设备损耗，如果开轧温度过高会增大钢质的 原始晶粒度和加重钢坯表面脱碳，所以应将开轧温度设定在合理范围内。

在本发明的高强抗震HRB500E热轧带肋钢筋的生产工艺的一个实施例 中，钢筋成品的公称直径为40mm。并且，根据本发明示例性实施例的高强抗 震HRB500E热轧带肋钢筋的生产工艺所获得的钢筋成品的实测抗拉强度R⁰_m为 530～640MPa、实测屈服强度R⁰_eL≥665MPa、伸长率A≥16％、均匀伸长率A_gt≥10％、强屈比R⁰_m/R⁰_eL≥1.25、屈屈比R⁰_eL/R_eL≤1.28，且180°弯曲性能完 好，可以满足高强抗震的需要。

根据本发明的高强抗震HRB500E热轧带肋钢筋则是采用上述高强抗震 HRB500E热轧带肋钢筋的生产工艺制成。在本发明的高强抗震HRB500E热轧 带肋钢筋的一个实施例中，钢筋成品的公称直径为40mm；钢筋成品的实测抗 拉强度R⁰_m为530～640MPa、实测屈服强度R⁰_eL≥665MPa、伸长率A≥16％、均 匀伸长率A_gt≥10％、强屈比R⁰_m/R⁰_eL≥1.25、屈屈比R⁰_eL/R_eL≤1.28，且180° 弯曲性能完好。

具体而言，高强抗震HRB500E热轧带肋钢筋的生产工艺的示例性实施例 可以包括以下步骤：

原料准备、冶炼钢水、连铸成坯、加热连铸坯、轧制、冷却、后处理并 得到钢筋成品。

具体为原料（高炉铁水）→50吨转炉炼钢→连铸→钢坯检验→棒材机 组加热炉上料辊道上料→钢坯入炉→加热炉加热→钢坯出炉→18架平立交替 布置棒材连轧机组轧制→倍尺分段简切→步进式冷床冷却→取样、热检→定 尺冷剪→检查、检验→包装→称重→挂标牌→入库。

其中，高强抗震HRB500E热轧带肋钢筋的化学成分优化设计如表1所示。

表1高强抗震HRB500E热轧带肋钢筋的化学成分（wt％）

加热炉中的连铸坯加热条件优化控制如表2所示。

表2连铸坯的加热条件

  预热段温度(℃)   加热段温度(℃)   均热段温度(℃)  加热时间(min)   800～900   1050～1100   1070～1120   116～166

所要达到的力学性能指标如表3所示：

表3力学性能指标

注：R⁰_m为钢筋实测抗拉强度；R⁰_eL为钢筋实测屈服强度；R_eL为钢筋理论 屈服强度，HRB500E的理论屈服强度是500MPa。

下面举出具体示例来对本发明的示例性实施例作进一步的阐述。示例仅 用于说明本发明，而并非以任何方式来限制本发明。

在下面的示例中，生产试制了公称直径为40mm的高强抗震HRB500E热 轧带肋钢筋2炉，分别命名为样品一和样品二，其具体的生产工艺严格按上 述高强抗震HRB500E热轧带肋钢筋的生产工艺进行，所得各样品的成品经检 验后各项指标如表4和表5所示。

表4Φ40mm的HRB500E热轧带肋钢筋的化学成分

由表4可知，试制的2炉Φ40mm的HRB500E热轧带肋钢筋的化学成分均 在设计范围值内，且各添加了0.094％的V、0.002％的N以及0.05％的Mo 微合金化元素，其中，因为钢中本身残余了0.006％左右的N，VN合金的加 入相当于在添加V的同时添加了0.002％左右的N。

表5Φ40mm的HRB500E热轧带肋钢筋的力学性能

由表5可知，试制的2炉Φ40mm的HRB500E热轧带肋钢筋的力学性能均 达到了内控要求值，达到了国标对500MPa热轧抗震带肋钢筋的性能要求，力 学性能优良。

综上所述，本发明通过化学成分优化设计（进行V-N合金以及Mo微合金 化）、调整加热炉的加热制度，使HRB500E热轧带肋钢筋的强度和韧性获得较 好的配合，力学性能优良。试制生产出的Ф40mm的HRB500E热轧带肋钢筋 的力学性能达到了500MPa热轧抗震带肋钢筋的国家标准，满足钢筋混凝土用 钢的高强抗震的要求。

尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人 员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例 进行各种修改。