一种600MPa级高强钢筋用钢及其热机轧制方法
【专利摘要】本发明涉及一种600MPa级高强钢筋用钢及其热机轧制方法，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，其余为Fe和不可避免的杂质元素。轧制方法包括如下步骤：(1)按照配比和组分进行冶炼；(2)精炼；(3)小方坯连铸；(4)TMCP工艺轧制；(5)冷却。本发明结合现有工艺装备条件，在现有工艺装备条件下设计了资源节约型的成分范围，并通过热机轧制工艺(TMCP)在不降低塑性的前提下使强度级别达到600MPa，来满足高层、大跨度建筑结构的需要。
【专利说明】一种600MPa级高强钢筋用钢及其热机轧制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及混凝土用热轧带肋钢筋【技术领域】，具体涉及一种600MPa级高强钢筋 用钢及其热机轧制工艺。
【背景技术】
[0002] 近年来随着我国及各省市系列高强钢筋推广应用激励政策的出台，我国高强钢筋 的产量和增长率呈逐年递增的态势。高强钢筋的使用有利于促进工程建设的科学发展以及 钢铁工业产品结构的调整，对淘汰落后产能、实施可持续发展战略具有重要意义。欧美发达 国家早已普遍使用500MPa、600MPa钢筋，而我国长期以来一直使用335MPa的低强度级别钢 筋，随着高层、大跨度建筑结构的增多，对600MPa级高强钢筋的需求增加，即将实施的钢筋 国标GB1499. 2的送审稿中也纳入600MPa级的HRB600热轧带肋钢筋。600MPa级高强钢筋 具有强度高、安全储备量大、施工方便、节省钢材等优点，相比400MPa级钢筋，可节约钢材 44%的用量，还可以解决建筑结构中"肥梁胖柱"等问题，增加建筑使用面积，使结构设计更 加合理。
[0003] 中国专利申请号201110350194. 4的专利文献公开了 "一种600MPa级含钒高强 热轧钢筋及其生产方法"，钢筋成分为：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%，其余为 Fe 及不 可避免的不纯物；在冶炼过程采取增钒、增氮和固氮工艺，精轧过程中采用低温大压下量轧 制，总压下量> 50%。存在不足是：N含量过高，易导致连铸坯产生皮下气泡等缺陷，且会影 响钢筋的塑性指标；精轧过程中采用低温大压下量> 50%轧制，对轧机、电机的负荷要求 较高，不适于老式轧机，在现阶段难以大量应用。
[0004] 中国专利申请号201210252106. 1的专利文献公开了 "一种600MPa级抗震螺纹 钢筋及其制造方法"。该螺纹钢筋包含如下组分：基本成分：C 0. 21?0. 26%，Si 0. 61? 0? 80%，Mn L 30 ?I. 60%，V 0? 15 ?0? 21%;可选成分：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% 中的任意一种或 两种以上的组合；其余为Fe和不可避免的杂质。该螺纹钢筋的制造方法采用"转炉或电炉 冶炼+小方坯连铸连轧+冷床冷却"短流程工艺。采用上述成分和方法生产的螺纹钢筋抗 拉强度> 730MPa，屈服强度> 600MPa，断后伸长率> 14%，最大力总伸长率> 9%，强屈比 > 1. 25。其存在以下不足：V含量超过0. 15%以上，且主要是利用钒的固溶强化提高强度， 没有充分利用钒的析出强化提高强度，而钒提高强度的作用是析出强化大于固溶强化；钒、 钥、铬等合金元素价格较高，不利于企业提高竞争力。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种600MPa级高强钢筋用钢及其热机轧制方法，通过资 源节约型的成分设计，并结合热机轧制工艺（TMCP)生产高强、高塑性的600MPa级热轧带 肋钢筋，其屈服强度彡600MPa，抗拉强度彡730MPa，断后伸长率彡14%，最大力下总伸长率 彡9%，强屈比彡I. 25,屈屈比彡I. 30。所要解决的关键技术是提供一种600MPa级高强钢 筋的TMCP热机轧制工艺，以实现经济型生产。具体技术方案如下：
