一種600MPa級綠色熱處理高強度鋼筋及其加工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種600MPa級綠色熱處理高強度鋼筋及其加工方法，其重量百分比化學(xué)成分為：C:0.18﹣0.3%，Si:0.6﹣1.1%，Mn:1.0﹣1.9%，Cr:0.05﹣0.2%，Nb:0.01﹣0.05%，V:0.01﹣0.05%，余量為Fe。本發(fā)明的高強度鋼筋屈服強度達到600MPa，屈服平臺不隨時間延長而消失，抗拉強度高，塑性高且加工制造污染少、節(jié)省鋼材、成本低。
【專利說明】—種600MPa級綠色熱處理高強度鋼筋及其加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明涉及一種鋼筋及其加工方法，具體涉及一種600MPa級綠色熱處理高強度鋼筋及其加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，由于房產(chǎn)事業(yè)、機械事業(yè)等的發(fā)展，鋼鐵的需求量大大提高，人們對鋼鐵的要求也越來越高，國家鋼鐵工業(yè)“十二五”規(guī)劃中就提出“加速淘汰335兆帕級螺紋鋼筋”、“加強高強鋼筋和高強混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震性能的研究，開展600兆帕級及以上螺紋鋼筋產(chǎn)品研發(fā)”，現(xiàn)在很多大鋼廠試生產(chǎn)的HRB600級螺紋鋼主要通過添加“V”或“VN”合金來達到提高強度的目的，添加量達到0.15%左右，眾所周知，添加合金成本將提高300-400元，而大規(guī)模化生產(chǎn)該品種鋼筋時，由于受合金成份變化、生產(chǎn)速度、冶煉及軋制工藝等因素的限制，所生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量也不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)強度低、強屈比不合格的現(xiàn)象，特別是14mm以下規(guī)格的產(chǎn)品更嚴(yán)重。發(fā)明專利(申請?zhí)?201110086374.6)中公開的鋼材經(jīng)過成份配比、加熱、冷卻、淬火、回火工藝生產(chǎn)，該工藝選擇了鋼材成份改變和經(jīng)過兩次升溫過程，一定程度上提高了冶煉成本和電耗成本，但是其塑性低且強屈比較小，易發(fā)生瞬間斷裂，造成整體斷裂等事故，此外，現(xiàn)有的熱處理高強度鋼筋加工方法存在嚴(yán)重環(huán)境污染、浪費電能和鋼材資源、生產(chǎn)成本較高等缺點。一種能克服以上缺陷的600MPa及以上高強度鋼筋及其加工方法成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種600MPa級綠色熱處理高強度鋼筋及其加工方法，屈服強度到600MPa，屈服平臺不隨時間延長而消失，抗拉強度高，塑性高且加工制造污染少、節(jié)省鋼材、成本低。
[0004]本發(fā)明解決以上技術(shù)問題的技術(shù)方案是: 一種600MPa級綠色熱處理高強度鋼筋，其特征在于:其重量百分比化學(xué)成分為:C:0.18 - 0.3%, S1:0.6 - 1.1%,Mn:1.0 - 1.9%, Cr:0.05 - 0.2%,Nb:0.01 - 0.05%, V:0.01-0.05%，余量為 Fe。
[0005]600MPa級綠色熱處理高強度鋼筋的加工方法，按以下步驟進行:
(一)將含有上述比例的化學(xué)成份作為原料，冶煉(爐外精煉)后得到鋼坯，鋼坯加熱到950~1200°C，開軋溫度930~1120°C，終軋溫度850~870°C，將鋼坯熱軋成表面帶有螺紋的鋼筋，熱軋后弱冷至840~980°C，再自然冷卻至室溫；
(二)將步驟一中軋制好的鋼筋放到空心管感應(yīng)加熱器內(nèi)快速感應(yīng)加熱到830-900°C，然后第一冷卻工序冷卻到室溫；
第一冷卻工序具體為:采用水霧或壓縮空氣以每秒2-5°C的冷卻速度先將鋼筋冷卻到610-660°C，然后再緩慢冷卻到室溫；
