專利名稱：高強(qiáng)度抗震建筑用鋼筋及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑用鋼技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種高強(qiáng)度抗震建筑用鋼筋及其制造方法。
背景技術(shù)：
由于地震等自然災(zāi)害頻發(fā)，建筑結(jié)構(gòu)的安全性及抗震性能得到人們極大的重視， 建筑用鋼筋性能要求也越來越高。本發(fā)明之前，申請(qǐng)?zhí)枮?00710026499. 3的中國發(fā)明專利公開了一種生產(chǎn)含鈮HRB400MPa級(jí)鋼筋的方法，采用Nb微合金與Nb、V復(fù)合微合金化，其化學(xué)成分(wt% )為 C :0. 18 0. 24、Si 0. 40 0. 65,Mn 1. 00 1. 50, Nb 0. 03 0. 045、 S彡0. 045、P彡0. 045、V :0 0. 035，生產(chǎn)方法為連鑄坯矯直溫度不低于950、加熱溫度 1100 1250、均熱溫度1150 1230，開軋溫度1050 1100，鋼筋具有高強(qiáng)度、抗震性和可焊性。申請(qǐng)?zhí)枮?004100652M的中國發(fā)明專利提供了一種高強(qiáng)度抗震熱軋鋼筋用鋼，其化學(xué)成分(wt% )為 C :0. 07 0. 16、Si 1. 2 2· Ο,Μη 1. 5 2. 0、Cr 彡 0. 4、V :0· 02 0. 14，在通用的軋鋼設(shè)備上采用普通的軋制工藝生產(chǎn)出屈服強(qiáng)度(Rpa2) 550MPa、強(qiáng)屈比 Rffl/ReL(Rp0.2) ^ 1.45的高強(qiáng)度、抗震性良好的熱軋鋼筋或高強(qiáng)度棒材。在國外，專利號(hào)為JP9137222的日本專利公開了一種化學(xué)成分(wt % )為C 0. 15 0. 50、Si 0. 15 1. 50、Mn :0. 30 2. 50、Cr :0. 02 2. 00、V :0. 01 0. 40、Nb 0. 005 0. 40,N 0. 003 0. 02,Cu 0 0. 50,Ni 0 0. 50的抗震鋼，其制造工藝包括加熱到1050 1250進(jìn)行熱軋、以0. 1 3. 0°C/s速度快速冷卻、中間軋制以及在500 700 下1 ^內(nèi)完成終軋等步驟，生產(chǎn)的鋼筋具有高強(qiáng)度、低屈服比和優(yōu)異抗震性能。日本的另一專利號(hào)為JP9095735的發(fā)明專利，提供了一種高強(qiáng)度鋼筋，其化學(xué)成分(wt% )為C: 0. 10 0. 40、Si 0. 05 0. 60、Mn :0. 60 2. 00 以及 Al、N、B、P、S、Ni、Mo、Ti、V 或 Nb 等組成，生產(chǎn)方法為加熱到950 1250°C進(jìn)行粗軋、快速冷卻后進(jìn)行中間軋制或終軋，獲得細(xì)微鐵素體-貝氏體組織，鋼筋的屈服強(qiáng)度達(dá)到345MPa以上、屈強(qiáng)比小于0. 8、屈服平臺(tái)延伸率大于1. 4%，夏比沖擊值不小于27J/cm2，具有較好的抗震性能和較高的屈服強(qiáng)度。以上現(xiàn)有高強(qiáng)度鋼筋主要采用合金化結(jié)合控制控冷工藝來實(shí)現(xiàn)，其鋼成分復(fù)雜、 合金元素含量高成本偏高，而且存在鋼產(chǎn)品強(qiáng)度不高、延伸率低以及屈強(qiáng)比偏高的問題，另外，它們的制造工藝流程復(fù)雜，這些問題直接影響了建筑結(jié)構(gòu)的建造成本及安全性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要提供一種高強(qiáng)度抗震建筑用鋼筋及其制造方法。該建筑用鋼筋成分簡(jiǎn)單并且具備高強(qiáng)度、低屈強(qiáng)比、高強(qiáng)塑積以及優(yōu)良抗震性能的特點(diǎn)，而且其制造工藝流程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低廉。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的高強(qiáng)度抗震建筑用鋼筋，其化學(xué)成分按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為c :0. 14 0. 22, Si 0. 50 1. 50,Mn :1. 00 1. 60,P 彡 0. 025, S ^ 0. 020,Al 0. 10 1. 30，其余為！