一種釩微合金化低溫鋼筋用鋼及其軋制工藝

《一種釩微合金化低溫鋼筋用鋼及其軋制工藝》是馬鋼（集團）控股有限公司、馬鞍山鋼鐵股份有限公司於2013年4月24日申請的發明專利，該專利申請號為2013101454007，公布號為CN103225044A，專利公布日為2013年7月31日，發明人是孫維、完顏衛國、郭湛、汪開忠。

《一種釩微合金化低溫鋼筋用鋼及其軋制工藝》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%，其餘為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1100～1250℃，開軋溫度為900～1060℃，終軋溫度為900～1100℃，軋後穿水冷卻，上冷床溫度為500～650℃。該低溫熱軋帶肋鋼筋用鋼及其軋制工藝，通過採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，能滿足LNG等低溫建築工程鋼筋混凝土結構耐-165℃低溫的使用需求，該低溫熱軋帶肋鋼筋用鋼耐低溫性能好，安全可靠。

2020年7月17日，《一種釩微合金化低溫鋼筋用鋼及其軋制工藝》獲得安徽省第七屆專利獎優秀獎。

基本介紹

• 中文名：一種釩微合金化低溫鋼筋用鋼及其軋制工藝
• 公布號：CN103225044A
• 公布日：2013年7月31日
• 申請號：2013101454007
• 申請日：2013年4月24日
• 申請人：馬鋼（集團）控股有限公司; 馬鞍山鋼鐵股份有限公司
• 地址：安徽省馬鞍山市雨山區九華西路8號
• 發明人：孫維、完顏衛國、郭湛、汪開忠
• 代理機構：蕪湖安匯智慧財產權代理有限公司
• 代理人：張小虹
• Int.Cl.：C22C38/16(2006.01)I、B21B37/74(2006.01)I
• 類別：發明專利

專利背景

熱軋帶肋鋼筋是混凝土結構的骨架材料，在結構中承載著各種應力，有時還在一定的低溫環境下使用，因此不僅要求鋼筋具有較高的強度和工藝性能，而且還要求具有較高的功能性--抗低溫的能力。典型需要用低溫鋼筋的例子是石化行業的液化天然氣儲罐（簡稱LNG）工程築造用耐低溫鋼筋，其基本要求特點是：（1）高強度，屈服強度≥400兆帕或≥500兆帕；（2）生產工藝不限制，可以採用餘熱淬火的工藝生產；（3）對低溫性能有一定的要求，具體由工程需方和供貨方協定，最低存儲溫度-165℃，主要對低溫拉伸塑性、缺口敏感性有一定的要求。但是，迄今尚無低溫熱軋帶肋鋼筋用鋼的具體成分及其軋制工藝參數的公開技術。通常把-10～-196℃的低溫下使用的鋼稱作低溫鋼，把在-196℃以下的低溫下使用的鋼稱作超低溫用鋼。低溫鋼大致可分為4類：低碳鋁鎮靜鋼、低溫高強度鋼、鎳鋼和奧氏體不鏽鋼。（1）低碳鋁鎮靜鋼。這類鋼是以矽-錳為主要元素的低溫鋼。為提高鋼的低溫韌性，從化學成分上看，止須儘量降低鋼中的碳含量、提高Mn/C比、降低硫、磷等有害元素、加入適量的鋁，細化晶粒，固定鋼中的氮提高鋼的韌性，改善時效性能。

市場上的低溫鋼基本屬於此類，在GB3531-83中有規定。低碳鋁鎮靜鋼，屈服強度約290兆帕，低溫下的衝擊功為21～28J，主要牌號有16MnDR、09Mn2VDR、09MnTiCuXtDR、06MnNbDR。（2）低溫高強度鋼。這類鋼以碳一錳為基，加入少量的鎳鉻提高鋼的低溫韌性，加入少量的鉬釩來提高鋼自身的強度，在滿足強度要求的情況下，儘量降低碳含量，提高鋼的韌性，改善焊接性，通過調質處理獲得良好自綜合性能。它不但具有高強度，而且具有較好的低溫韌性，因此是一種強韌性兼備的材料，主要用於煤加壓和製造各種大型乙烯工程用的球罐，廣泛用於製造具有較高壓力的低溫壓力容器。（3）鎳系低溫鋼。這類鋼是以鎳為主要合金元素的低溫用鋼。鎳是提高鋼的低溫韌性最有效的元素，隨著鋼中鎳含量的增加低溫韌性提高，最低使用溫度降低，它主要用於製造在-40～-196℃使用的低溫設備。（4）奧氏體不鏽鋼。這類鋼最主要特點的是它沒有韌性-脆性轉變現象。通過固溶處理獲得優良的低溫韌性，甚至在-196℃的低溫下韌性幾乎沒有損失，所以奧氏體不鏽鋼主要在超低溫（-196℃）以下使用。截至2013年4月，上述4類低溫鋼均未見可用於LNG等低溫建築工程的建設用低溫鋼筋的報導。而LNG等低溫建築工程的建設迫切需要耐-165℃的、節鎳型高強度低溫熱軋帶肋鋼筋。

