專利名稱：一種冷軋帶肋鋼筋母材和冷軋帶肋鋼筋的生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)生產(chǎn)高抗拉強(qiáng)度(下稱強(qiáng)度)、高塑性兼?zhèn)涞睦滠垘Ю咪摻?，英文為cold rolled ribbed steel wires and bars，簡(jiǎn)稱CRB。CRB是上世紀(jì)七十年代先進(jìn)工業(yè)國(guó)家開(kāi)發(fā)的一種新型高效建筑鋼材。它是以熱軋圓盤(pán)條為原料，通過(guò)冷拔、冷軋等一系列冷變形方法軋制成表面帶有二列以上橫肋的變截面鋼筋。涉及冶金
背景技術(shù)：
與熱軋光園鋼筋相比，CRB的抗拉強(qiáng)度高，粘接錨固力大。因此，將其應(yīng)用于工業(yè)、民用建筑以及混凝土物件的生產(chǎn)。根據(jù)等強(qiáng)度代換的原則，可以顯著節(jié)約鋼材，節(jié)約水泥，并且可以減少預(yù)應(yīng)力物件放張時(shí)間，提高臺(tái)座周轉(zhuǎn)率，明顯改善物件性能。
目前，國(guó)外生產(chǎn)的CRB的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)均低于670Mpa，比如德國(guó)DIN488-1986CRB抗拉強(qiáng)度為550Mpa，美國(guó)ASTMA496-1985為550Mpa和585Mpa，英國(guó)BS4482-1985為510Mpa，芬蘭SFS1257-1984為5 50Mpa和600Mpa，奧地利ONORM B4200(1980)為560Mpa和670Mpa，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(ISO)DISI0544(1990)為550Mpa。我國(guó)冷軋帶肋鋼筋國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB13788-2000規(guī)定CRB550、CRB650、CRB800、CRB970和CRB1170五種牌號(hào)。
本發(fā)明著重說(shuō)明CRB800牌號(hào)(800代表強(qiáng)度為800Mpa)，它主要應(yīng)用于混凝土中、小構(gòu)件和混凝土現(xiàn)澆工程，用于替代光面冷拔鋼絲。目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)CRB800一般采用鋼種為20MnSi和24MnTi，其化學(xué)成分見(jiàn)表1。
表120MnSi和24MnTi的化學(xué)成分表