^及不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明高強(qiáng)度抗震建筑用鋼筋的制造方法，是按照常規(guī)純凈鋼工藝進(jìn)行生產(chǎn)，包括鐵水預(yù)脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、精煉處理、連鑄、熱連軋、軋后控冷的步驟，其特殊之處在于軋制時(shí)鋼坯冷裝入加熱爐，入爐預(yù)熱段溫度控制在700°C以下，加熱溫度為1150 1230°C，加熱時(shí)間為2 4h，粗軋溫度控制為1040 1150°C，而且粗軋完成時(shí)溫度控制在950°C以上，并按照常規(guī)棒材熱連軋工藝軋制鋼坯，終軋溫度為840 900°C。進(jìn)一步地，根據(jù)鋼筋直徑規(guī)格采用以下不同軋后控冷工藝棒材直徑小于等于25mm時(shí)，軋后直接以50 300°C /s快速冷卻至150 300°C， 并在該溫度下保持50 100s，然后進(jìn)行熱處理，熱處理溫度控制為350 450°C，保溫時(shí)間 2 ％iin，熱處理結(jié)束后空冷；棒材直徑大于25mm時(shí)，軋后直接以50 300°C /s,快速冷卻至200 300°C，采用
余熱處理直接空冷。以下就本發(fā)明高強(qiáng)度抗震建筑用鋼筋的化學(xué)成分及其制造方法進(jìn)行分析說明C是鋼中的主要強(qiáng)化元素，鋼中必須存在一定的C含量以確保鋼的強(qiáng)度。此外，在熱處理或余熱處理時(shí)，能確保有足夠的C原子從馬氏體擴(kuò)散到殘余奧氏體中，增加殘余奧氏體的化學(xué)穩(wěn)定性，從而在塑性變形時(shí)，產(chǎn)生相變誘導(dǎo)塑性，使鋼具有較好的強(qiáng)度和塑性。 但碳含量過高，鋼的焊接性較差，因此，本發(fā)明將碳重量百分含量需控制在0. 14 0. 22%。Si是一種固溶強(qiáng)化元素，可提高鋼的強(qiáng)度。同時(shí)Si還是一種較強(qiáng)的非碳化物形成元素，可顯著抑制熱處理或余熱處理時(shí)滲碳體的析出，提高殘余奧氏體的穩(wěn)定性。Si含量不宜過高，以免降低鋼的韌性及影響鋼的焊接性能。鋼中Mn可以提高鋼的強(qiáng)度，并可增加殘余奧氏體的穩(wěn)定性，提高組織中殘余奧氏體的體積分?jǐn)?shù)。此外，Mn能降低滲碳體的開始析出溫度，降低C在鐵素體和奧氏體中的活度系數(shù)，增大C在鐵素體中的溶解。除此以外，Mn還能使Bs、Ms點(diǎn)降低，1 %的Mn可降低Ms 點(diǎn)約30°C。過高的Mn含量降低鋼的韌性及塑性，并降低鋼的焊接性能，因此，Mn的重量百分含量控制在1.00 1.60%。本發(fā)明鋼的P、S限定在P≤0. 025%、S≤0. 020%的較低水平，因?yàn)殇撝蠵、S都
是有害元素，理論上要求其含量越低越好，按照生產(chǎn)純凈鋼工藝冶煉，才能保證本發(fā)明鋼的性能。在本發(fā)明鋼中Al的作用與Si相似，也是一種固溶強(qiáng)化元素，但效果比Si略差。Al 也阻礙熱處理或余熱處理時(shí)滲碳體的析出，提高殘余奧氏體的穩(wěn)定性。本發(fā)明的制造方法采用按照常規(guī)純凈鋼工藝進(jìn)行生產(chǎn)，鐵水經(jīng)預(yù)脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、 精煉處理后，可降低鋼中的P、s等雜質(zhì)元素的含量，同時(shí)將有害氣體，如0、Ν、Η等氣體控制在較低水平，實(shí)現(xiàn)純凈鋼質(zhì)的功能。為了消除部分鑄坯缺陷，軋制時(shí)鋼坯冷裝入加熱爐，入爐預(yù)熱段溫度控制在700°C以下，可避免過大溫差使鋼坯內(nèi)部產(chǎn)生超負(fù)荷的內(nèi)應(yīng)力。Al是縮小奧氏體相區(qū)的元素，當(dāng)鋁含量較高時(shí)，鋼坯組織要完全奧氏體化的加熱溫度較高，為了保證鋼坯奧氏體化而且組織均勻，加熱溫度控制在1150 1230°C，同時(shí)，高溫加熱時(shí)間不能過長，控制在2 4h，避免產(chǎn)生脫碳等表面缺陷。粗軋開軋溫度控制為1040 1150°C，且粗軋完成溫度控制在950°C以上，有利于保證鋼坯在粗軋過程中有較好的塑性，同時(shí)確保在軋制過程，奧氏體發(fā)生反復(fù)再結(jié)晶，從而細(xì)化奧氏體晶粒。終軋溫度控制在840 900°C，因?yàn)樵诖藚^(qū)間軋制，奧氏體很難發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，因而在軋制過程中所產(chǎn)生的大量缺陷，如位錯(cuò)、形變帶等，將在隨后的快冷中被保留下來，從而細(xì)化馬氏體組織及提高鋼的力學(xué)性能。 進(jìn)一步地，在冷卻步驟中，根據(jù)鋼筋直徑規(guī)格采用以下不同軋后控冷工藝棒材直徑小于等于25mm時(shí)，軋后直接以50 300°C /s快速冷卻至150 300°C并保持50 100s，這主要是軋制后可以讓奧氏體發(fā)生馬氏體相變，并保留一定含量的殘余奧氏體。軋制后在350 450°C保溫時(shí)間2 ％iin，主要是讓馬氏體中過飽和的C原子擴(kuò)散到殘余奧氏體中，增加殘余奧氏體的穩(wěn)定性。