一种700MPa级绿色热处理高强度钢筋及其加工方法
【专利摘要】本发明公开了一种700MPa级绿色热处理高强度钢筋及其加工方法，其重量百分比化学成分为：C:0.18﹣0.3%，Si:0.6﹣0.9%，Mn:1.3﹣1.9%；Cr:0.05﹣0.1%，Nb:0.01﹣0.05%，V:0.10﹣0.20%，Ni:0.01﹣0.03%，B：0.002﹣0.004%，P<0.023%，S<0.023%，余量为Fe。本发明的高强度钢筋屈服强度达到700MPa，有明显的屈服平台且屈服平台不随时间延长而消失，抗滞后断裂性强、塑性高且其加工方法工序简单易于操作，污染少，节省电能及钢材资源，生产成本低。
【专利说明】一种700MPa级绿色热处理高强度钢筋及其加工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高强钢筋及其加工方法，具体涉及一种700MPa级绿色热处理高强度钢筋及其加工方法。
【背景技术】[0002]目前，由于房产事业、机械事业等的发展，钢铁的需求量大大提高，对钢铁的要求也越来越高，现有的热轧钢筋的屈服强度都比较低，要让热轧钢筋屈服强度达到630Mpa及以上如此高的强度是非常困难的事情，而且强度达到如此之高，难以保证出现屈服平台，国家钢铁工业“十二五”规划中就提出“加速淘汰335兆帕级螺纹钢筋”、“加强高强钢筋和高强混凝土结构构件抗震性能的研究，开展600兆帕级及以上螺纹钢筋产品研发”，现在很多大钢厂试生产的HRB600级螺纹钢主要通过添加“V”或“VN”合金来达到提高强度的目的，添加量达到0.15%左右，众所周知，添加合金成本将提高300-400元，而大规模化生产该品种钢筋时，由于受合金成份变化、生产速度、冶炼及轧制工艺等因素的限制，所生产的产品质量也不稳定，经常出现强度低、强屈比不合格的现象，特别是14mm以下规格的产品更严重。发明专利(申请号:201110086374.6)中公开的钢材经过成份配比、加热、冷却、淬火、回火工艺生产，该工艺选择了钢材成份改变和经过两次升温过程，一定程度上提高了冶炼成本和电耗成本，但是其塑性低且强屈比较小，易发生瞬间断裂，造成整体断裂等事故，此外，现有的热处理高强度钢筋加工方法存在严重环境污染、浪费电能和钢材资源、生产成本较高等缺点。一种达到克服以上缺陷的700MPa及以上高强度钢筋及其加工方法成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是，针对以上现有技术存在的缺点，提出一种700MPa级绿色热处理高强度钢筋及其加工方法，所述的高强度钢筋屈服强度达到700MPa，有明显的屈服平台且屈服平台不随时间延长而消失，抗滞后断裂性强、塑性高且加工制造污染少、成本低。
[0004]本发明解决以上技术问题的技术方案是:
一种700MPa级绿色热处理高强度钢筋，其重量百分比化学成分为:C:0.18 - 0.3%，S1:0.6 - 0.9%, Mn: 1.3 - 1.9% ；Cr:0.05 - 0.1%, Nb:0.01 - 0.05%, V:0.10 - 0.20%,N1:0.01 - 0.03%, B:0.002 - 0.004%, P<0.023%，S〈0.023%，余量为 Fe。
[0005]700MPa级绿色热处理高强度钢筋的加工方法，按以下步骤进行:
(一)将含有上述比例的化学成份作为原料，经转炉冶炼、精炼处理、连铸后得到钢坯，钢坯入炉预热段温度控制在700°C以下，加热温度为950~1200°C，加热I~3h，粗轧温度为945~1220°C，粗轧完成温度控制在950以上，终轧温度为870~895°C，将钢坯热轧成表面带有螺纹的钢筋，热轧后弱冷至830~940°C，再自然冷却至室温；
(二)将步骤一中轧制好的钢筋送入加热炉加热到840-920°C，然后第一冷却工序冷却到室温；
第一冷却工序具体为:采用水冷与空冷结合，先采用水冷以3.8-4.30C /s的冷却速率将钢筋水冷至390-420°C，然后空冷至200-310°C，再采用水冷以2.7-3.5°C /s的冷却速率将钢筋水冷至175-190°C，最后空冷至室温；
(三)将步骤二中冷却好的钢筋经过回火感应加热器加热到550-610°C，然后保温6-9秒后，通过第二冷却工序冷却到室温；
