含铬的钒氮微合金化400MPa级钢筋用钢及其生产方法
【专利摘要】本发明提供一种含铬的钒氮微合金化400MPa级钢筋用钢，由下列元素组成：0.15-0.25%C，0.30-0.80%Si，0.40-1.20%Mn，0.31-0.60%Cr，0.020－0.060%V，0.0045－0.018%N，P≤0.045%，S≤0.045%。其生产方法为加热温度1050-1220℃，在950℃以上完成轧制；轧后快速冷却，轧件出精轧机后的冷却速度≥150℃/s，钢筋上冷床时表面温度控制在Ac3～Ac3+100℃或800-890℃，钢筋在冷床上自然冷却。钢筋力学性能都达到400MPa级钢筋的要求，室内环境下开始锈蚀的时间比不含铬钒氮微合金化400MPa级控冷钢筋明显延后。
【专利说明】含铬的钒氮微合金化400MPa级钢筋用钢及其生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明属钢筋混凝土用热轧钢筋，尤其是涉及400MPa级钢筋及其生产方法。
【背景技术】
[0002] 热轧带肋钢筋是用于建筑混凝土结构的重要材料。目前我国热轧带肋钢筋产品执 行的标准是GB1499. 2-2007《钢筋混凝土用钢第二部分：热轧带肋钢筋》，产品有335 MPa 级、400 MPa级和500 MPa级3强度等级。发展趋势是逐步淘汰335 MPa级低强度钢筋、积 极推广400 MPa级和500 MPa级高强度钢筋、研发应用600 MPa级及以上级高强度钢筋。
[0003] 随着建筑事业的快速发展，400 MPa级热轧带肋钢筋的产量大幅度增加，对产品的 质量要求也越来越高。目前400 MPa级钢筋主要采用20MnSi钢加钒、钒氮、铌、钛微合金化 工艺生产。为了在保证质量的前提下降低生产成本，一般在轧后都采用弱穿水控制冷却。
[0004] 目前采用钒氮微合金化方法生产400MPa已经是常用的工艺，充分利用廉价的氮 元素降低了昂贵的钒元素含量，从而降低了合金成本。但由于往往轧后轧件采用弱穿水控 制冷却，冷却水使得钢筋在储存、运输过程容易产生严重锈蚀，已经直接影响销售。如果不 采用弱穿水控制冷却，则需在钢中加入较多量的合金元素，从而增加钢筋的生产成本。
[0005] 发明专利"一种热轧带肋钢筋的控轧控冷工艺"（CN101367093)和发明专利"一 种热轧带肋钢筋组合控制轧制工艺"（CN101367094)提出了生产热轧带肋钢筋的新工艺， 都采用了轧件出精轧机后进入冷却器进行快速冷却的工艺，乳件上冷床时表面温度控制在 Ae3?Ae3+50°C。在保证力学性能符合或高于国标要求的情况下，可明显地降低钢中Mn、Si 和微合金化元素的含量，甚至可不使用微合金化元素，且钢筋表层无回火组织。但是，同样 冷却水使得钢筋在储存、运输过程容易产生严重锈蚀。
【发明内容】
[0006] 为克服现有技术的缺点，本发明提出了一种含铬的钒氮微合金化400MPa级钢筋 用钢及其生产工艺。可以在保证钢筋性能合格稳定的前提下，明显减轻采用弱穿水冷却工 艺生产的400MPa级钢筋在储存、运输过程中的锈蚀现象。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供一种含铬的钒氮微合金化400MPa级钢筋 用钢，按重量百分比由下列元素组成：〇. 15-0. 25%C，0. 30-0. 80%Si，0. 40-1. 20%Mn， 0· 31-0. 60%Cr，0· 020 - 0· 060%V，0· 0045 - 0· 018%N，P 彡 0· 045%，S 彡 0· 045%，其余为 Fe 和杂质元素。
[0008] -种含铬的钒氮微合金化400MPa级钢筋用钢，其优选的重量百分比由下列元 素组成：0· 18-0. 24%C，0. 50-0. 70%Si，0. 90-1. 10%Μη，0· 31-0. 40%Cr，0. 020 - 0· 040%V， 0· 0045 - (λ 015%N，P 彡（λ 045%，S 彡（λ 045%，其余为 Fe 和杂质元 素。
[0009] -种含铬的钒氮微合金化400MPa级钢筋用钢，其最优的重量百分比由下列元 素组成：0· 20-0. 24%C，0. 50-0. 65%Si，0. 95-1. 10%Μη，0· 31-0. 35%Cr，0. 020 - 0· 030%V， 0· 0065 - 0· 011%N，P 彡 0· 045%，S 彡 0· 045%，其余为 Fe 和杂质元素。
[0010] 本发明还提供含铬的钒氮微合金化400MPa级钢筋的生产方法，包括下述步骤：冶 炼，按指定元素及含量，采用常规冶炼方法，在转炉或电炉上冶炼，连续浇注成钢坯；棒材 轧机轧制，乳制时钢坯加热温度控制在1050-1220°C范围，在950°C以上完成轧制；乳后轧 件快速冷却，乳件出精轧机后的冷却速度> 150°C /s，钢筋上冷床时表面温度控制在Ae3? Ac3+100°C或800-890°C，钢筋在冷床上自然冷却。
[0011] 下面具体说明技术方案的内容。
