本发明属于精轧螺纹钢筋
技术领域：
，具体是涉及一种经济型及其高强度(PSB930级别和PSB1080级别；直径>50mm)精轧螺纹钢筋的生产方法以及精轧螺纹钢筋。
背景技术：
：预应力混凝土用螺纹钢筋做为建筑用钢的一个重要品种，广泛应用于大型水利工程、工业和民用建筑中的连续梁和大型框架结构，公路、铁路大中跨桥梁、核电站及地锚等工程。它具有连接、锚固简便，粘着力强，张拉锚固安全可靠，施工方便等优点，而且节约钢筋，减少构件面积和重量。除了GB/T20065-2006《预应力混凝土用螺纹钢筋》中规定的精轧螺纹钢筋的公称直径18mm～50mm外，目前国内还生产了直径为63.5mm和75mm的精轧螺纹钢筋，不过这两种超大规格钢材因为生产难度大直接影响其性能、产量和工程应用。因此为了满足我国建筑工程对超大直径精轧螺纹钢筋的需求，迫切要求在现有的生产设备条件下，开发一种新的超大直径精轧螺纹钢筋品种：同时保证强度和塑性。目前在生产超大规格(>Φ50mm)高强度(屈服强度≥930MPa)精轧螺纹钢筋上，成分及生产工艺成本高、控制难度大，产品质量不稳定，限制了我国大规格高强度精轧钢筋的发展，因此亟需找到更经济的成分和可控的生产工艺，保证高强度大规格精轧螺纹钢筋的市场需求。在高强度精轧螺纹钢筋的生产方面，目前的技术路线主要包括：(1)在线余热处理工艺提高精轧螺纹钢筋的强度；(2)在中碳钢中添加Cr、Mo等合金元素，通过回火处理得到变态贝氏体组织提高强度；(3)在低碳钢中通过添加B等元素空冷得到贝氏体组织；(4)通过提高Mn含量配合回火热处理工艺，提高强度；(4)在低碳钢中加入Cr、Mo、Ni、B同时，添加微合金元素Nb、V、Ti，通过热处理提高强度的同时提高韧性。在提高精轧螺纹钢筋的性能方面，国内的专利技术如下:CN1103673A公开了一种空冷变态贝氏体高强螺纹钢及处理工艺，成分为C％0.28～0.36，Mn％0.80～1.20，Cr％0.70～1.10，Si％0.60～1.20，Mo％0.20～0.40，V％0.10～0.15，其余为Fe，限制S、P含量分别小于0.03％；终轧温度控制在880～900℃，余热在200～300℃区间回火2～3小时后空冷，组织为变态贝氏体。采用该成分工艺生产的材料虽然强度较高，但不能生产大规格螺纹钢筋。CN104018059A公开了屈服强度≥930MPa的贝氏体精轧螺纹钢筋，其成分：C0.10～0.20％、Si0.20～0.50％、Mn1.80～2.3％、P≤0.035％、S≤0.035％、B0.0010～0.0030％，金相组织主要为别实体；生产步骤：常规冶炼并铸坯，对铸坯进行堆垛冷却并至室温；对铸坯加热、粗轧、精轧、自然空冷至室温并代用。本工艺虽然利用组织相变来提高强度，无需进行热处理，成本降低，但该方法只能生产Φ50mm以下规格精轧螺纹钢筋产品。CN104046907A公开了一种屈服强度≥960MPa精轧螺纹钢筋，成分为0.235～0.33％、Si0.45～0.7％、Mn2.2～2.4％、P≤0.025％、S≤0.025％、Cr0.1～0.3％、Ti0.015～0.03％、V0.04～0.06％，Als0.006～0.01％，自然空冷，组织主要为贝氏体，屈服强度≥960MPa，但Mn含量高，容易出现偏析，组织中容易出现粗大的马氏体，且生产产品规格≤50mm。