一种双相不锈钢钢筋及其制备方法与流程

本发明涉及一种高强不锈钢，尤其涉及一种双相不锈钢钢筋及其制备方法。
背景技术：
：在海洋环境中，氯离子对混凝土建筑结构的腐蚀最为严重，导致常规的普碳钢和低合金钢钢筋无法应用于苛刻的海洋腐蚀环境。双相不锈钢具有优异的耐氯离子腐蚀性能，使其适合开发不同强度等级的钢筋材料。现有技术中，采用双相不锈钢生产钢筋，在轧制过程中钢筋的累积变形量大，钢筋的屈服强度在650mpa以上，过高的强度超出500mpa级不锈钢钢筋使用设计要求。虽然，通过提高不锈钢钢筋中ni和cr的含量，能够使其达到500mpa级不锈钢钢筋的要求，但是，针对2205双相不锈钢筋没有生产数据和文献报道，同时，ni和cr的价格较高，提高ni和cr的含量会造成不锈钢钢筋生产成本加大，不利于双相不锈钢钢筋推广应用。技术实现要素：鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种双相不锈钢钢筋及其制备方法，在保证双相不锈钢钢筋生产成本基本不变的前提下，使其能够满足500mpa级不锈钢钢筋的要求，同时，提高了双相不锈钢钢筋的耐腐蚀性能，使其能够满足海洋环境重点工程需要。本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：第一方面，本发明提供了一种双相不锈钢钢筋，其合金成分包括c、si、mn、cr、ni、mo、微合金元素、n、p、s和fe；微合金元素为nb、v和ti中的一种或多种；合金成分组成的按照质量百分比为：c≤0.03％，si0.20％～0.80％，mn0.80％～1.60％，cr21.00％～23.00％，ni4.50％～5.50％，mo2.50％～3.50％，nb0.02～0.05％和/或v0.02～0.16％和/或ti0.005～0.02％，n0.15％～0.20％，p≤0.020％，s≤0.010％，余量为fe。进一步地，双相不锈钢钢筋包括奥氏体相和铁素体相，奥氏体相与铁素体相的组成按体积百分比为：奥氏体相40％～55％，铁素体相45％～60％。进一步地，双相不锈钢钢筋采用如下制备方法制得：s11：按照合金成分的组成配制原料，并对配制后的原料进行熔炼和连铸，得到钢坯；s12：对钢坯进行热轧，得到热轧状态钢筋，开轧温度为1150℃～1200℃，终轧温度为950℃～1000℃；s13：以150℃/s～200℃/s的速度将热轧状态钢筋冷却至300℃～350℃，冷却后的热轧状态钢筋回温至600℃～680℃；s14：将回温后的热轧状态钢筋加热至1050℃～1100℃，并保温1h～2h，保温后进行水淬，得到双相不锈钢钢筋。进一步地，热轧状态钢筋的屈服强度≥700mpa，抗拉强度≥780mpa，伸长率≥16％，最大力下的总伸长率≥7.5％，强屈比≥1.10。进一步地，双相不锈钢钢筋的屈服强度≥500mpa，抗拉强度≥630mpa，伸长率≥16％，最大力下的总伸长率≥7.5％，强屈比≥1.25，室温冲击功≥200j。另一方面，本发明还提供了一种双相不锈钢钢筋的制备方法，包括如下步骤：s21：按照合金成分的组成配制原料，并对配制后的原料进行熔炼和连铸，得到钢坯，合金成分组成的质量百分比为：c≤0.03％，si0.20％～0.80％，mn0.80％～1.60％，cr21.00％～23.00％，ni4.50％～5.50％，mo2.50％～3.50％，nb0～0.05％，v0～0.16％，ti0～0.02％，n0.15％～0.20％，p≤0.020％，s≤0.010％，余量为fe；s22：对钢坯进行热轧，得到热轧状态钢筋；s23：对热轧状态钢筋进行冷却回温；s24：对回温后的热轧状态钢筋进行固溶，得到双相不锈钢钢筋。