小规格精轧螺纹钢筋及其生产方法
【专利摘要】本发明提供了一种小规格精轧螺纹钢筋及其生产方法，所述精轧螺纹钢筋化学成分的质量百分数为：C：0.40～0.50％、Si：1.5～1.8％、Mn：0.8～1.0％、P≤0.035％、S≤0.035％、V：0.08～0.13％、Als：0.008～0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质。其生产方法包括如下步骤：脱硫铁水→转炉冶炼→吹氩→200×200mm2方坯保护浇注→方坯加热→轧制→轧后控冷→冷床空冷。本发明所制得的精轧螺纹钢筋性能稳定，生产方法简单易操作。
【专利说明】小规格精轧螺纹钢筋及其生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于钢筋冶炼领域，具体是指一种小规格精轧螺纹钢筋及其生产方法。
【背景技术】
[0002] 精轧螺纹钢筋又叫预应力混凝土用螺纹钢筋，我国于20世纪80年代开始研发生 产，于2005年经国家标准化管理委员会审批发布了 GB/T 20065?2006《预应力混凝土用 螺纹钢筋》标准。精轧螺纹钢筋是在整根钢筋上轧有外螺纹的高强度、高精度直条钢筋。在 整根钢筋的任意截面都能旋上带有内螺纹的连接器进行连结，或旋上螺纹帽进行锚固，具 有连接、锚固简便，粘着力强，施工方便等优点，又因省掉焊接工艺，避免了由于焊接而造成 的内应力及组织不稳定等引起的断裂，因此被广泛应用于大型水利工程、公路、铁路、大中 跨桥梁等工程。随着国家加大基础设施投资力度，国内高铁项目对精轧螺纹钢的需求用量 逐年递增。精轧螺纹钢筋的合金含量高、强度高、成形较困难，属钢筋中附加值高的高端产 品，为各钢企竞相研发的对象，国内具备供货能力的厂家寥寥无几。经检索，中国专利申请 号为CN200710118997. 0的专利文献，其公开了高强度精轧螺纹钢筋的生产方法，钢坯材质 为中碳低合金钢，工艺流程为转炉冶炼一钢包钒微合金化一LF炉精炼一全保护浇铸一钢坯 检查一加热炉加热一控制乳制一乳后控制冷却；其中连铸过程采用130mm2小方述全保护 浇铸；乳制过程开轧温度950-1KKTC，精轧入口温度800-95(TC ;乳后采用两段式或三段式 分级控制冷却方式，出一冷段温度控制在700-850°C之间，出二冷段或三冷段上冷床回火温 度控制在570-700°C之间。但是该方法也存在较多不足，比如工序复杂，而且要维护多个水 箱设备。多线在线冷却不能充分发挥自回火的功能，导致产品性能波动大。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的就是要客服现有技术存在的不足，提供一种小规格精轧螺纹钢筋及 其生产方法，本发明的精轧螺纹钢筋性能稳定，生产方法简单易操作。
[0004] 本发明所设计的小规格精轧螺纹钢筋，其特征在于：所述精轧螺纹钢筋化学成分 的质量百分数为：C :0· 40 ?0· 50%、Si :1· 5 ?L 8%、Mn :0· 8 ?L 0%、P 彡 0· 035%、 S彡0. 035%、V :0. 08?0. 13%、Als :0. 008?0. 01%，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0005] -种上述小规格精轧螺纹钢筋的生产方法，其步骤包括：脱硫铁水一转炉冶炼一 吹氩一200 X 200_2方坯保护浇注一方坯加热一轧制一轧后控冷一冷床空冷：
[0006] (1)铁水脱硫至S含量<0· 002% ;
[0007] ⑵废钢装入量占总装入量的10?15% ;转炉采用顶-底复合吹炼，终点采用高 拉补吹工艺，点吹次数彡2次；终渣碱度目标为2. 8?3. 8 ;转炉终点C控制目标0. 07? 0. 09% ;出钢温度为1680?1700°C ;出钢时间5?9min，挡渣出钢，钢包渣层厚度50? IOOmm ;在出钢至1/4时，随钢流每吨钢加入20?22. 5kg硅锰铁、2?3kg碳化硅合金脱 氧，然后加入24?40kg f凡铁和0. 4?0. 6kg碳粉；钢水出至3/4时加入剩余合金和碳粉至 钢坯质量百分数为：C :0· 40 ?0· 50%、Si :L 5 ?L 8%、Mn :0· 8 ?L 0%、P 彡 0· 035%、 S 彡 0· 035%、V :0· 08 ?0· 13%、Als :0· 008 ?0· 01% ;