(三)將步驟二中冷卻好的鋼筋經(jīng)過回火加熱到500-590°C，然后保溫5-7秒后，通過第二冷卻工序冷卻到室溫；
第二冷卻工序具體為:采用水冷與空冷結(jié)合，先采用水冷以3.5-3.70C /s的冷卻速率將鋼筋水冷至420-440°C，然后空冷至230-350°C，再采用水冷以2.5-2.7V /s的冷卻速率將鋼筋水冷至180-20(TC，最后空冷至室溫；
(四)將步驟三中冷卻后的鋼筋加熱到410-430°C保溫45分鐘以上，進行晶粒穩(wěn)定化處
理；
(五)將經(jīng)穩(wěn)定化處理的鋼筋進行加載冷卻。
[0006]本發(fā)明進一步限定的技術(shù)方案是:
前述的600MPa級綠色熱處理高強度鋼筋，其重量百分比化學(xué)成分為:C:0.24%，Si:
0.75%, Mn: 1.5%, Cr:0.14%, Nb:0.02%, V:0.04%，余量為 Fe。
[0007]前述的600MPa級綠色熱處理高強度鋼筋，其重量百分比化學(xué)成分為:C:0.18%，Si:0.9%, Mn: 1.0%, Cr:0.2%, Nb:0.04%, V:0.02%，余量為 Fe。
[0008]前述的600MPa級綠色熱處理高強度鋼筋，其重量百分比化學(xué)成分為:C:0.3%，Si:
0.6%, Mn: 1.9%, Cr:0.08%, Nb:0.05%, V:0.05%，余量為 Fe。
[0009]前述的600MPa級綠色熱處理高強度鋼筋，步驟(五)中的加載冷卻，在維持載荷恒定冷卻至100°C以下再卸載。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
(I)該鋼筋的化學(xué)成份中沒有添加大量貴重的合金，降低了鋼筋的成本，選擇性的加入微量合金元素Cr:0.05 - 0.2%, Nb:0.01 - 0.05%，以及V:0.01 - 0.05%中的任意一種或兩種以上的組合；Cr的加入主要是增加鋼的淬透性，顯著提高強度、硬度和耐磨性，也增加了鋼的耐蝕性和抗氧化能力；
Nb與C的親和力比較大，Nb加入鋼中后優(yōu)先于C結(jié)合生成碳化鈮(NbC)，有效防止晶間腐蝕；
Nb、V的加入:a、在軋鋼后的鋼筋隨著加熱溫度的提高及保溫時間的延長，奧氏體晶粒越來越大時形成他們的碳、氮化物彌散的小顆粒對奧氏體晶界起固定作用，阻止奧氏體晶粒長大，提高鋼的粗化溫度山、在軋制的進行中溫度逐漸降低時，Nb、V的碳、氮化物在奧氏體中的溶度積減小，加之形變誘導(dǎo)析出的作用，其碳、氮化物在奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變之前彌散析出，成為鐵素體的形核劑，使鐵素體在較小的過冷度下大量形成，不易長大，從而細化了鐵素體晶粒，提高屈服強度和抗拉強度；c、加入Nb、V—方面可在減少碳當(dāng)量含量的同時提高強度，另一方面，將不純物質(zhì)如氧、氮、硫等固定起來，從而改善鋼的可焊性。
[0011](2)本發(fā)明加工方法中在冶煉過程時采用爐外精煉可提高鋼的質(zhì)量，縮短冶煉時間，簡化工藝過程并降低生產(chǎn)成本，鋼坯加熱到950~1200°C，開軋溫度控制在930~1120°C，終軋溫度控制在850~870°C，熱軋后弱冷至840~980°C，再自然冷卻至室溫，確保軋制后鋼筋的晶粒度達到9級以上，同時軋制后的鋼筋通過快速的感應(yīng)加熱阻止奧氏體晶粒度的長大，保持細晶粒狀態(tài)，保證了后續(xù)熱處理后成品鋼筋的晶粒度達到11級以上；細晶化處理可迅速提高屈服強度和抗拉強度的同時保持超高塑性。
[0012](3)本發(fā)明加工方法中第一冷卻工序采用緩慢冷卻方式將空氣與水霧冷卻或壓縮空氣相結(jié)合冷卻，促進極細鐵素體的形成，改變了珠光體的溫度轉(zhuǎn)變點，使其介于層片狀與粒狀形貌，這種珠光體組織在稍微犧牲部分強度的同時提高了塑性。[0013](4)本發(fā)明加工方法中第一冷卻工序緩慢冷卻與后續(xù)第二冷卻工序快速冷卻相結(jié)合的技術(shù)方案，使原有軋制鋼筋中滲碳體明顯碎化，但保持一定的有序排列，同時讓鐵素體形成連續(xù)結(jié)構(gòu)，使其在形變時位錯滑移變得較容易，有利于提高塑性。
[0014](5)高溫回火降低強度，提高塑性，可促使熱處理鋼筋穩(wěn)定化，由于該工藝技術(shù)未形成高密度的位錯，從而形成屈服平臺。
