铌钛复合微合金化控冷钢筋用钢及其生产方法

摘要

铌钛复合微合金化控冷钢筋用钢及其生产方法，属于钢筋混凝土用热轧钢筋，尤其涉及含微量铌钛的钢筋及其生产方法。该钢筋钢按重量百分比由下列元素组成：0.17－ 0.25％C、0.30－0.80％Si、1.00－1.60％Mn、≤0.045％P、S、0.02－0.05％Nb，0.006－0.03％Ti，≤0.0080％N，其余为Fe和杂质元素。该钢筋钢生产步骤：冶炼，按指定的元素及含量，常规冶炼方法，在转炉上冶炼；棒材轧机轧制，钢坯加热温度范围在1050－1250℃，在950℃以上完成轧制；控制冷却，轧后钢筋快速冷却，上冷床温度800－1050℃。冷却后剪切、打捆、入库。通过铌、钛复合微合金化和适当的控制冷却，钢筋性能好，解决了大规格铌微合金化400MPa级钢筋强度偏低和稳定生产的问题。

说明书

技术领域：

本发明属于一种钢筋混凝土用热轧钢筋及其生产方法，尤其是含微量铌钛的钢筋及其生产方法。

背景技术：

目前，屈服强度400MPa级的钢筋混凝土用热轧带肋钢筋主要采用钒铁或钒氮合金微合金化工艺生产，随着400MPa级钢筋的产量大幅度增加，对钒铁和钒氮合金的需求也大幅度增加，造成钒资源供应紧张、价格急剧上涨。

为了合理、均衡地利用资源，采用铌微合金化技术生产400MPa级钢筋是较好的选择。中国国家标准GB1499-1998中推荐了一种铌微合金化400MPa级钢筋的化学成分：0.17-0.25％C，0.20-0.80％Si，1.20-1.60％Mn，≤0.045％P、S，0.02-0.04％Nb，但采用铌微合金化技术生产≥φ28mm以上大规格的400MPa级钢筋时，强度偏低、难以保证达到强度性能要求，强度合格率低、难以实现稳定、大批量的工业化生产。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种铌钛复合微合金化控冷钢筋用钢及其生产方法，通过铌钛复合微合金化和控制冷却来保证钢筋的强度性能，以解决大规格铌微合金化400MPa级钢筋的工业化生产的问题。

一种铌钛复合微合金化控冷钢筋用钢，该钢筋钢由下列元素组成：0.17-0.25％C，0.30-0.80％Si，1.00-1.60％Mn，≤0.045％P、S，0.02-0.05％Nb，0.006-0.03％Ti，≤0.0080％N，其余为Fe和杂质元素。

铌钛复合微合金化控冷钢筋的生产方法，依次由下列步骤进行：冶炼，按指定的元素及含量，采用常规的冶炼方法在转炉或电炉上冶炼，连续浇铸成钢坯；棒材轧机轧制，轧制时钢坯加热温度控制在1050-1250℃范围，在950℃以上以上完成轧制；控制冷却，轧后轧件快速冷却，钢筋上冷床的温度控制在800-1050℃；钢筋在冷床上自然冷却，冷却后剪切、打捆、入库。

本发明的碳、硅、锰、铌含量与现有的屈服强度400MPa级的铌微合金化钢筋基本相当，磷、硫杂质元素的要求也相当。大规格钢筋冷却慢、强化效果弱、强度较低，故需采取措施增加强化效果。本发明了采用了铌作为微合金化元素，铌对钢筋的强化效果主要表现为晶粒细化、析出强化和相变强化，铌的加入是必要的。本发明还了采用钛作为微合金化元素，钛主要起到晶粒细化、析出强化作用，加入钛的主要目的是进一步增加强化效果，同时还能细化组织、改善韧性、防止连铸坯表面裂纹。对氮含量加以限制主要是为了降低碳、氮化物固溶于奥氏体中的温度和析出温度，使轧制时钢坯加热温度不必过高，更充分等发挥铌的强化作用。

为了轧制工艺的需要和使碳、氮化物固溶于奥氏体中，轧制时钢坯加热温度按1050-1250℃范围控制，在950℃以上以上完成轧制即基本在奥氏体再结晶区完成轧制是为了实现再结晶细化，且现行的轧钢设备和工艺容易实现。轧制温度在部分再结晶区容易产生混晶，对性能产生不利影响。而轧制温度在未再结晶区则现行的轧钢设备和工艺难以实现。加速相变前奥氏体的冷却可进一步增加强度，加速冷却有利于防止奥氏体晶粒长大，也有利于抑制铌的碳、氮化物在中温区的析出和长大，并增加析出行核率，增加其阻止再结晶晶粒长大的作用，相变前奥氏体晶粒细化导致了最终产品的组织细化。加速冷却还有利于碳、氮化物在低温区析出。增加的细晶强化和析出强化提高了钢筋的强度。但钢筋的上冷床温度必须控制在800℃以上或Ar3温度以上，是为了防止钢筋表层出现回火组织和钢筋断面上出现过多的贝氏体等低温相变产物。出现回火组织的余热处理钢筋目前还未被中国建筑业所接受。而出现过多的贝氏体等低温相变产物会导致屈服点不明显现象，不能被中国市场接受，还会导致钢筋塑性变差。