进一步地，s22中，开轧温度为1150℃～1200℃，终轧温度为950℃～1000℃。进一步地，s23中，以150℃/s～200℃/s的速度将热轧状态钢筋冷却至300℃～350℃，冷却后的热轧状态钢筋回温至600℃～680℃。进一步地，s24中，将回温后的热轧状态钢筋加热至1050℃～1100℃，并保温1h～2h，保温后进行水淬，得到双相不锈钢钢筋。与现有技术相比，本发明有益效果如下：a)本发明提供的双相不锈钢钢筋与现有的2205不锈钢相比，cr和ni的含量基本保持不变，从而保证了后续固溶处理后该双相不锈钢钢筋的耐腐蚀性能。在保证双相不锈钢钢筋主要合金成分基本不变的前提下，添加微合金元素(nb、v或ti的一种或多种)，并调节其他各合金成分的含量，使得上述双相不锈钢钢筋能够满足500mpa级不锈钢钢筋，以满足海洋环境重点工程的要求。b)本发明提供的双相不锈钢钢筋中铁素体相和奥氏体相的体积接近，cr和ni均匀固溶于铁素体相和奥氏体相中，从而实现提高屈服强度和抗拉强度、耐氯离子腐蚀、耐应力腐蚀、耐点蚀的性能。c)本发明提供的双相不锈钢钢筋在制备过程中，对钢坯进行热轧以及快速冷却，能够利用微合金元素的作用细化奥氏体晶粒，利用析出强化，细化和强化双相不锈钢钢筋中的铁素体相，轧制后快速冷却避免了σ脆性相在奥氏体和铁素体两相的界面析出带来的韧性降低以及耐孔蚀性能降低的问题。而对冷却后的热轧状态钢筋进行固溶，有利于碳化物的溶解以及cr、ni在奥氏体相和铁素体相中的均匀化，使得ni、cr分别固溶于奥氏体相和铁素体相中，保证双相不锈钢钢筋中铁素体相和奥氏体相的比例接近，从而提高耐cl-腐蚀、耐应力腐蚀、耐点蚀的性能。固溶温度和保温时间是决定两相比例的关键因素。而在固溶的保温过程中，微合金元素能够钉扎奥氏体晶界，抑制铁素体晶粒的生长，抵消了固溶而造成的屈服强度和抗拉强度下降，使双相不锈钢钢筋的屈服强度和抗拉强度等指标满足500mpa级钢筋的性能要求。d)本发明提供的双相不锈钢钢筋在热轧状态下的rp0.2(屈服强度)可以达到700mpa以上，rm(抗拉强度)为780mpa以上，a(伸长率)为16％以上，agt(最大力下的总伸长率)为7.5％以上，强屈比为1.10以上；而其在固溶状态下的rp0.2可以达到500mpa以上，rm为630mpa以上，a为16％以上，agt为7.5％以上，强屈比为1.25以上，室温冲击功为200j以上，上述性能均满足500mpa级不锈钢钢筋的要求。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及实施例所特别指出的结构来实现和获得。具体实施方式下面具体描述本发明的优选实施例。第一方面，本发明提供了一种双相不锈钢钢筋，在2205不锈钢的成分基础上通过添加微合金元素来提高双相不锈钢钢筋的屈服强度和抗拉强度，该双相不锈钢钢筋的合金成分组成的质量百分比为：c≤0.03％，si0.20％～0.80％，mn0.80％～1.60％，cr21.00％～23.00％，ni4.50％～5.50％，mo2.50％～3.50％，nb0～0.05％，v0～0.16％，ti0～0.02％，n0.15％～0.20％，p≤0.020％，s≤0.010％，余量为fe以及不可避免的杂质元素。其中，所谓微合金元素是指nb、v和ti中的一种或多种。