[0008] (3)吹氩 IOmin ;
[0009] (4) 200 X 200mm2 方坯保护浇注；
[0010] (5)方坯加热：炉内加热到1150-1200°C范围内保温110_130min以使钢充分奥氏 体化；
[0011] (6)轧制：开轧温度1100-1150°c范围内，进行轧制道次，开坯2道、粗中精轧共10 个道次，总压缩比80?120 ;
[0012] (7)轧后空冷；
[0013] (8)冷床空冷：上冷床，空气冷却到室温。
[0014] 优选的，所述步骤（3)中吨钢按照1. 5?2m加入铝线，然后测温、取样，出站成分 调整按目标值控制。
[0015] 优选的，所述步骤（4)中采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，浸入深 度100?150mm ;中包保护渣采用碱性保护渣，结晶器保护渣采用中低碳钢保护渣；中包钢 水温度：1530?1545°C，拉速控制目标L 6?I. 8m/min。
[0016] 本发明中各元素及主要工序的作用
[0017] C :C是扩大和稳定奥氏体元素，提高钢材强度最有效的元素，当其含量低于0. 4% 时，会导致力学性能不足而增加合金添加量从而增加了生产成本，当其含量高于0.5%，会 导致强度过高而使得塑性下降太多，延伸率指标不符合要求，因此，本发明C选择在0. 4? 0· 5%。
[0018] Si :是一种廉价的置换强化元素，可以显著提高钢的强度，V低于0.08%时，提高 效果不能够满足力学性能要求，但是Si高于1. 8%时，会显著提高钢轧制时的变形热，影响 钢的基体组织，导致晶粒粗大，从而影响钢的综合性能，所以选择Si的范围在1. 5?1. 8%。
[0019] Mn:主要是固溶于铁素体中提高材料的强度，其又是良好的脱氧剂和脱硫剂，含 有一定量的锰可以消除或减弱因硫引起的脆性，从而改善钢的加工性能，但锰含量过高时 会使晶粒粗化的倾向，连铸和轧后控冷不当时容易产生白点，所以选择Mn的范围在0.8? 1.0% ；
[0020] P、S :作为有害元素，其含量越低越好。S含量过高，会形成大量的MnS夹杂，降低 钢材的机械性能，因此含量越低越好，所以选择S的范围在< 0. 035% ;P P易在晶界偏析， 增加钢的脆性，使塑性变差，因此含量越低越好，所以选择P的范围在< 〇. 035%。
[0021] V :是微合金化钢最常用也是最有效的强化元素之一。钒的作用是通过形成VN、 V(CN)来影响钢的组织和性能，它主要是在奥氏体晶界的铁素体中沉淀析出，细化铁素体晶 粒，从而提高材料的强度和低温韧性。V低于0.08%时，析出强化效果不能够满足力学性能 要求，V高于0. 13%时，析出强化使强度太高而导致韧性变差。
[0022] Al :是作为炼钢时的脱氧定氮剂，Al与钢中的N形成细小难溶AlN质点，起到阻抑 作用，进而细化铁素体晶粒，Al含量低于0. 008 %，细化作用不明显，Al含量高与0. 01 %，降 低了钢液的流动性，形成大量的Al2O3会在水口结瘤，从而堵住水口，所以选择Al的范围在 0. 008 ?0. 01%。
[0023] 本发明通过对化学成分的控制，添加微合金脱氧，与现有工艺依靠控制淬硬层深 度相比，本方法相对于现有铸坯加热时间100-120min的基础上延长加热时间10-15min，使 得微合金分布更加均匀，乳钢时，采用强力变形，通过对铸坯的多轴变形、大变形量轧制，以 及降低终轧温度，从而达到提高V的固溶强化和析出强化效果，得到良好的综合性能。本发 明工艺简单，不需要添加任何控制冷速的冷却装置，在现有设备上即可生产，具有很强的实 用性。
