一种稀土和氮微合金化处理的HRB400E盘螺钢筋及其生产方法技术

本发明专利技术公开了一种稀土和氮微合金化HRB400E盘螺钢筋及其生产方法，利用微量的稀土和氮在钢筋中的析出强化作用，部分代替固溶强化元素锰和硅，部分或全部代替钒或铌，采用控制轧和控制冷却工艺，通过控制轧制和冷却过程中的相变与二相粒子析出，解决盘螺同圈性能差大(一般在30

【技术实现步骤摘要】
一种稀土和氮微合金化处理的HRB400E盘螺钢筋及其生产方法


[0001]本专利技术属于盘螺钢筋制备
，尤其涉及一种稀土和氮微合金化处理的HRB400E盘螺钢筋及其生产方法。

技术介绍

[0002]钢筋混凝土用热轧带肋钢筋，从热轧交货的形状可分为直条螺纹钢和盘条螺纹钢，其中盘条螺纹钢的直径主要为6
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12mm。轧制主要工序为：钢坯加热
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粗轧机组轧制
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中轧机组轧制
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A组冷却水箱冷却
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预精轧机组轧制
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B组冷却水箱冷却
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精轧机组轧制
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C组冷却水箱冷却
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减径机组—吐丝机
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斯泰尔摩散卷冷却
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集卷。随着GB/T1499.2
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2018国家新标准的实施，对螺纹钢的微观组织有明确的规定和限制，利用轧后余热在线热处理的螺纹钢强穿水工艺使用受到了限制，热轧状态的成品钢筋不允许出现回火马氏体组织。钢筋生产企业若不进行微合金化与控轧控冷工艺技术创新，只能通过大幅度提高钢中硅、锰、钒、铌等元素的含量来满足新标准对组织与性能的要求。但这样，一方面会增加诸如硅、锰合金及钒、铌等合金的用量，形成增量化生产，造成资源和环境负荷增加，这与当今“碳达峰、碳中和”背道而驰；另一方面大幅增加盘螺钢筋的生产成本，给钢筋生产企业带来巨大成本压力。
[0003]另外，依据现有盘条螺纹钢设备与工艺特点，盘条螺纹钢筋存在如下技术问题：因搭接点冷却速率小，且冷却不均匀，造成同圈性能差大；将圆弧状钢筋制成直条状的拉伸试样时，存在变形应力，钢筋拉伸性能数据与盘螺实际性能值存在差别；因盘螺现有成分控制与轧制及冷却工艺特性，造成拉伸试验时无明显屈服点更无明显屈服平台等。
[0004]新标准执行后，采用低成分或超低成分设计，仅仅采用碳、硅、锰合金化，依靠钢筋轧制后余热淬火工艺即强穿水工艺已被淘汰。
[0005]目前，满足GB/T1499.2
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2018国家新标准要求的HRB400EMPa盘螺钢筋目前生产工艺主要有三大类。一类是采用高成分设计和非控轧控冷的高温轧制工艺路线。主要以20MnSi成分为基础的碳锰钢成分体系+钒或铌或钛作为微合金化元素的成份设计，采用锰系和硅系铁合金进行锰和硅合金化，用钒铁或钒氮合金进行钒微合金化，利用铌铁合金进行铌微合金化，用钛铁合金或錋铁合金进行钛或錋微合金化，其主要成分控制[Mn]在1.2
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1.6％之间，[Si]在0.40
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0.80％之间，[C]在0.17
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0.25％之间，[V]控制在0.02
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0.05％之间或[Nb]控制在0.020
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0.05％之间或[Ti]控制在0.015
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0.025％之间，或采用铌钒复合微合金化，或铌钛复合微合金化，或钒钛复合微合金化等成分设计，采用高温度制度，吐丝温度一般在880℃以上，生产出的盘螺钢筋屈服强度(Rel)≥400MPa，抗拉强度≥550MPa，断面收缩率(A)≥17％。主要依靠碳、锰和硅固溶强化和钒或铌或钛固溶或以碳氮化钒析出强化，该方法为最为传统和最为成熟的钢筋生产方法,其产品质量稳定,使用性能良好，且抗震性好。但该方法存在如下问题：
①
硅锰及碳含量较高，需添加较高的钒或铌或钛，合金单耗高且成本高；
②
在凝固和冷却过程中容易产生元素偏析；
③
碳当量偏高焊接性能较差；
④
容易
出现屈服不明显和混晶现象；
⑤
使用铌微合金化时钢的高温塑性较差，含铌钢时连铸拉速超过3米/分钟时极易出现铸坯裂纹、脱方等质量缺陷，甚至出现漏钢事故；铌作为微合金化元素，需提高钢坯加热温度，以确保碳氮化铌回溶至奥氏体中，这样会造成钢坯烧损增加、能源消耗增加、加热炉寿命降低等不利影响；
⑥
采用钛或錋作为微合金化元素时，因钛和錋元素极易与钢中氧、硫及氮结合，除非将钢中上述元素控制在很低含量，否则造成钛或錋元素收得率不稳定，造成钢筋性能波动大，铸坯表面质量缺陷率高，很难满足工业规模生产要求。
⑦
未充分发挥轧线控轧控冷的工艺装备优势与特点。
⑧
钢筋下拉伸试验时无明显屈服平台的比例超98％。
[0006]第二类HRB400EMPa盘螺钢筋采用低成分设计，如硅和锰按20MnSi下限成分控制，添加极其少量或不添加微合金化元素如钒或铌或钛或錋或它们的组合，采用低温或超低温轧制工艺，如开轧温度在950℃以下甚至在800℃左右轧制，低温大变形量轧制，生产出超细晶钢，以晶粒细化和提高位错密度作为提高钢筋强度的主要手段。该方法目前还处于工业试验推广阶段，同时该方法存在缺点是：
①
需要大幅度增加轧机的负荷能力,大幅度增加设备投资和改造旧轧机带来固定资产投资大幅度增加；
②
生产出的钢筋不能采用常规焊接，否则焊接区因晶粒长大，造成钢筋强度大幅度下降；
③
钢筋强屈比降低,抗震性降低；
④
轧制温度过低即在两相区轧制，钢筋极易出现混晶组织，造成钢筋性能波动大。
⑤
低温轧制带来轧制过程电耗升高，导卫、轧辊消耗上升，换辊换曹频率增加；钢筋温度过低也会造成钢筋堆钢事故，不利于生产效率的提高。
⑥
采用该方法生产的HRB400EMPa盘螺钢筋在拉伸试验时95％以上的批次未见明显的屈服平台。
[0007]第三类以20MnSi成分为基础，将硅和锰等固溶强化元素按中下限控制，加入极少使用钒或铌或钛或錋等微合金化元素，选择适当的加热制度、变形制度和轧后冷却制度，实行控轧控冷工艺即采取弱穿水工艺或分段冷却回复工艺，在合金成分降低的前提下，可生产出满足GB/T1499.2
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2018国家新标准要求的HRB400EMPa盘螺钢筋，该方法目前使用较为普遍。存在如下缺陷：
①
需增加穿水设备，增加投资；
②
钢筋性能波动大，时效现象严重；
③
焊接性能差；
④
钢筋容易锈蚀，抗震性差；
⑤
钢筋表面和芯部组织不一致，表面极易出现回火马氏体，超出国家标准钢筋组织为铁素体+珠光体的基本要求。