需要说明的是，由于本发明的设计思路是通过添加微合金素来提高固溶处理的双相不锈钢钢筋的屈服强度和抗拉强度，因此，不存在双相不锈钢钢筋的合金成分中不包括微合金元素的情况。本发明提供的双相不锈钢钢筋与现有的2205不锈钢相比，cr和ni的含量可采用下限控制，从而降低了该双相不锈钢钢筋的生产成本。在保证双相不锈钢钢筋主要合金成分基本不变的前提下，添加微合金元素(nb、v或ti的一种或多种)，并调节其他各合金成分的含量，使得上述双相不锈钢钢筋能够满足500mpa级不锈钢钢筋，以满足海洋环境重点工程的要求。具体来说，上述各元素的作用及含量的依据如下：c是碳化物形成元素和奥氏体稳定元素，其与cr的亲和力很大，容易形成复杂的cr的碳化物；但是，c的含量过高会导致双相不锈钢钢筋的耐晶间腐蚀性能下降。c的含量在≤0.03％范围内，能够保证双相不锈钢钢筋的耐晶间腐蚀性能和焊接性能。si是铁素体形成元素，其固溶于铁素体中有明显的强化作用。同时，si能够降低c在奥氏体中的溶解度，促使碳化物析出，提高双向不锈钢的屈服强度、抗拉强度和硬度，但是，si的含量过高会增加双向不锈钢的脆性，不利于加工。si的含量在0.20％～0.80％范围内，能够保证双向不锈钢具有良好的韧性和耐晶间腐蚀性能。mn可以作为脱氧剂、脱硫剂和奥氏体稳定化元素，用于净化钢液，提高双相不锈钢钢筋的屈服强度和抗拉强度，但是，mn的含量过高会导致双相不锈钢钢筋的腐蚀性和耐氧化性下降。因此，上述双相不锈钢钢筋中，根据钢筋的尺寸规格，mn的含量在0.80％～1.60％范围内。cr是铁素体形成元素和铁素体稳定元素，其可以促进双相不锈钢钢筋的钝化并保持稳定的钝态。同时，cr固溶于奥氏体中，能够提高双相不锈钢钢筋的屈服强度和抗拉强度且不会降低韧性，缩小奥氏体区，推迟过冷奥氏体转变，增加双相不锈钢钢筋的淬透性，提高双相不锈钢钢筋的耐晶间腐蚀性和抗氧化性。因此，上述双相不锈钢钢筋中，cr的含量在21.00％～23.00％范围内。ni是奥氏体形成元素，能够减缓双相不锈钢钢筋的腐蚀现象，且在加热过程中，ni可以抑制晶粒的生长，改善双相不锈钢钢筋钢筋的组织，提高双相不锈钢钢筋的耐腐蚀性能及加工性能，使其具有良好的强度、塑性和韧性。因此，上述双相不锈钢钢筋中，ni的含量在4.50％～5.50％范围内。mo是碳化物形成元素和形成铁素体的元素，能够抑制奥氏体在加热过程中晶粒的生长，降低双相不锈钢钢筋的过热敏感性。同时，mo能够使双相不锈钢钢筋的钝化层更加致密牢固，从而有效地提高双相不锈钢钢筋的耐cl-腐蚀性。因此，上述双相不锈钢钢筋中，mo的含量在2.50％～3.50％范围。n是奥氏体形成元素和奥氏体稳定元素，能够提高双相不锈钢钢筋的屈服强度、抗拉强度和耐腐蚀性能，用于代替部分ni，由于n的价格通常低于ni，从而能够在保证屈服强度、抗拉强度和耐腐蚀性能的前提下，降低双相不锈钢钢筋的生产成本。因此，上述双相不锈钢钢筋中，n的含量在0.15％～20％范围内。nb/v/ti用于减少碳化铬的形成，扎钉奥氏体晶界，抑制铁素体晶粒生长，从而能够提高双相不锈钢钢筋的屈服强度和抗拉强度。其中，ti的析出物能够提高耐晶间腐蚀能力，但是会导致耐点腐蚀性能的降低。因此，上述双相不锈钢钢筋中，nb的含量在0～0.05％范围内，v的含量在0.02％～0.16％范围内，ti的含量在0.005％～0.02％范围内。p/s是双相不锈钢钢筋中的有害元素，对双相不锈钢钢筋的耐腐蚀性会产生不利影响，尤其是硫化物会形成腐蚀源。因此，上述双相不锈钢钢筋中，p和s的含量在p≤0.020％，s≤0.010％范围内。