【具体实施方式】
[0024] 以下通过具体实施例进一步说明本发明：
[0025] 实施例1
[0026] 制备一种直径为18mm的精轧螺纹钢筋，按照钢成分要求，钢水化学成分为：C : 0. 45%, Si ：1, 67%,Mn ：0. 86%,P ：0. 034%, S ：0. 027%, V ：0. 083%,Als ：0. 0081% ；
[0027] 其制备方法依次包括以下步骤：
[0028] 包括铁水脱硫、转炉冶炼、吹氩、连铸、方坯加热、乳制、乳后控冷、冷床空冷的步 骤。
[0029] (1)所述铁水脱硫，控制出站铁水硫含量S彡0. 030% ;
[0030] (2)转炉顶底吹炼，废钢装入量占总装入量的10% ;转炉采用顶-底复合吹炼， 终点采用高拉补吹工艺，点吹次数< 2次；终渣碱度目标为2. 88 ;转炉终点C控制目标 0.07%;出钢温度为1695°C;出钢时间5min，挡渣出钢，钢包渣层厚度85mm;脱氧及合金化： 出钢1/4左右时，随钢流吨钢加入20kg硅锰铁、2. 4kg碳化硅等合金脱氧，然后加入24kg钒 铁和0. 5kg碳粉；钢水出至3/4时加入剩余合金和碳粉使钢坯的质量百分数为C :0. 45%、 Si :1. 67%、Mn :0. 86%、P :0. 034%、S :0. 027%、V :0. 083%、Als :0. 0081%。
[0031] (3)氩站：按内控目标值进行成分微调；吹氩lOmin，吨钢按照I. 2m加入铝线，然 后测温、取样，出站成分调整按目标值控制。
[0032] (4) 200 X 200mm2方坯保护浇注；连铸采用大罐长水口和结晶器浸入式水口（浸入 深度IOOmm)保护浇注；中包保护渣采用碱性保护渣，结晶器保护渣采用低碳钢保护渣；中 包钢水温度：1535°C，拉速控制目标I. 8m/min。
[0033] (5)方坯加热：炉内加热到1150°C范围内保温IlOmin以使钢充分奥氏体化。
[0034] (6)轧制：出炉后，开轧温度IKKTC范围内，进行轧制道次开坯2道、粗中精轧共 10个道次，总压缩比120。
[0035] (7)轧后空冷；采用自然堆垛冷却方式，严禁向铸坯表面浇水。
[0036] (8)冷床空冷：上冷床，空气冷却到室温。
[0037] 实施例2
[0038] 制备一种直径为18mm的精轧螺纹钢筋，按照钢成分要求，钢水化学成分为：C : 0. 40%,Si ：1. 8%,Mn ：0. 92%,P ：0. 027%, S ：0. 021 %, V ：0. 94%, Als ：0. 008% ；
[0039] 其制备方法依次包括以下步骤：
[0040] 包括铁水脱硫、转炉冶炼、吹氩、连铸、方坯加热、乳制、乳后控冷、冷床空冷的步 骤，其特征在于：
[0041] (1)所述铁水脱硫，控制出站铁水硫含量S <0· 030% ;
[0042] (2)转炉顶底吹炼，废钢装入量占总装入量的13% ;转炉采用顶-底复合吹炼，终 点采用高拉补吹工艺，点吹次数彡2次；终渣碱度目标为3. 8 ;转炉终点C控制目标0. 09%; 出钢温度为1680°C ;出钢时间5min，挡渣出钢，钢包渣层厚度100mm;脱氧及合金化：出钢 1/4左右时，随钢流吨钢加入22. 5kg硅锰铁、3kg碳化硅等合金脱氧，然后加入28kg钒铁 和0. 4kg碳粉；钢水出至3/4时加入剩余合金和碳粉使钢坯的质量百分数为C :0. 40%、Si : I. 8%、Mn :0. 92%、P :0. 027%、S :0. 021%、V :0. 94%、Als :0. 008%。
[0043] (3)氩站：按内控目标值进行成分微调；吹氩lOmin，吨钢按照I. 2m加入铝线，然 后测温、取样，出站成分调整按目标值控制。
[0044] (4) 200 X 200mm2方坯保护浇注；连铸采用大罐长水口和结晶器浸入式水口（浸入 深度120mm)保护浇注冲包保护渣采用碱性保护渔，结晶器保护渣采用低碳钢保护渣冲 包钢水温度：1545°C，拉速控制目标I. 6m/min。