鋼塑性變形時(shí)因此會(huì)產(chǎn)生相變誘導(dǎo)塑性效應(yīng)，使鋼具有較高的強(qiáng)度和較好的塑性。棒材直徑大于25mm時(shí)，軋后直接以50 300°C /s，快速冷卻至200 300°C， 在冷卻過程中，棒材表層的組織，如奧氏體會(huì)發(fā)生部分馬氏體相變。鋼材心部因棒材直徑較大，冷卻速率因此較小，溫度較高，很難發(fā)生馬氏體相變。在存放過程中，鋼材心部的熱量通過傳導(dǎo)傳送到鋼材表面，從而讓馬氏體中過飽和的C原子擴(kuò)散到殘余奧氏體中，增加殘余奧氏體的穩(wěn)定性。本發(fā)明的建筑用鋼筋采用低碳硅錳鋁鋼經(jīng)過特殊制造工藝生產(chǎn)后，產(chǎn)品的顯微組織為馬氏體+殘余奧氏體+少量鐵素體或者馬氏體+鐵素體+殘余奧氏體，制造時(shí)，通過采用軋制控冷工藝來調(diào)整鋼中各種顯微組織合理比例，使鋼筋具備高強(qiáng)度、低屈強(qiáng)比、高強(qiáng)塑積以及優(yōu)良抗震性能等特點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約建筑結(jié)構(gòu)鋼筋的使用量，降低建筑成本社會(huì)效益。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的高強(qiáng)度抗震建筑用鋼筋及其制造方法作進(jìn)一步詳細(xì)描述。表1列出了本發(fā)明實(shí)施例1 8建筑用鋼筋的化學(xué)成分重量百分比含量(余量為 Fe及不可避免的雜質(zhì))。表權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度抗震建筑用鋼筋，其化學(xué)成分按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為c 0. 14 0. 22、Si 0. 50 1. 50,Mn 1. 00 1. 60,P ( 0. 025,S ( 0. 020,Al 0. 10 1. 30，其余為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)。
2.—種權(quán)利要求1所述高強(qiáng)度抗震建筑用鋼筋的制造方法，包括鐵水預(yù)脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、精煉處理、連鑄、熱連軋、軋后控冷的步驟，其特征在于熱連軋時(shí)鋼坯入爐預(yù)熱段溫度控制在700°C以下，加熱溫度為1150 1230，加熱時(shí)間為2 4h，粗軋溫度控制為1040 1150，粗軋完成溫度控制在950以上，終軋溫度為840 900。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述高強(qiáng)度抗震建筑用鋼筋的制造方法，其特征在于根據(jù)鋼筋直徑規(guī)格不同，采用以下不同軋后控冷工藝棒材直徑小于等于25mm時(shí)，軋后直接以50 300°C /s快速冷卻至150 300，并在該溫度下保持50 100s，然后進(jìn)行熱處理，熱處理溫度控制為350 450，保溫時(shí)間2 4min， 熱處理結(jié)束后空冷；棒材直徑大于25mm時(shí)，軋后直接以50 300°C /s，快速冷卻至200 300，后直接空冷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)度抗震建筑用鋼筋及其制造方法。該建筑用鋼筋的化學(xué)成分按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為C0.14～0.22、Si0.50～1.50、Mn1.00～1.60、P≤0.025、S≤0.020、Al0.10～1.30，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)；該建筑用鋼筋的制造方法，包括鐵水預(yù)脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、精煉處理、連鑄、熱連軋、軋后控冷的步驟。實(shí)踐證明，按照本發(fā)明制造方法生產(chǎn)的高強(qiáng)度抗震鋼筋具備高強(qiáng)度、低屈強(qiáng)比、高強(qiáng)塑積以及優(yōu)良抗震性能的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C22C38/04GK102154585SQ201110053020
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月7日
發(fā)明者尹云洋, 朱從茂, 朱玉秀, 羅國華, 范植金, 陳瑋, 陳顏堂 申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司