[0006] 一种600MPa级高强钢筋用钢，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，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
[0007] 上述600MPa级高强钢筋用钢的热机轧制方法，包括如下步骤：
[0008] (1)按照权利要求1的配比和组分进行冶炼；
[0009] (2)精炼；
[0010] (3)小方述连铸；
[0011] (4) TMCP 工艺轧制；
[0012] (5)冷却。
[0013] 进一步地，步骤（4)中工艺控制点：加热温度控制在1000?1200°C ;均热温度控 制在1050?1150°C ;开轧温度控制在950?IKKTC ;进精轧机温度控制在850?950°C ; 上冷床返红温度控制在780?900°C。
[0014] 进一步地，步骤（1)中在转炉、电弧炉或其它冶炼炉中冶炼。
[0015] 进一步地，步骤（2)中炉外钢包吹氩精炼。
[0016] 进一步地，步骤（3)中140或150小方坯连铸。
[0017] 进一步地，步骤（4)中在棒材轧机上采用TMCP工艺轧制。
[0018] 进一步地，步骤（5)包括冷床自然冷却，堆垛自然冷却。
[0019] 进一步地，步骤（4)中轧制规格越大，上冷床返红温度越低。
[0020] 进一步地，步骤（4)中粗轧机组和中轧机组采用常规轧制，中轧机组后设置冷却 段和回复段，冷却段使轧件温度降到部分再结晶或未再结晶温度范围之内，回复段保证进 入精轧机前有一段均温过程。
[0021] 与目前现有技术相比，本发明在现有工艺装备条件下，采用V、Nb组合的微合金化 方式，采用TMCP热机轧制工艺，生产的600MPa级钢筋性能稳定，综合力学性能较好，其屈服 强度彡600MPa，抗拉强度彡730MPa，断后伸长率彡14%，最大力下总伸长率彡9%，强屈比 彡1. 25,屈屈比< 1. 30。微合金元素用量与HRB500钢筋相当，比采用常规轧制工艺可减少 50%以上的微合金元素耗量，效益显著。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1为600MPa级钢筋组织图（批号K14-58 X 100)
[0023] 图2为600MPa级钢筋组织图（批号K14-59 X 100)
【具体实施方式】
[0024] 下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实 施例。
[0025] 本600MPa级高强钢筋用钢的化学成分配比（按重量百分比）为：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，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
[0026] 本发明需按上述成分要求，在转炉、电弧炉或其它冶炼炉中冶炼，炉外钢包吹氩精 炼，140或150小方坯连铸，棒材轧机上采用TMCP工艺轧制，冷床自然冷却，堆垛自然冷却。
[0027] TMCP热机轧制工艺控制点如下：
[0028] (1)加热温度控制在1000?1200°C ;均热温度；控制在1050?1150°C ;
[0029] (2)开轧温度控制在950?1100°C ;
[0030] (3)进精轧机温度控制在850?950°C ;
[0031] (4)上冷床返红温度控制在780?900°C，且轧制规格越大，要求的上冷床返红温 度越低。
[0032] 本发明采用V、Nb组合的方法，利用V与C、N在钢中弥散析出强化作用，利用Nb 能显著延迟奥氏体再结晶、细化晶粒的作用，且V、Nb复合的强化作用比单独使用其中一 种更显著。严格限制N元素的含量，将V/N比控制在3?5之间，最大限度发挥V的析出 强化作用，且不会因 N元素过多引起铸坯皮下气泡等缺陷。另外本发明N含量范围在GB 1499. 2-2007要求范围内，在大工业生产中也容易做到。钢中加入Cr，可提高钢的淬透性、 细化珠光体组织，二次硬化作用明显，可进一步提高钢筋强度，同时还提高了钢筋的耐蚀能 力。
[0033] 本发明采用140或150小方坯，目前国内大多数钢筋采用140或150小方坯作为 轧钢坯料，不需将140或150小方坯改造成165以上的方坯。