[0045] (5)方坯加热：炉内加热到1150°C范围内保温120min以使钢充分奥氏体化。
[0046] (6)轧制：出炉后，开轧温度1120°C范围内，进行轧制道次开坯2道、粗中精轧共 10个道次，总压缩比116。
[0047] (7)轧后空冷；采用自然堆垛冷却方式，严禁向铸坯表面浇水。
[0048] (8)冷床空冷：上冷床，空气冷却到室温。
[0049] 实施例3
[0050] 制备一种直径为25mm的精轧螺纹钢筋，按照钢成分要求，钢水化学成分为：C : 0. 42%,Si ：1. 5%,Mn ：0. 96%,P ：0. 021%, S ：0. 020%, V ：0. 117%,AlsO. 009% ；
[0051] 其制备方法依次包括以下步骤：
[0052] 包括铁水脱硫、转炉冶炼、吹氩、连铸、方坯加热、乳制、乳后控冷、冷床空冷的步 骤，其特征在于：
[0053] (1)所述铁水脱硫，控制出站铁水硫含量S彡0· 020% ;
[0054] (2)转炉顶底吹炼，废钢装入量占总装入量的15% ;转炉采用顶-底复合吹炼，终 点采用高拉补吹工艺，点吹次数彡2次；终渣碱度目标为3. 3 ;转炉终点C控制目标0. 07%; 出钢温度为1689°C ;出钢时间5?9min，挡渣出钢，钢包渣层厚度50mm ;脱氧及合金化：出 钢1/4左右时，随钢流吨钢加入22. 5kg硅锰铁、2kg碳化硅等合金脱氧，然后加入36kg钒 铁和0. 45kg碳粉；钢水出至3/4时加入剩余合金和碳粉使钢坯的质量百分数为C :0. 42%、 Si :1. 5%、Mn :0· 96%、P :0· 021%、S :0· 020%、V :0· 117%、AlsO. 009%。
[0055] (3)氩站：按内控目标值进行成分微调；吹氩lOmin，吨钢按照I. 8m加入铝线，然 后测温、取样，出站成分调整按目标值控制。
[0056] (4) 200 X 200mm2方坯保护浇注；连铸采用大罐长水口和结晶器浸入式水口（浸入 深度150mm)保护浇注冲包保护渣采用碱性保护渔，结晶器保护渣采用低碳钢保护渣冲 包钢水温度：1532°C，拉速控制目标I. 8m/min。
[0057] (5)方坯加热：炉内加热到1200°C范围内保温120min以使钢充分奥氏体化。
[0058] (6)轧制：出炉后，开轧温度1150°C范围内，进行轧制道次开坯2道、粗中精轧共 10个道次，总压缩比80。
[0059] (7)轧后空冷；采用自然堆垛冷却方式，严禁向铸坯表面浇水。
[0060] (8)冷床空冷：上冷床，空气冷却到室温。
[0061] 实施例4
[0062] 制备一种直径为25mm的精轧螺纹钢筋，按照钢成分要求，钢水化学成分为：C : 0. 50%, Si a. 61 %, Mn ：0. 89%, P ：0. 019%, S ：0. 025%, V ：0. 125%,AlsO. 008% ；
[0063] 其制备方法依次包括以下步骤：
[0064] 包括铁水脱硫、转炉冶炼、吹氩、连铸、方坯加热、乳制、乳后控冷、冷床空冷的步 骤，其特征在于：
[0065] (1)所述铁水脱硫，控制出站铁水硫含量S彡0. 020% ;
[0066] (2)转炉顶底吹炼，废钢装入量占总装入量的10% ;转炉采用顶-底复合吹炼，终 点采用高拉补吹工艺，点吹次数彡2次；终渣碱度目标为3. 8 ;转炉终点C控制目标0. 07%; 出钢温度为1700°C ;出钢时间9min，挡渣出钢，钢包渣层厚度79mm;脱氧及合金化：出钢 1/4左右时，随钢流吨钢加入21kg硅锰铁、2. 5kg碳化硅等合金脱氧，然后加入40kg钒铁 和0. 6kg碳粉；钢水出至3/4时加入剩余合金和碳粉使钢坯的质量百分数为C :0. 50%、Si : 1. 61%、Mn :0· 89%、P :0· 019%、S :0· 025%、V :0· 125%、AlsO. 008%。
