一種屈服強(qiáng)度≥500MPa的耐熱鋼筋及生產(chǎn)方法
【專利摘要】一種屈服強(qiáng)度≥500MPa的耐熱鋼筋，其組分及wt%為：C：0.10～0.19%、Si：0.35～0.60%、Mn：1.05～1.24%、P≤0.015%、S≤0.015%、N：0.04～0.06%、V：0.06～0.082%、Ti：0.03～0.05%、Mo：0.015～0.024%、Cr：0.10～0.18%、Cu：0.05～0.15%；生產(chǎn)步驟：冶煉；連鑄成坯后對鑄坯加熱；熱軋；空冷至室溫。本發(fā)明通過利用復(fù)合微合金化，并控制鋼中氮含量在0.04~0.06%及加適量的Cu及Mo，能使鋼筋的屈服強(qiáng)度大于500MPa，強(qiáng)屈比大于1.25，且具有良好的耐熱性能，即在600℃下經(jīng)30分鐘的高溫，其屈服強(qiáng)度超過20℃下的屈服強(qiáng)度的60%，生產(chǎn)工藝簡便，性能穩(wěn)定，完全滿足高層建筑市場對強(qiáng)度和耐熱安全性的要求。
【專利說明】-種屈服強(qiáng)度> 500MPa的耐熱鋼筋及生產(chǎn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋼筋及生產(chǎn)方法，具體地屬于一種屈服強(qiáng)度彡500MPa的耐熱鋼 筋及生產(chǎn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，特別是我國正處于工業(yè)化和城鎮(zhèn)化快速發(fā)展時(shí)期，大型、大 跨度、高層建筑不斷涌現(xiàn)，為提高大型混凝土建筑的安全性，此類建筑用鋼筋普遍采用高強(qiáng) 度的熱軋帶肋鋼筋代替普通鋼筋，以達(dá)到提高安全余量和施工效率，減少鋼材用量的目的， 同時(shí)為滿足高層、大跨度混凝土建筑對防火性能的要求，鋼筋耐熱性能亦受到關(guān)注。
[0003] 500MPa及以上高強(qiáng)鋼筋普遍采用微合金化工藝進(jìn)行生產(chǎn)，微合金化技術(shù)是世界各 國發(fā)展高強(qiáng)度鋼筋的主要技術(shù)路線，其中釩、鈮、鈦微合金化技術(shù)以其顯著的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu) 勢，成為高強(qiáng)鋼筋研制的熱點(diǎn)。利用釩、鈮、鈦在鋼中形成細(xì)小的碳化物、氮化物或碳氮化物 的釘扎作用，在再加熱過程中阻止奧氏體晶粒的長大，在再結(jié)晶控軋過程中阻止變形奧氏 體的再結(jié)晶，延緩再結(jié)晶奧氏體晶粒的長大，從而顯著改善鋼筋綜合性能，且復(fù)合微合金化 的作用大于單獨(dú)加入某種元素的總和。
[0004] 我國攀西地區(qū)釩鈦資源豐富，采用釩鈦復(fù)合微合金化生產(chǎn)高強(qiáng)鋼筋對于我國新型 城鎮(zhèn)化建設(shè)和節(jié)能減排具有重要意義。本發(fā)明利用價(jià)格低廉的釩鈦，充分利用V-Ti復(fù)合微 合金化提高鋼材強(qiáng)度,并通過添加 Cr、Mo提高鋼材耐熱性，開發(fā)出一種高強(qiáng)度、耐熱性能優(yōu) 良、性能穩(wěn)定且易于推廣的500MPa級耐熱高強(qiáng)鋼筋。
[0005] 經(jīng)檢索：中國專利CN201210215588. 3公開了一種釩鈦復(fù)合微合金化鋼筋，其化學(xué) 成分按重量計(jì)為：C :0· 16 ?0· 25%、Si :0· 20 ?0· 80%、Mn :L 20 ?L 50%、Ti :0· 001 ? 0· 12%、V :0· 001 ?0· 10%、N 彡 0· 01%、S 彡 0· 045%、P 彡 0· 045%，其余為 Fe 和不可避 免的雜質(zhì)。存在的不足：該專利中氮含量較低，不能充分發(fā)揮釩、鈦細(xì)晶強(qiáng)化作用，且釩、鈦 成分上限較高，增加了冶煉成本和難度。與此專利相比，本發(fā)明鋼中氮、釩和鈦含量適中，既 能保證V-Ti微合金化效果，又能有效降低冶煉成本和生產(chǎn)難度。
