專利名稱：高強度螺紋鋼及其生產方法
技術領域：
本發明涉及鋼材品種，尤其屬于高強度螺紋鋼及其生產方法。
背景技術：
高強度精軋螺紋鋼筋是在整根鋼筋上軋制有外旋螺紋的高強度、高尺寸精度的鋼筋。該鋼筋可在任意截斷面處用帶有內螺紋的連接器進行連接或擰上帶有螺紋的螺帽進行鉚固。它具有不受可焊性約束、連接鉚固簡便、粘著力強、張拉鉚固安全可靠、施工方便等特點。
目前，常規的高強度精軋螺紋鋼筋生產都是在通常的棒材熱軋機上軋制出帶有外旋螺紋的半成品，再利用鋼筋熱軋后的余熱進行熱處理，其工藝流程為鋼坯(或連鑄坯)加熱→軋制→穿水冷卻→自回火→冷床冷卻→定尺剪切→平頭→質檢包裝→入庫。通常，開軋溫度1100℃～1150℃，穿水前溫度950℃～1000℃，冷卻1.5秒，穿水后精軋螺紋鋼筋表面溫度400℃以下，到冷床上精軋螺紋鋼筋溫度回升700℃～800℃，這種工藝方法雖然具有節約能源、生產率高、成本低等優點。但存在的不足由于穿水前鋼筋本身的溫度受軋制線作業季節氣候、水溫等多種因素影響波動較大，致使熱處理后鋼筋性能不穩定，淬透層很淺，中心部位晶粒粗大，且不能充分發揮精軋螺紋鋼筋自身的潛能，在實際應用中時有斷裂等現象發生，而且該鋼筋屬于不可焊接鋼筋。
中國專利公開號為CN1453375，名稱為《一種高強度精軋螺紋鋼筋連續感應熱處理工藝》專利文獻，為了提高精軋螺紋鋼筋產品質量的穩定性，公開了采用該專利技術生產的高強度精軋螺紋鋼筋的工藝，即通過采用連續感應熱處理工藝來代替原有熱軋后的余熱穿水冷卻工藝進行精軋螺紋鋼筋的生產。感應熱處理工藝采用感應加熱器進行淬火和回火加熱、采用水冷卻器進行淬火處理，淬火溫度800～1000℃，回火溫度為500～700℃；公開的該精軋螺紋鋼筋化學成分為C0.40～0.60％、Si0.60～2.0％、Mn0.60～2.0％、Mo0.10～0.40％、V0.10～0.30％、Cr0.30～1.20％、Ti0.01～0.10％、B0.002～0.05％、P、S≤0.03％。其不足1、由于采用感應熱處理工藝，需要專用的感應加熱器設備，熱處理工藝設備等；2、該工藝處理的公開精軋螺紋鋼筋產品的塑韌性較低，不能滿足使用中對高強度精軋鋼筋的高塑性及高韌性要求。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種高強度螺紋鋼及其生產方法，該高強度螺紋鋼具有較高的強韌性和塑性，而且可焊接性能好、熱處理生產工藝簡單可靠，產品質量穩定。
本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是
高強度螺紋鋼，它的化學成分和重量百分比含量為C0.18～0.25％、Si0.3～0.7％、Mn1.40～1.80％、V0.08～0.18％、Cr0.24～0.33％、Mo0.2～0.3％、Ni0.04～0.12％、Als0.01～0.05％、P≤0.025％、S≤0.015％，其余為Fe及不可避免的雜質。
上述方案中，C的重量百分含量為0.2～0.23％最佳。
上述方案中，Cr的重量百分比含量為0.24～0.3％最佳。
上述方案中，V的重量百分比含量為0.1～0.13％最佳。
上述方案中，Mo的重量百分比含量為0.23～0.3％最佳。
上述方案中，Ni的重量百分比含量為0.07～0.09％最佳。
上述方案中，Als的重量百分比含量為0.02～0.04％最佳。
