一種耐低溫專用鋼筋及生產方法
【專利摘要】一種耐低溫專用鋼筋，其組分及wt%為：C：0.10～0.20%、Si：0.2～0.5%、Mn：1.3～1.55%、P≦0.015%、S≦0.005%、Ti：0.034～0.05%、Cu≦0.02%、V：0.03～0.05%、Ni：5～8.5%、Als：0.015～0.035%、Ca：0.001～0.007%、B：0.001～0.003%；生產步驟：常規冶煉并鑄坯；對鑄坯進行堆垛冷卻并至室溫；對鋼坯加熱；粗軋；精軋；自然空冷至室溫并待用。本發明熱軋態就能滿足LNG等低溫建筑工程鋼筋混凝土結構耐-165℃~-196℃低溫的性能要求，-196℃下最大力下總伸長率Agt≥6%，且無需進行熱處理，并能避免通過穿水工藝增加強度而引起鋼筋邊部出現馬氏體影響鋼筋低溫性能，還能降低生產成本。
【專利說明】一種耐低溫專用鋼筋及生產方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鋼筋及其生產方法，具體屬于一種耐低溫專用鋼筋其生產方法。
【背景技術】
[0002]當今世界一次能源的三大支柱是煤、石油、天然氣。天然氣在世界能源結構中位居第二位，所占比例超過24%。近年來隨著世界經濟快速發展和人口數量劇增，世界能源需求量也在日益增長，由于煤和石油所造成的環境問題日益嚴重和石油價格的不斷上漲，能源結構逐步發生了變化。天然氣作為一種優質、高效、清潔的能源被廣泛應用于化工、居民生活、汽車燃料、發電、熱泵、燃料電池等領域。據世界能源專家預測，大約在2020年以后，天然氣在世界能源結構中的比重將趕超石油，成為世界第一大能源，21世紀將成為“天然氣的世紀”。液化天然氣以其運輸靈活、建設投資少、見效快、安全可靠和冷能利用空間大等優點，液化天然氣儲罐的研究越來越得到世界各國的重視，在國際上也得到了較快的發展。
[0003]液化天然氣(LiquefiedNatural Gas,縮寫為LNG)作為燃料與煤和石油相比，除NOx, COx含量低和幾乎不含硫等特性外并具有以下優點:天然氣液化后，方便可靠，便于運輸節約成本；儲存效率高，占地少，投資省；與燃油相比、抗爆性好、燃燒完全、排氣污染少；生產使用比較安全，稍有泄漏立即揮發飛散了，不致引起自然爆炸；有利于環境保護，減少城市污染。隨著全球能源資源的多樣化，未來國內對LNG終端結構材料的需求量將會非常大。LNG儲罐屬常壓低溫大型儲罐，通常為平底雙壁圓柱形。儲罐內筒一般采用含鎳9%合金鋼，也可為全鋁、不銹鋼薄膜或預應力混凝土，外壁為碳鋼或預應力混凝土。LNG儲罐的設計溫度為_165°C，是由于設計時必須考慮到用氮氣冷凝時可能出現的溫度，故設計溫度范圍在-165~-196°C。關于建筑工程使用耐低溫鋼筋的文獻報道沒有，因此為了配合天然氣的大力發展，開發一種與之建設配套的耐低溫鋼筋是當務之急，非常必要，特別是一種工藝簡單，成本低廉的生產工藝。
[0004]經檢索:中國專利申請號為CN201310384341.9的專利文獻，公開了一種超低溫環境用鋼筋，其化學成分按照質量百分比包括:c ≤ 0.20%, Si ≤0.8%，Mn ≤ 1.60%，P ≤ 0.025%，S ≤ 0.025%, Al ≤ 0.04%, Ni ≤ 1.5%, Cr ≤ 0.5%, Cu ≤ 0.5%,以及 Ti ≤ 0.03%、V^0.03%，其余為Fe和不可避免的雜質；且碳當量Ceq (%)< 0.65，同時并滿足:Ceq (%)=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14。其存在的不足:軋后要進行熱處理才能達到性能指標，同時其Cr含量均在0.3%以上，而Cr容易在凝固過程中產生的枝晶偏析，從而產生帶狀組織，而帶狀組織使鋼的力學性能產生方向性，使鋼的橫向塑性和韌性指標降低，并且其屈服強度在常溫下達不到600MPa。
