屈强比≤0.8的Rel≥600MPa热轧带肋钢筋及生产方法

摘要

屈强比≤0.8的Rel≥600MPa热轧带肋钢筋，其组分及重量百分比含量为：化学成分按重量比为：C：0.18～0.22%、Si：0.4～0.8%、Mn：1.2～1.4%、P≦0.015%、S≦0.015%、V：0.065～0.08%、Nb：0.020～0.030%、N：0.009～0.015%；生产步骤：常规冶炼并铸坯；对铸坯堆垛冷却并至室温；对钢坯加热；粗轧；精轧；自然空冷至室温待用。本发明屈服强度≥630MPa，抗拉强度≥800MPa，延伸率A≥25%，Agt/%≥12.5%，以及优良的抗震性能，即屈强比<0.8，焊接性能优良，在各种焊接工艺下，拉伸后断裂位置均发生在母材上，弯曲检验合格，没有因铸坯低倍缺陷而引起的改判事故或者质量问题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑用钢筋及其生产方法，具体地属于一种屈强比≤0.8的Rel≥600MPa热轧带肋钢筋及生产方法。

背景技术

由于地震等灾害的频发，特别是5.12汶川地震后，建筑行业用钢的抗震性能指标得到广泛关注，即高强度、低屈强比的抗震钢筋将逐渐成为主流。

在现有的生产中，均是通过加入过多合金及增氮来提高抗震钢筋的力学性能，但过多合金的加入不仅会加大制造成本，而且导致碳当量过高而使焊接性能变差；增氮过多会引起铸坯产生缩孔、气泡、疏松、裂纹等低倍缺陷增多导致轧钢性能不合格。

经检索，中国专利申请号为 CN201110354368.4的专利文献，其公开了一种含铬氮微合金化HRB500E钢筋及其生产方法，本发明充分利用铬对钢筋的强化作用和防腐作用，部分代替固溶强化元素锰和硅，部分或全部代替微合金化元素钒或铌，同时利用廉价的氮元素对钢筋进行微合金化处理，发挥微量氮析出强化作用，用此方法可生产出HRB500级钢筋其Rel在520-580MPa之间，Rm在640-730MPa之间，延伸率A在22-32％之间，Rm/Rel在1.30-1.40之间，冷弯合格率为100％，焊接碳当量≤0.50，综合成本较传统方法降低40-100元/吨，三个月时效Rel和Rm值波动值小于10MPa，焊接性能良好，具有很好的防腐蚀特性。钢水中各种元素质量百分比含量目标如下：0.90％≤Mn≤1.3％，0.40％≤Si≤0.80％，0.60％≤Cr≤0.85％，0.17％≤C≤0.25％，0.012％≤N≤0.020％；钢水中含V不含Nb时满足0.045％≤V≤0.080％，钢水中含Nb不含V时满足0.045％≤Nb≤0.080％，同时含V和Nb时满足，0.040％≤V+Nb≤0.075％；其缺点Cr元素容易在凝固过程中产生的枝晶偏析，从而产生带状组织，而带状组织使钢的力学性能产生方向性，使钢的横向塑性和韧性指标降低，并且其屈服强度达不到600MPa。

中国专利申请号为 CN201110350194.4的专利文献，公开了一种600MPa级含钒高强热轧钢筋的生产方法，包含炼钢工序和轧制工序，其特征在于炼钢工序在20MnSi的基础上增加钒和氮，包含如下工艺步骤：①增钒：转炉和精炼采用钒渣合金化增钒以及采用钒铁和氮化钒铁增钒，转炉进行成分粗调，精炼进行成分微调；②增氮固氮：转炉和精炼采用氮化锰、氮化硅、氮化硅锰合金和氮化钒铁增氮固氮，全程软吹氮气增氮；通过上述步骤，控制钢中各成分的质量百分比为：0.21～0.25% C，0.35～0.60% Si，1.35～1.55% Mn，0.08～0.12% V，0.005～0.04% N，≤0.040% S，≤0.040% P，其余为Fe及不可避免的不纯物；轧制工序：轧制时钢坯开轧温度按970～1150℃范围控制，保证铸坯加热时钒均匀分布，精轧按850～970℃范围控制且总压下量≥50%。其缺点是增氮工艺是通过吹氮气方式，实际操作上控制难度大，而且N含量过高，容易引起铸坯低倍组织缺陷级别增加，同时上冷床前进行了穿水，增加强度的同时降低了钢材的延伸率，抗震性能指标Agt不能够满足。