[0015](6)經(jīng)過后續(xù)的鋼筋晶粒穩(wěn)定化處理，可保持該鋼筋的屈服平臺不隨時間延長而消失，起到碳再平衡的作用。
[0016](7)由于現(xiàn)有技術(shù)中，需要連續(xù)拉拔，為了便于連續(xù)拉拔就必須有酸洗磷化工序，而本申請無需連續(xù)拉拔，先冶煉后軋成帶有螺紋的HRB400的鋼筋送入感應(yīng)器加熱，無需酸洗磷化工序，不使用鹽酸或硫酸進行酸洗和磷化，避免污染具有綠色環(huán)保的優(yōu)點。
【具體實施方式】
[0017]實施例1
本實施例提供的一種600MPa級綠色熱處理高強度鋼筋，其重量百分比化學(xué)成分為:C:0.24%, Si:0.75%, Mn: 1.5%, Cr:0.14%, Nb:0.02%, V:0.04%，余量為 Fe。
[0018]本實施例的600MPa級綠色熱處理高強度鋼筋的加工方法，按以下步驟進行:
(一)將含有上述比例的化學(xué)成份作為原料，冶煉后得到鋼坯，鋼坯加熱到970°C，開軋溫度930°C，終軋溫度8 70°C，將鋼坯熱軋成表面帶有螺紋的鋼筋，熱軋后弱冷至840°C，再自然冷卻至室溫；
(二)將步驟一中軋制好的鋼筋放到空心管感應(yīng)加熱器內(nèi)快速感應(yīng)加熱到830°C，然后第一冷卻工序冷卻到室溫；
第一冷卻工序具體為:采用水霧或壓縮空氣以每秒4°C的冷卻速度先將鋼筋冷卻到650°C，然后再緩慢冷卻到室溫；
(三)將步驟二中冷卻好的鋼筋經(jīng)過回火加熱到580°C，然后保溫5秒后，通過第二冷卻工序冷卻到室溫；
第二冷卻工序具體為:采用水冷與空冷結(jié)合，先采用水冷以3.50C /s的冷卻速率將鋼筋水冷至440°C，然后空冷至320°C，再采用水冷以2.7°C /s的冷卻速率將鋼筋水冷至190°C，最后空冷至室溫；
(四)將步驟三中冷卻后的鋼筋加熱到410°C保溫50分鐘，進行晶粒穩(wěn)定化處理；
(五)將經(jīng)穩(wěn)定化處理的鋼筋進行加載冷卻，在維持載荷恒定冷卻至90°C再卸載。
[0019]實施例2
本實施例提供的一種600MPa級綠色熱處理高強度鋼筋，其重量百分比化學(xué)成分為:C:0.18%, Si:0.9%, Mn: 1.0%, Cr:0.2%, Nb:0.04%, V:0.02%，余量為 Fe。
[0020]本實施例的600MPa級綠色熱處理高強度鋼筋的加工方法，按以下步驟進行:
(一)將含有上述比例的化學(xué)成份作為原料，冶煉后得到鋼坯，鋼坯加熱到1200°C，開軋溫度1110°C，終軋溫度850°C，將鋼坯熱軋成表面帶有螺紋的鋼筋，熱軋后弱冷至890°C，再自然冷卻至室溫；
(二)將步驟一中軋制好的鋼筋放到空心管感應(yīng)加熱器內(nèi)快速感應(yīng)加熱到850°C，然后第一冷卻工序冷卻到室溫；第一冷卻工序具體為:采用水霧或壓縮空氣以每秒3°C的冷卻速度先將鋼筋冷卻到630°C，然后再緩慢冷卻到室溫；
(三)將步驟二中冷卻好的鋼筋經(jīng)過回火加熱到550°C，然后保溫7秒后，通過第二冷卻工序冷卻到室溫；
第二冷卻工序具體為:采用水冷與空冷結(jié)合，先采用水冷以3.70C /s的冷卻速率將鋼筋水冷至420°C，然后空冷至300°C，再采用水冷以2.50C /s的冷卻速率將鋼筋水冷至200°C，最后空冷至室溫；
(四)將步驟三中冷卻后的鋼筋加熱到420°C保溫65分鐘，進行晶粒穩(wěn)定化處理；
(五)將經(jīng)穩(wěn)定化處理的鋼筋進行加載冷卻，在維持載荷恒定冷卻至75°C再卸載。
[0021]實施例3
本實施例提供的一種600MPa級綠色熱處理高強度鋼筋，其重量百分比化學(xué)成分為:C:0.3%, Si:0.6%, Mn: 1.9%, Cr:0.08%, Nb:0.05%, V:0.05%，余量為 Fe。[0022]本實施例的600MPa級綠色熱處理高強度鋼筋的加工方法，按以下步驟進行:
(一)將含有上述比例的化學(xué)成份作為原料，冶煉后得到鋼坯，鋼坯加熱到1000°c，開軋溫度980°C，終軋溫度860°C，將鋼坯熱軋成表面帶有螺紋的鋼筋，熱軋后弱冷至940°C，再自然冷卻至室溫；