[0005]中國專利申請號為CN201310145400.7的專利文獻，公開了一種釩微合金化低溫鋼筋用鋼及其軋制工藝，該低溫鋼筋用鋼，按重量百分比計，化學成分配比為:C:
0.05-0.15%, Si:0.15-0.40%, Mn:1.40-1.60%, P ≤ 0.010%, S ≤ 0.010%, Ni:0.50-2.00%,Cu:0.10-0.80%，V:0.020-0.080%，其余為Fe和不可避免的雜質；該低溫鋼筋用鋼的軋制工藝，軋制工藝參數為:鋼坯加熱至110(Tl250°C，開軋溫度為90(Tl060°C，終軋溫度為900^1 IOO0C，軋后穿水冷卻，上冷床溫度為50(T650°C。該低溫熱軋帶肋鋼筋用鋼及其軋制工藝，通過采用多元少量的合金化原則及控制軋制工藝，在合理降低鎳含量的情況下，雖然能滿足LNG等低溫建筑工程鋼筋混凝土結構耐_165°C低溫的使用需求，但由于是通過穿水提高強度的，邊部容易產生馬氏體組織，對鋼筋的焊接以及低溫沖擊性能不利，同時其常溫屈服強度達不到要求。
[0006]現有技術中最大力下總伸長率Agt均不能滿足_180°C以下更低溫度的要求。
【發明內容】
[0007]本發明針對上述現有技術存在的不足，提供一種保證常溫下屈服強度大于600MPa、_196°C下最大力下總伸長率Agt≥6%、無需進行熱處理的在熱軋態就能滿足低溫專用鋼的性能指標，邊部無馬氏體組織的一種耐低溫專用鋼筋及生產方法。
[0008]本申請為了實現上述目的，對實現本申請的目的的起影響或者關鍵作用的合金元素及工藝進行了深入的研究，其結果:為能實現本申請所述的目的，因此提出了采用在成分方面添加了耐低溫的元素硼和鎳，以低鋼的低溫脆化轉變溫度，改善低溫沖擊韌性；其次還采用了提高Ti元素含量，使鈦與鋼中的碳、氮原子形成細小的碳化物和碳氮化物，這些碳化物和碳氮化物在奧氏體轉化為鐵素體和珠光體的過程中和轉變后逐漸析出，起到細化鋼筋的室溫組織的作用，并阻礙晶格中的位錯運動，產生沉淀強化的作用，最終達到改進鋼的強韌性；成分的優化，還需要匹配的工藝才行。因此，本申請工藝方面主要是采取了使粗軋溫度在:1000~1100°C，精軋終軋溫度在800~880°C，目的是終軋溫度更接近相變溫度；使晶粒得到細化，綜合性能得到改善，同時也有利于釩和鈦的析出物析出更加細小和彌散，所以終軋溫度在800~880°C。
[0009]實現上述目的的措施:
一種耐低溫專用鋼筋，其組分及重量百分比含量為:c:0.10~0.20%,S1:0.2~0.5%、Mn: 1.3 ~1.55%、P = 0.015%、S = 0.005%、Ti:0.034 ~0.05%、Cu ^ 0.02%、V:0.03 ~
0.05%,Ni:5 ~8.5%,Als:0.015 ~0.035%、Ca:0.001 ~0.007%,B:0.001 ~0.003%，其余為Fe和不可避免的雜質元素。
[0010]優選地:C的重量百分比含量在0.11~0.14%。
[0011 ] 優選地:V的重量百分比含量在0.035~0.048%。
[0012]優選地:Als的重量百分比含量在0.023~0.035%。
[0013]生產一種耐低溫專用鋼筋的方法，其步驟:
O常規冶煉并鑄坯，控制出鋼溫度在1660~1690°C ;鑄坯拉速不高于1.8m/min ；
2)對鑄坯進行自然堆垛冷卻并至室溫；
3)對鋼坯加熱，控制均熱段溫度為:1100~1200°C，加熱時間在10(Tl20min；
4)進行粗軋，并控制其開軋溫度在:1000~1100°C；