中国专利申请号为 CN201210252106.1的专利文献，公开了一种600MPa级抗震螺纹钢筋及其制造方法。该螺纹钢筋包含如下组分：基本成分：C 0.21～0.26％，Si 0.61～0.80％，Mn 1.30～1.60％，V 0.15～0.21％；可选成分：Nb 0.001～0.050％，Ti 0.001～0.050％，Cr 0.10～0.50％，B 0.0001～0.0050％，Mo 0.001～0.010％中的任意一种或两种以上的组合；其余为Fe和不可避免的杂质。该螺纹钢筋的制造方法采用“转炉或电炉冶炼+小方坯连铸连轧+冷床冷却”短流程工艺。采用上述成分和方法生产的螺纹钢筋抗拉强度＞730MPa，屈服强度＞600MPa，断后伸长率＞14％，最大力总伸长率＞9％，强屈比＞1.25。其缺点是V含量超过0.15%以上，且主要是利用钒的固溶强化提高强度，没有充分利用钒的析出强化提高强度，而钒提高强度的作用是析出强化大于固溶强化；同时其碳当量都在0.5以上，焊接性能不会太好。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种在保证力学性能的前提下，使焊接性能更加优良，通过控制氮的含量使铸坯低倍缺陷级别由1.5～2.5级降至0～0.5级，同时晶粒级别大于9.5级，屈强比≤0.8的600MPa热轧带肋抗震钢筋及生产方法。

本申请为了实现上述目的，对实现本申请的目的的起影响或者关键作用的合金元素及工艺进行了深入的研究：为了即使在保证性能的前提下，还能实现本申请所述的显著降低铸坯低倍缺陷级别，使其级别由1.5～2.5级降至0～0.5级；同时晶粒级别大于9.5级目的，因此提出了采用在成分方面主要是采用了提高V、Nb 元素含量，使添加的铌、钒与钢中的碳、氮原子形成细小的碳化物和碳氮化物，这些碳化物和碳氮化物在奥氏体转化为铁素体和珠光体的过程中和转变后逐渐析出，起到细化钢筋的室温组织的作用，并阻碍晶格中的位错运动，产生沉淀强化的作用，最终达到改进钢的强韧性；V、Nb叠加细化组织和沉淀强化的作用使强化效果更显著；其次还采用了严格限定N元素的含量，以能进一步达到最大强化效果，而不会使气体元素过多引起铸坯质量问题；成分的优化，还需要匹配的工艺才行，因此，本申请经研究，工艺方面主要主要是采取了低温轧制即粗轧开轧温度在：1000～1100℃， 精轧终轧温度不高于880℃的措施，低温轧制是将钢坯加热到低于常规加热温度，温度太低，一是使微合金化元素固溶不彻底而需要延长加热时间，二是轧制时轧机需要更大轧制力而降低设备的服役时间；温度太高达不到低温的轧制的目的；终轧温度更接近相变温度，钢坯的原始奥氏体晶粒较小，通过轧制变形使相应的轧制终了的奥氏体晶粒也较小，因而使晶粒得到细化、性能得到改善，所以终轧温度不高于880℃。

实现上述目的的措施：

屈强比≤0.8的Rel≥600MPa热轧带肋钢筋，其组分及重量百分比含量为：化学成分按重量比为：C：0.18～0.22%、Si：0.4～0.8%、Mn：1.2～1.4%、P≦0.015%、S≦0.015%、V：0.065～0.08%、Nb：0.020～0.030%、N ：0.009～0.015%，其余为Fe和杂质元素。

优选地：当钢筋的直径为大于Φ25mm至Φ40mm规格时，其以下组分在此重量百分比范围内添加：C 0.20～0.22%、V 0.07～0.08%、N 0.012～0.015%。