[0006] 中國專利CN201210340402. 7《混凝土用600MPa高性能耐火抗震鋼筋及其制備》 中公開了一種耐火鋼筋，其化學(xué)成分（按重量百分比）包括0. 15?0. 20% C、0. 45?0. 65% Si、0. 80 ?L 05% Mn :、彡 0· 045% P、彡 0· 045% S、0. 60 ?0· 80% Cr、0. 050 ?0· 070% V、 0. 0008?0. 0020% B，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)，存在的不足：該專利中Cr含量較高使 鋼筋焊接性能較差，同時(shí)其采用低溫軋制，需要新建高負(fù)荷軋制設(shè)備，現(xiàn)有工藝裝備不能生 產(chǎn)該類產(chǎn)品，加大了生產(chǎn)成本，并且采用低溫軋制方法生產(chǎn)的鋼筋雖然強(qiáng)度提高了，但低溫 軋制變形不均勻，易導(dǎo)致性能波動(dòng)，塑性降低。與此專利相比，本發(fā)明焊接性能優(yōu)良，且無需 設(shè)備改造，因而通用性更強(qiáng)，生產(chǎn)成本更低。
[0007] 中國專利CN104032234公開了 一種耐火鋼筋及其生產(chǎn)工藝，其化學(xué)成分按重量 計(jì)為：C :0· 20 ?0· 25%、Si :0· 30 ?0· 55%、Mn :1· 25 ?L 50%、P :0· 008 ?0· 025%、S : 0. 005 ?0. 015%、V :0. 01 ?0. 20%、Cr :0. 15 ?0. 30%、Ni :0. 04 ?0. 25%、Nb :0. 009 ? 0. 015%、Ti :0. 005 ?0. 007%、Mo :0. O 08?0. 011%、B :0. 0008?0. 0010%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。存在的不足：該專 利合金種類繁多，工藝復(fù)雜，因而生產(chǎn)成本較高且磷含量較高，增加鋼的冷脆性，使焊接性 能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞。
[0008] 與上述文獻(xiàn)相比，本發(fā)明采用V、Ti復(fù)合微合金化提高鋼材強(qiáng)度，并通過合理的化 學(xué)成分設(shè)計(jì)，使鋼筋通過常規(guī)的熱軋工藝即可達(dá)到耐火強(qiáng)度的要求，具有較強(qiáng)的市場競爭 力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用微合金化，并控制鋼中氮含量及加適 量的Cu,使鋼筋的屈服強(qiáng)度大于500MPa，強(qiáng)屈比大于1. 25,且具有良好的耐熱性能，生產(chǎn)工 藝簡便，性能穩(wěn)定，完全滿足高層建筑市場對強(qiáng)度和耐熱安全性要求的鋼筋及生產(chǎn)方法。
[0010] 實(shí)現(xiàn)上述目的的措施： 一種屈服強(qiáng)度彡500MPa的耐熱鋼筋，其組分及重量百分比含量為：C :0. 10?0. 19 %、 Si :0· 35 ?0· 60 %、Mn :1· 05 ?L 24 %、P 彡 0· 015 %、S 彡 0· 015 %、N :0· 04 ?0· 06 %、V : 0. 06 ?0. 082 %、Ti :0. 03 ?0. 05 %、Mo :0. 015 ?0. 024 %、Cr :0. 10 ?0. 18 %、Cu :0. 05 ? 0. 15 %，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