采用截线法测量了钢筋的显微组织相对量，结果表明，本发明生产出的热轧钢筋的显微组织是以铁素体+珠光体为主，占85％以上，同时含有少量粒状贝氏体等组织。其性能指标达到：σ_s(σ_p0.2)＝400-520MPa，σ_b≥570MPa，σ_b/σ_s(σ_p0.2)≥1.25，δ₅≥14％，冷弯d＝5a，180°合格。

与现有技术相比，含微量铌、钛的控冷钢筋性能很好，通过铌、钛复合微合金化和适当的控制冷却来保证钢筋的强度性能，很好地解决了目前大规格铌微合金化400MPa级钢筋强度偏低、难以工业化稳定生产的问题。

本发明的工艺适合于生产≥φ28mm的大规格钢筋，还适合于快速冷却条件差或无快冷条件的小规格钢筋的生产以及400MPa级以上小规格钢筋的生产，有利于资源的合理和均衡应用。

具体实施方式：

下面通过实施例进一步说明本发明。实施例采用常规的冶炼方法，按表1各规格指定的元素及含量在转炉冶炼连铸成150mm方坯；采用通用的连续棒材轧机，控制钢坯加热温度1050-1250℃，在950℃以上轧制完成。控制冷却，轧后钢筋快速水冷冷却，控制上冷床的温度在800-1050℃的范围内，然后自然冷却，剪切、打捆、入库。其工艺参数及性能列于表2中。

采用截线法测量了钢筋试样组织相对量，在100倍全相显微镜下，测量不少于50个应场。钢筋试样的组织相对量见表3。

表1

编号    规格    mm    强度    级别    MPa    冷却                                    化学成分％  C  Si  Mn  P  S  Nb  Ti  N1    φ28    400    快冷  0.17  0.42  1.33  0.026  0.021  0.032  0.012  0.00452    φ28    400    快冷  0.24  0.72  1.48  0.023  0.019  0.039  0.021  0.00503    φ32    400    快冷  0.18  0.46  1.38  0.022  0.017  0.031  0.013  0.00464    φ32    400    快冷  0.24  0.73  1.49  0.019  0.023  0.040  0.025  0.00565    φ12    460    快冷  0.22  0.69  1.48  0.019  0.022  0.042  0.019  0.00436    φ25    460    快冷  0.24  0.73  1.52  0.021  0.022  0.043  0.022  0.00407    φ12    500    快冷  0.22  0.69  1.48  0.019  0.021  0.042  0.028  0.00458    φ25    500    快冷  0.24  0.73  1.52  0.018  0.023  0.043  0.023  0.00479    φ12    400    空冷  0.21  0.67  1.45  0.019  0.021  0.033  0.017  0.004810    φ25    400    空冷  0.23  0.70  1.47  0.020  0.023  0.036  0.020  0.0046

表3

序号铁素体+珠光体(F+P)贝氏体(B)规格(mm)11000￠3229010￠283928￠2848515￠28

表2

编号             生产上艺参数                                性能均热温度(℃)终轧温度(℃)上冷床温度(℃)  σ_s  MPa σ_b MPa δ₅ ％ σ_b/σ_s    冷弯180°11180±40960～1120820～1030  440/445 625/620 21/22 1.42/1.39    d＝5a    合格/合格2  450/445 620/620 21/24 1.38/1.39    d＝5a    合格/合格3  430/435 620/625 24/25 1.44/1.44    d＝5a    合格/合格4  440/445 635/625 22/22 1.44/1.40    d＝5a    合格/合格5  480/485 680/685 21/20 1.42/1.41    d＝4a    合格/合格6  470/475 660/665 23/22 1.40/1.40    d＝4a    合格/合格7  550/540 715/720 19/21 1.30/1.33    d＝4a    合格/合格8  520/525 695/700 22/23 1.34/1.33    d＝4a    合格/合格9960～1150930～1130  450/445 635/635 23/26 1.41/1.43    d＝4a    合格/合格10  425/420 600/590 22/25 1.41/1.40    d＝4a    合格/合格