一种经济型低温抗震钢筋及其生产方法与流程

文档序号:37897994发布日期:2024-05-09 21:41阅读:15来源:国知局
一种经济型低温抗震钢筋及其生产方法与流程

本发明属于钢筋混凝土结构用低温钢筋,具体涉及一种经济型低温抗震钢筋及其生产方法。


背景技术:

1、屈服强度400mpa级钢筋具有良好的力学性能、抗震性能和焊接性能,广泛应用于建筑、桥梁、隧道、轨道交通等设施中。我国南北方气温差异较大,北方个别地区的温度低至-50℃左右,在此环境下服役的钢筋,除了具备上述性能外,还需要具有优异的耐低温性能。而现有技术中对于耐低温的屈服强度400mpa级钢筋的研究较少。

2、中国专利cn114318175a公开了一种hrb500dw带肋钢筋棒材及其生产工艺,具体公开了一种hrb500dw带肋钢筋棒材,包括以下重量百分比的元素:c:0.06%~0.10%,si:0.20%~0.35%,mn:1.50%~1.60%,s≤0.005%,p≤0.010%,cr:0.03%~0.05%,ni:1.00%~1.1 0%,cu:0.10%~0.15%,mo:0.015%~0.020%,al:0.020%~0.050%,b<0.0009%,其余为fe及不可避免的杂质,钢坯进入轧钢加热炉加热时,均热段加热温度1100℃~1150℃,均温段保温时间2~3小时,开轧温度900℃-950℃,终轧温度850℃~880℃。不添加nb/v,采用单一添加1%的ni元素,通过优化控轧控冷工艺,通过控制钢筋表层的贝氏体淬硬层厚度和组织形貌,获得了满足-170℃超低温性能指标要求的低温钢筋,降低了成本,简化了工艺。此专利中公开的带肋钢筋棒材的屈服强度级别不是400mpa级,其虽然低温性能优异,但是含有价格昂贵的战略性资源镍合金,成本较高。

3、中国专利cn110669995a公开了一种热轧超低温钢筋及其制备方法,具体公开了一种热轧超低温钢筋及其制备方法。热轧超低温钢筋以质量分数计包括:c0.05%~0.10%、mn1.30%~1.60%、si0.20%~0.35%、p≤0.015%、s≤0.010%、ni1.00%~1.40%、v0.035%~0.07%、cu 0.08%~0.25%、al 0.015%~0.040%、n0.0070%~0.011%、余量的fe。该热轧超低温钢筋性能优良,可满足液化天然气储罐超低温环境下的使用要求。此专利中公开的带肋钢筋棒材的屈服强度级别不是400mpa级,其虽然低温性能优异,但是含有价格昂贵的战略性资源镍合金,成本较高。


技术实现思路

1、为解决上述技术问题,本发明提供了一种经济型低温抗震钢筋及其生产方法,其屈服强度级别为400mpa级,同时耐-50℃低温,能够应用在低温环境中。

2、本发明采取的技术方案如下:

3、一种经济型低温抗震钢筋,所述经济型低温抗震钢筋的化学成分及重量百分比为:c 0.17~0.25%,si 0.30~0.50%,mn 1.40~1.60%,p≤0.010%,s≤0.010%,nb0.020~0.030%,al 0.020~0.040%,n 0.005~0.010%,[h]≤0.00015%,t.o≤0.0020%,其余为fe和不可避免的杂质元素,且满足2≤al/n≤8;2≤nb/n≤6。

4、所述经济型低温抗震钢筋的表层为回火索氏体组织,芯部为铁素体和珠光体的复相组织。

5、表层回火索氏体的深度占钢筋公称直径的9-11%;芯部的组织中,铁素体的体积百分比占比为59-61%。

6、所述经济型低温抗震钢筋的rel≥400mpa;rm≥540mpa;rm/rel≥1.25;agt≥9.0%;-50℃低温下力学性能达到:无缺口试样rel≥450mpa、agt≥5.0%;有缺口试样agt≥2.0%;缺口敏感指数nsr≥1。

7、本发明还提供了所述经济型低温抗震钢筋的生产方法,所述生产方法包括以下步骤:转炉炼钢--lf炉精炼--rh脱气--连铸--棒材轧制,轧后进行在线淬火自回火,然后上冷床冷却。

8、转炉炼钢步骤中,转炉冶炼终点要求c≥0.06%,p≤0.005%,出钢时钢包全程底吹氩,出钢量在1/4~4/5间,加入合金和渣料,加入顺序为:铝铁→渣料→锰硅合金→铌铁合金,出钢过程严格控制下渣量,渣量控制≤2kg/t。

