CN104046907B

CN104046907B - 一种屈服强度≥960MPa精轧螺纹钢筋及生产方法

Info

Publication number: CN104046907B
Application number: CN201410287747.XA
Authority: CN
Inventors: 徐志东; 徐志; 龙莉; 范植金; 吴杰; 朱启铭; 周新龙
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2014-06-25
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2034-06-25
Also published as: CN104046907A

Abstract

一种屈服强度≥960MPa精轧螺纹钢筋，其组分及wt%为：C 0.235～0.33%、Si 0.45～0.7%、Mn 2.2～2.4%、P≦0.025%、S≦0.025%、Cr 0.1～0.3%、Ti 0.015～0.03%、V 0.04～0.06%，Als0.006～0.01%；贝氏体体积百分比不低于85%；生产步骤：常规冶炼并铸坯；对铸坯进行堆垛冷却并至室温；对钢坯加热；粗轧；精轧；冷却；自然空冷至室温并待用。本发明是通过组织相变及使金相组织以贝氏体为主加少量珠光体体来提高强度的；并能同时降低Cr、V合金含量，使生产成本相对降低；无需改造设备；无需进行热处理，且还能保证力学性能：屈服强度≥960MPa、抗拉强度≥1100MPa、延伸率A≥11%。

Description

一种屈服强度≥960MPa精轧螺纹钢筋及生产方法

技术领域

本发明涉及建筑用钢筋及其生产方法，具体属于一种屈服强度≥960MPa精轧螺纹钢筋及生产方法，特别适用于铸坯横截面不低于200×200mm方坯生产的直径在40mm至50mm精轧螺纹钢筋及生产方法。

背景技术

精轧螺纹钢筋又叫预应力混凝土用螺纹钢筋，其是在整根钢筋上轧有外螺纹的高强度、高精度直条钢筋。在整根钢筋的任意截面都能旋上带有内螺纹的连接器进行连结，或旋上螺纹帽进行锚固，具有连接、锚固简便，粘着力强，施工方便等优点，又因省掉焊接工艺，避免了由于焊接而造成的内应力及组织不稳定等引起的断裂，因此被广泛应用于大型水利工程、公路、铁路、大中跨桥梁等工程。随着国家加大基础设施投资力度，国内高铁项目对精轧螺纹钢的需求用量逐年递增。精轧螺纹钢筋的合金含量高、强度高、成形较困难，属钢筋中附加值高的高端产品，为各钢企竞相研发的对象。

经检索，中国专利申请号为CN200710118997.0的专利文献，其公开了高强度精轧螺纹钢筋的生产方法，钢坯材质为中碳低合金钢，工艺流程为转炉冶炼—钢包钒微合金化—LF炉精炼—全保护浇铸—钢坯检查—加热炉加热—控制轧制—轧后控制冷却；其中连铸过程采用130mm2小方坯全保护浇铸；轧制过程开轧温度950-1100℃，精轧入口温度800-950℃；轧后采用两段式或三段式分级控制冷却方式，出一冷段温度控制在700-850℃之间，出二冷段或三冷段上冷床回火温度控制在570-700℃之间。其存在的不足：工序复杂，需要维护多个水箱设备，多线在线冷却不能充分发挥自回火的功能，导致产品性能波动大，而且不能生产直径大于40mm以上规格精轧螺纹钢筋。

中国专利申请号为CN93115947.4的专利文献，公开了一种空冷变态贝氏体高强螺纹钢及处理工艺；其成分为C％ 0.28～0.36，Mn％ 0.80～1.20，Cr％ 0.70～1.10，Si％0.60～1.20，Mo％ 0.20～0.40，V％ 0.10～0.15，其余为Fe，限制S、P含量分别小于0.03％；终轧温度控制在880～900℃，余热在200～ 300℃区间回火2～3小时后空冷；从而获得了强韧性极佳的变态贝氏体螺纹钢。其存在的不足：工序复杂，增加了热处理工艺，增加了生产成本；同时其Cr含量太高，在晶界容易造成偏析，导致轧后冷却时容易出现马氏体组织，使得塑性变差，从而导致延伸率不合格，不满足使用条件。

目前市场也有φ40～50mm的精轧螺纹钢筋，但其生产都是通过强穿水工艺使得表面有一层厚的淬硬层来提高强度，即其边部组织为回火索氏体，中心为铁素体+珠光体，而改方法不易控制，强度富余量不高，若淬硬层厚度太薄，强度达不到要求；若太厚，虽强度富余量高，但是延伸率显著降低。

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：屈服强度≥960MPa、抗拉强度≥1100MPa、延伸率A≥11%下，金相组织中贝氏体组织不低于85%、无需进行热处理，直径为40mm至50mm的屈服强度≥960MPa精轧螺纹钢筋及生产方法。

