专利名称：Hrb400级钢筋生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体地说，本发明涉及HRB400级钢筋 的生产工艺。
技术背景1998年，国家对《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》(GB1499-1991)进行修 订，修订后的国家标准为GB1499-1998，取消了钢筋的强度等级代号， 一律 改用钢筋牌号(HRB335、 HRB400、 HRB500)来表示。其中的H、 R、 B符 号分别为热轧(Hot rolled)、带肋(Ribbed)、钢筋(Bars)三个词的英文字首，后 面的数字为该牌号所要求的屈服点最小值(以MPa计)。本发明中所述的 HRB400级钢筋，即指上述国家标准中规定的钢筋牌号。近年来，随着我国高层建筑的大量兴建，对于建筑物的抗地震破坏的要 求越来越高，其中，对于建筑用热轧钢筋的强度和延展性的要求越来越严格。目前，我国的工业与民用建筑中仍广泛采用钢筋混凝土结构设计，在钢 筋混凝土结构中大量采用屈服强度340MPa，抗拉强度为500 520MPa的II 级钢筋或新标准为HRB335的同等级钢筋，与国际上通常使用的屈服强度为 420MPa的钢筋比，其强度偏低，同类建筑估计要多用10 25%的钢材，也 就是说，对于同样的建筑，使用HRB400级钢筋比使用HRB335级钢筋可以 节省10 25%的钢材。因此，在建筑结构中使用HRB400级钢筋代替HRB335级钢筋已经成为 一个发展趋势。目前，HRB400级钢筋已被列入建设部重点推广的技术，在 建筑用的钢筋中，HRB400级钢筋所占的比例逐年增加。以往，在生产HRB400级钢筋时，通常是在上述HRB335级钢筋用钢的 成分基础上，添加少量的V、 Ti、 Nb等合金元素，通过微合金化来提高钢的 强度。下面的表1中示出HRB335级钢筋用钢的常用化学成分。 表1HRB335钢筋的熔炼成分CMnSiC叫0.17% 0.25%1.20% 1.60%0.30% 0.50%《0.52><|>250.17% 0.25%1.20% 1.60%0.30% 0.80%《0.52但是，这种通过微合金化来提高钢的强度的作法还存在一些问题。例如，钒(V)的价格昂贵，2005年钒铁的价格曾一度达到45万元/吨，从而导致 HRB400级钢筋的生产成本大大提高。为此， 一些生产企业改用Nb微合金化， 但由于缺乏使用铌铁的经验，产品的质量不够稳定，而且，使用铌铁进行微 合金化时，对工艺控制的要求十分严格，因此给生产带来一定的困难。为了解决上述问题，有些企业不得不取消或者尽量少添加微合金元素， 而采用热轧穿水冷却来保证钢筋的性能。在中国专利CN1278013A、 CN1586750A、 CN1792484A和CN1793389A中分别公开了一些这样的热轧穿 水冷却工艺。所谓热轧穿水冷却，就是在钢筋终轧后使其进入水冷却器，通 过调节冷却水的压力和流量使钢筋冷却。钢筋热轧穿水冷却的目的是，通过 快速冷却抑制奥氏体晶粒长大，相变后形成细晶铁素体、珠光体组织。但该 工艺在操作过程中很难控制。如果冷却水的压力和流量低(即通常所说的轻 穿水)，由于钢筋温度高(一般在1000。C以上)、轧制速度快，钢筋达不到快 速冷却的效果；反之，如果加大冷却水的压力和流量(即通常所说的重穿水)， 钢筋表层就会淬火形成马氏体组织，随着心部的热量向外传递，上述淬火马 氏体发生回火，形成回火索氏体或回火屈氏体，低倍观察时在钢筋横截面的 外周可以看到一圈所谓的"穿水组织"，其厚度有时达到lmm左右。 一般地 说，重穿水时很难避免形成这种组织，而GB1499中规定，钢筋中是不允许 存在这种组织的。另外，实践中发现，经过轻穿水的钢筋，其表面形成了一 种阻止钢筋氧化的薄膜，而经过重穿水的钢筋则没有形成这样的薄膜，在随 后的放置过程中表面非常容易锈蚀。目前，许多企业仍采用重穿水冷却。为了避免钢筋中出现上述回火组织， 国家标准局正在修订GB1499，明确将有回火组织的钢筋列为热处理钢筋，这 就超出了按GB1499生产热轧钢筋的产品范围。因此，目前的穿水控制冷却
