屈服強(qiáng)度≥980MPa的貝氏體精軋螺紋鋼筋及生產(chǎn)方法
【專利摘要】屈服強(qiáng)度≥980MPa的貝氏體精軋螺紋鋼筋，其組分及wt%為：C0.10～0.20%、Si0.20～0.50%、Mn1.80～2.3%、P≦0.035%、S≦0.035%、B0.0010～0.0030%；金相組織中貝氏體不低于95%；生產(chǎn)步驟：常規(guī)冶煉并鑄坯；對(duì)鑄坯進(jìn)行堆垛冷卻并至室溫；對(duì)鑄坯加熱；粗軋；精軋；自然空冷至室溫并待用。本發(fā)明是利用組織相變來提高強(qiáng)度的，無需進(jìn)行熱處理，從而降低了生產(chǎn)成本及簡化了工藝，且塑性性能、抗松弛性能更好，也無需改造現(xiàn)有設(shè)備就可生產(chǎn)。
【專利說明】屈服強(qiáng)度& 980MPa的貝氏體精軋螺紋鋼筋及生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]精軋螺紋鋼筋又叫預(yù)應(yīng)力混凝土用螺紋鋼筋，我國于20世紀(jì)80年代開始研發(fā)生產(chǎn)，于2005年經(jīng)國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)審批發(fā)布了 GB/T 20065~2006《預(yù)應(yīng)力混凝土用螺紋鋼筋》標(biāo)準(zhǔn)。精軋螺紋鋼筋是在整根鋼筋上軋有外螺紋的高強(qiáng)度、高精度直條鋼筋。在整根鋼筋的任意截面都能旋上帶有內(nèi)螺紋的連接器進(jìn)行連結(jié)，或旋上螺紋帽進(jìn)行錨固，具有連接、錨固簡便，粘著力強(qiáng)，施工方便等優(yōu)點(diǎn)，又因省掉焊接工藝，避免了由于焊接而造成的內(nèi)應(yīng)力及組織不穩(wěn)定等引起的斷裂，因此被廣泛應(yīng)用于大型水利工程、公路、鐵路、大中跨橋梁等工程。隨著國家加大基礎(chǔ)設(shè)施投資力度，國內(nèi)高鐵項(xiàng)目對(duì)精軋螺紋鋼的需求用量逐年遞增。精軋螺紋鋼筋的合金含量高、強(qiáng)度高、成形較困難，屬鋼筋中附加值高的高端產(chǎn)品O
[0002]中國專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200710118997.0的專利文獻(xiàn)，其公開了高強(qiáng)度精軋螺紋鋼筋的生產(chǎn)方法，鋼坯材質(zhì)為中碳低合金鋼， 工藝流程為轉(zhuǎn)爐冶煉一鋼包釩微合金化一LF爐精煉一全保護(hù)澆鑄一鋼坯檢查一加熱爐加熱一控制軋制一軋后控制冷卻；其中連鑄過程采用130mm2小方坯全保護(hù)澆鑄；軋制過程開軋溫度950-1100°C，精軋入口溫度800_950°C;軋后采用兩段式或三段式分級(jí)控制冷卻方式，出一冷段溫度控制在700-850°C之間，出二冷段或三冷段上冷床回火溫度控制在570-700°C之間。其存在的不足:工序復(fù)雜，需要維護(hù)多個(gè)水箱設(shè)備，多線在線冷卻不能充分發(fā)揮自回火的功能，而此工藝即是一種強(qiáng)穿水工藝使得表面有一層厚的淬硬層來提高強(qiáng)度，其邊部組織為回火索氏體，中心為鐵素體+珠光體。該方法不易控制，強(qiáng)度富余量不高；若淬硬層厚度太薄使強(qiáng)度達(dá)不到要求，若太厚雖強(qiáng)度富余量高，但延伸率顯著降低而不能滿足使用性能。
[0003]經(jīng)檢索:中國專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N93115947.4的專利文獻(xiàn)，公開了一種空冷變態(tài)貝氏體高強(qiáng)螺紋鋼及處理工藝；其成分為C 0.28~0.36%，Mn 0.80~1.20%，Cr 0.70~
