一種貝氏體型700MPa級螺紋鋼筋及其生產方法
2023-06-21 23:29:11 4
一種貝氏體型700MPa級螺紋鋼筋及其生產方法
【專利摘要】本發明提供一種貝氏體型700MPa級螺紋鋼筋及其生產方法。該螺紋鋼筋包含如下基本成分：C?0.10～0.20％，Si?0.40～0.60％，Mn?0.80～1.40％，V?0.06～0.14％，Mo?0.10-0.16％，Cr?0.60～0.70％，B?0.001～0.003％，N?120-240ppm；可選成分：Nb?0.001～0.04％,Ti?0.001～0.02％,Cu?0.01～0.05％中的任意一種或兩種以上的組合；其餘為Fe和不可避免的雜質。該螺紋鋼筋採用轉爐或電爐冶煉，LF爐精煉，小方坯連鑄連軋，冷床冷卻的工藝。採用上述成分和方法生產的螺紋鋼筋下屈服強度＞700MPa。
【專利說明】一種貝氏體型700MPa級螺紋鋼筋及其生產方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種貝氏體型700MPa級螺紋鋼筋及其生產方法，屬於鋼鐵冶金和軋鋼領域。
【背景技術】
[0002]螺紋鋼是建築行業的主要用品，起到支撐結構和主要受力的作用。而隨著建築向高層、大型化發展，螺紋鋼的強度級別要求和其他性能要求也越來越高。目前，國家正大力推廣高強度螺紋鋼筋，可以預見，高強度螺紋鋼將向著更高的強度級別發展，國內已有部分企業開發出600MPa級螺紋鋼並實現產量化生產，而更高強度的700MPa級鋼筋尚未有相關研究和產量化生產。眾所周知，高強度鋼筋可減少螺紋鋼用量，降低鋼筋密度，節省建築空間，可實現能源消耗的降低和環境的改善，因此，研究高強度鋼筋具有重大的現實和經濟意義。700MPa級鋼筋的開發可應用於重點工程建築和核電等領域，大大提高建築的安全性和經濟性。目前熱軋螺紋鋼筋的最高級別為600MPa級鋼筋HRB600，而精軋螺紋鋼筋的最低級別為PSB785，多為中碳中合金鋼，合金含量高，工藝複雜，成本難以控制，且較高的碳含量只能採用機械連接，連接成本增加。易焊接，低成本的700MPa級鋼筋具有重要意義，可填補這一領域的空白。
[0003]600MPa級及以下螺紋鋼組織主要為鐵素體和珠光體組織，依靠較高的碳、矽、錳含量，同時結合釩氮微合金化方法提高強度。而700MPa級螺紋鋼要求更高的強度，同時塑性不能下降，因此，僅僅通過提高固溶元素碳、矽、錳含量來提高強度，不僅會使得塑性降低，同時會導致焊接性能變差，這對高強鋼筋的大規模推廣應用是不利的。目前國內也有少量700MPa級螺紋鋼的相關研究，但存在成本較高，生產工藝難度較大，不適合大規模應用等問題，如鋼鐵研究總院申請的「抗震耐候高強度YS700MPa級熱軋鋼筋」化學成分為:C:0.20~0.25,S1:0.40 ~0.80,Mn:1.20 ~1.60K0.035、S ≤ 0.035,V:0.06 ~0.20,N:0.010 ~0.030、Ni:0.20 ~2.0、Cr:0.20 ~2.0、Ti:0.01 ~0.03，結合其實施例 Cr、Ni 含量為成分範圍中限，可知其Cr和Ni等合金元素較高，成本也處於較高的水平，僅適合特殊環境下的工程應用，同時，大量的合金元素也給冶煉工作帶來了一定難度。
【發明內容】
[0004]本專利旨在提供一種通過微合金化技術生產，組織以鐵素體和貝氏體為主，力學性能穩定，滿足大規模生產需要的低成本700MPa級螺紋鋼筋。
[0005]為實現上述發明，採取如下技術方案:
[0006]一種貝氏體型700MPa級螺紋鋼筋其基本成分為:C0.10~0.20%, Si0.40~0.60%, Mn0.80 ~L 40%, V0.06 ~0.14%, Mo0.10 ~0.16%, Cr0.60 ~0.70%, B0.001 ~0.003%, N120 ~240ppm ;可選成分:Nb0.001 ~0.040%, Ti0.001 ~0.020%, Cu0.01 ~0.050%中的任意一種或兩種以上的組合；其餘為Fe和不可避免的雜質。
[0007]相對於低級別螺紋鋼，700MPa級鋼筋要求更高的強度，同時要保證其塑性，按照以往的技術路線提高固溶元素含量，難以實現高強度的同時保證高塑性。而螺紋鋼等棒線材孔型固定，軋制速度快，很難通過改變壓下量，應變速率等手段實現控軋的目的，因此合金的設計具有重要作用，本發明通過引入Mo、Cr、B等元素，利用其增強淬透性、推遲珠光體轉變、降低貝氏體轉變溫度等特點，研發出一種碳含量相對較低的貝氏體型高強度螺紋鋼，較低碳含量的貝氏體鋼具有高強度、高塑性、易焊接的特點，在高級別螺紋鋼的開發中採用低碳貝氏體的工藝路線具有較大的優勢。貝氏體轉變是一種碳擴算控制的切變型相變，少量的B元素偏聚在奧氏體晶界上，阻礙鐵素體在晶界上成核，抑制鐵素體的生成，Mo元素屬於中強碳化物形成元素，對提高臨界區加熱時所形成的奧氏體的淬透性具有極大的影響，Mo元素對珠光體轉變的抑制作用非常明顯，同時細化從鐵素體中析出的碳化物，在MC型碳化物(M為鈦、鈮、釩)中置換碳化物中的釩、鈦等元素，形成複合碳化物，結合可提高淬透性的Cr元素，促進了貝氏體的生成。
[0008]以上述成分方案為基礎，經過鐵水預脫硫，將鐵水、廢鋼及生鐵加入氧氣轉爐後，進行常規頂底複合吹煉，加入石灰、白雲石、菱鎂球進行造渣；控制終點碳> 0.06wt%,出鋼溫度小於1690°C ;出鋼時採用渣洗及全程底吹氬，當鋼包鋼水量大於1/4時，向鋼包中加入脫氧劑，高碳錳鐵，矽鐵，鉻鐵等，在鋼包鋼水量達到3/4時加完，以進行脫氧合金化。出鋼完畢後鋼水送LF爐進行精煉,吹IS 3分鐘,然後進行電極化洛,加入石灰,控制洛鹼度為
6.0~8.0，精煉結束後加入硼鐵等；對鋼水吹氬10分鐘；加熱鋼水至溫度為1570~1600°C後，加入常規覆蓋劑，送連鑄工序，中間包溫度為1525~1550°C，連鑄成小方坯。將鋼坯送入加熱溫度為1050~1150°C的加熱爐，加熱80~120分鐘，鋼坯開軋溫度為950~980°C，終軋溫度為850~900°C，上冷床溫度為680~830°C，經冷床冷卻即可得到700MPa級高強鋼筋。
[0009]本發明的特點是引入貝氏體形成元素，形成易焊接，塑性強度均較好的組織，強度可以達到700MPa級 ，冶煉工序不需要特殊工藝，操作簡單，軋制工藝與強度級別螺紋鋼相比，無複雜的要求，成本相對較低，可進行多種環境下大規模推廣和使用。
[0010]組分中其他元素作用:
[0011]C:碳是一種廉價的強化元素，碳元素可與鋼中的釩、鑰等元素形成碳氮化物，提高鋼材基體的強度，但碳元素過高則會降低鋼材的塑性和韌性，同時降低焊接性能，為保證鋼材性能，同時降低成本，本發明限定碳含量在0.10~0.20wt%
[0012]S1:在鋼中主要是通過固溶在鐵素體起固溶強化的作用，並且能夠降低奧氏體中碳元素的擴散速度，推遲鐵素體和珠光體相變，可提高屈服強度和抗拉強度。但矽元素會提高韌脆轉變溫度。因此矽的合理範圍是0.40~0.60wt%o
[0013]Mn:錳是螺紋鋼中提高強度的主要元素之一，也是提高鋼的淬透性的有效元素。本發明中錳作為一種主要固溶強化元素提高基體的強度，過高的錳含量會降低鐵素體生成溫度，使沉澱相太過細小而影響強化效果，同時，錳含量較高同樣會提高碳當量，影響焊接性能，猛元素合理範圍是0.80~1.40wt%o
