一種600MPa級高強鋼筋用鋼及其熱機軋制方法
【專利摘要】本發明涉及一種600MPa級高強鋼筋用鋼及其熱機軋制方法，按重量百分比包括：0.20～0.26％C，0.40～0.60％Si，1.40～1.60％Mn，≤0.040％P、≤0.040％S，0.03～0.05Nb，0.03～0.05％V，0.15～0.45％Cr，0.008～0.012％N，其余為Fe和不可避免的雜質元素。軋制方法包括如下步驟：(1)按照配比和組分進行冶煉；(2)精煉；(3)小方坯連鑄；(4)TMCP工藝軋制；(5)冷卻。本發明結合現有工藝裝備條件，在現有工藝裝備條件下設計了資源節約型的成分范圍，并通過熱機軋制工藝(TMCP)在不降低塑性的前提下使強度級別達到600MPa，來滿足高層、大跨度建筑結構的需要。
【專利說明】一種600MPa級高強鋼筋用鋼及其熱機軋制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及混凝土用熱軋帶肋鋼筋【技術領域】，具體涉及一種600MPa級高強鋼筋 用鋼及其熱機軋制工藝。
【背景技術】
[0002] 近年來隨著我國及各省市系列高強鋼筋推廣應用激勵政策的出臺，我國高強鋼筋 的產量和增長率呈逐年遞增的態勢。高強鋼筋的使用有利于促進工程建設的科學發展以及 鋼鐵工業產品結構的調整，對淘汰落后產能、實施可持續發展戰略具有重要意義。歐美發達 國家早已普遍使用500MPa、600MPa鋼筋，而我國長期以來一直使用335MPa的低強度級別鋼 筋，隨著高層、大跨度建筑結構的增多，對600MPa級高強鋼筋的需求增加，即將實施的鋼筋 國標GB1499. 2的送審稿中也納入600MPa級的HRB600熱軋帶肋鋼筋。600MPa級高強鋼筋 具有強度高、安全儲備量大、施工方便、節省鋼材等優點，相比400MPa級鋼筋，可節約鋼材 44%的用量，還可以解決建筑結構中"肥梁胖柱"等問題，增加建筑使用面積，使結構設計更 加合理。
[0003] 中國專利申請號201110350194. 4的專利文獻公開了 "一種600MPa級含釩高強 熱軋鋼筋及其生產方法"，鋼筋成分為：C 0.21?0.25%、Si 0.35?0.60%、Mn 1.30? I. 55%、V 0? 08 ?0? 12%、N 0? 005 ?0? 04%、S 彡 0? 040%、P 彡 0? 040%，其余為 Fe 及不 可避免的不純物；在冶煉過程采取增釩、增氮和固氮工藝，精軋過程中采用低溫大壓下量軋 制，總壓下量> 50%。存在不足是：N含量過高，易導致連鑄坯產生皮下氣泡等缺陷，且會影 響鋼筋的塑性指標；精軋過程中采用低溫大壓下量> 50%軋制，對軋機、電機的負荷要求 較高，不適于老式軋機，在現階段難以大量應用。
[0004] 中國專利申請號201210252106. 1的專利文獻公開了 "一種600MPa級抗震螺紋 鋼筋及其制造方法"。該螺紋鋼筋包含如下組分：基本成分：C 0. 21?0. 26%，Si 0. 61? 0? 80%，Mn L 30 ?I. 60%，V 0? 15 ?0? 21%;可選成分：Nb 0? 001 ?0? 050%，Ti 0? 001 ? 0.050%，Cr 0? 10 ?0.50%，B 0.0001 ?0.0050%，Mo 0.001 ?0.010% 中的任意一種或 兩種以上的組合；其余為Fe和不可避免的雜質。該螺紋鋼筋的制造方法采用"轉爐或電爐 冶煉+小方坯連鑄連軋+冷床冷卻"短流程工藝。采用上述成分和方法生產的螺紋鋼筋抗 拉強度> 730MPa，屈服強度> 600MPa，斷后伸長率> 14%，最大力總伸長率> 9%，強屈比 > 1. 25。其存在以下不足：V含量超過0. 15%以上，且主要是利用釩的固溶強化提高強度， 沒有充分利用釩的析出強化提高強度，而釩提高強度的作用是析出強化大于固溶強化；釩、 鑰、鉻等合金元素價格較高，不利于企業提高競爭力。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種600MPa級高強鋼筋用鋼及其熱機軋制方法，通過資 源節約型的成分設計，并結合熱機軋制工藝（TMCP)生產高強、高塑性的600MPa級熱軋帶 肋鋼筋，其屈服強度彡600MPa，抗拉強度彡730MPa，斷后伸長率彡14%，最大力下總伸長率 彡9%，強屈比彡I. 25,屈屈比彡I. 30。所要解決的關鍵技術是提供一種600MPa級高強鋼 筋的TMCP熱機軋制工藝，以實現經濟型生產。具體技術方案如下：