[0011] 優(yōu)選地：C的重量百分比含量為0. 11?0. 14 %。
[0012] 優(yōu)選地：V的重量百分比含量為0· 06?0· 077%。
[0013] 優(yōu)選地：Cu的重量百分比含量為0· 05?0· 082 %。
[0014] 優(yōu)選地：Cr的重量百分比含量為0· 11?0· 14 %。
[0015] 生產(chǎn)一種屈服強(qiáng)度彡500MPa的耐熱鋼筋的方法，其步驟： 1) 冶煉，其中在氮合金化階段，增氮?jiǎng)┑牧６葹?5~25mm，增氮?jiǎng)┑慕M分及重量百分比 為：N : 12 ?15%，C :2 ?3%，Mn :40 ?45%，Si : 15 ?25%，P 彡 0· 05%，S 彡 0· 05%，余量為 Fe ; 2) 連鑄成坯后對鑄坯加熱，加熱溫度控制在1080?1180°C，并在此溫度下保溫 12(Tl60min ; 3) 進(jìn)行熱軋，其中，控制粗軋開軋溫度在1020?1120°C，精軋終軋溫度在820? 860 0C ； 4) 空冷至室溫。
[0016] 其在于：當(dāng)采用轉(zhuǎn)爐冶煉時(shí)，原料為鐵水加廢鋼；當(dāng)采用電爐冶煉時(shí)，僅加入廢 鋼。
[0017] 本發(fā)明中各元素及主要工序的作用 C :高強(qiáng)度鋼筋需保持一定的強(qiáng)度和硬度，過高的碳含量會使鋼中珠光體比例增加，韌 性降低；過低的碳含量會導(dǎo)致鋼中鐵素體比例增加，鋼材強(qiáng)度降低，韌性增加，鋼偏軟。因 此，本發(fā)明碳含量設(shè)計(jì)為〇. 10?〇. 19 % ;優(yōu)選地為0. 11?0. 14%。
[0018] Si :主要以固溶強(qiáng)化形式提高鋼的強(qiáng)度，但過高的硅含量會惡化鋼的冷變形能力， 且會顯著惡化鋼材焊接性能，因此本發(fā)明硅含量設(shè)計(jì)為〇. 35?0. 60 wt %。
[0019] Mn :在鐵素體中，Mn的固溶強(qiáng)化作用僅次于P和Si,可以提高鋼材強(qiáng)度，并且不會 顯著惡化鋼的變形能力，但含量低于0. 80%時(shí)，其強(qiáng)化效果不明顯；Mn還能與S反應(yīng)生成 MnS防止導(dǎo)致熱脆性的低熔點(diǎn)FeS在晶界析出。因此，本發(fā)明錳含量設(shè)計(jì)為I. 05?I. 24 %。
[0020] P :磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能 變壞。理論上要求其含量越低越好，才能保證本發(fā)明鋼的性能。因此，本發(fā)明磷含量設(shè)計(jì)為 0. 015% 以下。
[0021] S :使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時(shí)造成裂紋，且硫?qū)?接性能也不利，降低耐腐蝕性。因此，本發(fā)明硫含量設(shè)計(jì)為〇. 015%以下。
[0022] N :氮是本發(fā)明中重要的合金元素，通過碳氮化物的析出實(shí)現(xiàn)細(xì)晶強(qiáng)化達(dá)到提高鋼 材強(qiáng)度的目的，但若N含量過多，會惡化鋼材力學(xué)性能并降低鋼材成材率。因此，本發(fā)明氮 含量設(shè)計(jì)為〇. 04?0. 06 %。
[0023] V :作為提高鋼材強(qiáng)度的微合金化元素加入，釩在奧氏體中固溶溫度較低，但擴(kuò)散 速度快，在加熱和均熱階段，沉淀物發(fā)生溶解，在熱加工期間保持溶解狀態(tài)，而隨后冷卻時(shí) 彌散沉淀析出使鋼的強(qiáng)度增加，但過多的釩會增加冶煉成本且對鋼的進(jìn)一步強(qiáng)化效果不明 顯。因此，本發(fā)明釩含量設(shè)計(jì)為0. 06?0. 082 %，優(yōu)選地為0. 06?0. 077 %。
