專利名稱：含微量鈮控冷鋼筋用鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬鋼筋混凝土用熱軋鋼筋，尤其是涉及含微量鈮的鋼筋及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
目前，推廣應(yīng)用屈服強(qiáng)度400MPa級(jí)的HRB400高強(qiáng)度鋼筋已是發(fā)展趨勢(shì)，但生產(chǎn)HRB400鋼筋的方法過(guò)于單一，盡管國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》(GB1499-1998)規(guī)定可采用釩、鈮、鈦等微合金化元素，但是長(zhǎng)期以來(lái)仍主要采用釩鐵或釩氮合金微合金化工藝。由于對(duì)釩鐵和釩氮合金的需求大幅度增加及釩鐵和釩氮合金資源緊張，不利于釩資源的合理使用，還會(huì)使成本增高，甚至嚴(yán)重影響了HRB400鋼筋的推廣應(yīng)用。
中國(guó)有的企業(yè)組織試制過(guò)400MPa級(jí)的20MnTi鋼筋，但至今沒有企業(yè)穩(wěn)定地批量生產(chǎn)這種鋼筋，原因是一些生產(chǎn)技術(shù)問(wèn)題還沒有得到滿意的解決。如鈦含量過(guò)低時(shí)，強(qiáng)度難以滿足要求，而鈦含量偏高時(shí)，連鑄時(shí)易產(chǎn)生蓄流，鈦煉鋼時(shí)的收得率很低且不穩(wěn)定，鋼筋的性能波動(dòng)大等。
400MPa級(jí)的超細(xì)晶鋼筋的研究者利用組織超細(xì)化生產(chǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了用Q235類普碳鋼生產(chǎn)400MPa級(jí)鋼筋，大幅度降低了合金含量，不需要加微合金化元素。但生產(chǎn)超細(xì)晶鋼筋需低溫軋制，對(duì)設(shè)備的要求較高，目前還未能實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。
還有采用余熱處理鋼筋的，利用Q235類普碳鋼或20MnSi鋼筋的余熱進(jìn)行處理，就可生產(chǎn)400MPa級(jí)、460MPa級(jí)甚至500MPa級(jí)鋼筋，其基本原理是鋼筋從軋機(jī)的成品機(jī)架軋出后，經(jīng)冷卻裝置進(jìn)行快速表面淬火，然后利用鋼筋芯部熱量由里向外自回火，并在冷床空冷至室溫。該技術(shù)能有效地利用了相變強(qiáng)化，發(fā)揮了鋼材的強(qiáng)度潛力，但該技術(shù)目前在中國(guó)建筑業(yè)未被認(rèn)可，原因是余熱處理鋼筋焊接后有失強(qiáng)現(xiàn)象，且認(rèn)為鋼筋表面形成硬相組織，降低構(gòu)件的疲勞性能。
從合理、均衡利用資源的角度出發(fā)，采用鈮微合金化技術(shù)生產(chǎn)由于降低了鈮含量并對(duì)氮含量加以限制，所以軋制時(shí)鋼坯加熱溫度不必太高，按1050-1220℃范圍控制即可。在950℃以上以上完成軋制即基本在奧氏體再結(jié)晶區(qū)完成軋制是為了實(shí)現(xiàn)再結(jié)晶細(xì)化，且現(xiàn)行的軋鋼設(shè)備和工藝容易實(shí)現(xiàn)。軋制溫度在部分再結(jié)晶區(qū)容易產(chǎn)生混晶，對(duì)性能產(chǎn)生不利影響。而軋制溫度在未再結(jié)晶區(qū)則現(xiàn)行的軋鋼設(shè)備和工藝難以實(shí)現(xiàn)。降低鈮含量引起的強(qiáng)度損失主要靠加速相變前奧氏體的冷卻來(lái)彌補(bǔ)，加速冷卻有利于防止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，也有利于抑制鈮的碳、氮化物在中溫區(qū)的析出和長(zhǎng)大，并增加析出形核率，增加其阻止再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大的作用，相變前奧氏體晶粒細(xì)化導(dǎo)致了最終產(chǎn)品的組織細(xì)化。