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其结果，为了即使在保证性能为：屈服强度≥960MPa、抗拉强度≥1100MPa、延伸率A≥11%下的前提下，还能使金相组织中贝氏体组织不低于85%、无需进行热处理，因此提出了采用在成分方面主要是利用Si阻止贝氏体相变过程中碳化物的析出，Mn、Cr推迟过冷奥氏体的高温转变，以及提高钢的淬透性，促使珠光体和贝氏体转变曲线分离，通过该生产方法，可以得到以贝氏体组织为主的大规格精轧螺纹钢筋。同时，本发明根据Mn是扩大奥氏体区的元素，Mn原子在界面富集，对界面迁移产生钉扎作用即溶质拖拽作用，是铁素体生长显著减缓同时也降低了相界附近奥氏体机体内碳的浓度及浓度梯度，导致碳在奥氏体中扩散速度降低，进一步抑制铁素体的生长，使钢的共析转变温度下降，并推迟过冷奥氏体的珠光体转变，从而能显著提高钢的淬透性；Cr能降低贝氏体的开始形成温度，从而推迟先析铁素体转变，增大钢的过冷能力，以进一步保证在较低的温度下发生贝氏体转变。并且，本发明根据微量的V及Ti能够显著细化晶粒，在钢中形成细小碳化物和氮化物，其质点钉轧在晶界，从而在再加热过程中阻止奥氏体晶粒长大；在再结晶控轧过程中阻止形变奥氏体的再结晶，延缓再结晶奥氏体晶粒长大；通过碳氮化物的沉淀析出，显著提高微合金化钢的强度。成分的优化，还需要匹配的工艺才行，因此，本申请在工艺方面主要是采取了控制精轧后冷却工艺，从而使轧后主要组织为贝氏体；控冷温度高于650℃，铁素体量过高，力学性能达不到要求；控冷制温度低于500℃，会出现少量马氏体而使韧性恶化，所以上冷床温度在500℃~650℃范围。

实现上述目的的措施：

一种屈服强度≥960MPa精轧螺纹钢筋，其组分及重量百分比含量为：C 0.235～0.33%、Si 0.45～0.7%、Mn 2.2～2.4%、P≦0.025%、S≦0.025%、Cr 0.1～0.3%、Ti 0.015～0.03%、V 0.04～0.06%，Als0.006～0.01%，其余为Fe和杂质元素；金相组织为贝氏体加少量珠光体，其中贝氏体体积百分比不低于85%。

生产一种屈服强度≥960MPa的精轧螺纹钢筋的方法，其步骤：

1）常规冶炼并铸坯，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）对铸坯加热，控制均热段温度为：1200～1250℃，均热时间在100~120min；

4）进行粗轧，并控制其开轧温度在：1100～1150℃；

5），进行精轧，并控制总压缩比不低于25；

6）进行冷却，在冷却速度为5~10℃/s下冷却至500~650℃；

7）自然冷却至室温并待用。

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0.235%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，当其含量高于0.33%，不利于贝氏体的形核和长大，因此，本发明C控制在0.235~0.33%。

Si：是一种廉价的置换强化元素，可以显著提高钢的强度，特别强烈地阻止贝氏体转变时碳化物的形成，促使尚未转变的奥氏体富集碳，形成无碳化物贝氏体，提高贝氏体钢的韧性，硅含量小于0.6%时，无法发挥抑制碳化物的形成作用，含量高于0.8%，则会导致残余奥氏体含量过高，使钢的强度下降，所以控制Si的范围在0.45～0.7%。

Mn：Mn是扩大奥氏体区的元素，Mn原子在界面富集，对界面迁移产生钉扎作用即溶质拖拽作用，是铁素体生长显著减缓同时也降低了相界附近奥氏体机体内碳的浓度及浓度梯度，导致碳在奥氏体中扩散速度降低，进一步抑制铁素体的生长，使钢的共析转变温度下降，并推迟过冷奥氏体的珠光体转变，从而能显著提高钢的淬透性，经试验发现，当锰低于2.2%时，发挥不了作用，当高于2.4%，则会加剧其在钢中的偏析，而易析出马氏体，导致钢的韧性急剧降低，所以控制Mn的在2.2～2.4%。

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≦0.025%；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≦0.025%。

Ti：使铁素体珠光体转变的孕育期变长，而贝氏体转变的孕育期变短，在发生组织转变时容易获得贝氏体组织，从而使钢在贝氏体转变发生之前，没有或者只有少量的先共析铁素体析出，而不发生珠光体转变；同时Ti形成钛的碳氢化物，阻碍晶粒长大，细化晶粒尺寸，提高钢的强度和韧性。当Ti的含量低于0.015%时，效果不明显，当Ti的含量高于0.03%时，则会形成粗大的碳氮化物，反而对钢的综合性能不利，所以控制Ti在0.015～0.03%。