這兩個(gè)鋼種存在的缺陷是鋼種24MnTi提高C含量，雖提高了鋼材強(qiáng)度，但同時(shí)鋼材的塑性下降了；鋼種20MnSi基體強(qiáng)度偏低。
軋制這兩個(gè)鋼種的工藝存在的缺陷，主要是母材強(qiáng)度低，冷軋變形量大，達(dá)30％以上，由于加工硬化現(xiàn)象，損失了鋼材的塑性。上述鋼種和工藝的最大缺陷就是強(qiáng)塑性匹配問(wèn)題，主要是合格產(chǎn)品的強(qiáng)度和塑性的富裕量非常小，塑性指標(biāo)一般在δ100＝4-4.5％(標(biāo)準(zhǔn)δ100不小于4％)，故產(chǎn)品合格率一直很低，不合格品主要原因常常是強(qiáng)度合格了，塑性指標(biāo)不合格；塑性指標(biāo)上去了，強(qiáng)度又不夠。再就是松弛指標(biāo)也在極限數(shù)值附近波動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述鋼種和生產(chǎn)工藝存在的缺陷，提出了相應(yīng)的解決方案，提供一種新的工藝技術(shù)，采用鈮微合金化提高基材的強(qiáng)度，高速線材控軋控冷得到強(qiáng)塑性指標(biāo)優(yōu)越的專用母材，冷軋廠控制冷軋變形量的工藝路線生產(chǎn)強(qiáng)度、塑性指標(biāo)高、應(yīng)力松弛指標(biāo)優(yōu)良的優(yōu)質(zhì)冷軋帶肋鋼筋。
微合金化原理，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是在熱變形中利用強(qiáng)碳化物、氮化物或碳氮化物形成元素Nb、V、Ti等的碳氮化物的溶解析出規(guī)律，控制析出時(shí)機(jī)，達(dá)到細(xì)化奧氏體晶粒，從而進(jìn)一步細(xì)化鐵素體晶粒對(duì)鋼產(chǎn)生強(qiáng)韌化作用，以及在鐵素體相中的沉淀強(qiáng)化作用。
本發(fā)明的特點(diǎn)是(1)在國(guó)際上首創(chuàng)了在冶煉CRB800牌號(hào)冷軋帶肋鋼筋的生產(chǎn)過(guò)程中，冶煉時(shí)，加入微量的鈮元素進(jìn)行鋼微合金化，軋制時(shí)通過(guò)控軋控冷恰當(dāng)控制Nb在鋼中形成的碳氮化物在奧氏體中的溶解和析出的量，細(xì)化晶粒，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化和在鐵素體中產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化作用，達(dá)到提高母材熱軋態(tài)強(qiáng)度目的的同時(shí)，確保母材有良好的塑性。(2)為減輕冷軋時(shí)對(duì)鋼塑性的損失程度，通過(guò)控制冷軋變形量在20％以內(nèi)，以達(dá)到減少塑性損失量來(lái)保證冷軋帶肋鋼筋的塑性指標(biāo)。
通過(guò)以上兩點(diǎn)的控制方法，可以使CRB800牌號(hào)冷軋帶肋鋼筋的抗拉強(qiáng)度σb＞800Mpa，伸長(zhǎng)率δ100＞4％，應(yīng)力松弛率10h＜5％，1000h＜8％。以鈮微合金化和合理控制強(qiáng)塑性匹配技術(shù)生產(chǎn)出的CRB800牌號(hào)冷軋帶肋鋼筋的力學(xué)性能完全符合GB13788-2000國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)標(biāo)水平。
本發(fā)明的技術(shù)特征第一選擇合適的鈮合金作為添加料；第二冶煉20MnSiNb系列鋼種(下稱母材)時(shí)，在加入鈮合金時(shí)，要控制好加入時(shí)機(jī)和加入量，連鑄工藝也有特殊的要求；第三選擇合適的軋制工藝，主要是控制加熱溫度、初、終軋制溫度、母材尺寸規(guī)格以及冷軋變形量?，F(xiàn)就這些實(shí)施要點(diǎn)分述如下
1.原材料要求鐵水S≤0.045％P≤0.15％T≥1250℃冶煉用原、輔料必須干燥。
2.冶煉工藝流程冶煉工藝流程是本發(fā)明的又一特點(diǎn)，具體內(nèi)容為鐵水→混鐵爐→氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐/電爐→出鋼時(shí)脫氧合金化＋微合金化→鋼包吹氬精煉→方坯連鑄機(jī)→精整本流程的關(guān)鍵步驟是1、在母材生產(chǎn)中，與其它生產(chǎn)流程不同點(diǎn)是在出鋼脫氧合金化時(shí)增加鈮微合金化方法。脫氧合金化階段出鋼至1/3時(shí)，加入鋁錳鐵、高碳錳鐵、硅鐵及鈮鐵進(jìn)行脫氧合金化，出鋼至2/3鋼水時(shí)，合金加完。2、在連鑄過(guò)程中，控制矯直溫度不小于900℃，防止出現(xiàn)鑄坯表面橫向裂紋。母材的化學(xué)成份如表2。
表2CRB800母材化學(xué)成份表(％) 3.軋制生產(chǎn)工藝軋制生產(chǎn)分為母材熱軋工藝流程和冷軋生產(chǎn)工藝流程。
(1)母材軋制的生產(chǎn)工藝流程加熱爐→粗軋→飛剪→中軋→預(yù)精軋→飛剪→初冷水箱→精軋→三段水冷→吐絲→風(fēng)冷→集卷→檢驗(yàn)→打捆→稱重→掛牌→入庫(kù)。
工藝參數(shù)與母材規(guī)格與常用的軋制工藝不同點(diǎn)，也是本發(fā)明的關(guān)鍵部位之三控軋控冷，嚴(yán)格控制坯料的加熱溫度、粗軋、精軋和吐絲溫度，斯太爾摩冷卻線均需嚴(yán)格控制。加熱段爐溫控制在1150-1250℃，均熱段爐溫控制在1100-1200℃，鋼坯沿長(zhǎng)度方向的溫差不大于30℃，開(kāi)軋溫度控制在1050-1200℃，吐絲機(jī)的入口溫度≤980℃，吐絲溫度950-1000℃。
(2)冷軋軋制生產(chǎn)工藝流程熱軋母材盤(pán)條→上料→除磷、涂粉、軋制刻痕、拉絲→應(yīng)力消除→收線盤(pán)→打捆過(guò)磅→稱重→入庫(kù)本發(fā)明的關(guān)鍵要點(diǎn)之四是冷軋變形量控制在20％左右，而常用的變形量一般在30％以上。
通過(guò)以上要點(diǎn)實(shí)施本發(fā)明后，可以確保產(chǎn)品力學(xué)性能百分之百符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。添加料鈮鐵市場(chǎng)容易買(mǎi)到，約11萬(wàn)元/噸。產(chǎn)品成本提高約50-60元/噸，但成品合格率大為提高，達(dá)到100％，每噸利潤(rùn)150元左右，經(jīng)濟(jì)效益顯著。