發明內容

專利目的

《一種釩微合金化低溫鋼筋用鋼及其軋制工藝》的目的在提供一種耐-165℃的、節鎳型高強度釩微合金化低溫鋼筋用鋼及其軋制工藝。

技術方案

《一種釩微合金化低溫鋼筋用鋼及其軋制工藝》釩微合金化低溫鋼筋用鋼，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%，其餘為Fe和不可避免的雜質。

該發明釩微合金化低溫鋼筋用鋼，以多元少量的合金化原則，進行了無數次試驗，得出合理的化學成分配比，相對於2013年4月以前的技術，各成分的作用及效果如下：碳：2013年4月以前，一般熱軋帶肋鋼筋的C含量為0.18-0.25%，綜合考慮性能要求及其它合金元素的量，C含量取0.05-0.15%，降低C含量有利於改善焊接性能、提高塑性和韌性。矽：Si能促進先共析鐵素體析出，對珠光體形成的影響不大，價廉，Si能提高A3、A1臨界點並有強烈的固溶強化作用，但Si過高對鋼的塑韌性不利，矽含量範圍優選為0.15-0.40%。錳：Mn能降低A3、A1臨界點，在推遲珠光體轉變的同時，也推遲鐵素體轉變，Mn具有固溶強化和提高淬透性作用，Mn含量範圍選擇為1.40-1.60%。硫、磷：S、P在此鋼中屬於有害元素，要求越低越好，綜合考慮後，按≤0.010%控制。鎳：Ni具有細化鋼的組織、改善鋼的低溫性能的作用，並具有固溶強化、提高淬透性作用，但其價格昂貴，經合理化調整後，Ni含量範圍優選為1.40-1.60%。銅：Cu在固溶強化、提高淬透性方面與Ni相似，用Cu代替一部分Ni，Cu還具有提高鋼耐蝕性的作用。釩：V作為微合金化元素，能提高鋼筋強度，保證鋼筋的強度性能，且V是我國的富有資源，溶於奧氏體中的V能顯著增加鋼的淬透性，在鐵素體中析出的V 的碳化物或碳氮化物，具有顯著的彌散強化作用。該釩微合金化低溫鋼筋用鋼的軋制工藝，低溫熱軋帶肋鋼筋用鋼按上述成分範圍，鋼坯在轉爐、電弧爐或其它冶煉爐中冶煉並進行爐外精煉，連鑄，然後軋制，軋制工藝參數為：鋼坯加熱至1100～1250℃，開軋溫度為900～1060℃，終軋溫度為900～1100℃，軋後穿水冷卻，上冷床溫度為500～650℃，鋼筋在冷床上自然冷卻後打捆、堆放。軋制過程中鋼坯線速度為100m/s以上。採用該軋制工藝，能保證鋼筋的各項性能達到要求。

改善效果

《一種釩微合金化低溫鋼筋用鋼及其軋制工藝》通過採用多元少量的合金化原則，在合理降低鎳含量的情況下，該低溫熱軋帶肋鋼筋室溫性能達到：屈服強度ReL（Rp0.2）≥500兆帕，強屈比≥1.15，均勻伸長率Agt ≥5%；-165℃低溫性能達到：屈服強度ReL（Rp0.2）≥575兆帕（即1.15倍設計屈服強度），均勻伸長率Agt≥3%。該低溫熱軋帶肋鋼筋用鋼，能滿足LNG等低溫建築工程鋼筋混凝土結構耐-165℃低溫的使用需求，且鋼種鎳含量較低，該低溫熱軋帶肋鋼筋用鋼耐低溫性能好，安全可靠。該低溫熱軋帶肋鋼筋用鋼的軋制工藝，通過對軋制溫度的控制，軋制後穿水冷卻，能夠保證低溫熱軋帶肋鋼筋的性能。

技術領域

《一種釩微合金化低溫鋼筋用鋼及其軋制工藝》涉及低溫用鋼及其生產工藝，尤其涉及一種釩微合金化低溫熱鋼筋用鋼及其軋制工藝。

權利要求

1.《一種釩微合金化低溫鋼筋用鋼及其軋制工藝》特徵在於：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%，其餘為Fe和不可避免的雜質。