CN104212961A公开了Mn系高强精轧螺纹钢筋的回火热处理方法，钢筋的化学成分为：C0.27～0.31、Si0.70～1.00％、Mn2.20～2.70％、P≤0.035％、S≤0.035％、V0.040～0.080％、Cr0.03～1.00％、Ti0.01～0.03％，其余为Fe和不可避免的不纯物，通过3～6小时升温到200～600℃，保温3～6小时，炉冷，获得PSB830、PSB930、PSB1080级精轧螺纹钢筋，不足之处：热处理时间太长，造成资源浪费，在钢中加入大量的Mn容易造成组织偏析，仅通过回火处理无法完全改善，无法保证材料的韧塑性，因此该方法只能生产小规格，大规格无法满足全截面的组织均匀性，保证韧塑性。CN201510920984.X公开，成分为C：0.21％～0.26％、Si：1.5％～2.0％、Mn：1.2～1.8％、Cr：1.2％～1.8％、Ni：0.1％～0.4％、Mo：0.15％～0.4％、B：0.0005％～0.003％、P<0.035％、S<0.035％；在上述基本成分的基础上，同时添加Nb：0.01％～0.055％、V：0.02％～0.10％、Ti：0.001％～0.05％中的一种或几种作为微合金元素；通过淬回火热处理工艺生产大规格(直径>50mm)高强度(≥785MPa)的精轧螺纹钢筋，但该方法需要添加的Si、Mn、Cr、Ni含量较高，同时还需要进行复杂的热处理工艺，成本高。技术实现要素：为了解决上述技术问题，同时降低成本，本方明的目的是提供一种经济型高强度精轧螺纹钢筋(直径>Φ50mm，高强度PSB930、PSB1080级别)的生产方法以及精轧螺纹钢筋。本发明的技术方案如下：一种合金钢，所述的合金钢以重量百分比计包括以下成分：C：0.37％～0.45％、Si：1.6％～2.2％、Mn：0.6～0.9％、Cr：0.3％～0.6％、Mo：0.1％～0.5％、B：0.0005％～0.0015％、P<0.035％、S<0.035％；在上述基本成分的基础上，同时添加Nb：0.01％～0.055％、V：0.02％～0.15％、Ti：0.001％～0.05％中的一种或几种作为微合金元素；余量为Fe和不可避免的杂质元素。进一步地，所述的合金钢以重量百分比计包括以下成分：以重量百分比计，C：0.37％～0.45％、Si：1.6％～1.8％、Mn：0.75～0.85％、Cr：0.3％～0.5％、Mo：0.2％～0.4％、B：0.0008％～0.0012％、P<0.035％、S<0.035％；在上述基本成分的基础上，同时添加Nb：0.02％～0.04％、V：0.02％～0.15％、Ti：0.01％～0.05％中的一种或几种作为微合金元素；余量为Fe和不可避免的杂质元素。进一步地，所述的合金钢以重量百分比计包括以下成分：C：0.39-0.42％、Si：1.95％～2.0％、Mn：0.78～0.81％、Cr：0.45％～0.5％、Mo：0.35％～0.42％、B：0.0008％～0.001％、P<0.035％、S<0.035％；在上述基本成分的基础上，同时添加Nb：0.015％～0.035％、V：0.09％～0.1％、Ti：0.035％～0.04％中的一种或几种作为微合金元素；余量为Fe和不可避免的杂质元素。进一步地，提供一种采用上述的合金钢生产高强度精轧螺纹钢筋的方法，所述的螺纹钢筋为PSB930级精轧螺纹钢筋，直径>50mm；所述的精轧螺纹钢筋的生产方法具体如下：首先、采用常规冶炼、连铸成220mm×300m矩形坯连铸，对连铸坯进行堆垛冷却至室温；然后、通过如下工艺获得PSB930级别精轧螺纹钢筋；具体工艺如下：(1)对连铸矩形坯加热，控制加热温度：1200～1250℃；加热时间120min～240min；(2)轧制工艺关键点：粗轧开轧温度1050～1150℃，精轧阶段的累积变形量大于63％，终轧温度控制在790℃～890℃，轧后空冷，制得螺纹钢筋。