生產高強度螺紋鋼的方法，其步驟1)采用轉爐冶煉，并在LF爐精煉后連鑄成坯；2)將連鑄坯堆垛并自然冷卻至常溫；3)將常溫下的連鑄坯加熱至1200～1300℃；4)采用半連續式棒材軋機進行軋制，其開軋溫度控制在1100～1180℃，終軋溫度控制在880～950℃；5)采用自然冷卻方式，在冷床上使鋼筋冷卻至常溫；6)進行倍尺剪切，剪切溫度≤200℃；7)將倍尺剪切后的鋼筋定尺并平頭，后裝入料斗進行熱處理，熱處理的淬火溫度為880～920℃，進行水淬，回火溫度為400～450℃；8)進行成型加工、精整、質檢并入庫。
本發明中各組分的機理及作用高強度螺紋鋼的各化學成分中，碳(C)含量為0.18～0.25％，碳是鋼中最經濟的提高螺紋鋼筋強度的元素，在鋼中起固溶強化的作用，增加碳含量會提高鋼的強度但降低鋼的塑韌性，并使其焊接性能惡化。為了保證本發明鋼筋具有較高的強韌性、良好的焊接性及冷成形性，碳(C)含量限定在0.20～0.23％為最佳。
本發明的硅(Si)含量為0.30～0.7％，Si主要是以固溶強化形式提高鋼的基體強度，有利于提高淬透性，對提高鋼的回火穩定性及抗氧化性有很大的好處，但硅含量過高易產生表面脫碳及降低可焊接性能。
本發明鋼成分中含Mo，Mo的重量百分比為0.20～0.30％，0.23～0.3％最佳，Mo有細化珠光體的作用，從而提高鋼的強度和延展性，同時提高淬透性。Mo還可以消除或減輕因其它合金元素(Cr、Mn等)所導致的回火脆性而大大有利于鋼的沖擊韌性。
Cr合金的加入可提高鋼淬透性，細化珠光體組織，提高鋼的強度及回火穩定性能，但回火脆性隨Cr含量的增加而更顯著。在本發明中，Cr的含量控制在0.24～0.33％，0.24～0.30％為最佳。
Ni合金的加入可顯著改善鋼的塑性、室溫及低溫韌性，使基材和焊接熱影響區低溫韌性大幅度提高。在本發明中，Ni的含量控制在0.04～0.12％范圍，0.07～0.09％最佳。
本發明的錳(Mn)含量控制在1.40～1.80％范圍內，在鋼中起固溶強化作用，可以提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強度，有細化珠光體的作用，有利于提高淬透性，但錳含量較高時，增加鋼的過熱敏感性和回火脆性傾向。
本發明的酸溶鋁(Als)含量控制在0.01～0.05％范圍內，0.02～0.04％最佳。Al是鋼中的主要脫氧元素，但Al含量過高，將導致Al的氧化物夾雜含量增加，降低鋼的純凈度，不利于鋼的韌性。過低的酸溶鋁(Als)含量則會導致脫氧不足，使連鑄坯皮下氣泡過多，易造成鋼筋表面微裂紋。
本發明的V含量在0.08～0.18％，0.1～0.13％為最佳，V通過含釩的碳、氮化物沉淀析出，使晶粒細化，使得鋼筋在提高強度的同時對韌性影響較小，但V含量過高時，一部分V在鋼中產生沉淀析出，更多的V則在鋼中起固溶強化作用，降低鋼筋的塑韌性能。
磷(P)、硫(S)在鋼筋中作為有害元素，增加了鋼中夾雜物、降低鋼的塑韌性能、惡化焊接性能，因此，考慮到本發明鋼筋的使用強度及其使用可靠性要求高，盡量減少磷、硫元素對鋼筋性能的不利影響，通過采用對鐵水進行深脫硫預處理、造渣等手段，使本發明中的磷(P)含量≤0.025％、硫(S)含量≤0.015％。
本發明的優點具有較高的強韌性能、可焊接性能好；熱處理生產設備投資較少，生產工藝易于控制，產品質量穩定。
具體實施例方式