生产HRB400级钢筋的生产工艺亟待加以改进。 发明内容鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于，提供一种新的 HRB400级钢筋的生产工艺，使用不含V、 Nb、 Ti等微合金化元素的普通碳 钢即可生产出符合GB1499规定的HRB400级钢筋。此外，本发明的另一个 目的在于，克服上述现有技术钢筋生产工艺的缺点，提供--种新的HRB400 级钢筋热轧穿水冷却生产工艺，为了实现上述任务，本发明人对低合金钢的强化理论进行了深入的研究， 并将其运用到HRB400级钢筋的生产工艺中，从而研制出本发明的新的 HRB400级钢筋生产工艺。根据低合金的强化理论，除了合金强化、热处理强化之外，还有相变强 化、细晶强化等途径，即靠形成一定的显微组织和细小晶粒达到强化的目的。 在限制了热轧显微组织的情况下，可以选择的组织有珠光体、索氏体和屈氏 体。屈氏体就是极细的珠光体，其平均片层间距小于0.1微米，这种组织的 强度比珠光体高得多，而韧性与之相当，可以达到HRB400级钢筋的强度水 平。为了获得这种组织，在钢筋热轧后必须进行控制冷却，使其冷却曲线穿 过C曲线"鼻子"的下半部，在此区域中冷却时，奥氏体就可以转变成极细 的珠光体。要实现上述相变过程，也必须进行穿水冷却，而且冷却水的压力和流量 必须足够大，因为此时钢筋的温度一般在IOO(TC以上。由于水温一般在30 °。左右，表层以下靠心部的热量向外传递可以达到预期的相变温度，从钢筋 的表层到内部温度逐渐升高。但这样的冷却势必造成表面淬火。为了避免表面淬火，必须在基体的控制冷却之前，使表层的奥氏体组织 先转变为稳定的铁素体、珠光体组织，这样，不管随后如何冷却它都不会转 变成其它组织，即使在Ms点以下也不会淬火。基于上述认识，本发明人研制 出在钢筋热轧后对其表层和表层以下的基体分别进行冷却的工艺，即钢筋的 两次冷却工艺。其中，第一次冷却主要是冷却钢筋的表层，此时，冷却水采 用较低的压力和流量，靠钢筋表面产生的蒸汽膜保护表面，使之进行高温转
变，形成铁素体加珠光体的组织。随后进行第二次冷却，采用较大的压力和 流量，使钢筋的基体部分在C曲线"鼻子"的下半部区域冷却发生相变，转 变成极细的珠光体，形成细小晶粒，达到细晶强化的目的。从而使钢筋达到服B400级的性能要求。同时，由于钢筋先经过轻穿水，表面形成的保护膜可 以阻止钢筋在随后的重穿水及放置过程中被氧化，从而避免了钢筋表面生锈。 本发明的HRB400级钢筋生产工艺的技术方案如下(1) 本发明的第1方案是HRB400级钢筋的生产工艺，其特征在于，将 普通低碳钢钢坯热轧成钢筋，热轧后控制冷却，所述的控制冷却是分两步进 行穿水冷却，第一次穿水冷却时控制水压并调节水流量，使穿水后的钢筋表 面温度在70(TC以下、40(TC以上，随后进行第二次穿水冷却，控制水压并调 节水流量，使穿水后的钢筋表面温度在350-400T〕。(2) 本发明的第2方案是上述第1项所述的HRB400级钢筋的生产工 艺，其特征在于，第一次穿水冷却时水压控制在0.8-1.3MPa，第二次穿水冷 却时水压控制在1.5MPa左右。(3) 本发明的第3方案是上述第1项所述的HRB400级钢筋的生产工 艺，其特征在于，第一次穿水冷却后，钢筋的表层形成铁素体+珠光体组织， 第二次穿水冷却后，钢筋表层以下的心部形成极细的珠光体组织。(4) 本发明的第4方案是上述第1-3项中任一项所述的HRB400级钢 筋的生产工艺，其特征在于，所述的普通低碳钢的化学成分(重量％)为C 0.17-0.25%， Si 0.30-0.80%， Mnl.20-1.60%， S50.035%， P，035%，余量基 本上是Fe。