技术实现思路

[0008]针对现有生产HRB400EMPa盘螺钢筋存在的诸多技术问题，尤其是钢筋生产成本较高、拉伸试验时无明显的屈服平台甚至无明显的屈服点、吐丝温度过低后钢筋出现锈蚀和回火马氏体组织等不足，本专利技术第一目的在于提供一种稀土和氮微合金化处理的HRB400E盘螺钢筋。
[0009]本专利技术的第二个目的于提供一种稀土和氮微合金化处理的HRB400E盘螺钢筋的生产方法。本专利技术的生产方法通过以碳、硅、锰为主要合金，添加微量的稀土和氮作为微合金化元素，结合控轧控冷工艺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稀土和氮微合金化处理的HRB400E盘螺钢筋，其特征在于：所述HRB400E盘螺钢筋，按重量百分比计，化学成分组成如下：C 0.18wt％
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0.25wt％，Si 0.20wt％
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0.60wt％，Mn 0.8wt％
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1.25wt％，N 0.006wt％
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0.0120wt％，∑Re0.0015wt％
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0.0045wt％，X 0.005wt％
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0.025wt％，所述X选自V和/或Nb，余量为铁和不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所述的一种稀土和氮微合金化处理的HRB400E盘螺钢筋，其特征在于：当X选自V时，X在HRB400E盘螺钢筋中的重量百分比为：0.005wt％
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0.02wt％，当X选自Nb时，X在HRB400E盘螺钢筋中的重量百分比为0.005wt％
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0.020wt；所述X选自V和Nb时，X在HRB400E盘螺钢筋中的重量百分比为0.005wt％
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0.025wt％。3.根据权利要求1所述的一种稀土和氮微合金化处理的HRB400E盘螺钢筋，其特征在于：所述∑Re选自La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Dy、Yb、Y、Sc中的至少一种。4.根据权利要求1所述的一种稀土和氮微合金化处理的HRB400E盘螺钢筋，其特征在于：所述HRB400E盘螺钢筋，其Rel在435
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495MPa之间，Rm在595
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645MPa之间，A在25
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35％之间，Agt在10
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15％之间，Rm/Rel在1.31
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1.41之间，冷弯合格率为100％；焊接碳当量≤0.45，三个月时效，Rel和Rm值波动值小于10MPa，盘螺钢筋组织为：铁素体+珠光体为100％，同圈盘螺钢筋性能差小于10MPa，拉伸曲线具有明显屈服平台。5.根据权利要求1
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4任意一项所述的一种稀土和氮微合金化处理的HRB400E盘螺钢筋的生产方法，包括如下步骤：步骤一、钢水冶炼以高炉铁水、废钢、生铁、还原铁中的至少一种为含铁原料，熔炼，并加入造渣剂，并于出钢的过程加入硅锰合金或锰铁合金、硅铁合金、稀土氮合金、稀土合金、钒氮合金或铌铁合金、增碳剂，获得符合设计成份含量的钢水，步骤二 浇铸将钢水在连铸工序连续浇铸获得连铸坯；步骤三 轧制将步骤二获得的连铸坯运送至加热炉进行加热，然后将己加热的连铸坯进行轧制获得盘螺钢筋，所述轧制过程中：控制开轧温度为950
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1050℃，轧件进预精轧机组温度920
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1000℃，轧件进精轧机组温度880
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980℃，轧件进减径机组温度800
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930℃，末机架速度为：80
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130m/s，吐丝温度为700
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900℃；步骤四将步骤三所得盘螺钢筋进行轧后控制冷却，先以2
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6℃/s的速度冷却至560
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630℃，随后以1.5
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2.2℃/s速度冷却至400
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴光亮，吴昊天，肖业明，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：