[0067] (3)氩站：按内控目标值进行成分微调；吹氩lOmin，吨钢按照Im加入铝线，然后 测温、取样，出站成分调整按目标值控制。
[0068] (4) 200 X 200mm2方坯保护浇注；连铸采用大罐长水口和结晶器浸入式水口（浸入 深度115mm)保护浇注冲包保护渣采用碱性保护渔，结晶器保护渣采用低碳钢保护渣冲 包钢水温度：1527°C，拉速控制目标I. 8m/min。
[0069] (5)方坯加热：炉内加热到1200°C范围内保温120min以使钢充分奥氏体化。
[0070] (6)轧制：出炉后，开轧温度1150°C范围内，进行轧制道次开坯2道、粗中精轧共 10个道次，总压缩比80。
[0071] (7)轧后空冷；采用自然堆垛冷却方式，严禁向铸坯表面浇水。
[0072] (8)冷床空冷：上冷床，空气冷却到室温。
[0073] 将实施例1-4制得的PSB830精轧螺纹钢筋与现有市场PSB830精轧螺纹钢筋（穿 水）即对比样品1和对比样品2进行对比，结果如表1所示：
[0074] 表1本发明与现有精轧螺纹钢筋效果对比
[0075]
【权利要求】
1. 一种小规格精轧螺纹钢筋，其特征在于：所述精轧螺纹钢筋化学成分的质量百分数 为：C :0? 40 ?0? 50%、Si :1. 5 ?1. 8%、Mn :0? 8 ?1. 0%、P 彡 0? 035%、S 彡 0? 035%、V : 0. 08?0. 13%、Als :0. 008?0. 01 %，余量为Fe及不可避免的杂质。
2. -种权利要求1所述小规格精轧螺纹钢筋的生产方法，其步骤包括：脱硫铁水一转 炉冶炼一吹氩一200 X 200mm2方坯保护浇注一方坯加热一轧制一轧后控冷一冷床空冷；其 中， (1) 铁水脱硫至S含量< 0? 002% ; (2) 废钢装入量占总装入量的10?15%;转炉采用顶-底复合吹炼，终点采用高拉补吹 工艺，点吹次数彡2次；终渣碱度目标为2. 8?3. 8 ;转炉终点C控制目标0. 07?0. 09% ; 出钢温度为1680?1700°C ;出钢时间5?9min，挡渣出钢，钢包渣层厚度50?100mm ;在 出钢至1/4时，随钢流每吨钢加入20?22. 5kg硅锰铁、2?3kg碳化硅合金脱氧，然后加入 24?40kg钒铁和0. 4?0. 6kg碳粉；钢水出至3/4时加入剩余合金和碳粉至钢坯质量百分 数为：C :0? 40 ?0? 50%、Si :1. 5 ?1. 8%、Mn :0? 8 ?1. 0%、P 彡 0? 035%、S 彡 0? 035%、 V :0? 08 ?0? 13%、Als :0? 008 ?0? 01% ; (3) 吹氦 lOmin ; (4) 200 X 200mm2方坯保护浇注； (5) 方坯加热：炉内加热到1150-1200°C范围内保温110_130min以使钢充分奥氏体 化； (6) 轧制：开轧温度1100-1150°C范围内，进行轧制道次，开坯2道、粗中精轧共10个道 次，总压缩比80?120 ; (7) 轧后空冷； (8) 冷床空冷：上冷床，空气冷却到室温。
3. 根据权利要求2所述小规格精轧螺纹钢筋的生产方法，其特征在于：所述步骤（3) 中每吨钢按照1. 5?2m加入铝线，然后测温、取样，出站成分调整按目标值控制。
4. 根据权利要求2所述小规格精轧螺纹钢筋的生产方法，其特征在于：所述步骤（4) 中采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，浸入深度100?150mm ;中包保护渣采用 碱性保护渣，结晶器保护渣采用中低碳钢保护渣；中包钢水温度：1530?1545°C，拉速控制 目标 L 6 ?L 8m/min〇
【文档编号】C21D8/08GK104328338SQ201410598100
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】徐志东, 徐志, 龙莉, 范植金, 吴杰, 朱启铭, 周新龙 申请人:武汉钢铁(集团)公司