(5) 本发明的第5方案是采用上述第1-4项中任一项所述的生产工艺 制得的HRB400级钢筋，其特征在于，钢筋的表层形成铁素体+珠光体组织， 表层以下的心部形成极细珠光体组织。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的HRB400级钢筋生产工艺进行具体的说明， 但本发明不受这些实施例的限制。 实施例1制备普通低碳钢钢坯，其成分为(重量％): 0.21%C、 0.50°/。Si、 1.40°/。Mn、 S<0.035%、 P<0.035%，余量基本上是Fe。对上述钢坯进行热轧，开轧温度1150°C，终轧温度IOO(TC。将钢坯 热轧成钢筋后，使其相继穿过两个冷却水箱进行冷却，首先进入一个长约4 米的水箱，控制水压在0.9MPa左右，适当调节水流量，使钢筋表层完成高温 转变，形成铁素体+珠光体组织。然后，使钢筋进入大约8米长的水箱，控制 水压在1.5MPa左右，适当调节水流量，使钢筋的基体部分在600-50(TC的温 度范围内转变成极细的珠光体。使用光学显微镜对经过上述生产工艺制成的钢筋进行金相观察，结果， 钢筋的表层是铁素体+珠光体组织，表层以下的基体部分是极细的珠光体组 织。该钢筋具有超细晶粒的结构，钢筋的性能达到GB1499-1998中规定的 HRB400级钢筋的各项性能指标要求。实施例2制备普通低碳钢钢坯，其成分为(重量％): 0.18%C、 0.35%Si、 1.40%Mn、 S<0.035%、 P<0.035%，余量基本上是Fe。除此之外，与实施例1同样操作，所得到的钢筋的性能和显微组织均符 合GB1499-1998中规定的HRB400级钢筋的各项性能指标要求发明的效果采用本发明的生产工艺，可以使用普通碳钢材料制造HRB400级钢筋， 省去添加微合金元素的费用，降低了 HRB400级钢筋的制造成本。另外，钢 筋的表面不会出现淬火-回火组织，表面不容易生锈，基体的晶粒细小，钢筋 的强度高且韧性好，具有良好的综合性能。
权利要求
1. HRB400级钢筋的生产工艺，其特征在于，将普通低碳钢钢坯热轧成钢筋，热轧后控制冷却，所述的控制冷却是分两步进行穿水冷却，第一次穿水冷却时控制水压并调节水流量，使穿水后的钢筋表面温度在700℃以下、400℃以上，随后进行第二次穿水冷却，控制水压并调节水流量，使穿水后的钢筋表面温度在350-400℃。
2. 根据权利要求1所述的HRB400级钢筋的生产工艺，其特征在于， 第一次穿水冷却时水压控制在0.8-1.3MPa，第二次穿水冷却时水压控制在 1.5MPa左右。
3. 根据权利要求1所述的HRB400级钢筋的生产工艺，其特征在于， 第一次穿水冷却后，钢筋的表层形成铁素体+珠光体组织，第二次穿水冷却 后，钢筋表层以下的心部形成极细的珠光体组织。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的HRB400级钢筋的生产工艺，其 特征在于，所述的普通低碳钢的化学成分(重量％)为C 0.17-0.25%， Si 0.30-0.80%, Mn 1,20-1.60%, S^O.035%, P^O.035%,余量基本上是Fe。
5. 采用权利要求1-4中任一项所述的生产工艺制得的HRB400级钢筋， 其特征在于，钢筋的表层形成铁素体+珠光体组织，表层以下的心部形成极 细珠光体组织。
全文摘要
本发明提供了使用普通碳钢生产HRB400级钢筋的生产工艺，其特征在于，将普通低碳钢钢坯热轧成钢筋，热轧之后控制冷却，所述的控制冷却是分两步进行穿水冷却，第一次穿水冷却时控制水压在0.8-1.3MPa，调节水流量，使穿水后的钢筋表层温度在700℃以下、400℃以上，随后进行第二次穿水冷却，控制水压在1.5MPa左右，调节水流量，使穿水后的钢筋表面温度在350-400℃。
文档编号C21D9/52GK101210279SQ20061016995
公开日2008年7月2日 申请日期2006年12月25日 优先权日2006年12月25日
发明者解万里 申请人:承德新新钒钛股份有限公司