5)進行精軋，控制其終軋溫度在80(T88(TC范圍；
6)自然空冷至室溫并待用。
[0014]本發明中各元素及主要工序的作用
C:c是擴大和穩定奧氏體兀素，提聞鋼材強度最有效的兀素，也能提聞耐熱鋼的聞溫強度，但是當其含量低于0.10%時，會導致力學性能不足而增加合金添加量從而增加了生產成本，當其含量高0.20%，會產生塑性和韌性下降，尤其是沖擊韌性明顯下降，因此，本發明C選擇在0.10-θ.20%O優選地:C的重量百分比含量在0.11~0.14%。
[0015]S1:是一種廉價的置換強化元素，可以顯著提高鋼的強度，屈服強度，但是Si會嚴重損害鋼的低溫韌性，所以不宜太高，選擇Si的范圍在0.2~0.5%
Mn:主要是固溶于鐵素體中提高材料的強度，其又是良好的脫氧劑和脫硫劑，含有一定量的錳可以消除或減弱因硫引起的脆性，從而改善鋼的加工性能，但錳含量過高時會使晶粒粗化的傾向，連鑄和軋后控冷不當時容易產生白點，所以選擇Mn的范圍在1.3~1.55% ；P、S:作為有害元素，其含量越低越好。S含量過高，會形成大量的MnS夾雜，降低鋼材的機械性能，因此含量越低越好，所以選擇S的范圍在S 0.005% ;P易在晶界偏析，增加鋼筋的脆性，使低溫沖擊性能大幅下降，因此含量越低越好，所以選擇P的范圍在=0.015%。
[0016]B:鋼中加入極少量的硼可以顯著影響材料的性能，其抑制P、S偏析和沿晶斷裂，提高沖擊性能，改善夾雜物的形態和分布，硼溶入固溶體中使晶體點陣發生畸變，晶界上的硼又 能阻止夾雜物進一步長大，使夾雜物變得細小，圓整，均勻分布于晶界，強化了晶界，使材料的韌性提高。當硼的含量大于0.003%時，其對鋼的效果不再隨含量的增加而增加，反而增加了成本，故硼的含量控制在0.001~0.003%范圍。
[0017]V:是微合金化鋼最常用也是最有效的強化元素之一。釩的作用是通過形成VN、V(CN)來影響鋼的組織和性能，它主要是在奧氏體晶界的鐵素體中沉淀析出，細化鐵素體晶粒，從而提高材料的強度和低溫韌性。V低于0.03%時，析出強化效果不能夠滿足力學性能要求，V高于0.05%時，析出強化使強度太高而導致韌性變差；優選地:V的重量百分比含量在 0.035 ~0.048%ο
[0018]T1:是一種強烈的碳化物和氮化物形成元素，易形成細小的TiC和TiN等粒子，TiC和TiN非常穩定，能夠有效的釘扎晶界，細化晶粒，并具有穩定再次加熱的組織的作用。如其含量低于0.034%，達不到效果，如含量高于0.05%，會形成粗大的碳氮化物，反而對鋼的沖擊性能不好，故Ti的范圍在0.034~0.05%。
[0019]N1:與鐵無限固溶，鎳擴大鐵的奧氏體區，是形成穩定奧氏體的主要元素。鎳強化鐵素體并細化和增多珠光體，提高鋼的強度和抗疲勞性，降低鋼的低溫脆化轉變溫度，如含量低于5%，對提高鋼的低溫沖擊性能不明顯；高于8.5%，則提高鋼的低溫沖擊性能會降低，使會提高成本和資源的浪費，所以選擇Ni的范圍在5~8.5%。
[0020]Cu:是一種面心立方晶體穩定元素，回火期間析出的第二相起到沉淀強化的作用，少量的Cu可以提高鋼材的低溫韌性、抗疲勞裂紋擴展能力，當含量較高時，會由于析出的第二相量大且不可控直接導致鋼材的韌性下降，而且也會導致鑄坯鑄造及熱軋期間變脆
Al:是作為煉鋼時的脫氧定氮劑，Al與鋼中的N形成細小難溶AlN質點，起到阻抑作用，進而細化鐵素體晶粒，Al含量過低，細化作用不明顯，Al含量過高，降低了鋼液的流動性，形成大量的Al2O3會在水口結瘤，從而堵住水口，所以選擇Al的范圍在0.015~0.035% ；優選地:Als的重量百分比含量在0.023~0.035%。
[0021 ] Ca:可以凈化鋼液，提高鋼的純凈度，使鋼的MnS球化，發揮材料的潛能，其含量過高時，易形成粗大的非金屬夾雜物，所以選擇范圍在0.001~0.007%。