[0024] Ti :作為提高鋼材強(qiáng)度的微合金化元素加入，鈦的碳氮化物彌散沉淀析出能細(xì)化 晶粒，使鋼的強(qiáng)度增加，但過多的鈦會增加冶煉難度。因此，本發(fā)明鈦含量設(shè)計(jì)為〇. 03? 0· 05 wt %〇
[0025] Cu:銅可以提高鋼的強(qiáng)度、韌性和耐大氣腐蝕性能，但過高的銅含量，會惡化鋼材 塑性和加熱性能，綜合考慮生產(chǎn)成本和性能要求，本發(fā)明銅含量設(shè)計(jì)為〇. 05?0. 15 %，優(yōu) 選地為0· 05?0· 082%。
[0026] Mo:鑰能使鋼的晶粒細(xì)化，提高淬透性和熱強(qiáng)性能，在高溫時(shí)保持足夠的強(qiáng)度和抗 蠕變能力（長期在高溫下受到應(yīng)力，發(fā)生變形，稱蠕變），能提高機(jī)械性能，還可以抑制合金 鋼由于高溫而引起的脆性。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鋼中Mo含量低于0. 015%時(shí)鋼材強(qiáng)度較低，難 以滿足高強(qiáng)度的要求且耐熱性能不佳；當(dāng)Mo含量高于0. 024%時(shí)，鋼材強(qiáng)度富裕量較高且成 本難以控制。因此綜合考慮本發(fā)明鋼中鑰含量設(shè)計(jì)為0. 015?0. 024%。
[0027] Cr :鉻主要存在于滲碳體（Fe3C)中，溶于滲碳體中的鉻提高了碳化物的分解溫度， 阻止了石墨化現(xiàn)象的發(fā)生，進(jìn)而提高了鋼材的耐熱性，并能提高鋼材耐蝕性能。通過實(shí)驗(yàn)發(fā) 現(xiàn)，當(dāng)鋼中Cr含量處于0. 10%到0. 18%時(shí)，鋼材耐熱和耐蝕性能俱佳，且能很好滿足使用要 求。因此，本發(fā)明鉻含量設(shè)計(jì)為0. 10?0. 18%，優(yōu)選地Cr為0. 11?0. 14%。
[0028] 在本發(fā)明中，在冶煉的氮合金化階段，之所以要求增氮?jiǎng)┑牧６葹?5~25mm，且其 組分及重量百分比為：N :12?15%，C :2?3%，Mn :40?45%，Si :15?25%，P彡0· 05%， S < 0. 05%，余量為Fe,是由于氮合金化過程受氮分壓的影響，氮的收得率波動(dòng)較大，若氮合 金中氮含量較高，則從鋼液溢出的氮?dú)庠黾?，?dǎo)致鋼中氮收得率降低；若氮合金中氮含量太 低，則合金加入量增大，工藝控制復(fù)雜且成本增加，同時(shí)合適的粒度對合金的熔化和鋼液增 氮有顯著影響，因而綜合考慮對冶煉的氮合金化所用合金的成分和粒度作上述限定。
[0029] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過利用復(fù)合微合金化，并控制鋼中氮含量在 0. 04、. 06%及加適量的Cu及Mo,不僅能使直徑大于28mm以上鋼筋的屈服強(qiáng)度大于 500MPa，強(qiáng)屈比大于1. 25,且具有良好的耐熱性能，即經(jīng)試驗(yàn)，在600°C下經(jīng)30分鐘的高溫， 其屈服強(qiáng)度超過20°C下的屈服強(qiáng)度的60%，生產(chǎn)工藝簡便，性能穩(wěn)定，完全滿足高層建筑市 場對強(qiáng)度和耐熱安全性的要求。

【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面對本發(fā)明予以詳細(xì)描述： 表1為本發(fā)明各實(shí)施例及對比例的取值列表； 表2為本發(fā)明各實(shí)施例及對比例的主要工藝參數(shù)列表； 表3為本發(fā)明各實(shí)施例及對比例性能檢測情況列表。