[0006] 一種600MPa級高強鋼筋用鋼，按重量百分比包括：0. 20?0. 26 % C，0. 40? 0. 60% Si, 1. 40 ?1. 60% Mn,彡 0. 040% P、彡 0. 040% S，0. 03 ?0. 05Nb，0. 03 ?0. 05% V，0. 15?0. 45% Cr,0. 008?0. 012% N，其余為Fe和不可避免的雜質元素。
[0007] 上述600MPa級高強鋼筋用鋼的熱機軋制方法，包括如下步驟：
[0008] (1)按照權利要求1的配比和組分進行冶煉；
[0009] (2)精煉；
[0010] (3)小方述連鑄；
[0011] (4) TMCP 工藝軋制；
[0012] (5)冷卻。
[0013] 進一步地，步驟（4)中工藝控制點：加熱溫度控制在1000?1200°C ;均熱溫度控 制在1050?1150°C ;開軋溫度控制在950?IKKTC ;進精軋機溫度控制在850?950°C ; 上冷床返紅溫度控制在780?900°C。
[0014] 進一步地，步驟（1)中在轉爐、電弧爐或其它冶煉爐中冶煉。
[0015] 進一步地，步驟（2)中爐外鋼包吹氬精煉。
[0016] 進一步地，步驟（3)中140或150小方坯連鑄。
[0017] 進一步地，步驟（4)中在棒材軋機上采用TMCP工藝軋制。
[0018] 進一步地，步驟（5)包括冷床自然冷卻，堆垛自然冷卻。
[0019] 進一步地，步驟（4)中軋制規格越大，上冷床返紅溫度越低。
[0020] 進一步地，步驟（4)中粗軋機組和中軋機組采用常規軋制，中軋機組后設置冷卻 段和回復段，冷卻段使軋件溫度降到部分再結晶或未再結晶溫度范圍之內，回復段保證進 入精軋機前有一段均溫過程。
[0021] 與目前現有技術相比，本發明在現有工藝裝備條件下，采用V、Nb組合的微合金化 方式，采用TMCP熱機軋制工藝，生產的600MPa級鋼筋性能穩定，綜合力學性能較好，其屈服 強度彡600MPa，抗拉強度彡730MPa，斷后伸長率彡14%，最大力下總伸長率彡9%，強屈比 彡1. 25,屈屈比< 1. 30。微合金元素用量與HRB500鋼筋相當，比采用常規軋制工藝可減少 50%以上的微合金元素耗量，效益顯著。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022] 圖1為600MPa級鋼筋組織圖（批號K14-58 X 100)
[0023] 圖2為600MPa級鋼筋組織圖（批號K14-59 X 100)
【具體實施方式】
[0024] 下面根據附圖對本發明進行詳細描述，其為本發明多種實施方式中的一種優選實 施例。
[0025] 本600MPa級高強鋼筋用鋼的化學成分配比（按重量百分比）為：0? 20?0? 26% C，0. 40 ?0. 60% Si, 1. 40 ?1. 60% Mn,彡 0. 040% P、彡 0. 040% S，0. 03 ?0. 05Nb，0. 03 ? 0. 05% V，0. 15?0. 45% Cr,0. 008?0. 012% N，其余為Fe和不可避免的雜質元素。
[0026] 本發明需按上述成分要求，在轉爐、電弧爐或其它冶煉爐中冶煉，爐外鋼包吹氬精 煉，140或150小方坯連鑄，棒材軋機上采用TMCP工藝軋制，冷床自然冷卻，堆垛自然冷卻。
[0027] TMCP熱機軋制工藝控制點如下：
[0028] (1)加熱溫度控制在1000?1200°C ;均熱溫度；控制在1050?1150°C ;
[0029] (2)開軋溫度控制在950?1100°C ;
[0030] (3)進精軋機溫度控制在850?950°C ;
[0031] (4)上冷床返紅溫度控制在780?900°C，且軋制規格越大，要求的上冷床返紅溫 度越低。
[0032] 本發明采用V、Nb組合的方法，利用V與C、N在鋼中彌散析出強化作用，利用Nb 能顯著延遲奧氏體再結晶、細化晶粒的作用，且V、Nb復合的強化作用比單獨使用其中一 種更顯著。嚴格限制N元素的含量，將V/N比控制在3?5之間，最大限度發揮V的析出 強化作用，且不會因 N元素過多引起鑄坯皮下氣泡等缺陷。另外本發明N含量范圍在GB 1499. 2-2007要求范圍內，在大工業生產中也容易做到。鋼中加入Cr，可提高鋼的淬透性、 細化珠光體組織，二次硬化作用明顯，可進一步提高鋼筋強度，同時還提高了鋼筋的耐蝕能 力。
[0033] 本發明采用140或150小方坯，目前國內大多數鋼筋采用140或150小方坯作為 軋鋼坯料，不需將140或150小方坯改造成165以上的方坯。
