一種600MPa級抗震螺紋鋼筋及其製造方法

《一種600MPa級抗震螺紋鋼筋及其製造方法》是江蘇省沙鋼鋼鐵研究院有限公司於2012年7月20日申請的專利，該專利的公布號為CN102732787A，申請公布日為2012年10月17日，發明人是麻晗、黃文克、李旋、李陽。該發明屬於鋼鐵冶金和軋鋼領域。

《一種600MPa級抗震螺紋鋼筋及其製造方法》所述螺紋鋼筋包含如下組分：基本成分：C0.21～0.26％，Si0.61～0.80％，Mn1.30～1.60％，V0.15～0.21％；可選成分：Nb0.001～0.050％，Ti0.001～0.050％，Cr0.10～0.50％，B0.0001～0.0050％，Mo0.001～0.010％中的任意一種或兩種以上的組合；其餘為Fe和不可避免的雜質。該螺紋鋼筋的製造方法採用“轉爐或電爐冶煉+小方坯連鑄連軋+冷床冷卻”短流程工藝。採用上述成分和方法生產的螺紋鋼筋抗拉強度＞730兆帕，屈服強度＞600兆帕，斷後伸長率＞14％，最大力總伸長率＞9％，強屈比＞1.25，滿足國標對螺紋鋼筋抗震性能的要求。

2017年12月11日，《一種600MPa級抗震螺紋鋼筋及其製造方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。

基本介紹

• 中文名：一種600MPa級抗震螺紋鋼筋及其製造方法
• 申請人：江蘇省沙鋼鋼鐵研究院有限公司
• 申請日：2012年7月20日
• 申請號：2012102521061
• 公布號：CN102732787A
• 公布日：2012年10月17日
• 發明人：麻晗、黃文克、李旋、李陽
• 地址：江蘇省蘇州市張家港市錦豐鎮永新路沙鋼科技大樓
• 分類號：C22C38/12(2006.01)I、C22C38/32(2006.01)I、C22C38/28(2006.01)I、C22C38/26(2006.01)I、C22C38/24(2006.01)I
• 類別：發明專利

專利背景

螺紋鋼筋廣泛套用於大壩、廠房、道路橋樑等基礎建築中，在相同的使用條件下，提高螺紋鋼屈服強度可以減少鋼筋直徑，節約鋼材用量，降低工程成本，同時也可降低鋼體結構自重，縮短工程周期。截止到2011年，中國400兆帕及以上強度級別的鋼筋使用量僅占總量的40％。而中國國外大多採用的是400兆帕及以上級別的鋼筋。截至2012年7月，中國出台了一系列措施，大力推廣高強度螺紋鋼筋，如2011年7月1日新推出的《混凝土結構設計規範》明確要求建築施工應優先使用400兆帕級螺紋鋼筋；即將實施的螺紋鋼筋標準GB1499.2的修訂稿中也新增了600兆帕級螺紋鋼HRB600。螺紋鋼筋的高強度化已成為未來鋼筋發展的一種趨勢。以600兆帕級螺紋鋼替代400兆帕級螺紋鋼，可節約用鋼量44.4％，節能減排效果顯著。開發600兆帕級螺紋鋼筋有利於促進產品的升級換代。

2012年前已有600兆帕級螺紋鋼筋專利，如專利公開號為102383033A，專利名稱為“一種600兆帕級含釩高強熱軋鋼筋及其生產方法”專利文獻，提供了一種600兆帕級高強熱軋鋼筋製備方法：採用轉爐+LF精煉，冶煉過程中全程吹氮氣，以及加入VN、氮化矽等含氮合金來增氮固氮，精軋過程中採用低溫大壓下量軋制。其公開的鋼筋成分為：C：0.21～0.25％、Si：0.35～0.60％、Mn：1.35～1.55％、V：0.08～0.12％、N：0.005～0.04％、S：≤0.040％、P：≤0.040％。其存在以下局限：

