一种hrb400e高强抗震钢筋及其制备方法
【专利摘要】本发明属于低合金建筑用钢领域，尤其涉及一种HRB400E高强抗震钢筋及其制备方法。所述钢筋由以下质量配比原料制成：C0.19-0.24%、Si0.40-0.60%、Mn1.3-1.60%、V0.030-0.045%、P≤0.04%、S≤0.04%，余量为铁及不可以避免的杂质。将上述原料经转炉冶炼—吹氩—连铸方坯—加热—轧制—冷却后即得所述HRB400E高强抗震钢筋。本发明配方合理，精确控制各个组分的配比，并根据其中V含量的取值采用分档轧制，轧制出不同直径的钢筋，发挥各个组分组合后带给钢筋的强化效果，成本低廉，操作方便。
【专利说明】—种HRB400E高强抗震钢筋及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于低合金建筑用钢领域，尤其涉及一种HRB400E高强抗震钢筋及其制备方法。
【背景技术】
[0002]2008年汶川5.12特大地震，引发了各相关部门对建筑用钢抗震性能的广泛关注，各钢铁生产企业也由此纷纷着手研制开发具有抗震性能的钢材。尤其对于建筑工程用钢之一的钢筋混凝土用钢筋，新的国家标准GB1499.2-2007率先对其抗震性性能进行修订和完善，同时，新颁布的国家建筑工程新标准，要求新建、改建、扩建建筑工程的抗震设计，应按照有关法律法规要求。其中，强制性条文必须严格执行。国家地震局也将部分强地震带房屋建筑的抗震级别由7级提高到9级。《汶川地震灾后恢复重建条例》也明确了房屋建筑的抗震设防要求的规定，对建筑用钢材提出了新的要求。高抗震性能的钢筋在建筑钢材市场上日渐兴起。
[0003]为了响应市场需求和发挥设备能动性，本发明提供一种强度高，塑性和冷弯性能好，抗震综合性能强的400Mpa级抗震热轧带肋钢筋。该带肋钢筋完全能够满足国标GB1499.2-2007《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》及建设部新制定的《混凝土结构设计规范》对此类钢筋的要求。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术不足，本发明提供了一种HRB400E高强抗震钢筋及其制备方法。本发明配方合理，精确控制各个组分的配比，并根据其中Mn和V含量的取值采用分档轧制，轧制出不同直径的钢筋，发挥各个组分组合后带给钢筋的强化效果，成本低廉，操作方便。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下:
一种HRB400E高强抗震钢筋，是由以下质量配比原料制成:C0.19-0.24%、Si0.40-0.60%、Mnl.3-1.60%、V0.030-0.045%、P ( 0.04%、S ( 0.04%，余量为铁及不可以避免的杂质。
[0006]C含量选择在0.19-0.24%。一方面充分考虑C是钢中不可缺少的强化元素，每增加0.1% C，钢的屈服强度、抗拉强度可分别提高28 MPa和70 MPaJS C含量过高又会给钢的塑性和焊接性能带来不利因素。
[0007]Si含量选择在0.4-0.6%。由于Si在钢中不形成碳化物，而以固溶体的形式存在于奥氏体或铁素体中，它的主要作用是固溶强化，Si的质量含量由0.25%增至0.80%使钢的抗拉强度的增量达到25 MPa ；Si在钢中一定程度上降低钢的塑性、韧性，并使钢的焊接性能恶化。每增加0.01% Si大致产生0.5 MPa的强度增量，故将Si含量限制在保证脱氧需要的范围。
[0008]Mn含量选择在1.30-1.60%。Mn在钢中的作用是提高钢的强度，Mn的加入提高了固溶强化效果和降低相变温度，细化钢的组织结构，提高钢的强度及韧性，且Mn能提高V在奥氏体中的固溶度积，增强其沉淀强化效果。但Mn含量又不能太高，否则会增加碳当量，不利于焊接。
[0009]V含量选择在0.03-0.045%。由于V的性情最温和，对加热温度和终轧温度要求不严格:低温加热或高温加热、高温终轧均能获得良好的性能。同时，钒回收率稳定而且可预测，正常再加热温度(1150~1250°C )足以使钒处于溶解状态。钒的另一个优点是对氮有较强的亲和力。由于各种不可避免的因素或工艺要求，制备出的钢中含有N，活跃的氮或“自由”氮具有应变时效性，这是一种发生在塑性变形后室温下的脆化过程。在钢筋应用中，经常根据设计进行材料的弯曲，超标的未结合氮，会使这部分钢筋随时间失去韧性，无法抗大地震。而配方组分中的V能够结合N，形成VN，VN沉淀速度快、弥散度小、析出温度低、沉淀颗粒细，并且不易聚集长大。V与N的有机结合，改变了 V在相间的分布，促进了 V从固溶状态向VC，VN析出相中转移，从而使V起到了更好的沉淀强化作用，使得最后制备出的钢不但强度高，性能稳定，而且使用经济，节约社会资源。钢中钒每增加0.001 %钒大致产生2MPa的强度增量。