进一步地，提供一种采用上述的合金钢生产高强度精轧螺纹钢筋的方法，所述的螺纹钢筋为PSB1080级精轧螺纹钢筋，直径>50mm；所述的精轧螺纹钢筋的生产方法具体如下：首先、采用常规冶炼、连铸成220mm×300m矩形坯连铸，对连铸坯进行堆垛冷却至室温；然后、通过如下工艺获得PSB1080级别精轧螺纹钢筋；具体工艺如下：(1)对连铸矩形坯加热，控制加热温度：1200～1250℃；加热时间120min～240min；(2)轧制工艺关键点：粗轧开轧温度1050～1150℃，精轧阶段的累积变形量大于63％，终轧温度控制在790℃～890℃，轧后空冷，制得螺纹钢筋；(3)进行如下热处理工艺：在900～950℃温区范围内保温3小时后淬火，在270℃～320℃，2小时回火后空冷至室温。进一步地，提供一种采用上述的合金钢生产高强度精轧螺纹钢筋的方法，所述的精轧螺纹钢筋的生产方法具体如下：首先、采用常规冶炼、连铸成220mm×300m矩形坯连铸，对连铸坯进行堆垛冷却至室温；然后、通过如下工艺获得PSB930级别精轧螺纹钢筋；具体工艺如下：(1)对连铸矩形坯加热，控制加热温度：1245℃；加热时间180min；(2)轧制工艺关键点：粗轧开轧温度1100℃，精轧阶段的累积变形量70％，终轧温度控制在815℃，轧后空冷，制得螺纹钢筋。进一步地，提供一种采用上述的合金钢生产高强度精轧螺纹钢筋的方法，所述的精轧螺纹钢筋的生产方法具体如下：首先、采用常规冶炼、连铸成220mm×300m矩形坯连铸，对连铸坯进行堆垛冷却至室温；然后、通过如下工艺获得PSB1080级别精轧螺纹钢筋；具体工艺如下：(1)对连铸矩形坯加热，控制加热温度：1210℃；加热时间200min；(2)轧制工艺关键点：粗轧开轧温度1125℃，精轧阶段的累积变形量80％，终轧温度控制在800℃，轧后空冷，制得螺纹钢筋；(3)进行如下热处理工艺：在920℃保温3小时后淬火，在300℃，2小时回火后空冷至室温。进一步地，提供一种上述的生产高强度精轧螺纹钢筋的方法制得的精轧螺纹钢筋。本发明的合金钢中，各个元素在合金钢中的作用如下：C：碳元素是强间隙固溶强化元素，是提高材料强度较经济的元素，但不能主要依靠其提高强度，且当含量低于0.37％时，无法保证材料强度，通过添加大量合金元素，不经济，当含量高于0.45％时，既不利于贝氏体的形核和长大，无法保证材料的韧塑性，本发明C应控制在0.37％～0.45％。Si：硅通常是作为固溶强化元素使用的。硅是钢中的常存元素，在钢中主要以固溶态存在，固溶的硅将产生明显的固溶强化作用。Si是扩大铁素体区的元素，但Si加入钢中，在动力学上可推迟奥氏体中碳化物的析出，对稳定残余奥氏体，获得无碳化物贝氏体起促进作用。添加超过1.8％的Si无法保证材料的韧塑性。因此，Si的成分范围1.6％～1.8％。Mn：锰是重要的强韧化元素，主要起固溶强化作用，在一定含量范围内，钢的强度随锰含量的增加而提高。Mn与B相结合，使高温转变的孕育期明显长于中温转变，这样有利于在较宽的冷速范围内，获得完全的贝氏体组织。锰还起降低相变温度的作用，可以防止相变后晶粒的长大，有助于实现贝氏体有效晶粒的细化。但当Mn含量太高，容易出现严重偏析，尤其是在大规格连铸坯和材上，偏析更是明显，反应在组织不均匀，出现粗大马氏体，因此本发明中Mn的范围为0.75～0.85％。P：磷偏析于奥氏体晶界中，从而降低了晶界强度。因此，P含量要尽可能地低，上限应为0.035％。S：硫与锰结合形成夹杂物MnS。在因轧制而拉伸时，纵向的韧性因MnS的影响而下降。因此，必须使S含量尽可能地低，其上限为0.035％。