2.如權利要求1所述的釩微合金化低溫鋼筋用鋼，其特徵在於：其中C、Si、Mn、Ni、Cu 及V的含量為：按重量百分比計，C：0.05-0.09%，Si：0.15-0.28%，Mn：1.40-1.49%， Ni：0.50-1.03%，Cu：0.10-0.39%，V：0.020-0.048%。

3.如權利要求1所述的釩微合金化低溫鋼筋用鋼，其特徵在於：其中C、Si、Mn、Ni、Cu 及V的含量為：按重量百分比計，C：0.11-0.13%，Si：0.19-0.27%，Mn：1.49-1.57%， Ni：1.08-1.29%，Cu：0.39-0.72%，V：0.035-0.078%。

4.一種權利要求1至3任一項所述釩微合金化低溫鋼筋用鋼的軋制工藝，其特徵在於：軋制工藝參數為：鋼坯加熱至1100～1250℃，開軋溫度為900～1060℃，終軋溫度為900～1100℃，軋後穿水冷卻，上冷床溫度為500～650℃。

實施方式

• 實施例1

《一種釩微合金化低溫鋼筋用鋼及其軋制工藝》化學成分配比，按重量百分比計為：C：0.11%，Si：0.32%，Mn：1.57%，P：0.008%，S：0.005%，Ni：0.53%，Cu：0.72%，V：0.028%，其餘為Fe和不可避免的雜質。以直徑φ12毫米的鋼坯為例，該φ12毫米的釩微合金化低溫鋼筋用鋼的軋制工藝，鋼種按上述成分範圍，在電弧爐冶煉並進行爐外精煉，連鑄，連續棒材軋機上軋製成熱軋帶肋鋼筋。軋制工藝參數為：鋼坯加熱至1110～1187℃，開軋溫度為953～982℃，終軋溫度為916～958℃，軋後穿水冷卻，上冷床溫度為632～645℃，鋼筋在冷床上自然冷卻後打捆、堆放。

• 實施例2

該釩微合金化低溫鋼筋用鋼，化學成分配比，按重量百分比計為：C：0.12%，Si：0.31%，Mn：1.49%，P：0.006%，S：0.007%，Ni：0.87%，Cu：0.11%，V：0.035%，其餘為Fe和不可避免的雜質。以直徑φ16毫米的鋼坯為例，該φ16毫米的釩微合金化低溫鋼筋用鋼的軋制工藝，鋼種按上述成分範圍，在轉爐冶煉並進行爐外精煉，連鑄，連續棒材軋機上軋製成熱軋帶肋鋼筋。軋制工藝參數為：鋼坯加熱至1118～1205℃，開軋溫度為971～1021℃，終軋溫度為1018～1062℃，軋後穿水冷卻，上冷床溫度為611～623℃，鋼筋在冷床上自然冷卻後打捆、堆放。

• 實施例3

該釩微合金化低溫鋼筋用鋼，化學成分配比，按重量百分比計為：C：0.13%，Si：0.19%，Mn：1.52%，P：0.007%，S：0.008%，Ni：0.89%，Cu：0.12%，V：0.043%，其餘為Fe和不可避免的雜質。以直徑φ20毫米的鋼坯為例，該φ20毫米的釩微合金化低溫鋼筋用鋼的軋制工藝，鋼種按上述成分範圍，在轉爐冶煉並進行爐外精煉，連鑄，連續棒材軋機上軋製成熱軋帶肋鋼筋。軋制工藝參數為：鋼坯加熱至1152～1179℃，開軋溫度為1008～1045℃，終軋溫度為1021～1059℃，軋後穿水冷卻，上冷床溫度為590～617℃，鋼筋在冷床上自然冷卻後打捆、堆放。

• 實施例4

該釩微合金化低溫鋼筋用鋼，化學成分配比，按重量百分比計為：C：0.07%，Si：0.28%，Mn：1.51%，P：0.006%，S：0.008%，Ni：1.73%，Cu：0.12%，V：0.048%，其餘為Fe和不可避免的雜質。以直徑φ20毫米的鋼坯為例，該φ20毫米的釩微合金化低溫鋼筋用鋼坯的軋制工藝，鋼種按上述成分範圍，在轉爐冶煉並進行爐外精煉，連鑄，連續棒材軋機上軋製成熱軋帶肋鋼筋。軋制工藝參數為：鋼坯加熱至1133～1171℃，開軋溫度為1003～1038℃，終軋溫度為1047～1070℃，軋後穿水冷卻，上冷床溫度為552～565℃，鋼筋在冷床上自然冷卻後打捆、堆放。