[0010]优选的，所述的钢筋组织结构为铁素体+珠光体，其中铁素体晶粒度为8.5-9.5级。
[0011]优选的，所述的铁素体与珠光体的质量比为6-7:3-4。
[0012]所述的一种HRB400E高强抗震钢筋的制备方法，步骤如下:转炉冶炼一吹氩一连铸方坯一加热一轧制一冷却。
[0013]钢筋生产具体工艺流程如下:
铁水一35t氧气顶吹转炉一钢包底吹氩一钒氮微合金化一6流小方坯连铸机—120 X 120mm连铸小方坯一三段连续推钢式加热炉一Φ260 ( Φ 300)半连轧机组轧制一倍尺飞剪分段一步进式冷床冷却一冷剪剪切定尺一收集、包装一称重、入库。
[0014]上述各工艺流程基本上采用现有技术中的技术手段，制备方法简单。
[0015]优选的，所述的制备方法，加热采用推钢式加热炉，炉中均热段温度为1180-1280°C。
[0016]优选的，所述的制备方法，推钢式加热炉中均热段温度为1230°C。
[0017]优选的，所述的制备方法，轧制过程中，开轧温度为1030-1130°C，终轧温度为1060-1160。。。
[0018]优选的，所述的制备方法，轧制过程中，开轧温度为1080°C，终轧温度1010°C。
[0019]优选的，所述的轧制为分档轧制:原料中Mn含量为1.30-1.45%、V含量为
0.030-0.035%,轧制成 Φ 12-20mm 的钢筋；Mn 含量为 1.35-1.55%、V 含量为 0.035-0.045%,轧制成Φ22-32πιπι的钢筋。
[0020]在HRB400钢筋的生产中，其数学模型表现出规格效应非常明显。Mn和V都是起到强化钢筋的作用，Mn对强化钢筋抗拉强度较强化钢筋屈服强度效果显著，而V则对强化钢筋屈服强度较强化钢筋抗拉强度效果显著。根据钢中Mn和V含量的不同，制备出的钢筋的抗拉和屈服强度不同，所以需要进行与Mn和V含量相应的分档轧制，轧制出符合国家标准的钢筋。当Mn含量为1.30-1.45%、V含量为0.025-0.030%,轧制成Φ 12_20mm的钢筋；Mn含量为1.35-1.50%、V含量为0.035-0.045%,轧制成Φ 22_32mm的钢筋。[0021]本发明与现有技术相比，具有如下优点: O本发明组分配比合理:正常HRB400E抗震钢筋的合理屈服强度区间为420~520MPa,420 MPa以下会因为时效、检验误差等在用户抽检时产生不合格，而屈服强度达到520MPa以上则就会产生抗震钢筋指标R^/Ri不合格，而实际生产过程中各个强化元素成分范围的大小直接影响了抗震钢筋的屈服区间，所以必须精确钢筋中各个组分含量的取值范围；
2)制备方法简单易操作:无需采用对现有生产设备能力、生产工艺等苛刻的控制要求，即无严格的变形温度、变形量、变形速率、以及变形后的冷却速度率等工艺参数的严格要求，通过钢的组分的含量控制和分档轧制技术的实施，即可获得综合性能稳定的400MPa级抗震钢筋；
3)钢筋质量优良，经济效益好:本发明中采用合理的C、S1、Mn成分体系，以便于生产冶炼和工艺控制，同时采取加入微合金元素V，与传统的低合金钢筋相比，即能够满足钢筋的焊接性能及钢筋的抗震性能(塑、韧性增加)，又降低了生产成本，具有显著的经济效益和市场竟争能力。
【具体实施方式】
[0022]以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明。
[0023]实施例1
按照下述质量配比取各原料:
C0.19-0.24%、Si0.40-0.60%、Mnl.3-1.60%、V0.030-0.045%，余量为铁及不可避免的杂质。将各原料进行下述步骤操作:
铁水一35t氧气顶吹转炉一钢包底吹氩一钒氮微合金化一6流小方坯连铸机—120 X 120mm连铸小方坯一三段连续推钢式加热炉一Φ260 ( Φ 300)半连轧机组轧制一倍尺飞剪分段一步进式冷床冷却一冷剪剪切定尺一收集、包装一称重、入库。
[0024]三段连续推钢式加热炉中的均热段温度:1230°C，轧制时开轧温度:1080°C，终轧温度1010°c ;轧制规格为Φ 14mm，轧制道次为15道次。轧后采用空气自然冷却。