本發明方法實施例，其步驟為1)采用轉爐冶煉，并在LF爐精煉后連鑄成坯；2)將連鑄坯堆垛并自然冷卻至常溫；3)將常溫下的連鑄坯加熱至1200～1300℃；4)采用半連續式棒材軋機進行軋制，其開軋溫度控制在1100～1180℃，終軋溫度控制在880～950℃；5)采用自然冷卻方式，在冷床上使鋼筋冷卻至常溫；6)進行倍尺剪切，剪切溫度≤200℃；7)將倍尺剪切后的鋼筋定尺并平頭，后裝入料斗進行熱處理，熱處理的淬火溫度為880～920℃，進行水淬，回火溫度為400～450℃；8)進行成型加工、精整、質檢并入庫。
經實驗，高強度螺紋鋼的成分見表1，其余為Fe及不可避免的雜質。
本發明高強度精軋螺紋鋼實施例1～9，均達到屈服強度Rel≥980Mpa、抗拉強度Rm≥1080Mpa、延伸率A≥10％的高強度螺紋鋼筋的性能要求，但實施例1～3的屈服強度偏低，實施例7～9的延伸率較低，因此，實施例4～6為最佳實施方案。
表1
權利要求
1.高強度螺紋鋼，其特征在于它的化學成分和重量百分比含量為C0.18～0.25％、Si0.3～0.7％、Mn1.40～1.80％、V0.08～0.18％、Cr0.24～0.33％、Mo0.2～0.3％、Ni0.04～0.12％、Als0.01～0.05％、P≤0.025％、S≤0.015％，其余為Fe及不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的螺紋鋼，其特征在于C的重量百分含量為0.2～0.23％。
3.根據權利要求1所述的螺紋鋼，其特征在于Cr的重量百分比含量為0.24～0.3％。
4.根據權利要求1所述的螺紋鋼，其特征在于V的重量百分比含量為0.1～0.13％。
5.根據權利要求1所述的螺紋鋼，其特征在于Mo的重量百分比含量為0.23～0.3％。
6.根據權利要求1所述的螺紋鋼，其特征在于Ni的重量百分比含量為0.07～0.09％。
7.根據權利要求1所述的螺紋鋼，其特征在于Als的重量百分比含量為0.02～0.04％。
8.生產高強度螺紋鋼的方法，其步驟1)采用轉爐冶煉，并在LF爐精煉后連鑄成坯；2)將連鑄坯堆垛并自然冷卻至常溫；3)將常溫下的連鑄坯加熱至1200～1300℃；4)采用半連續式棒材軋機進行軋制，其開軋溫度控制在1100～1180℃，終軋溫度控制在880～950℃；5)采用自然冷卻方式，在冷床上使鋼筋冷卻至常溫；6)進行倍尺剪切，剪切溫度≤200℃；7)將倍尺剪切后的鋼筋定尺并平頭，后裝入料斗進行熱處理，熱處理的淬火溫度為880～920℃，進行水淬，回火溫度為400～450℃；8)進行成型加工、精整、質檢并入庫。
全文摘要
本發明涉及高強度螺紋鋼及其生產方法。高強度螺紋鋼的化學成分和重量百分比含量為C0.18～0.25％、Si0.3～0.7％、Mn1.40～1.80％、V0.08～0.18％、Cr0.24～0.33％、Mo0.2～0.3％、Ni0.04～0.12％、Als0.01～0.05％、P≤0.025％、S≤0.015％，其余為Fe及不可避免的雜質。本發明的優點高強度螺紋鋼具有較高的強韌性能、可焊接性能好；熱處理生產設備投資較少，生產工藝易于控制，產品質量穩定。
文檔編號B21B1/46GK1970817SQ20061012534
公開日2007年5月30日 申請日期2006年12月7日 優先權日2006年12月7日
發明者張青, 吉玉, 韓世輝, 秦新會, 陳鋼, 方德法 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司