为了能够进一步提高上述双相不锈钢钢筋的耐腐蚀性能，可以使铁素体相和奥氏体相的体积接近，示例性地，奥氏体相与铁素体相的组成按体积百分比为：奥氏体相40％～55％，铁素体相45％～60％。铁素体相和奥氏体相的比例接近，cr和ni均匀固溶于铁素体相和奥氏体相中，从而实现提高屈服强度和抗拉强度、耐氯离子腐蚀、耐应力腐蚀、耐点蚀的性能。考虑到，上述双相不锈钢钢筋在制备过程中，制备方法以及工艺参数会对双相不锈钢钢筋的微观结构产生影响，其可以采用如下制备方法制得：s11：按照上述合金成分的组成配制原料，并对配制后的原料进行熔炼和连铸，得到钢坯；s12：对钢坯进行热轧，得到热轧状态钢筋，开轧温度为1150℃～1200℃，终轧温度为950℃～1000℃；s13：以150℃/s～200℃/s的速度将热轧状态钢筋冷却至300℃～350℃，冷却后的热轧状态钢筋回温至600℃～680℃；s14：将回温后的热轧状态钢筋加热至1050℃～1100℃，并保温1h～2h，保温后进行水淬，从而完成对冷却后的热轧状态钢筋的固溶处理，得到两相比例接近的双相不锈钢钢筋。在上述制备过程中，对钢坯进行热轧以及快速冷却，能够细化和强化奥氏体相和铁素体相，同时避免脆性相析出。而对冷却后的热轧状态钢筋进行合理设置固溶温度和保温时间，有利于碳化物的溶解以及cr、ni在奥氏体相和铁素体相中的均匀化，使得ni、cr分别固溶于奥氏体相和铁素体相中，保证双相不锈钢钢筋中铁素体相和奥氏体相的比例接近，从而提高耐cl-腐蚀、耐应力腐蚀、耐点蚀的性能。而在固溶的保温过程中，微合金元素能够钉扎奥氏体晶界，抑制铁素体晶粒的生长，从而使双相不锈钢钢筋的屈服强度和抗拉强度等指标满足500mpa级钢筋的性能要求。采用上述合金成分和制备方法制得的双相不锈钢钢筋，热轧状态钢筋的rp0.2(屈服强度)可以达到700mpa以上，rm(抗拉强度)为780mpa以上，a(伸长率)为16％以上，agt(最大力下的总伸长率)为7.5％以上，强屈比为1.10以上；而双相不锈钢钢筋的rp0.2可以达到500mpa以上，rm为630mpa以上，a为16％以上，agt为7.5以上，强屈比为1.25以上，室温冲击功为200j以上。另一方面，本发明还提供了一种双相不锈钢钢筋的制备方法，包括如下步骤：s21：按照合金成分的组成配制原料，并对配制后的原料进行熔炼和连铸，得到钢坯，其中，合金成分组成的质量百分比为：c≤0.03％，si0.20％～0.80％，mn0.80％～1.60％，cr21.00％～23.00％，ni4.50％～5.50％，mo2.50％～3.50％，nb0～0.05％，v0～0.16％，ti0～0.02％，n0.15％～0.20％，p≤0.020％，s≤0.010％，余量为fe；s22：对钢坯进行热轧，得到热轧状态钢筋；s23：对热轧状态钢筋进行冷却回温；s24：对回温后的热轧状态钢筋进行固溶，得到双相不锈钢钢筋。与现有技术相比，本发明提供的双相不锈钢钢筋的制备方法中，对钢坯进行热轧以及快速冷却，能够细化和强化奥氏体相和铁素体相，同时避免脆性相析出。而对冷区后的热轧状态钢筋进行固溶，有利于碳化物的溶解以及cr、ni在奥氏体相和铁素体相中的均匀化，使得ni、cr分别固溶于奥氏体相和铁素体相中，保证双相不锈钢钢筋中铁素体相和奥氏体相的比例接近，从而提高耐cl-腐蚀、耐应力腐蚀、耐点蚀的性能。而在固溶的保温过程中，微合金元素能够钉扎奥氏体晶界，抑制铁素体晶粒的生长，从而抵消了固溶而造成的强度下降，使双相不锈钢钢筋的屈服强度和抗拉强度等性能指标满足500mpa级钢筋的要求。