[0025]钢筋组织结构为:铁素体+珠光体，其中铁素体晶粒度为8.5级。钢筋力学性能为:屈服强度435Mpa，抗拉强度605Mpa，钢筋实测抗拉强度与实测屈服强度之比为1.39，钢筋实测屈服强度与屈服强度特征值之比为1.09，钢筋最大力下总伸长率延伸率Agt为16.5%。
[0026]实施例2:
按照下述质量配比取各原料:
C0.22%, Si0.45%,Mnl.41%、V0.035%，余量为铁及不可避免的杂质。将各原料进行下述步骤操作:
铁水一35t氧气顶吹转炉一钢包底吹氩一钒氮微合金化一6流小方坯连铸机—120 X 120mm连铸小方坯一三段连续推钢式加热炉一Φ260 ( Φ 300)半连轧机组轧制一倍尺飞剪分段一步进式冷床冷却一冷剪剪切定尺一收集、包装一称重、入库。
[0027]三段连续推钢式加热炉中的均热段温度:1190°C，轧制时开轧温度:980°C，终轧温度 IOOO0C ；轧制规格Φ 25mm，轧制道次为13道次。轧后采用空气自然冷却。钢筋组织结构为:铁素体+珠光体，其中铁素体晶粒度为9级。钢筋力学性能为:屈服强度447Mpa，抗拉强度591Mpa，钢筋实测抗拉强度与实测屈服强度之比为1.32，钢筋实测屈服强度与屈服强度特征值之比为1.12，钢筋最大力下总伸长率延伸率Agt为15.2%。
[0028]实施例3
按照下述质量配比取各原料:
C0.24%, Si0.60%,Mnl.60%、V0.045%，余量为铁及不可避免的杂质。将各原料进行下述
步骤操作:
铁水一35t氧气顶吹转炉一钢包底吹氩一钒氮微合金化一6流小方坯连铸机—120 X 120mm连铸小方坯一三段连续推钢式加热炉一Φ260 ( Φ 300)半连轧机组轧制一倍尺飞剪分段一步进式冷床冷却一冷剪剪切定尺一收集、包装一称重、入库。
[0029]三段连续推钢式加热炉中的均热段温度:1190°C，轧制时开轧温度:980°C，终轧温度 IOOO0C ；
轧制规格Φ 32mm，轧制道次为11道次。轧后采用空气自然冷却。钢筋组织结构为:铁素体+珠光体，其中铁素体晶粒度为8.5级。钢筋力学性能为:屈服强度454Mpa，抗拉强度582Mpa，钢筋实测抗拉强度与实测屈服强度之比为1.41，钢筋实测屈服强度与屈服强度特征值之比为1.16，钢筋最大 力下总伸长率延伸率Agt为14.3%。
【权利要求】
1.一种HRB400E高强抗震钢筋，其特征在于，是由以下质量配比原料制成:C0.19-0.24%、Si0.40-0.60%、Mnl.3-1.60%、V0.030-0.045%、P ( 0.04%、S ( 0.04%，余量为铁及不可以避免的杂质。
2.如权利要求1所述的一种HRB400E高强抗震钢筋，其特征在于，所述的钢筋组织结构为铁素体+珠光体，其中铁素体晶粒度为8.5-9.5级。
3.如权利要求2所述的一种HRB400E高强抗震钢筋，其特征在于，所述的铁素体与珠光体的质量比为6-7:3-4。
4.如权利要求1所述的一种HRB400E高强抗震钢筋的制备方法，其特征在于，步骤如下:转炉冶炼一吹IS—连铸方还一加热一轧制一冷却。
5.如权利要求4所述的一种HRB400E高强抗震钢筋的制备方法，其特征在于:加热采用推钢式加热炉，炉中均热段温度为1180-1280°C。
6.如权利要求5所述的一种HRB400E高强抗震钢筋的制备方法，其特征在于:炉中均热段温度为1230°C。
7.如权利要求4所述的一种HRB400E高强抗震钢筋的制备方法，其特征在于:轧制过程中，开轧温度为1030-1130°C，终轧温度为1060-1160°C。
8.如权利要求6所述的一种HRB400E高强抗震钢筋的制备方法，其特征在于:轧制过程中，开轧温度为1080°C，终轧温度1010°C。
9.如权利要求6所述的一种HRB400E高强抗震钢筋的制备方法，其特征在于，所述的轧制为分档轧制:原料中Mn含量为1.30-1.45%、V含量为0.030-0.035%，轧制成Φ 12_20mm的钢筋；Mn含量为1.35-1..55%、V含量为0.035-0.045%,轧制成Φ 22_32mm的钢筋。
【文档编号】C22C38/12GK103469064SQ201310370462
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月23日 优先权日:2013年8月23日
【发明者】李子林, 范银平, 孙汝林, 张景宜, 杨福民, 李勇 申请人:安阳钢铁股份有限公司