[0031] 本發(fā)明各實(shí)施例按照以下步驟生產(chǎn)： 1) 冶煉，其中在氮合金化階段，增氮?jiǎng)┑牧６葹?5~25mm，增氮?jiǎng)┑慕M分及重量百分比 為：N : 12 ?15%，C :2 ?3%，Mn :40 ?45%，Si : 15 ?25%，P 彡 0· 05%，S 彡 0· 05%，余量為 Fe ; 2) 連鑄成坯后對鑄坯加熱，加熱溫度控制在1080?1180°C，并在此溫度下保溫 12(Tl60min ; 3) 進(jìn)行熱軋，其中，控制粗軋開軋溫度在1020?1120°C，精軋終軋溫度在820? 860 0C ； 4) 空冷至室溫。
[0032] 表1本發(fā)明各實(shí)施例及對比例的化學(xué)成分取值列表（wt%)

【權(quán)利要求】
1. 一種屈服強(qiáng)度彡500MPa的耐熱鋼筋，其組分及重量百分比含量為：C :0. 10?0. 19 %、Si :0. 35 ?0. 60 %、Mn :1. 05 ?1. 24 %、P 彡 0. 015 %、S 彡 0. 015 %、N :0. 04 ?0. 06 %、V :0. 06 ?0. 082 %、Ti :0. 03 ?0. 05 %、Mo :0. 015 ?0. 024 %、Cr :0. 10 ?0. 18 %、Cu : 0. 05?0. 15 %，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種屈服強(qiáng)度彡500MPa的耐熱鋼筋，其特征在于：C的重量百 分比含量為〇. 11?〇. 14 %。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種屈服強(qiáng)度彡500MPa的耐熱鋼筋，其特征在于：V的重量百 分比含量為〇. 06?0. 077%。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種屈服強(qiáng)度彡500MPa的耐熱鋼筋，其特征在于：Cu的重量百 分比含量為〇? 05?0? 082 %。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種屈服強(qiáng)度彡500MPa的耐熱鋼筋，其特征在于：Cr的重量百 分比含量為〇. 11?〇. 14 %。
6. 生產(chǎn)權(quán)利要求1所述的一種屈服強(qiáng)度> 500MPa的耐熱鋼筋的方法，其步驟： 1) 冶煉，其中在氮合金化階段，增氮?jiǎng)┑牧６葹?5~25mm，增氮?jiǎng)┑慕M分及重量百分比 為：N :12 ?15%，C :2 ?3%，Mn :40 ?45%，Si :15 ?25%，P 彡 0? 05%，S 彡 0? 05%，余量為 Fe ; 2) 連鑄成坯后對鑄坯加熱，加熱溫度控制在1080?1180°C，并在此溫度下保溫 12(Tl60min ; 3) 進(jìn)行熱軋，其中，控制粗軋開軋溫度在1020?1120°C，精軋終軋溫度在820? 860。。； 4) 空冷至室溫。
7. 如權(quán)利要求6所述的一種屈服強(qiáng)度> 500MPa復(fù)合鋼筋的生產(chǎn)方法，其特征在于：當(dāng) 采用轉(zhuǎn)爐冶煉時(shí)，原料為鐵水加廢鋼；當(dāng)采用電爐冶煉時(shí)，僅加入廢鋼。
【文檔編號】C21D8/08GK104372251SQ201410622415
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月7日
【發(fā)明者】張帆, 范植金, 吳杰, 徐志, 周新龍, 羅國華, 劉婳, 王媛, 龍莉 申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司