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)，在轧制时阻止晶粒的生长来细化奥氏体晶粒，改善贝氏体组织的强度和韧性。V低于0.04%时，析出强化效果不能够满足力学性能要求， V高于0.06%时，析出强化使强度太高而导致韧性变差。所以控制在0.04～0.06%。

Cr：碳化物形成元素，降低贝氏体形成的开始温度，推迟先析铁素体转变，增大钢的过冷能力，以进一步保证能在较低的温度下发生贝氏体转变。但当其含量高低于0.1%时，其效果不明显，如高于0.3%，又易于在钢中偏析而出现马氏体，使韧性急剧降低，所以控制Cr在0.1～0.3%。

Al：是作为炼钢时的脱氧定氮剂，Al与钢中的N形成细小难溶AlN质点，起到阻抑作用，进而细化铁素体晶粒，Al含量低于0.006%，细化作用不明显，Al含量高于0.01%，又会使钢液的流动性降低，形成大量的Al₂O₃会在水口结瘤，从而堵住水口，所以选择Al的范围在0.006～0.010%，

之所以采用精轧后以5~10℃/s速度冷却到500℃~650℃，经试验证实，如冷却速度低于5℃/s，铁素体量会多而使力学性能达不到要求；如冷却速度高于10℃/s，则会出现马氏体，而使得塑性变差导致延伸率不合格，选择5~10℃/s速度冷却是为了使组织转变为以贝氏体组织为主，避免出现马氏体或者过多的铁素体使性能不合格。

本发明与现有技术相比，是通过组织相变及使金相组织以贝氏体为主加少量珠光体体来提高强度的；并能同时降低Cr、V合金含量，使生产成本相对降低；在本发明中，Ti的作用Mo是无法代替的，且Ti比Mo价格较低；本发明还在于无需改造设备；无需进行热处理，且还能保证力学性能：屈服强度≥960MPa、抗拉强度≥1100MPa、延伸率A≥11%。

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2的铸坯尺寸为280×320mm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：

2）对铸坯进行堆垛冷却并至室温；

4）进行粗轧，并控制其开轧温度在：1100～1150℃；

5），进行精轧，并控制总压缩比不低于25；

6）进行冷却，在冷却速度为5~10℃/s下冷却至500~650℃；

7）自然冷却至室温并待用。

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1505℃

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，本发明强度比目前生产的同一级别精轧螺纹钢筋性能富余量平均要高15MPa以上，且塑性性能更好，能够满足两种塑性指标，而对比实施例只能满足一种，同时抗松弛性能平均也比实施例低0.4%以上。综述，本发明各项指标都优于目前的精轧螺纹钢筋。

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。

Claims

1.一种屈服强度≥960MPa的精轧螺纹钢筋，其组分及重量百分比含量为：C 0.31%、Si0.59%、Mn 2.23%、P：0.02%、S：0.017%、Cr 0.18%、Ti 0.026%、V 0.046%，Als0.007%，其余为Fe和杂质元素；金相组织为贝氏体加少量珠光体，其中贝氏体体积百分比不低于85%；

生产方法：

1）常规冶炼并铸坯，出钢温度在1683℃，铸坯拉速为0.6m/min；

2）对铸坯进行堆垛冷却并至室温；

3）对铸坯加热，控制均热段温度为：1250℃，均热时间在120min；

4）进行粗轧，并控制其开轧温度在：1100～1150℃；

5）进行精轧，并控制总压缩比为70；

6）进行冷却，在冷却速度为5~10℃/s下冷却至630℃；

7）自然冷却至室温并待用。

2.一种屈服强度≥960MPa的精轧螺纹钢筋，其组分及重量百分比含量为：C 0.33%、Si0.65%、Mn 2.20%、P：0.018%、S：0.025%、Cr 0.17%、Ti 0.025%、V 0.043%，Als0.0077%，其余为Fe和杂质元素；金相组织为贝氏体加少量珠光体，其中贝氏体体积百分比不低于85%；

生产方法：

1）常规冶炼并铸坯，出钢温度在1680℃，铸坯拉速为1.6m/min；

2）对铸坯进行堆垛冷却并至室温；

4）进行粗轧，并控制其开轧温度在：1100～1150℃；

5）进行精轧，并控制总压缩比为25；

6）进行冷却，在冷却速度为5~10℃/s下冷却至570℃；

7）自然冷却至室温并待用。