第二冷却工序具体为:在冷却床上对钢筋进行空气冷却，先以每秒3-7°C的冷却速度将钢筋冷却到490-560°C，然后再缓慢冷却到室温；
(四)将步骤三中冷却后的钢筋加热到390-420°C保温50分钟以上，进行晶粒稳定化处
理；
(五)将经稳定化处理的钢筋进行加载冷却。
[0006]本发明进一步限定的技术方案是:
前述的700MPa级绿色热处理高强度钢筋，其重量百分比化学成分为:C:0.24%，Si:0.6%, Mn: 1.6%, Cr:0.08%, Nb:0.02%, V:0.10%, N1:0.03%, B:0.002%, P:0.020%, S:0.015%,
余量为Fe。
[0007]前述的700MPa级绿色热处理高强度钢筋，其重量百分比化学成分为:C:0.18%，Si:0.8%, Mn:1.3%, Cr:0.1%，Nb:0.03%, V:0.15%, N1:0.02%, B:0.004%, P:0.018%, S:0.010%，余量为 Fe。
[0008]前述的700MPa级绿色热处`理高强度钢筋，其重量百分比化学成分为:C:0.3%，Si:0.7%, Mn: 1.9%, Cr:0.06%, Nb:0.05%, V:0.20%, N1:0.01%, B:0.003%, P:0.021%, S:0.018%,
余量为Fe。
[0009]前述的700MPa级绿色热处理高强度钢筋，步骤(五)中的加载冷却，在维持载荷恒定冷却至100°C以下再卸载。
[0010]本发明的有益效果是:
(I)本发明成分中由于加入 Cr:0.05 - 0.1%, Nb:0.01 - 0.05%, V:0.10 - 0.20%,N1:0.01 - 0.03%, B:0.002 - 0.004%，从而可以提高C和N元素的原子活性，使各原子形成的气团能与位错形成强烈的相互作用，钉扎位错，产生屈服平台；其中:Cr，增加钢的淬透性，显著提高强度、硬度和耐磨性，也增加了钢的耐蚀性和抗氧化能力；Ni，提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力；Nb，细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，也可防止晶间腐蚀现象；B，可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。
[0011](2)本发明加工方法中，钢坯入炉预热段温度控制在700°C以下，加热温度为950~1200°C，加热I~3h，粗轧温度为945~1220°C，粗轧完成温度控制在950以上，终轧温度为870~895°C，热轧后弱冷至830~940°C，再自然冷却至室温，有效保证轧制后的钢筋的晶粒度达到9级以上，轧制后的钢筋快速加热阻止奥氏体晶粒度的长大，保持细晶粒状态，保证了后续热处理后成品钢筋的晶粒度达到11级以上，细晶化处理可迅速提高屈服强度和抗拉强度的同时保持超高塑性。
[0012](3)本发明加工方法中，步骤(二)中的第一冷却工序采用水冷与空冷结合，依次为:水冷-空冷-水冷-空冷，这样，可以使碳化物进一步充分溶解，均匀扩散，避免了碳化物在晶间的析出造成晶间腐蚀和点蚀超标。
[0013](4)本发明加工方法步骤(三)中回火后的钢筋再冷却床上进行空气冷却，冷却效果好，减少污染，保护环境且成本低。
[0014](5)本发明加工方法中第一冷却工序快速冷却与后续第二冷却工序缓慢冷却相结合的技术方案，使原有轧制钢筋中渗碳体明显碎化，但保持一定的有序排列，同时让铁素体形成连续结构，使其在形变时位错滑移变得较容易，有利于提高塑性。
[0015](6)高温回火降低强度，提高塑性，可促使热处理钢筋稳定化，由于该工艺技术未形成高密度的位错，从而形成屈服平台。
[0016](7)经过后续的钢筋晶粒稳定化处理，可保持该钢筋的屈服平台不随时间延长而消失，起到碳再平衡的作用。
[0017](8)由于现有技术中，需要连续拉拔，为了便于连续拉拔就必须有酸洗磷化工序，而本申请无需连续拉拔，先冶炼后轧成带有螺纹的钢筋送入感应器加热，无需酸洗磷化工序，不使用盐酸或硫酸进行酸洗和磷化，避免污染具有绿色环保的优点。
【具体实施方式】