[0034] 本发明TMCP热机轧制工艺，加热温度控制在1000?1200°C ;均热温度控制在 1050?1150°C，开轧温度控制在950?IKKTC，其粗轧机组和中轧机组采用常规轧制，中 轧机组后设置冷却段和回复段，冷却段使轧件温度降到部分再结晶或未再结晶温度范围 之内，回复段保证进入精轧机前有一段均温过程，精轧温度在热机轧制温度范围，控制在 850?950°C。TMCP工艺可使组织细化，改善低温韧性，获得良好的机械性能，提高疲劳强 度，具有较好的表面质量。
[0035] 精轧机后设置快速穿水冷却装置，通过轧后快冷到相变区后停止冷却，钢筋表面 获得理想的主要是细铁素体+珠光体组织。与轧后穿水冷却生产工艺相比，TMCP热机轧 制之后也采用穿水冷却工艺，乳后穿水冷却主要目的是在低温下实现奥氏体向马氏体的转 变，形成马氏体表层，再通过心部向表面的自回火获得回火组织；而TMCP是通过精轧后快 冷使轧件迅速通过奥氏体相区，保持轧件奥氏体硬化状态，在奥氏体向铁素体相变的动态 相变点终止冷却，抑制铁素体晶粒的长大，表层是细晶粒铁素体+珠光体组织，晶粒度达到 9级以上。
[0036] 本发明采用资源节约型的成分设计，采用TMCP热机轧制工艺，综合利用微合金元 素的固溶、析出、细晶强化及TMCP的细晶强化等钢铁材料综合强化手段，实现在保持材料 塑性的前提下，生产出综合性能优良的600MPa级钢筋。
[0037] 本发明的熔炼化学成分见表1，采用60吨转炉冶炼、钢包吹氩精炼，强吹氩时间 彡4min、弱吹氩时间彡4min，150方坯连铸，在连续式棒材轧机上轧制，其TMCP热机轧制工 艺参数见表2,力学性能见表3。
[0038] 表1本发明实施例的熔炼化学成分
[0039]
【权利要求】
1. 一种600MPa级高强钢筋用钢，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，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
2. 如权利要求1所述600MPa级高强钢筋用钢的热机轧制方法，其特征在于，包括如下 步骤： (1) 按照权利要求1的配比和组分进行冶炼； (2) 精炼； (3) 小方坯连铸； (4) TMCP工艺轧制； (5) 冷却。
3. 如权利要求2所述600MPa级高强钢筋用钢的热机轧制方法，其特征在于，步骤（4) 中工艺控制点：加热温度控制在1000?1200°C ;均热温度控制在1050?1150°C ;开轧温 度控制在950?1100°C;进精轧机温度控制在850?950°C;上冷床返红温度控制在780? 900。。。
4. 如权利要求2或3所述600MPa级高强钢筋用钢的热机轧制方法，其特征在于，步骤 (1)中在转炉、电弧炉或其它冶炼炉中冶炼。
5. 如权利要求2-4中任一项所述600MPa级高强钢筋用钢的热机轧制方法，其特征在 于，步骤（2)中炉外钢包吹氩精炼。
6. 如权利要求2-5中任一项所述600MPa级高强钢筋用钢的热机轧制方法，其特征在 于，步骤（3)中140或150小方坯连铸。
7. 如权利要求2-6中任一项所述600MPa级高强钢筋用钢的热机轧制方法，其特征在 于，步骤（4)中在棒材轧机上采用TMCP工艺轧制。
8. 如权利要求2-7中任一项所述600MPa级高强钢筋用钢的热机轧制方法，其特征在 于，步骤（5)包括冷床自然冷却，堆垛自然冷却。
9. 如权利要求2-8中任一项所述600MPa级高强钢筋用钢的热机轧制方法，其特征在 于，步骤（4)中轧制规格越大，上冷床返红温度越低。
10. 如权利要求2-9中任一项所述600MPa级高强钢筋用钢的热机车L制方法，其特征在 于，步骤⑷中粗轧机组和中轧机组采用常规轧制，中轧机组后设置冷却段和回复段，冷却 段使轧件温度降到部分再结晶或未再结晶温度范围之内，回复段保证进入精轧机前有一段 均温过程。
【文档编号】B21B37/74GK104451410SQ201410795809
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月18日 优先权日:2014年12月18日
【发明者】郭湛, 吴坚, 于同仁, 陈开智, 黄礼胜, 汤寅波, 姜婷, 方政 申请人:马钢(集团)控股有限公司, 马鞍山钢铁股份有限公司