需要说明的是，热轧状态钢筋冷却后的回温为自然回温，不涉及加热的过程，之所以存在回温过程是因为，热轧状态钢筋在冷却过程中存在温度不均匀的现象，钢筋内部的温度高、钢筋表面的温度低，从而在冷却完成后，会存在自然回温。具体来说，上述双相不锈钢钢筋的制备方法，包括如下步骤：s21：按照上述合金成分的组成配制原料，并对配制后的原料进行熔炼和连铸，得到钢坯；s22：对钢坯进行热轧，得到热轧状态钢筋，开轧温度为1150℃～1200℃，终轧温度为950℃～1000℃；s23：以150℃/s～200℃/s的速度将热轧状态钢筋冷却至300℃～350℃，冷却后的热轧状态钢筋回温至600℃～680℃；s24：将回温后的热轧状态钢筋加热至1050℃～1100℃，并保温1h～2h，保温后进行水淬，从而完成对冷却后的热轧状态钢筋的固溶处理，得到双相不锈钢钢筋。采用本发明提供的合金成分的组成以及制备方法制备直径为16mm～32mm的双相不锈钢钢筋(实施例1至实施例9)，合金成分的组成如表1如示，工艺参数如表2所示。表1实施例1至实施例9的合金成分组成(wt％)表2实施例1至实施例9的工艺参数对上述实施例1至实施例9的双相不锈钢钢筋进行分别进行热轧状态性能测试(如表3所示)以及固溶状态性能测试(如表4所示)。表3本发明不锈钢钢筋热轧状态的拉伸性能rp0.2/mparm/mpaa/％agt/％强屈比实施例172079929.517.51.11实施例273181330.018.81.11实施例373081733.020.51.12实施例471879230.516.81.10实施例572080131.518.31.11实施例672580530.018.51.11实施例772881034.021.81.11实施例873981935.520.91.11实施例972379837.023.01.10表4本发明不锈钢钢筋固溶处理状态的拉伸性能rp0.2/mparm/mpaa/％agt/％强屈比室温冲击功/j实施例153077142.525.01.45335实施例258379535.519.51.36328实施例355776236.820.61.37331实施例452277239.525.01.48333实施例552277644.025.51.49341实施例653877339.021.51.44335实施例754175936.520.51.40323实施例855877037.021.01.38329实施例956176537.023.01.36325从表3和表4可以看出，采用本发明提供的合金成分的组成以及制备方法制备的双相不锈钢钢筋，其在热轧状态下的rp0.2为718mpa以上(718mpa～739mpa)，rm为792mpa以上(792mpa～819mpa)，a为29.5％以上(29.5％～37.0％)，agt为16.8％以上(16.8％～23％)，强屈比为1.10以上(1.10～1.12)；而其在固溶状态下的rp0.2为522mpa以上(522mpa～583mpa)，rm为759mpa以上(759mpa～795mpa)，a为35.5％以上(35.5％～44.0％)，agt为19.5％以上(19.5％～25.5％)，强屈比为1.36以上(1.36～1.49)，室温冲击功为325j以上(325j～341j)，实施例1至实施例9的全部性能参数均满足500mpa级不锈钢钢筋的要求。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12