說(shuō)明書(shū)附圖1所示為微合金化元素化合物的形成及其析出強(qiáng)化能力。由說(shuō)明書(shū)附圖1可見(jiàn)，不與O、S起反應(yīng)而且能夠生成碳氮化物，從而有析出強(qiáng)化作用的微合金化元素只有Nb和V。
對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用建筑鋼筋來(lái)講，不僅要求其具有較高的強(qiáng)度，同時(shí)還需要良好的延伸性，低的應(yīng)變時(shí)效傾向及穩(wěn)定可靠的耐冷脆性等，對(duì)于CRB800還要求良好的應(yīng)力松弛性能。能夠同時(shí)滿足以上要求而又具經(jīng)濟(jì)性及實(shí)用性的微合金化元素，Nb是最理想的。說(shuō)明書(shū)附圖2所示為微合金化元素Nb、V、Ti物理冶金效果圖。P代表沉淀強(qiáng)化，G代表晶粒細(xì)化強(qiáng)化。
具體實(shí)施例方式
下面舉29爐批中一個(gè)代表性的實(shí)施例加以說(shuō)明。
采用鈮微合金化技術(shù)，經(jīng)高速線材軋機(jī)控軋控冷，生產(chǎn)出φ5.5mm規(guī)格強(qiáng)度高、塑性好的鈮微合金化CRB800牌號(hào)冷軋帶肋鋼筋專用母材，在通過(guò)控制冷軋變形量，生產(chǎn)出φ5mm規(guī)格性能優(yōu)越的鈮微合金化CRB800牌號(hào)冷軋帶肋鋼筋。其化學(xué)成分、力學(xué)性能、延伸率、冷彎、外形尺寸、重量偏差、松弛性能等指標(biāo)均符合GB13788-2000標(biāo)準(zhǔn)要求，特別是塑性指標(biāo)在6-8.8％之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于4％的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)力松弛率10h指標(biāo)在3.6-3.9％，1000h指標(biāo)為5.8％，均明顯優(yōu)于5％和8％的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
冶煉母材所用鐵水的化學(xué)成分為S≤0.045％，P≤0.15％，T≥1250℃，加入廢鋼后進(jìn)行冶煉，脫磷脫硫脫碳升溫，1660度左右出鋼，出鋼至1/3時(shí)，加入鋁錳鐵、高碳錳鐵、硅鐵，脫氧合金化，在加入塊狀含鈮65％的鈮鐵進(jìn)行鈮微合金化，出鋼至2/3鋼水時(shí)合金加完。在連鑄過(guò)程中，控制中包溫度1530℃，控制矯直溫度不小于900℃，防止出現(xiàn)鑄坯面橫向裂紋。其它冶煉過(guò)程與常規(guī)冶煉方法相同。
熱軋過(guò)程中，孔型系統(tǒng)與普碳鋼一樣。
控軋控冷部分要求如表3。表3控軋控冷部分要求

1-2#風(fēng)機(jī)風(fēng)量為每臺(tái)13萬(wàn)m3/h。
機(jī)械性能要求如表4。表4

經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，29爐批CRB800母材的化學(xué)成分波動(dòng)范圍如表5。表5