[0012] 本发明的碳、硅含量与现有的屈服强度400MPa级钢筋基本相当，磷、硫杂质元素 的要求也相当。钢中加入少量铬的作用主要提高钢的抗腐蚀性，铬在钢中还有提高抗氧化 性、提高钢的强度和硬度、高温强度和淬透性的作用。由于加入了铬可提高强度，所以可以 替代一部分锰，使得锰含量适当降低。本发明采用钒氮作为微合金化元素，钒氮对钢筋的 强化效果主要表现为晶粒细化、析出强化和相变强化，钒氮的加入是必要的，本发明采用了 0. 010 - 0. 035% 钒氮含量。
[0013] 轧制时钢坯加热温度按一般的1050-1220°C范围控制即可。在950°C以上以上完 成轧制即基本在奥氏体再结晶区完成轧制是为了实现再结晶细化，且现行的轧钢设备和工 艺容易实现。轧制温度在部分再结晶区容易产生混晶，对性能产生不利影响。而轧制温度 在未再结晶区则现行的轧钢设备和工艺难以实现。适当的加速冷却有利于防止奥氏体晶粒 长大，也有利于抑制钒的碳、氮化物在中温区的析出和长大，并增加析出形核率，增加其阻 止再结晶晶粒长大的作用，相变前奥氏体晶粒细化导致了最终产品的组织细化。加速冷却 还有利于碳、氮化物在低温区析出。增加的细晶强化和析出强化提高了钢筋的强度。但钢 筋的上冷床温度必须控制在A e3?Ae3+10(rc，过低则会在钢筋表层出现回火组织和钢筋断 面上出现过多的贝氏体等低温相变产物，过高则冷却强化的效果不好。
[0014] 与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：（1)本发明生产出的含铬的钒氮微 合金化400MPa级钢筋，其力学性能指标达到：R eL (RpQ.2) =400-520MPa，Rm彡570MPa，Rm / (RP〇.2)彡1. 25, Agt彡7. 5% ; (2)明显减轻采用弱穿水冷却工艺生产的400MPa级钢筋在 储存、运输过程中的锈蚀想象；（3)确保了钢筋低成本弱穿水冷却工艺的顺利实施，从而可 节约合金资源、降低生产成本。
【具体实施方式】
[0015] 下面通过实施例进一步说明本发明。采用常规的冶炼方法，按表1各规格指定的 元素及含量在转炉上冶炼，连续浇铸成150_方坯；采用通用的连续棒材轧机，严格控制钢 坯加热温度1050 - 1250°C，在950°C以上轧制完成；乳后轧件快速冷却，乳件出精轧机后的 冷却速度彡150°C /s，钢筋上冷床时表面温度控制在Ae3?Ae3+100°C或800-890°C，钢筋在 冷床上自然冷却，然后剪切、打捆、入库。其工艺参数、力学性能及轧制后置于室内环境下开 始锈蚀的天数（D^^)列于表2中。
[0016] 表1、表2还同时列出了钒氮微合金化400MPa级控冷钢筋的成分、工艺参数、力学 性能及轧制后置于室内环境下开始锈蚀的天数（D^^)。
[0017] 对于上述所有钢筋室内环境下的锈蚀试验，同规格的钢筋都是同一天生产，且都 是置于同一试验点同时开始试验，具有相对比较意义，开始锈蚀的时间为钢筋横肋根部周 圈完全被新锈覆盖封闭之日，据此计算出开始出现锈蚀的天数D β?*。
[0018] 表1 :钢筋的化学成分
【权利要求】
1. 一种含铬的钒氮微合金化400MPa级钢筋用钢，其特征在于：按重量百分比由下列 元素组成：〇· 15-0. 25%C，0· 30-0. 80%Si，0· 40-1. 20%Mn，0· 31-0. 60%Cr，0· 020 - 0· 060%V， 0· 0045 - 0· 018%N，P 彡 0· 045%，S 彡 0· 045%，其余为 Fe 和杂质元素。
2. 如权利要求1所述的含铬的钒氮微合金化400MPa级钢筋用钢，其特征在于：按重 量百分比由下列元素组成：〇· 18-0. 24%C，0· 50-0. 70%Si，0· 90-L 10%Mn，0· 31-0. 40%Cr， 0· 020 - (λ 040%V，0· 0045 - (λ 015%N，P 彡（λ 045%，S 彡（λ 045%，其余为 Fe 和杂质元素。
3. 如权利要求1所述的含铬的钒氮微合金化400MPa级钢筋用钢，其特征在于：按重 量百分比由下列元素组成：〇· 20-0. 24%C，0. 50-0. 65%Si，0. 95-1. 10%Μη，0· 31-0. 35%Cr， 0· 020 - (λ 030%V，0· 0065 - (λ 011%N，P 彡（λ 045%，S 彡（λ 045%，其余为 Fe 和杂质元素。
4. 一种如权利要求1所述含铬的钒氮微合金化400MPa级钢筋的生产方法，包括冶炼、 连铸、乳制、冷却步骤，其特征在于：乳制时钢坯加热温度控制在1050-1220°C，在950°C以 上完成轧制；乳后轧件快速冷却，乳件出精轧机后的冷却速度> 150°C /s，钢筋上冷床时表 面温度控制在Ae3?Ae3+10(TC或800-89(TC，钢筋在冷床上自然冷却。
【文档编号】C22C38/24GK104233074SQ201310566871
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年11月13日 优先权日:2013年11月13日
【发明者】完颜卫国, 龚志翔 申请人:马钢(集团)控股有限公司, 马鞍山钢铁股份有限公司