Cr：虽然缩小奥氏体区元素，但它可以推迟先共析铁素体转变，降低贝氏体形成温度，因此，为了在较宽了冷速范围内形成贝氏体，但Cr的成本较高，因此在本发明中Cr的成分范围为0.3％～0.5％B：微量(0.001％)的硼就可以成倍地增加钢的淬透性，硼作为提高淬透性、控制组织结构的微量元素，在贝氏体钢的发展中有很特殊的作用，硼相当明显地偏聚于晶界上显著推迟铁素体加珠光体相变。硼在晶界上的偏聚对抑制铁素体的析出起着很大的作用。加B小于0.0005％时，对大直径材料无法满足淬透性要求，而在本发明的成分范围内加B超过0.0015％时此效果就饱和了。因此加B量在0.0005％～0.0015％的范围内。Mo：钼可以降低Bs转变温度，Mo和B的共同作用能够使铁素体析出线明显右移，强烈推迟铁素体转变，从而在较宽的冷却速度范围内都能够得到完全的贝氏体组织。提高钢中的Mo含量，钢的强度明显提高，但是，随着Mo含量的增加到0.4％以上时，钢的韧性显著恶化。因此，上限Mo含量控制在0.4％。Ti：硼钢中必须加入钛，其可以有效地固定氮，钛与氮结合起保护B的作用。Ti、N形成TiN，可有效阻止高温加热时奥氏体晶粒的粗化。V：钒具有通过沉淀强化来提高强度的作用。但，加V超过0.10％使韧塑性恶化。因此加V的范围是不大于0.10％。为获得充分的提高强度的效果，最好加多于0.02％的V。Nb：微量Nb可以抑制高温奥氏体的变形再结晶行为，提高再结晶温度，扩大非再结晶区。由于Nb、B相互促进，使得复合加入比单独加入Nb或B，更能发挥作用。产生大量弥散分布的难熔的碳氮化物Nb(C、N)，在回火过程中钉扎位错，使得位错不容易恢复和消失，保证基体的强度。Nb和B等的复合加入，降低贝氏体的转变温度，进一步细化组织，提高基体中位错密度。本发明通过在中碳钢中采用高Si，加入适量的Mn、Cr、B等元素，控制轧制工艺的同时，根据强度级别调整工艺的方法，开发一种经济的高强度合金体系，在当下具有节能环保的现实意义。该合金体系和工艺保证了钢材整个截面微观组织的细化和均匀化，在保证精轧螺纹钢筋的强度的同时，提高韧塑性，即具有良好的力学综合性能。本发明生产的精轧螺纹钢筋的产品规格为Φ63.5mm，Φ75mm，性能指标如下：PSB930：为屈服强度大于930MPa，抗拉强度大于1080MPa，均匀延伸率大于6％；PSB1080：为屈服强度大于1080MPa，抗拉强度大于1230MPa，均匀延伸率大于6％。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明的合金钢及其精轧螺纹钢筋的生产方法以及精轧螺纹钢筋做详细的说明，各实施例的钢材成分见表1。表1各实施例的合金钢的成分(重量百分率，wt％)编号CSiMnCrMoBNbVTi工艺10.371.70.60.50.40.00080.055-0.04实施例120.421.90.80.30.50.00150.01-0.001实施例230.451.60.90.60.30.00130.03-0.05实施例340.432.20.60.40.20.00050.01-0.02实施例450.382.00.90.50.20.0007-0.150.02实施例560.451.90.60.60.30.0013-0.020.05实施例670.372.00.70.40.30.0015--0.04实施例780.391.70.80.30.50.0009--0.02实施例890.411.70.60.50.20.0008-0.15-实施例9100.441.80.70.30.40.003-0.12-实施例10110.402.10.60.30.30.0010.04-实施例11120.412.20.60.50.150.00150.03--实施例12备注：余量为Fe和不可避免的杂质元素。