9、lf炉精炼步骤中,钢包进站后开始升温化渣,要求白渣保持时间≥15分钟。

10、所述rh脱气步骤中,钢包进站后开始抽真空,保持真空度≤200pa,破空前保证h≤1.5ppm,破空后软吹氩气时间≥20分钟。

11、所述连铸步骤中,连铸全程保护浇铸,过热度≤35℃,连铸成方坯。

12、所述棒材轧制步骤中,方坯加热温度控制在1050~1150℃,开轧温度控制在1000~1050℃,终轧温度1000~1050℃,轧后淬火至钢筋表面温度450-500℃,然后自回火至钢筋表面温度为850~900℃后直接上冷床冷却。

13、本发明提供的经济型低温抗震钢筋中,各成分作用及控制如下:

14、c:c是钢中主要的强化元素,且价格低廉,但随着c含量的增加,焊接性能恶化,因此本发明c含量范围控制为0.17-0.25%。

15、si:si在钢中主要起固溶强化作用,提高钢的强屈比指标,改善钢的抗震性能,但si含量过高对塑韧性不利,本发明si含量范围控制为0.30-0.50%。

16、mn:mn能提高钢的淬透性,在淬火自回火工艺中发挥作用,提高钢的表层形成回火索氏体的作用,改善钢的强韧性能,但mn含量过高,会降低钢的塑韧性,本发明mn含量范围控制为1.40-1.60%。

17、nb:nb在高温下可固溶于钢中,通过阻止晶界运动来抑制高温奥氏体晶粒的长大,起到细晶强化作用,同时还可以起到固溶强化作用,有利于强屈比指标的提高。但nb超过0.040%时在钢筋中的作用会减弱,同时过高的nb会增加合金成本。本发明nb含量的选择控制为0.020~0.030%。

18、al:al可有效细化晶粒,尤其形成的aln粒子,可有效提高钢的韧性,但al过高则影响钢水的可浇性,本发明al含量范围控制为0.020~0.040%。

19、n:n是廉价的钢的强化元素,尤其与v、al等元素形成氮化物粒子,提高钢的强度,但n含量过高,增加钢的时效倾向,降低塑韧性,本发明n含量范围控制为0.005~0.010%。

20、p、s、h、o:s、p、h、o在本发明钢中属于有害元素,要求越低越好,p、s按≤0.010%控制,h按≤0.00015%控制,o按≤0.0020%控制。

21、a=al/n,高温轧制过程中,析出的al与n形成aln粒子,有利于综合力学性能的改善,但a过高,其中的al不能充分发挥作用,过低,不能有效与n结合,本发明a=al/n范围选择为:2≤a≤8。

22、d=nb/n,轧后冷却过程中,析出的nb与n形成nbn粒子,有利于强度的提高,但d过高,其中的nb不能充分发挥作用,过低,不能有效与n结合,本发明d=nb/n范围选择为:2≤d≤6。

23、本发明提供的经济型低温抗震钢筋成分中,在普通hrb400钢筋成分的基础上,添加一定量的al,形成细小、弥散分布的aln粒子,改善钢的低温性能;添加一定量的nb合金,形成细小、弥散分布的nbn粒子,提高钢的强韧性;通过lf精炼+rh真空脱气,获得低p、低s、低h、低o的纯净钢,改善钢的塑韧性;通过淬火+自回火工艺获得表层为回火索氏体组织,芯部为铁素体+珠光体的复相组织,改善钢的低温强韧性。

24、与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:

25、1.本发明提供的经济型低温抗震钢筋,其表层为回火索氏体组织,芯部为铁素体和珠光体的复相组织,且表层回火索氏体的深度占钢筋公称直径的9-11%,这样的组织中其内的碳化物呈球状弥散分布,不管在常温环境还是低温环境下,在钢筋强度相同的前提下,比碳化物呈块状分布的淬火组织的韧性、塑性指标更好;芯部的组织中,铁素体的体积百分比占比为59-61%,芯部的铁素体组织属于软相组织,随着温度的下降,在强度指标大幅上升的前提下,能够减少钢筋塑性、韧性指标下降的幅度;

26、2.本发明提供的经济型低温抗震钢筋的生产方法中,在轧后进行在线淬火自回火,钢筋先在水冷器中淬火至钢筋表面温度为450-500℃,此时钢筋表层形成马氏体组织,但芯部仍为奥氏体组织,离开水冷器后,钢筋芯部高温热量向表面传递,表面温度升高、芯部温度下降,完成自回火,在钢筋表面形成回火索氏体组织,芯部的奥氏体冷却为铁素体+珠光体,随后进入冷床自然空冷。经此过程显著提升了钢筋的耐低温性能。

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