[0022]之所以采用了開軋溫度在:1000~1100°C，精軋終軋溫度在800~880°C的范圍，目的是終軋溫度更接近相變溫度，鋼坯的原始奧氏體晶粒較小，通過軋制變形使相應的軋制終了的奧氏體晶粒也較小，因而使晶粒得到細化，綜合性能得到改善，同時也有利于釩的析出物析出更加細小和彌散。
[0023]本發明與現有技術相比，熱軋態就能滿足LNG等低溫建筑工程鋼筋混凝土結構耐-165°C~_196°C低溫的性能要求，_196°C下最大力下總伸長率Agt≥6%，且無需進行熱處理，并能避免通過穿水工藝增加強度而引起鋼筋邊部出現馬氏體影響鋼筋低溫性能，還能降低生產成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]附圖為本發明的金相組織圖；
附圖中鐵素體晶粒度為10-10.5級，說明B、T1、V起到很好的細化晶粒作用。
【具體實施方式】
[0025]下面對本發明予以詳細描述:
說明:對實施例3的鑄坯尺寸為200 X 230mm外，其余均采用200 X 200mm的方坯 表1為本發明各實施例及對比例的取值列表；
表2為本發明各實施例及對比例的主要工藝參數列表；
表3為本發明各實施例及對比例性能檢測情況列表。 [0026]本發明各實施例按照以下步驟生產:
O常規冶煉并鑄坯，控制出鋼溫度在1660~1690°C ;鑄坯拉速不高于1.8m/min ；
2)對鑄坯進行自然堆垛冷卻并至室溫；
3)對鋼坯加熱，控制均熱段溫度為:1100~1200°C，加熱時間在10(Tl20min，；
4)進行粗軋，并控制其開軋溫度在:1000~1100°C；
5)，進行精軋，控制其終軋溫度在80(T88(rC范圍；
6)自然空冷至室溫待用。
[0027]表1本發明實施例與比較例的化學成分列表(wt%)
【權利要求】
1.一種耐低溫專用鋼筋，其組分及重量百分比含量為:c:0.10~0.20%、S1:0.2~0.5%、Mn:1.3 ~1.55%,P ^ 0.015%, S ^ 0.005%, Ti:0.034 ~0.05%, Cu ^ 0.02%, V:0.03 ~0.05%,Ni:5 ~8.5%,Als:0.015 ~0.035%、Ca:0.001 ~0.007%,B:0.001 ~0.003%，其余為Fe和不可避免的雜質元素。
2.如權利要求1所述的一種耐低溫專用鋼筋，其特征在于:C的重量百分比含量在0.11 ~0.14%。
3.如權利要求1所述的一種耐低溫專用鋼筋，其特征在于:V的重量百分比含量在0.035 ~0.048%O
4.如權利要求1所述的一種耐低溫專用鋼筋，其特征在于:Als的重量百分比含量在0.023 ~0.035%。
5.生產一種耐低溫專用鋼筋的方法，其步驟: 1)常規冶煉并鑄坯，控制出鋼溫度在1660~1690°C;鑄坯拉速不高于1.8m/min ； 2)對鑄坯進行自然堆垛冷卻并至室溫； 3)對鋼坯加熱， 控制均熱段溫度為:1100~1200°C，加熱時間在10(Tl20min； 4)進行粗軋，并控制其開軋溫度在:1000~1100°C； 5)進行精軋，控制其終軋溫度在80(T88(TC范圍； 6)自然空冷至室溫并待用。
【文檔編號】C21D8/08GK104018081SQ201410287658
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月25日 優先權日:2014年6月25日
【發明者】徐志東, 朱敏, 范植金, 吳杰, 何杰斌, 徐志, 周新龍 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司