(二)將步驟一中軋制好的鋼筋放到空心管感應(yīng)加熱器內(nèi)快速感應(yīng)加熱到890°C，然后第一冷卻工序冷卻到室溫；
第一冷卻工序具體為:采用水霧或壓縮空氣以每秒5°C的冷卻速度先將鋼筋冷卻到610°C，然后再緩慢冷卻到室溫；
(三)將步驟二中冷卻好的鋼筋經(jīng)過回火加熱到510°C，然后保溫6秒后，通過第二冷卻工序冷卻到室溫；
第二冷卻工序具體為:采用水冷與空冷結(jié)合，先采用水冷以3.6°C /s的冷卻速率將鋼筋水冷至430°C，然后空冷至250°C，再采用水冷以2.6V /s的冷卻速率將鋼筋水冷至180°C，最后空冷至室溫；
(四)將步驟三中冷卻后的鋼筋加熱到430°C保溫70分鐘，進行晶粒穩(wěn)定化處理；
(五)將經(jīng)穩(wěn)定化處理的鋼筋進行加載冷卻，在維持載荷恒定冷卻至40°C再卸載。
[0023]除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種600MPa級綠色熱處理高強度鋼筋，其特征在于:其重量百分比化學(xué)成分為:C:0.18 - 0.3%, S1:0.6 - 1.1%,Mn:1.0 - 1.9%, Cr:0.05 - 0.2%,Nb:0.01 - 0.05%, V:0.01-0.05%，余量為 Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的600MPa級綠色熱處理高強度鋼筋，其特征在于:其重量百分比化學(xué)成分為:C:0.24%, Si:0.75%, Mn: 1.5%, Cr:0.14%, Nb:0.02%, V:0.04%，余量為 Fe。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的600MPa級綠色熱處理高強度鋼筋，其特征在于:其重量百分比化學(xué)成分為:C:0.18%, Si:0.9%, Mn: 1.0%, Cr:0.2%, Nb:0.04%, V:0.02%，余量為 Fe。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的600MPa級綠色熱處理高強度鋼筋，其特征在于:其重量百分比化學(xué)成分為:C:0.3%, Si:0.6%, Mn: 1.9%, Cr:0.08%, Nb:0.05%, V:0.05%，余量為 Fe。
5.如權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的600MPa級綠色熱處理高強度鋼筋的加工方法，其特征在于:按以下步驟進行: (一)將含有上述比例的化學(xué)成份作為原料，冶煉后得到鋼坯，鋼坯加熱到950~1200°C，開軋溫度930~1120°C，終軋溫度850~870°C，將鋼坯熱軋成表面帶有螺紋的鋼筋，熱軋后弱冷至840~980°C，再自然冷卻至室溫； (二)將步驟一中軋制好的鋼筋放到空心管感應(yīng)加熱器內(nèi)快速感應(yīng)加熱到830-900°C，然后經(jīng)第一冷卻工序冷卻到室溫； 所述第一冷卻工序具體為:采用水霧或壓縮空氣以每秒2-5°C的冷卻速度先將鋼筋冷卻到610-660°C，然后 再緩慢冷卻到室溫； (三)將步驟二中冷卻好的鋼筋經(jīng)過回火加熱到500-590°C，然后保溫5-7秒后，通過第二冷卻工序冷卻到室溫； 所述第二冷卻工序具體為:采用水冷與空冷結(jié)合，先采用水冷以3.5-3.70C /s的冷卻速率將鋼筋水冷至420-440°C，然后空冷至230-350°C，再采用水冷以2.5-2.7V /s的冷卻速率將鋼筋水冷至180-20(TC，最后空冷至室溫； (四)將步驟三中冷卻后的鋼筋加熱到410-430°C保溫45分鐘以上，進行晶粒穩(wěn)定化處理； (五)將經(jīng)穩(wěn)定化處理的鋼筋進行加載冷卻。
6.如權(quán)利要求5所述的600MPa級綠色熱處理高強度鋼筋的加工方法，其特征在于:所述步驟(五)中的加載冷卻，在維持載荷恒定冷卻至100°C以下再卸載。
【文檔編號】C22C38/38GK103643143SQ201310583364
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】吳海洋, 姚圣法 申請人:江蘇天舜金屬材料集團有限公司