加速冷卻還有利于碳、氮化物在低溫區(qū)析出。增加的細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化提高了鋼筋的強(qiáng)度。但鋼筋的上冷床溫度必須控制在800℃以上或Ar3溫度以上，是為了防止鋼筋表層出現(xiàn)回火組織和鋼筋斷面上出現(xiàn)過(guò)多的貝氏體等低溫相變產(chǎn)物。
采用截線法對(duì)鋼筋顯微組織相對(duì)量進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果表明，本發(fā)明生產(chǎn)出的熱軋鋼筋的顯微組織是以鐵素體+珠光體為主(85％以上)，其余還可能含有少量貝氏體(含粒狀貝氏體)等組織。
本發(fā)明生產(chǎn)出的含微量鈮的控冷鋼筋，其性能指標(biāo)達(dá)到σs(σp0.2)＝400-520MPa，σb≥570MPa，σb/σs(σp0.2)≥1.25，δ5≥14％，冷彎d＝4a，180°合格。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，含微量鈮的控冷鋼筋鈮含量降低，性能良好，而且很好地解決了目前鈮微合金化鋼筋存在的生產(chǎn)工藝和性能不穩(wěn)定、鋼坯加熱溫度過(guò)高、連鑄坯裂紋出現(xiàn)幾率高等問(wèn)題，降低了生產(chǎn)成本。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。采用常規(guī)的冶煉方法，按表1各規(guī)格指定的元素及含量在轉(zhuǎn)爐上冶煉，連續(xù)澆鑄成150mm方坯；采用通用的連續(xù)棒材軋機(jī)，嚴(yán)格控制鋼坯加熱溫度1050-1250℃，在950℃以上軋制完成；控制冷卻，軋后軋件快速水冷冷卻，上冷床的溫度控制在800-1050℃的范圍內(nèi)，在冷床上自然冷卻，然后剪切、打捆、入庫(kù)。其工藝參數(shù)及性能列于表2中。
鋼筋試樣組織相對(duì)量采用截線法測(cè)量，在100倍全相顯微鏡下，測(cè)量不少于50個(gè)應(yīng)場(chǎng)。鋼筋試樣的組織相對(duì)量見表3。
400MPa級(jí)鋼筋是較好的選擇。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》(GB1499-1998)中推薦20MnSiNb鋼筋鈮的參考含量為0.02-0.04％，實(shí)際上為了保證鋼筋的性能，一般鋼筋中鈮含量需0.03-0.05％，鋼水中鈮鐵(60％)加入量需0.05％以上，較高的鈮含量不僅增加了成本，而且?guī)?lái)一些問(wèn)題，限制了含鈮鋼筋的生產(chǎn)應(yīng)用，如其生產(chǎn)工藝和性能遠(yuǎn)不如釩微合金化鋼筋穩(wěn)定，為保證鈮的碳氮化物充分溶入奧氏體中，需較高的鋼坯加熱溫度，存在鋼筋屈服點(diǎn)不明顯的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種含微量鈮的鋼筋用鋼及其生產(chǎn)方法，通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂评鋮s來(lái)保證鋼筋的強(qiáng)度性能，明顯低于目前同類鈮微合金化鋼筋的含鈮量，不僅降低了成本，而且很好地解決了目前鈮微合金化鋼筋存在的生產(chǎn)工藝和性能不穩(wěn)定、鋼坯加熱溫度過(guò)高的問(wèn)題。
一種含微量鈮控冷鋼筋用鋼，按重量百分比由下列元素組成0.15-0.25％C，0.30-0.80％Si，1.00-1.60％Mn，≤0.045％P、S，0.005-0.02％Nb，≤0.0080％N，其余為Fe和雜質(zhì)元素。