1.10%, Si 0.60 ~1.20%,Mo 0.20 ~0.40%, V 0.10 ~0.15%，其余為 Fe,限制 S、P 含量分別小于0.03% ;終軋溫度控制在880~900°C，余熱在200~300°C區(qū)間回火2~3小時(shí)后空冷；從而獲得了強(qiáng)韌性極佳的變態(tài)貝氏體螺紋鋼。其存在的不足:工序復(fù)雜，即需要熱處理工藝，導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加；其Cr含量高達(dá)0.7%以上，存在晶界偏析厲害，易在軋制冷卻時(shí)產(chǎn)生馬氏體組織而使塑性變差，延伸率也不能滿足要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種利用貝氏體組織強(qiáng)化技術(shù)來生產(chǎn)的精軋預(yù)應(yīng)力鋼筋的方法；鋼板金相組織主要為不低于95%的貝氏體組織，同時(shí)力學(xué)性能穩(wěn)定，各種性能均優(yōu)于市場上精軋螺紋鋼筋，且化學(xué)成分簡單，使成本至少可比目前降低100元/噸，且無需后期熱處理工藝。
[0005]本申請(qǐng)為了實(shí)現(xiàn)上述目的，對(duì)實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)的目的起影響或者關(guān)鍵作用的合金元素及工藝進(jìn)行了深入的研究其結(jié)果，為了即使在保證性能的前提下，還能實(shí)現(xiàn)降低生產(chǎn)成本，因此提出了在成分方面主要是利用Si阻止貝氏體相變過程中碳化物的析出，Mn推遲過冷奧氏體的高溫轉(zhuǎn)變，以及微量硼提高鋼的淬透性，促使珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變曲線分離。通過該生產(chǎn)方法，可以得到貝氏體在95%以上的組織，屈服強(qiáng)度≥980MPa的精軋螺紋鋼筋。同時(shí)，本發(fā)明是根據(jù)Mn是擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素，Mn原子在界面富集，對(duì)界面遷移產(chǎn)生釘扎作用即溶質(zhì)拖拽作用，是鐵素體生長顯著減緩?fù)瑫r(shí)也降低了相界附近奧氏體機(jī)體內(nèi)碳的濃度及濃度梯度，導(dǎo)致碳在奧氏體中擴(kuò)散速度降低，進(jìn)一步抑制鐵素體的生長，使鋼的共析轉(zhuǎn)變溫度下降，并推遲過冷奧氏體的珠光體轉(zhuǎn)變，從而能顯著提高鋼的淬透性。另外，本發(fā)明根據(jù)微量的B在奧氏體晶界上有偏聚作用，可有效地抑制先析鐵素體析出，提高了貝氏體淬透性。其作用機(jī)制主要有:(I)硼偏聚在奧氏體晶界，降低了晶界能并減少了鐵素體優(yōu)先形核的位置。(2)硼減少了鐵在晶界上的自身擴(kuò)散系數(shù)，降低了鐵素體的形核速度。(3)由于晶界是鐵素體優(yōu)先形核的位置，所以當(dāng)硼偏聚于晶界后，這些優(yōu)先形核的位置將要消失。(4)沿晶界形成細(xì)小的硼化物并且與基體是相關(guān)的(連貫的、粘著的)，在這種情況下，鐵素體很難在硼化物與基體之間的界面上形核。成分的優(yōu)化，還需要匹配的工藝才行，因此經(jīng)研究，工藝方面主要主要是采取了控制精軋后冷卻工藝，即按照3~12°C /s的速度冷卻到4800C ^OO0C，從而使軋后組織為不低于95%的貝氏體。 [0006]實(shí)現(xiàn)上述目的的措施:
屈服強(qiáng)度≥980MPa的貝氏體精軋螺紋鋼筋，其組分及重量百分比含量為:C 0.10~
0.20%、Si 0.20 ~0.50%、Mn 1.80 ~2.3%、P ^ 0.035%、S = 0.035%、B 0.0010 ~0.0030%,其余為Fe和雜質(zhì)元素；金相組織中貝氏體不低于95%，余為鐵素體。