1、精軋採用低溫大壓下量軋制，對軋機性能要求較高，不適於老式軋機生產，在現階段難以大量套用；

2、全程吹氮氣以及N含量過高容易造成坯料皮下氣泡過多，影響成品質量。

發明內容

專利目的

該發明的目的在於通過合金成分和工藝最佳化設計，提供一種適於廣泛生產的600兆帕級抗震螺紋鋼筋及其製造方法。該高強鋼筋的屈服強度R_eL大於600兆帕，抗拉強度R_m大於730兆帕，斷後伸長率A大於14％，最大力總伸長率A_gt大於9％，強屈比大於1.25。該鋼不僅能夠滿足新標準GB1499.2徵求意見稿對600兆帕級螺紋鋼筋的性能要求，而且還能夠滿足新標準對抗震鋼筋性能的要求。

技術方案

《一種600MPa級抗震螺紋鋼筋及其製造方法》所述600兆帕級抗震螺紋鋼筋，其特徵在於，它包含的化學成分及其重量百分比為：基本成分：C0.21～0.26％，Si0.61～0.80％，Mn1.30～1.60％，V0.15～0.21％，可選成分：Nb0.001～0.050％，Ti0.001～0.050％，Cr0.10～0.50％，B0.0001～0.0050％，Mo0.001～0.010％中的任意一種或兩種以上的組合；其餘為Fe和不可避免的雜質。

該發明中各組分的機理及作用：C是鋼中最經濟的提高螺紋鋼強度的元素，增加碳含量能夠顯著提高強度，但同時也降低鋼的塑性和韌性，惡化鋼的焊接性能，為保證鋼筋具有較高強韌性、良好的焊接性能，C含量的範圍設為0.21～0.26％。Si是煉鋼常用的脫氧劑，能夠固溶於鐵素體中，提高鋼的彈性極限和屈服極限，但Si也會降低鋼的塑性和韌性，惡化焊接性能，Si含量的範圍設為0.61～0.80％。

Mn在鋼中起固溶強化作用，可以提高鋼的強度，但含量過高會使鋼中出現貝氏體，降低鋼的塑性，因此，Mn含量的範圍設為1.30～1.60％。V是鋼中重要的合金化元素，能夠與C、N結合形成V（C，N）化合物，在熱軋過程中阻止奧氏體晶粒長大，具有較強的析出強化和細晶強化作用，可以顯著提高螺紋鋼筋的強度；當V含量過低時，強化效果不明顯，含量過高時會增加淬透性，促進貝氏體的產生，因此，V含量的範圍設為0.15～0.21％。Nb與C、N都有較強的結合能力，形成穩定的化合物，能夠細化晶粒，提高鋼的強度，但Nb是一種比較昂貴的合金元素，因此，Nb可作為輔助元素添加。

Ti很容易與C、N結合，形成穩定的化合物，Ti的碳氮化物通常在1400℃以上的高溫狀態下析出，冶煉過程中難以控制，並且，Ti含量較高時易形成粗大的TiN顆粒，惡化性能，因此，Ti僅可作為輔助元素添加。Cr的加入可以細化珠光體組織，提高鋼的強度，但其含量過高會降低塑性和韌性。B的加入可有效改善鋼的緻密性和熱軋性能，提高強度。Mo有細化珠光體的作用，從而提高鋼的強度和延展性。

該發明鋼的碳當量在0.54以下，具有良好的焊接性能。該發明製造600兆帕級高強度抗震螺紋鋼筋的方法為：採用“轉爐或電爐冶煉+小方坯連鑄連軋+冷床冷卻”短流程工藝，冶煉過程中以釩鐵和釩氮合金形式加入釩，釩鐵（FeV50）和釩氮合金（V78N15）加入量比為4～7:1；採用熱裝熱送工藝，將連鑄坯加熱至1050～1150℃，開軋溫度為900～1100℃，終軋溫度為950～1050℃；軋制後不穿水冷卻，軋件上冷床溫度為950～1050℃，在冷床上自然冷卻至室溫。