PSB930级精轧螺纹钢筋工艺如下：实施例1：牌号PSB930规格直径Φ75mm本发明编号1的材料的采用下述具体工艺：轧后空冷。抗拉强度Rm＝1130MPa，屈服强度Rel＝963MPa，断后伸长率14.0％，满足PSB930性能要求。实施例2：牌号PSB930规格直径Φ75mm本发明编号2的材料的采用下述具体工艺：轧后空冷。抗拉强度Rm＝1209MPa，屈服强度Rel＝991MPa，断后伸长率11.5％，满足PSB930性能要求。实施例3：牌号PSB930规格直径Φ63.5mm本发明编号3的材料的采用下述具体工艺：轧后空冷。抗拉强度Rm＝1192MPa，屈服强度Rel＝984MPa，断后伸长率13.0％，满足PSB930性能要求。实施例4：牌号PSB930规格直径Φ63.5mm本发明编号4的材料的采用下述具体工艺：轧后空冷。抗拉强度Rm＝1162MPa，屈服强度Rel＝978MPa，断后伸长率12.5％，满足PSB930性能要求。实施例5：牌号PSB930规格直径Φ63.5mm本发明编号5的材料的采用下述具体工艺：轧后空冷。抗拉强度Rm＝1221MPa，屈服强度Rel＝984MPa，断后伸长率11.5％，满足PSB930性能要求。实施例6：牌号PSB930规格直径Φ75mm本发明编号4的材料的采用下述具体工艺：轧后空冷。抗拉强度Rm＝1136MPa，屈服强度Rel＝956MPa，断后伸长率16.0％，满足PSB930性能要求。PSB1080级精轧螺纹钢筋采用如下热处理工艺：实施例7：牌号PSB1080规格直径Φ63.5mm本发明编号7的材料的热处理方法采用下述具体工艺：精轧螺纹钢950℃保温3小时淬火，320℃保温2小时回火处理。抗拉强度Rm＝1280MPa，屈服强度Rel＝1095MPa，断后伸长率15.0％，满足PSB1080性能要求。实施例8：牌号PSB1080规格直径Φ75mm本发明编号8的材料的热处理方法采用下述具体工艺：精轧螺纹钢950℃保温3小时淬火，270℃保温2小时回火处理。所得高强精轧螺纹钢筋：抗拉强度Rm＝1352MPa，屈服强度Rel＝1127MPa，断后伸长率17.5％，满足PSB1080性能要求。实施例9：牌号PSB1080规格直径Φ63.5mm本发明编号9的材料的热处理方法采用下述具体工艺：精轧螺纹钢900℃保温3小时淬火，320℃保温2小时回火处理。所得高强精轧螺纹钢筋：抗拉强度Rm＝1324MPa，屈服强度Rel＝1102MPa，断后伸长率15.5％，满足PSB1080性能要求。实施例10：牌号PSB1080规格直径Φ75mm本发明编号10的材料的热处理方法采用下述具体工艺：精轧螺纹钢900℃保温3小时淬火，270℃保温2小时回火处理。所得高强精轧螺纹钢筋：抗拉强度Rm＝1506MPa，屈服强度Rel＝1303MPa，断后伸长率11.5％，满足PSB1080性能要求。实施例11：牌号PSB1080规格直径Φ63.5mm本发明编号11的材料的热处理方法采用下述具体工艺：精轧螺纹钢920℃保温3小时淬火，280℃保温2小时回火处理。所得高强精轧螺纹钢筋：抗拉强度Rm＝1354MPa，屈服强度Rel＝1108MPa，断后伸长率18.0％，满足PSB1080性能要求。实施例12：牌号PSB1080规格直径Φ75mm本发明编号12的材料的热处理方法采用下述具体工艺：精轧螺纹钢915℃保温3小时淬火，315℃保温2小时回火处理。所得高强精轧螺纹钢筋：抗拉强度Rm＝1402MPa，屈服强度Rel＝1231MPa，断后伸长率18.5％，满足PSB1080性能要求。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3