[0018]实施例1
本实施例提供的一种700MPa级绿色热处理高强度钢筋，其重量百分比化学成分为:C:0.24%, Si:0.6%, Mn: 1.6%, Cr:0.08%, Nb:0.02%, V:0.10%, N1:0.03%, B:0.002%, P:
0.020%, S:0.015%，余量为 Fe。
[0019]本实施例的700MPa级绿色热处理高强度钢筋的加工方法，按以下步骤进行:
(一)将含有上述比例的化学成份作为原料，经转炉冶炼、精炼处理、连铸后得到钢坯，钢坯入炉预热段温度控制在660°C，加热温度为970°C，加热2h，粗轧温度为980°C，粗轧完成温度控制在1000°C，终轧温度为870°C，将钢坯热轧成表面带有螺纹的钢筋，热轧后弱冷至850°C，再自然冷却至室温；
(二)将步骤一中轧制好的钢筋送入加热炉加热到860°C，然后第一冷却工序冷却到室
温；
第一冷却工序具体为:采用水冷与空冷结合，先采用水冷以4.30C /s的冷却速率将钢筋水冷至400°C，然后空冷至220°C，再采用水冷以2.90C /s的冷却速率将钢筋水冷至175 °C，最后空冷至室温；
(三)将步骤二中冷却好的钢筋经过回火感应加热器加热到570°C，然后保温7秒后，通过第二冷却工序冷却到室温；
第二冷却工序具体为:在冷却床上对钢筋进行空气冷却，先以每秒4°C的冷却速度将钢筋冷却到550°C，然后再缓慢冷却到室温；
(四)将步骤三中冷却后的钢筋加热到400°C保温60分钟，进行晶粒稳定化处理；
(五)将经稳定化处理的钢筋进行加载冷却，在维持载荷恒定冷却至80°C再卸载。
[0020]实施例2
本实施例提供的一种700MPa级绿色热处理高强度钢筋，其重量百分比化学成分为:C:0.18%, Si:0.8%,Mn:1.3%, Cr:0.1%, Nb:0.03%, V:0.15%, N1:0.02%, B:0.004%, P:0.018%,S:0.010%，余量为 Fe。[0021]本实施例的700MPa级绿色热处理高强度钢筋的加工方法，按以下步骤进行:
(一)将含有上述比例的化学成份作为原料，经转炉冶炼、精炼处理、连铸后得到钢坯，钢坯入炉预热段温度控制在620°C，加热温度为1200°C，加热3h，粗轧温度为1000°C，粗轧完成温度控制在980°C，终轧温度为890°C，将钢坯热轧成表面带有螺纹的钢筋，热轧后弱冷至830°C，再自然冷却至室温；
(二)将步骤一中轧制好的钢筋送入加热炉加热到890°C，然后第一冷却工序冷却到室
温；
第一冷却工序具体为:采用水冷与空冷结合，先采用水冷以3.8°C /s的冷却速率将钢筋水冷至390°C，然后空冷至280°C，再采用水冷以3.TC /s的冷却速率将钢筋水冷至185°C，最后空冷至室温；
(三)将步骤二中冷却好的钢筋经过回火感应加热器加热到550°C，然后保温6秒后，通过第二冷却工序冷却到室温；
第二冷却工序具体为:在冷却床上对钢筋进行空气冷却，先以每秒7°C的冷却速度将钢筋冷却到490°C，然后再缓慢冷却到室温；
(四)将步骤三中冷却后的钢筋加热到390°C保温67分钟，进行晶粒稳定化处理；
(五)将经稳定化处理的钢筋进行加载冷却，在维持载荷恒定冷却至60°C再卸载。
[0022]实施例3
本实施例提供的一种700MPa级绿色热处理高强度钢筋，其重量百分比化学成分为:C:0.3%, Si:0.7%,Mn:1.9%, Cr:0.06%, Nb:0.05%, V:0.20%, N1:0.01%, B:0.003%, P:0.021%,S:0.018%，余量为 Fe。
[0023]本实施例的700MPa级绿色热处理高强度钢筋的加工方法，按以下步骤进行:
(一)将含有上述比例的化学成份作为原料，经转炉冶炼、精炼处理、连铸后得到钢坯，钢坯入炉预热段温度控制在500°c，加热温度为1000°C，加热lh，粗轧温度为1100°C，粗轧完成温度控制在1200°c，终轧温度为880°C，将钢坯热轧成表面带有螺纹的钢筋，热轧后弱冷至840°C，再自然冷却至室温；
(二)将步骤一中轧制好的钢筋送入加热炉加热到900°C，然后第一冷却工序冷却到室
温；