• 實施例5

該釩微合金化低溫鋼筋用鋼，化學成分配比，按重量百分比計為：C：0.12%，Si：0.27%，Mn：1.49%，P：0.006%，S：0.007%，Ni：0.77%，Cu：0.39%，V：0.053%，其餘為Fe和不可避免的雜質。以直徑φ25毫米的鋼坯為例，該φ25毫米的釩微合金化低溫鋼筋用鋼的軋制工藝，鋼種按上述成分範圍，在電弧爐冶煉並進行爐外精煉，連鑄，連續棒材軋機上軋製成熱軋帶肋鋼筋。軋制工藝參數為：鋼坯加熱至1144～1201℃，開軋溫度為963～1011℃，終軋溫度為1055～1079℃，軋後穿水冷卻，上冷床溫度為578～589℃，鋼筋在冷床上自然冷卻後打捆、堆放。

• 實施例6

該釩微合金化低溫鋼筋用鋼，化學成分配比，按重量百分比計為：C：0.09%，Si：0.29%，Mn：1.55%，P：0.007%，S：0.006%，Ni：1.03%，Cu：0.17%，V：0.061%，其餘為Fe和不可避免的雜質。以直徑φ25毫米的鋼坯為例，該φ25毫米的釩微合金化低溫鋼筋用鋼的軋制工藝，鋼種按上述成分範圍，在電弧爐冶煉並進行爐外精煉，連鑄，連續棒材軋機上軋製成熱軋帶肋鋼筋。軋制工藝參數為：鋼坯加熱至1145～1193℃，開軋溫度為928～990℃，終軋溫度為1033～1078℃，軋後穿水冷卻，上冷床溫度為535～555℃，鋼筋在冷床上自然冷卻後打捆、堆放。

• 實施例7

該釩微合金化低溫鋼筋用鋼，化學成分配比，按重量百分比計為：C：0.08%，Si：0.30%，Mn：1.44%，P：0.004%，S：0.005%，Ni：1.08%，Cu：0.16%，V：0.072%，其餘為Fe和不可避免的雜質。以直徑φ25毫米的鋼坯為例，該φ25毫米的釩微合金化低溫鋼筋用鋼的軋制工藝，鋼種按上述成分範圍，在電弧爐冶煉並進行爐外精煉，連鑄，連續棒材軋機上軋製成熱軋帶肋鋼筋。軋制工藝參數為：鋼坯加熱至1153～1196℃，開軋溫度為1007～1033℃，終軋溫度為1048～1055℃，軋後穿水冷卻，上冷床溫度為543～561℃，鋼筋在冷床上自然冷卻後打捆、堆放。

• 實施例8

該釩微合金化低溫鋼筋用鋼，化學成分配比，按重量百分比計為：C：0.07%，Si：0.27%，Mn：1.49%，P：0.008%，S：0.009%，Ni：1.29%，Cu：0.12%，V：0.078%，其餘為Fe和不可避免的雜質。以直徑φ32毫米的鋼坯為例，該φ32毫米的釩微合金化低溫鋼筋用鋼坯的軋制工藝，鋼種按上述成分範圍，在轉爐冶煉並進行爐外精煉，連鑄，連續棒材軋機上軋製成熱軋帶肋鋼筋。軋制工藝參數為：鋼坯加熱至1148～1183℃，開軋溫度為1018～1033℃，終軋溫度為1037～1058℃，軋後穿水冷卻，上冷床溫度為508～523℃，鋼筋在冷床上自然冷卻後打捆、堆放。

以上實施例軋制的低溫熱軋帶肋鋼筋用鋼的產品性能表

編號	室溫性能				-165℃低溫性能
	Rp0.2兆帕	Rm兆帕	Agt%	Rm/Rp0.2	Rp0.2兆帕	Agt%
實施例1	531/527	681/667	9/9	1.28/1.27	582	5
實施例2	541/543	690/684	9/10	1.28/1.26	585	5
實施例3	547/551	701/703	11/12	1.28/1.28	580	4
實施例4	553/556	693/699	10/11	1.25/1.26	598	4
實施例5	532/548	672/689	9/10	1.26/1.26	589	5
實施例6	549/551	693/697	12/13	1.26/1.26	597	4
實施例7	547/539	699/691	11/13	1.28/1.28	583	5
實施例8	531/540	674/679	12/14	1.27/1.26	603	6

榮譽表彰

2020年7月17日，《一種釩微合金化低溫鋼筋用鋼及其軋制工藝》獲得安徽省第七屆專利獎優秀獎。