[0007]優(yōu)選地:當(dāng)鋼筋的直徑為大于Φ32.ι至Φ50.ι規(guī)格時(shí)，以下組分在:C 0.15~
0.20%、Mn 1.95 ~2.3%、B 0.0015 ~0.0030% 取值。
[0008]生產(chǎn)屈服強(qiáng)度≥980MPa的貝氏體精軋螺紋鋼筋的方法，其步驟:
O常規(guī)冶煉并鑄坯，出鋼溫度在1680~1700°C，鑄坯拉速不高于1.8m/min ；
2)對(duì)鑄坯進(jìn)行堆垛冷卻并至室溫；
3)對(duì)鑄坯加熱，控制均熱段溫度為:1100~1200°C，均熱時(shí)間在10(Tl20min；
4)進(jìn)行粗軋，并控制其開軋溫度在:1050~1150°C；
5)進(jìn)行精軋，精軋后立即以:Tl2°C/s的速度冷卻到480°C飛00°C范圍內(nèi)上冷床，總的壓縮比不低于25;
6)自然空冷至室溫并待用。
[0009]本發(fā)明中各元素及主要工序的作用
C =C是提高鋼材強(qiáng)度最有效的元素，但是當(dāng)其含量低于0.1%時(shí)，會(huì)導(dǎo)致力學(xué)性能不足而增加合金添加量從而增加了生產(chǎn)成本，當(dāng)其含量高于0.2%，不利于貝氏體的形核和長大，因?yàn)樨愂象w形核必須在低碳區(qū)，因此，本發(fā)明C選擇在0.1-0.2%。
[0010]S1:特別強(qiáng)烈地阻止貝氏體轉(zhuǎn)變時(shí)碳化物的形成，促使尚未轉(zhuǎn)變的奧氏體富集碳，形成無碳化物貝氏體，提高貝氏體鋼的韌性，硅含量小于0.2%時(shí)，無法發(fā)揮抑制碳化物的形成作用，含量過高，則殘余奧氏體含量過高，鋼的強(qiáng)度下降，所以選擇Si的范圍在0.2~
0.5%
Mn:Mn是擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素，Mn原子在界面富集，對(duì)界面遷移產(chǎn)生釘扎作用即溶質(zhì)拖拽作用，是鐵素體生長顯著減緩?fù)瑫r(shí)也降低了相界附近奧氏體機(jī)體內(nèi)碳的濃度及濃度梯度，導(dǎo)致碳在奧氏體中擴(kuò)散速度降低，進(jìn)一步抑制鐵素體的生長，使鋼的共析轉(zhuǎn)變溫度下降，并推遲過冷奧氏體的珠光體轉(zhuǎn)變，從而能顯著提高鋼的淬透性，錳低于下限時(shí)，發(fā)揮不了上述作用，錳過高，加劇其在鋼中的偏析，在偏析嚴(yán)重的地方容易析出粗大馬氏體，而使鋼的韌性急劇降低，所以選擇Mn的范圍在1.2~1.5% ；
P、S:作為有害元素，其含量越低越好。S含量過高，會(huì)形成大量的MnS夾雜，降低鋼材的機(jī)械性能，因此含量越低越好，所以選擇S的范圍在S 0.035% ;P易在晶界偏析，增加鋼筋的脆性，因此含量越低越好，所以選擇P的范圍在=0.035%。
[0011]B:在奧氏體晶界上有偏聚作用，可有效地抑制先析鐵素體析出，提高了鋼的淬透性，隨著含量的增加其淬透性成直線增加，但超過0.0030%時(shí)，其效果不再明顯的增加，反而增加了成本，所以選擇B的范圍在0.0010~0.0030%。
[0012]之所以采用精軋后立即以:Tl2°C /s的速度冷卻到480°C飛00°C，經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)，如低于:TC /s冷卻速度，鐵素體量會(huì)很多而使力學(xué)性能達(dá)不到要求，如高于12°c /s冷卻速度，則會(huì)出現(xiàn)馬氏體，而使得塑性變差導(dǎo)致延伸率不合格。因此，在本發(fā)明中選擇:Tl2°C/s的速度冷卻，才能使金相組織中貝氏體不低于95%，從而避免出現(xiàn)馬氏體或者過多的鐵素體而使性能不合格的現(xiàn)象。