第一冷却工序具体为:采用水冷与空冷结合，先采用水冷以4.(TC /s的冷却速率将钢筋水冷至420°C，然后空冷至300°C，再采用水冷以2.70C /s的冷却速率将钢筋水冷至190°C，最后空冷至室温；
(三)将步骤二中冷却好的钢筋经过回火感应加热器加热到600°C，然后保温8秒后，通过第二冷却工序冷却到室温；
第二冷却工序具体为:在冷却床上对钢筋进行空气冷却，先以每秒5°C的冷却速度将钢筋冷却到520°C，然后再缓慢冷却到室温；
(四)将步骤三中冷却后的钢筋加热到420°C保温75分钟，进行晶粒稳定化处理；
(五)将经稳定化处理的钢筋进行加载冷却，在维持载荷恒定冷却至35°C再卸载。
[0024]除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种700MPa级绿色热处理高强度钢筋及其加工方法，其特征在于:其重量百分比化学成分为:C:0.18 - 0.3%, S1:0.6 - 0.9%, Mn: 1.3 - 1.9% ；Cr:0.05 - 0.1%, Nb:0.01 -0.05%, V:0.10 - 0.20%, N1:0.01 - 0.03%, B:0.002 - 0.004%, P<0.023%，S〈0.023%，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的700MPa级绿色热处理高强度钢筋，其特征在于:其重量百分比化学成分为:C:0.24%, Si:0.6%, Mn: 1.6%, Cr:0.08%, Nb:0.02%, V:0.10%, N1:0.03%, B:0.002%, P:0.020%, S:0.015%，余量为 Fe。
3.根据权利要求1所述的700MPa级绿色热处理高强度钢筋，其特征在于:其重量百分比化学成分为:C:0.18%, Si:0.8%, Mn: 1.3%, Cr:0.1%，Nb:0.03%, V:0.15%, Ni:0.02%, B:0.004%, P:0.018%, S:0.010%，余量为 Fe。
4.根据权利要求1所述的700MPa级绿色热处理高强度钢筋，其特征在于:其重量百分比化学成分为:C:0.3%, Si:0.7%, Mn: 1.9%, Cr:0.06%, Nb:0.05%, V:0.20%, N1:0.01%, B:0.003%, P:0.021%, S:0.018%，余量为 Fe。
5.如权利要求1-4中任一权利要求所述的700MPa级绿色热处理高强度钢筋的加工方法，其特征在于:按以下步骤进行: (一)将含有上述比例的化学成份作为原料，经转炉冶炼、精炼处理、连铸后得到钢坯，钢坯入炉预热段温度控制在700°C以下，加热温度为950~1200°C，加热I~3h，粗轧温度为945~1220°C，粗轧完成温度控制在950以上，终轧温度为870~895°C，将钢坯热轧成表面带有螺纹的钢筋，热轧后弱冷至830~940°C，再自然冷却至室温； (二)将步骤一中轧制好的钢筋送入加热炉加热到840-920°C，然后第一冷却工序冷却到室温； 所述第一冷却工序具体为:采用水冷与空冷结合，先采用水冷以3.8-4.30C /s的冷却速率将钢筋水冷至390-420°C，然后空冷至200-310°C，再采用水冷以2.7-3.5°C /s的冷却速率将钢筋水冷至175-190°C，最后空冷至室温； (三)将步骤二中冷却好的钢筋经过回火感应加热器加热到550-610°C，然后保温6-9秒后，通过第二冷却工序冷却到室温； 所述第二冷却工序具体为:在冷却床上对钢筋进行空气冷却，先以每秒3-7°C的冷却速度将钢筋冷却到490-560°C，然后再缓慢冷却到室温； (四)将步骤三中冷却后的钢筋加热到390-420°C保温50分钟以上，进行晶粒稳定化处理； (五)将经稳定化处理的钢筋进行加载冷却。
6.如权利要求5所述的700MPa级绿色热处理高强度钢筋的加工方法，其特征在于:所述步骤(五)中的加载冷却，在维持载荷恒定冷却至100°C以下再卸载。
【文档编号】C22C38/54GK103643167SQ201310584550
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2013年11月20日
【发明者】吴海洋, 姚圣法 申请人:江苏天舜金属材料集团有限公司