含微量鈮控冷鋼筋的生產(chǎn)方法，包括下述步驟冶煉，按指定元素及含量，采用常規(guī)冶煉方法，在轉(zhuǎn)爐或電爐上冶煉，連續(xù)澆注成鋼坯；棒材軋機(jī)軋制，軋制時(shí)鋼坯加熱溫度控制在1050-1220℃范圍，在950℃以上完成軋制；控制冷卻，軋后軋件快速冷卻，鋼筋上冷床的溫度在800-1050℃；鋼筋在冷床上自然冷卻，冷卻后剪切、打捆、入庫(kù)。
下面具體說(shuō)明技術(shù)方案的內(nèi)容。
本發(fā)明的碳、硅、錳含量與現(xiàn)有的屈服強(qiáng)度400MPa級(jí)鋼筋基本相當(dāng)，磷、硫雜質(zhì)元素的要求也相當(dāng)。本發(fā)明采用鈮作為微合金化元素，鈮對(duì)鋼筋的強(qiáng)化效果主要表現(xiàn)為晶粒細(xì)化、析出強(qiáng)化和相變強(qiáng)化，鈮的加入是必要的。本發(fā)明采用了0.005-0.02％很低的鈮含量不僅降低了成本，而且解決了較高鈮含量帶來(lái)一些問(wèn)題，如其生產(chǎn)工藝和性能欠穩(wěn)定，鋼坯加熱溫度較高，有時(shí)鋼筋屈服點(diǎn)不明顯、連鑄坯裂紋出現(xiàn)幾率高等問(wèn)題。對(duì)氮含量加以限制主要是為了降低鈮的碳、氮化物固溶于奧氏體中的溫度和析出溫度，使軋制時(shí)鋼坯加熱溫度不必過(guò)高，更充分等發(fā)揮鈮的強(qiáng)化作用。
表1

表2

表3

權(quán)利要求
1.含微量鈮的控冷鋼筋用鋼，，按重量百分比由下列元素組成0.15-0.25％C，0.30-0.80％Si，1.00-1.60％Mn，≤0.045％P、S，0.005-0.02％Nb，≤0.0080％N，其余為Fe和雜質(zhì)元素。
2.生產(chǎn)根據(jù)權(quán)利要求1所述的含微量鈮的控冷鋼筋的生產(chǎn)方法，其特征在于包括以下步驟組成煉鋼，按指定的元素及含量，采用常規(guī)冶煉方法，在轉(zhuǎn)爐或電爐上冶煉、連鑄成鋼坯；棒材軋機(jī)軋制，軋制時(shí)鋼坯加熱溫度控制在1050-1220℃范圍，在950℃以上以上完成軋制；控制冷卻，軋后軋件快速冷卻，鋼筋上冷床的溫度控制在800-1050℃；自然冷卻后，剪切、打捆、入庫(kù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的含微量鈮的控冷鋼筋用鋼及其生產(chǎn)方法生產(chǎn)的鋼筋，其特征在于鋼筋的顯微組織是以鐵素體+珠光體為主，達(dá)85％以上，其余為少量貝氏體組織。
全文摘要
含微量鈮的控冷鋼筋用鋼及其生產(chǎn)方法，屬鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋，尤其是涉及含微量鈮的鋼筋及其生產(chǎn)方法。該鋼筋按重量百分比由下列元素組成0.15－0.25％C、0.30－0.80％Si、1.00－1.60％Mn、≤0.045％P、S、0.005－0.02％Nb，≤0.0080％N，其余為Fe和雜質(zhì)元素。該鋼筋的生產(chǎn)方法，由下列步驟組成冶煉，按指定元素及含量，常規(guī)冶煉方法，在轉(zhuǎn)爐或電爐上冶煉；棒材軋機(jī)軋制，鋼坯加熱溫度范圍1050－1220℃，在950℃以上以上完成軋制；控制冷卻，軋后軋件快速冷卻，鋼筋上冷床的溫度控制在800－1050℃；自然冷卻后，剪切、打捆、入庫(kù)。鋼筋鈮含量降低性能良好，解決了鈮微合金化鋼筋存在的生產(chǎn)工藝和性能不穩(wěn)定、鋼坯加熱溫度過(guò)高、連鑄坯裂紋等問(wèn)題。
文檔編號(hào)B21B1/46GK1952198SQ20051009483
公開日2007年4月25日 申請(qǐng)日期2005年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月17日
發(fā)明者完衛(wèi)國(guó), 王洋, 孫成堯, 左培貴, 孫維, 蘇世懷 申請(qǐng)人:馬鞍山鋼鐵股份有限公司