[0034] 本發明TMCP熱機軋制工藝，加熱溫度控制在1000?1200°C ;均熱溫度控制在 1050?1150°C，開軋溫度控制在950?IKKTC，其粗軋機組和中軋機組采用常規軋制，中 軋機組后設置冷卻段和回復段，冷卻段使軋件溫度降到部分再結晶或未再結晶溫度范圍 之內，回復段保證進入精軋機前有一段均溫過程，精軋溫度在熱機軋制溫度范圍，控制在 850?950°C。TMCP工藝可使組織細化，改善低溫韌性，獲得良好的機械性能，提高疲勞強 度，具有較好的表面質量。
[0035] 精軋機后設置快速穿水冷卻裝置，通過軋后快冷到相變區后停止冷卻，鋼筋表面 獲得理想的主要是細鐵素體+珠光體組織。與軋后穿水冷卻生產工藝相比，TMCP熱機軋 制之后也采用穿水冷卻工藝，乳后穿水冷卻主要目的是在低溫下實現奧氏體向馬氏體的轉 變，形成馬氏體表層，再通過心部向表面的自回火獲得回火組織；而TMCP是通過精軋后快 冷使軋件迅速通過奧氏體相區，保持軋件奧氏體硬化狀態，在奧氏體向鐵素體相變的動態 相變點終止冷卻，抑制鐵素體晶粒的長大，表層是細晶粒鐵素體+珠光體組織，晶粒度達到 9級以上。
[0036] 本發明采用資源節約型的成分設計，采用TMCP熱機軋制工藝，綜合利用微合金元 素的固溶、析出、細晶強化及TMCP的細晶強化等鋼鐵材料綜合強化手段，實現在保持材料 塑性的前提下，生產出綜合性能優良的600MPa級鋼筋。
[0037] 本發明的熔煉化學成分見表1，采用60噸轉爐冶煉、鋼包吹氬精煉，強吹氬時間 彡4min、弱吹氬時間彡4min，150方坯連鑄，在連續式棒材軋機上軋制，其TMCP熱機軋制工 藝參數見表2,力學性能見表3。
[0038] 表1本發明實施例的熔煉化學成分
[0039]
【權利要求】
1. 一種600MPa級高強鋼筋用鋼，其特征在于，按重量百分比包括：0. 20?0. 26% C， 0. 40 ?0. 60% Si，1. 40 ?1. 60% Mn，彡 0. 040% P、彡 0. 040% S，0. 03 ?0. 05Nb，0. 03 ? 0. 05% V，0. 15?0. 45% Cr，0. 008?0. 012% N，其余為Fe和不可避免的雜質元素。
2. 如權利要求1所述600MPa級高強鋼筋用鋼的熱機軋制方法，其特征在于，包括如下 步驟： (1) 按照權利要求1的配比和組分進行冶煉； (2) 精煉； (3) 小方坯連鑄； (4) TMCP工藝軋制； (5) 冷卻。
3. 如權利要求2所述600MPa級高強鋼筋用鋼的熱機軋制方法，其特征在于，步驟（4) 中工藝控制點：加熱溫度控制在1000?1200°C ;均熱溫度控制在1050?1150°C ;開軋溫 度控制在950?1100°C;進精軋機溫度控制在850?950°C;上冷床返紅溫度控制在780? 900。。。
4. 如權利要求2或3所述600MPa級高強鋼筋用鋼的熱機軋制方法，其特征在于，步驟 (1)中在轉爐、電弧爐或其它冶煉爐中冶煉。
5. 如權利要求2-4中任一項所述600MPa級高強鋼筋用鋼的熱機軋制方法，其特征在 于，步驟（2)中爐外鋼包吹氬精煉。
6. 如權利要求2-5中任一項所述600MPa級高強鋼筋用鋼的熱機軋制方法，其特征在 于，步驟（3)中140或150小方坯連鑄。
7. 如權利要求2-6中任一項所述600MPa級高強鋼筋用鋼的熱機軋制方法，其特征在 于，步驟（4)中在棒材軋機上采用TMCP工藝軋制。
8. 如權利要求2-7中任一項所述600MPa級高強鋼筋用鋼的熱機軋制方法，其特征在 于，步驟（5)包括冷床自然冷卻，堆垛自然冷卻。
9. 如權利要求2-8中任一項所述600MPa級高強鋼筋用鋼的熱機軋制方法，其特征在 于，步驟（4)中軋制規格越大，上冷床返紅溫度越低。
10. 如權利要求2-9中任一項所述600MPa級高強鋼筋用鋼的熱機車L制方法，其特征在 于，步驟⑷中粗軋機組和中軋機組采用常規軋制，中軋機組后設置冷卻段和回復段，冷卻 段使軋件溫度降到部分再結晶或未再結晶溫度范圍之內，回復段保證進入精軋機前有一段 均溫過程。
【文檔編號】B21B37/74GK104451410SQ201410795809
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月18日 優先權日:2014年12月18日
【發明者】郭湛, 吳堅, 于同仁, 陳開智, 黃禮勝, 湯寅波, 姜婷, 方政 申請人:馬鋼(集團)控股有限公司, 馬鞍山鋼鐵股份有限公司