有益效果

《一種600MPa級抗震螺紋鋼筋及其製造方法》的有益效果至少在於：

（1）軋制過程中採用常規軋制工藝，對精軋機性能無特殊要求，適用於廣泛生產；

（2）冶煉全程不吹氮氣，可有效控制坯料的皮下氣泡；

（3）該發明鋼成分設計合理，碳當量小於0.54，軋制後不進行穿水冷卻，因而獲得的產品組織均勻、力學性能穩定，具有良好的加工性能和焊接性能。

權利要求

1.一種600兆帕級抗震螺紋鋼筋，其特徵在於，它包含按照重量百分比計算的如下組分：C0.21～0.26％，Si0.61～0.80％，Mn1.30～1.60％，V0.15～0.21％，以及餘量的鐵和雜質。

2.根據權利要求1所述的600兆帕級抗震螺紋鋼筋，其特徵在於，它還包含按照重量百分比計算的如下組分：Nb0.001～0.050％，Ti0.001～0.050％，Cr0.10～0.50％，B0.0001～0.0050％，Mo0.001～0.010％中的任意一種或兩種以上的組合。

3.根據權利要求1或2所述的600兆帕級抗震螺紋鋼筋，其特徵在於，該鋼筋碳當量在0.54以下，碳當量的計算公式為：Ceq=C+Mn/6+（Cr+V+Mo）/5+（Cu+Ni）/15。

4.一種600兆帕級抗震螺紋鋼筋的製造方法，包括依次進行的電爐或者轉爐冶煉、小方坯連鑄連軋、冷床冷卻，其特徵在於：冶煉過程中以釩鐵和釩氮合金形式添加釩，釩鐵FeV50與釩氮合金V78N15加入量比為4～7:1。

實施方式

根據表1成分及下述工藝製造了600兆帕級高強度抗震螺紋鋼筋。採用轉爐冶煉，在吹氬站加入釩鐵（FeV50）和VN（V78N15）合金，兩者加入量比為4～7:1，之後連鑄成150毫米×150毫米小方坯；坯料採用熱裝熱送工藝，加熱溫度為1100℃；採用連續式棒線材軋機進行軋制，軋制規格為∮20毫米和∮32毫米，開軋溫度為1050℃，終軋溫度為1020℃；軋制後不穿水，軋件上冷床溫度為1040C，在冷床上自然冷卻至室溫。實際檢驗的化學成分及其重量比如表1所示。顯微組織為鐵素體+珠光體組織，未觀察到貝氏體，鐵素體晶粒度在10級以上。表2為力學性能，抗拉強度R_m大於730兆帕，屈服強度R_eL在600兆帕以上，伸長率A在14％以上，最大力總伸長率A_gt大於9％，強屈比大於1.25。所製造的600兆帕級螺紋鋼筋既能滿足新標準對HRB600的性能要求，又能滿足抗震性能要求。

表1.600兆帕級高強度抗震螺紋鋼筋化學成分，wt.％

編號	規格，毫米	C	Si	Mn	V	N	B	碳當量
1	∮20	0.24	0.66	1.41	0.16	0.010	—	0.51
2	∮20	0.25	0.65	1.39	0.17	0.010	0.0010	0.52
3	∮32	0.25	0.66	1.40	0.17	0.011	—	0.52

表2.600兆帕級高強度抗震螺紋鋼筋的性能

編號	規格，毫米	Rm，兆帕	ReL，兆帕	A，％	Agt，％	Rm/ReL
1	∮20	772	609	19.2	11.9	1.27
2	∮20	794	627	18.6	11.0	1.27
3	∮32	780	610	16.6	11.8	1.28

榮譽表彰

2017年12月11日，《一種600MPa級抗震螺紋鋼筋及其製造方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。