[0014]V是一種重要的微合金強化元素，能夠在軋制過程中析出V(C，N)化合物，阻止奧氏體和鐵素體晶粒長大，具有較強的析出強化和細晶強化作用，可以顯著提高螺紋鋼筋的強度；但釩含量過高會降低材料塑性，同時大量增加成本，因此，V含量的範圍設為0.06~
0.14%。[0015]N可促進V(C，N)化合物的析出，細化析出相的尺寸，可充分發揮V析出強化的潛力，對提高螺紋鋼強度，減少V的使用量具有明顯作用。
[0016] Nb:微合金化元素，可形成大量的碳化物析出相提高鋼材強度，同時鈮還能對鐵素體/奧氏體界面的遷移產生強烈的拖拽作用，提高奧氏體再結晶溫度，細化晶粒。
[0017]T1:碳化物形成元素，高溫析出的氮化物可以阻止晶粒長大。鋼中含量過多的鈦在冷卻過程中會形成粗大的Ti (C，N)，降低對再結晶晶粒的釘扎效果，因此鋼中限定Ti含量為 T1:0.001 ~0.02wt%o
[0018]Cu:除了可以穩定奧氏體之外，還可以提高碳的活度，促進合金碳化物析出，從而間接發揮細化轉變組織和析出強化的作用，但銅在鋼中有向晶界和表面富集的趨勢，而銅的熔點又較低，因而加入過多銅容易發生熱脆，銅含量為0.01~0.050%。
【具體實施方式】
[0019]以下結合具體實施例對本發明的技術方案作進一步闡述，但這些實施例絕非對本發明有任何限制。本領域技術人員在本說明書的啟示下對本發明實施中所作的任何變動都將落在權利要求書的範圍內。
[0020]實施例1
[0021]採用轉爐冶煉，經LF精煉，連鑄成150mmX 150mm小方坯；加熱爐中均熱段加熱溫度為1050~1100°C;採用連續式棒線材軋機進行軋制，軋制規格為β 25mm，開軋溫度950~980°C，終軋溫度850~900°C，上冷床溫度為780~830°C，在冷床上自然冷卻至室溫即獲得 700MPa 級螺紋鋼筋。該鋼筋的化學成分為:C0.18wt%, Si0.50wt%，Mnl.10wt%，V0.12wt%,Cr0.60wt%, Mo0.10wt%, N200ppm, B20ppm。表 I 為力學性能，屈服強度 >700MPa，抗拉強度>850MPa,斷後伸長率> 14%，組織為鐵素體和貝氏體。
[0022]表1 Φ 25mm700MPa鋼筋力學性能
【權利要求】
1.一種貝氏體型700MPa級螺紋鋼筋，其特徵在於，由以下元素按重量百分比(％)組成:C0.10 ~0.20%, Si0.40 ~0.60%, Mn0.80 ~1.40%, V0.06 ~0.14%, Mo0.10 ~0.16%, Cr0.60 ~0.70%, B0.001 ~0.003% ;可選成分:Nb0.001 ~0.040%, Ti0.001 ~0.020%, Cu0.01~0.050%中的任意一種或兩種以上的組合；其餘為Fe和不可避免的雜質。
2.一種貝氏體型700MPa級螺紋鋼筋的生產方法，包括依次進行的電爐或轉爐冶煉、LF精煉、小方坯連鑄連軋、冷床冷卻，其特徵在於:軋制過程中，加熱溫度1050~1100°C，開軋溫度950~1000°C，終軋溫度850~900°C，上冷床溫度為680~830°C。
3.根據權利要求1~2任一項所述的一種貝氏體型700MPa級螺紋鋼筋及其生產方法，其特徵在於，抗拉強度> 850MPa，下屈服強度> 700MPa，斷後伸長率> 14%，顯微組織為鐵素體和貝 氏體。
【文檔編號】C21D8/08GK103981446SQ201410116600
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年3月26日 優先權日:2014年3月26日
【發明者】李陽, 麻晗, 黃文克, 張建春 申請人:江蘇省沙鋼鋼鐵研究院有限公司