生产屈强比≤0.8的Rel≥600MPa热轧带肋钢筋的方法，其步骤：

1）常规冶炼并铸坯：增氮采用常规添加含氮合金方式；出钢温度在1680～1700℃；铸坯拉速不高于1.8m/min；

2）对铸坯进行堆垛冷却并至室温；

3）对钢坯加热，控制均热段温度为：1050～1150℃，均热时间在100~120min；

4）进行粗轧，并控制其开轧温度在：1000～1100℃；

5）进行精轧，控制精轧开轧温度在840～860℃，终轧温度不超过830℃，总的压缩比不低于31，压缩比与钢筋直径成负相关关系；

6）自然空冷至室温待用。

本发明中各元素及主要工序的作用

C：C是提高钢材强度最有效的元素，但是当其含量低于0.18%时，会导致力学性能不足而增加合金添加量从而增加了生产成本，当其含量高0.22%，会产生塑性和韧性下降，使得焊接性能不合格，因此，本发明C选择在0.15~0.22%。

Si：是一种廉价的置换强化元素，可以显著提高钢的强度，但是Si含量过高会影响钢的焊接性能，所以选择Si的范围在0.4～0.8%

Mn：显著降低钢的相变温度，通过控制轧制过程，细化晶粒，综合提高钢的综合性能，但Mn太高会导致可焊性和焊接热影响区热性恶化，所以选择Mn的范围在1.2～1.4%；

P、S：作为有害元素，其含量越低越好。S含量过高，会形成大量的MnS夹杂，降低钢材的机械性能，因此含量越低越好，所以选择S的范围在≦0.015%；P易在晶界偏析，增加钢筋的脆性，因此含量越低越好，所以选择P的范围在≦0.015%。

Nb：是强碳化物型材元素，能够抑制热轧时奥氏体晶粒长大，细化组织，提高钢筋的综合力学性能，但Nb含量高于0.030%时易使析出相粗大而弱化析出强化效果，而且会显著增加成本，Nb含量低于0.020%时，细化效果不明显，钢材性能达到要求，所以选择Nb的范围在0.02～0.03%。

V：是微合金化钢最常用也是最有效的强化元素之一。钒的作用是通过形成VN、V (CN)来影响钢的组织和性能，它主要是在奥氏体晶界的铁素体中沉淀析出，细化铁素体晶粒，可显著的提高抗拉强度而屈服强度增加不明显，有效降低材料的屈强比。V低于0.065%时，析出强化效果不能够满足力学性能要求，V高于0.08%时，析出强化使强度太高而导致韧性变差，所以选择V的范围在0.065～0.08%。

N: 作为VN析出必需的元素，为了保证一定的析出量，因此，其含量有最小的含量，但是N含量高与0.018%会影响钢中内部质量，所以选择N的范围在0.009～0.018%。

之所以采用低温轧制即粗轧开轧温度在：1000～1100℃，精轧温度控制在840～860℃，终轧温度不超过830℃的措施是为了减少铸坯烧损，降低成本，减少脱碳层，提高成品的表面质量，晶粒细化，改善产品性能等作用。

本发明与现有技术相比，屈服强度≥630MPa，抗拉强度≥800MPa，延伸率A≥25%，Agt/%≥12.5%，以及优良的抗震性能，即屈强比<0.8，焊接性能优良，在各种焊接工艺下，拉伸后断裂位置均发生在母材上，弯曲检验也合格，没有因为铸坯低倍缺陷而引起的改判事故或者质量问题。

附图说明

附图为本发明的金相组织图。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

对实施例3的铸坯尺寸为200×230mm外，均采用200×200mm的方坯

表1为本发明各实施例及对比例的取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；

表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表。

本发明各实施例按照以下步骤生产：

1）常规冶炼并铸坯：增氮采用常规添加含氮合金方式；出钢温度在1680～1700℃；铸坯拉速不高于1.8m/min；

2）对铸坯进行堆垛冷却并至室温；禁止水冷；

3）对钢坯加热，控制均热段温度为：1050～1150℃，均热时间在100~120min；

4）进行粗轧，并控制其开轧温度在：1000～1100℃；

5）进行精轧，控制精轧开轧温度在840～860℃，终轧温度不超过830℃，总的压缩比不低于31，压缩比与钢筋直径成负相关关系；禁止水冷；

6）自然空冷至室温待用。

表1    本发明实施例与比较例的化学成分列表（wt%）

表2   本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表

注：本发明钢种的参考液相温度为1507℃。

表3   本发明各实施例及对比例的力学性能对比列表

从表3可以看出，本发明强度仍然与目前生产的钢筋性能相当，但塑性性能更好，晶粒更加细小，抗震性能满足。

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。