表6為CRB800母材的力學(xué)性能波動(dòng)范圍。
表6

抽檢的CRB800牌號(hào)冷軋帶肋鋼筋的力學(xué)性能如表7。
表7

表8為CRB800牌號(hào)冷軋帶肋鋼筋的松弛性能。表8

與現(xiàn)有的不加鈮的20MnSi、24MnTi等鋼種軋制的CRB800牌號(hào)冷軋帶肋鋼筋生產(chǎn)工藝相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)CRB800的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)鈮微合金化技術(shù)，提高了CRB800牌號(hào)母材的強(qiáng)度，使得大幅度降低冷軋變形量成為可能，從而保證了冷軋帶肋鋼筋具有較高的塑性，避免了僅靠提高[C]含量或加大冷軋變形量來(lái)提高強(qiáng)度，損失塑性的做法，從根本上解決了CRB800和以上牌號(hào)冷軋帶肋鋼筋強(qiáng)塑性匹配的難題，同時(shí)還降低了冷軋帶肋鋼筋的時(shí)效作用。
權(quán)利要求
1.一種用于生產(chǎn)CRB800牌號(hào)及抗拉強(qiáng)度更高的冷軋帶肋鋼筋的母材，其特征在于采用鈮微合金化工藝，通過(guò)轉(zhuǎn)爐或電爐生產(chǎn)出連鑄方坯，經(jīng)高速線材軋機(jī)控制軋制，生產(chǎn)出所述母材；將該母材經(jīng)熱軋、冷軋刻痕，生產(chǎn)出抗拉強(qiáng)度大于800MPa。
2.如權(quán)利要求1所述母材生產(chǎn)工藝中其特征是鈮微合金化是在出鋼脫氧合金化過(guò)程中，出鋼至1/3時(shí)，加入鋁錳鐵、高碳錳鐵、硅鐵，根據(jù)鋼種需要加入適量的含鈮元素合金，進(jìn)行脫氧合金化，出鋼至2/3鋼水時(shí)，合金加完，保證鑄坯矯直時(shí)溫度大于900℃并使母材化學(xué)成份范圍為C＝0.18-0.24％，Mn＝1.3-1.6％，Si＝0.4-0.7％，P、S≤0.04％，Nb＝0.010-0.070％，Ceq≤0.54％
3.如權(quán)利要求1所述，冷軋帶肋鋼筋CRB800牌號(hào)的生產(chǎn)，其特征是使用所述母材，通過(guò)熱軋控制坯料加熱溫度加熱段爐溫在1150-1250℃，均熱段爐溫控制在1100-1200℃，鋼坯沿長(zhǎng)度方向的溫差不大于30℃，開(kāi)軋溫度控制在1050-1200℃，吐絲機(jī)入口溫度≤980℃，吐絲溫度950-1000℃；在冷軋軋制工藝中需要控制冷軋變形量在20％左右。
全文摘要
本發(fā)明屬于建筑鋼材的生產(chǎn)工藝,主要涉及用鈮微合金化和合理控制強(qiáng)塑性匹配技術(shù)生產(chǎn)CRB800牌號(hào)冷軋帶肋鋼筋母材和CRB800以上牌號(hào)冷軋帶肋鋼筋的生產(chǎn)工藝。其技術(shù)特征是以含鈮元素的合金為添加料,在冶煉過(guò)程中加入鋼水中,恰當(dāng)?shù)目刂乒に噮?shù)和工藝步驟,生產(chǎn)出性能優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB13788－2000要求的抗拉強(qiáng)度不小于800MPa的冷軋帶肋鋼筋。其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)出了高強(qiáng)度、高塑性CRB800牌號(hào)冷軋帶肋鋼筋,解決了強(qiáng)塑性匹配難題。
文檔編號(hào)B21B1/16GK1332045SQ0112701
公開(kāi)日2002年1月23日 申請(qǐng)日期2001年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月23日
發(fā)明者賈寧辰, 蔣筲春, 張雪松, 林桂明, 李有龍, 徐猛, 姚永寬, 顏彬, 劉世仁, 董洪山 申請(qǐng)人:南京鋼鐵集團(tuán)有限公司