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，是利用組織相變來提高強(qiáng)度的，無需進(jìn)行熱處理，從而降低了生產(chǎn)成本及簡化了工藝，且塑性性能、抗松弛性能更好，也無需改造現(xiàn)有設(shè)備就可生產(chǎn)。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]附圖為本發(fā)明的金相組織圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面對(duì)本發(fā)明予以詳細(xì)描述:
對(duì)實(shí)施例1的鑄坯尺寸為230 X 250mm外，均采用200 X 200mm的方坯；
表1為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的取值列表；
表2為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的主要工藝參數(shù)列表；
表3為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例性能檢測情況列表。
[0016]本發(fā)明各實(shí)施例按照以下步驟生產(chǎn):
O常規(guī)冶煉并鑄坯，出鋼溫度在1680~1700°C，鑄坯拉速不高于1.8m/min ；
2)對(duì)鑄坯進(jìn)行堆垛冷卻并至室溫；
3)對(duì)鑄坯加熱，控制均熱段溫度為:1100~1200°C，均熱時(shí)間在10(Tl20min；
4)進(jìn)行粗軋，并控制其開軋溫度在:1050~1150°C；
5)進(jìn)行精軋，精軋后立即以:Tl2°C/s的速度冷卻到480°C飛00°C范圍內(nèi)上冷床，總的壓縮比不低于25;
6)自然空冷至室溫并待用。
[0017]表1本發(fā)明實(shí)施例與比較例的化學(xué)成分列表(wt%)
【權(quán)利要求】
1.屈服強(qiáng)度≥980MPa的貝氏體精軋螺紋鋼筋，其組分及重量百分比含量為:C0.10 ~0.20%、Si 0.20 ~0.50%、Mn 1.80 ~2.3%、P = 0.035%、S = 0.035%、B 0.0010 ~0.0030%,其余為Fe和雜質(zhì)元素；金相組織中貝氏體不低于95%，余為鐵素體。
2.如權(quán)利要求1所述的屈服強(qiáng)度>980MPa的貝氏體精軋螺紋鋼筋，其特征在于:當(dāng)鋼筋的直徑為大于Φ32_至Φ50_規(guī)格時(shí)，以下組分在:C 0.15~0.20%,Mn 1.95~2.3%、B 0.0015 ~0.0030% 取值。
3.生產(chǎn)權(quán)利要求1所述的屈服強(qiáng)度>980MPa的貝氏體精軋螺紋鋼筋的方法，其步驟: 1)常規(guī)冶煉并鑄坯，出鋼溫度在1680~1700°C，鑄坯拉速不高于1.8m/min ； 2)對(duì)鑄坯進(jìn)行堆垛冷卻并至室溫； 3)對(duì)鑄坯加熱，控制均熱段溫度為:1100~1200°C，均熱時(shí)間在10(Tl20min； 4)進(jìn)行粗軋，并控制其開軋溫度在:1050~1150°C； 5)進(jìn)行精軋，精軋后立即以:Tl2°C/s的速度冷卻到480°C飛00°C范圍內(nèi)上冷床，總的壓縮比不低于25; 6)自然空冷至室溫并待 用。
【文檔編號(hào)】C22C38/04GK104018059SQ201410287659
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】徐志東, 范植金, 龍莉, 徐志, 吳杰, 朱啟銘, 周新龍 申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司