一种高强度螺纹钢筋及其制备工艺.pdf

摘要
申请专利号：	CN200710119295.4	申请日：	2007.07.19
公开号：	CN101275197A	公开日：	2008.10.01
当前法律状态：	终止	有效性：	无权
法律详情：	未缴年费专利权终止IPC(主分类):C22C 38/04申请日:20070719授权公告日:20090715终止日期:20160719\|\|\|专利权人的姓名或者名称、地址的变更IPC(主分类):C22C 38/04变更事项:专利权人变更前:天津钢铁有限公司变更后:天津钢铁集团有限公司变更事项:地址变更前:300301 天津市东丽区无瑕街五号路1号变更后:300301 天津市东丽区津塘公路398号\|\|\|授权\|\|\|实质审查的生效\|\|\|公开
IPC分类号：	C22C38/04(2006.01); E04C5/03(2006.01); B21B37/74(2006.01); B21B37/46(2006.01); B21B37/16(2006.01); C21D8/06(2006.01)	主分类号：	C22C38/04
申请人：	天津钢铁有限公司
发明人：	曾小平; 董天真; 李树庆; 梁云科; 杨伟增; 巩文旭; 李建强
地址：	300301天津市东丽区无瑕街五号路1号
优先权：
专利代理机构：	北京华谊知识产权代理有限公司	代理人：	刘曼朗
PDF下载：	PDF下载

内容摘要

一种高强度螺纹钢筋及其制备工艺，属于钢铁冶金领域，适用于生产规格为12mm～40mm的螺纹钢筋。本发明高强度螺纹钢筋的成分为：C：0.12～0.25％，Si：0.12～0.80％，Mn：0.30～1.55％，P：0.01～0.035％，S：0.01～0.040％，碳当量：0.19～0.51％，余量为Fe。本发明的工艺流程：方坯→加热→粗、中轧→精轧→QTB穿水→上冷床(自然冷却)→定尺→检验→入库。本发明的优点在于：据螺纹钢筋规格不同设计不同的化学成分，采用轧后余热处理工艺使钢筋同时保持良好的塑、韧性。

权利要求书

1.   一种高强度螺纹钢筋，其特征在于：成分为：C：0.12～0.25％，Si：0.12～0.80％，Mn：0.30～1.55％，P：0.01～0.035％，S：0.01～0.040％，碳当量：0.19～0.51％，余量为Fe。

2.   按照权利要求1所述的钢筋，其特征在于：不同规格钢筋的成分为：
规格为12mm的螺纹钢筋：钢筋成分为：C：0.12～0.22％，Si：0.12～0.30％，Mn：0.30～0.65％，P：0.01～0.035％，S：0.01～0.040％，碳当量：0.19～0.33％，余量为Fe；
规格为14mm～20mm的螺纹钢筋：钢筋成分为：C：0.17～0.23％，Si：0.12～0.30％，Mn：0.50～0.75％，P：0.01～0.035％，S：0.01～0.040％，碳当量：0.25～0.36％，余量为Fe；
规格为22mm～25mm的螺纹钢筋：钢筋成分为：C：0.17～0.25％，Si：0.40～0.80％，Mn：1.20～1.55％，P：0.01～0.035％，S：0.01～0.040％，碳当量：0.37～0.51％，余量为Fe；
规格为30mm～40mm的螺纹钢筋：钢筋成分为：C：0.17～0.25％，Si：0.20～0.60％，Mn：1.0～1.40％，P：0.01～0.035％，S：0.01～0.040％，碳当量：0.34～0.49％，余量为Fe。

3.   一种制备权利要求1所述的螺纹钢筋的工艺，其特征在于：工艺步骤为：原料连铸方坯经过加热处理，进入粗、中轧工序，再进入精轧工序，然后进行QTB穿水处理，最后上冷床自然冷却、定尺、检验、入库。

4.   按照权利要求3所述的工艺，其特征在于：所述的连铸方坯尺寸为：150×150×12000mm；螺纹钢筋规格为：12mm～40mm；连铸方坯成分为：C：0.12～0.25％，Si：0.12～0.80％，Mn：0.30～1.55％，P：0.01～0.035％，S：0.01～0.040％，碳当量：0.19～0.51％，余量为Fe。

5.   按照权利要求3所述的工艺，其特征在于：生产不同规格钢筋使用的连铸方坯的成分为：
规格为12mm的螺纹钢筋：连铸方坯成分为：C：0.12～0.22％，Si：0.12～0.30％，Mn：0.30～0.65％，P：0.01～0.035％，S：0.01～0.040％，碳当量：0.19～0.33％，余量为Fe；
规格为14mm～20mm的螺纹钢筋：连铸方坯成分为：C：0.17～0.23％，Si：0.12～0.30％，Mn：0.50～0.75％，P：0.01～0.035％，S：0.01～0.040％，碳当量：0.25～0.36％，余量为Fe；
规格为22mm～25mm的螺纹钢筋：连铸方坯成分为：C：0.17～0.25％，Si：0.40～0.80％，Mn：1.20～1.55％，P：0.01～0.035％，S：0.01～0.040％，碳当量：0.37～0.51％，余量为Fe；
规格为30mm～40mm的螺纹钢筋：连铸方坯成分为：C：0.17～0.25％，Si：0.20～0.60％，Mn；1.0～1.40％，P：0.01～0.035％，S：0.01～0.040％，碳当量：0.34～0.49％，余量为Fe。

6.   按照权利要求3所述的工艺，其特征在于：所述的加热工序：预热段温度为：800～1000℃，加热段温度为：1100～1170℃，均热段温度为：1070～1140℃；加热总时间为90～120分钟；开轧温度为：980～1060℃。

7.   按照权利要求6所述的工艺，其特征在于：所述的加热工序中轧制不同规格钢筋的开轧温度范围为：
轧制规格为12mm～20mm的螺纹钢筋，开轧温度：1000～1060℃；
轧制规格为22mm～40mm的螺纹钢筋，开轧温度：980～1030℃。

8.   按照权利要求3所述的工艺，其特征在于：所述轧制工艺分为粗轧、中轧和精轧：
(1)粗轧工艺：粗轧机组共6架，采用微张力轧制；除规格为32mm、40mm外的螺纹钢筋轧制时第6架出口红坯尺寸为76mm×76mm，辊缝值10mm；规格为32mm、40mm的螺纹钢筋轧制时第6架出口红坯尺寸为77.3mm×76mm，辊缝值11.3mm；
(2)中轧工艺：中轧机组共8架，采用活套控制技术，无张力轧制。各架次红坯尺寸按轧制程序表执行。
(3)精轧工艺：精轧机组共4架，采用活套控制技术，无张力轧制，终轧速度为4.98～18m/s。

9.   按照权利要求3所述的工艺，其特征在于：所述QTB穿水工艺：冷却水压力为：1.2～1.4MPa；冷却器使用个数为：5～15个；冷却水总流量为：550～975m³/h；冷却时间为：0.51～4.14s；自回火温度为：560～620℃。

10.   按照权利要求9所述的工艺，其特征在于：所述QTB穿水工艺对于生产不同规格的钢筋的工艺参数为：
规格为12mm～14mm的螺纹钢筋：冷却器使用个数为：5～7个；冷却水总流量为：550～630m³/h；冷却时间为：0.51～0.71s；自回火温度为：600～620℃；
规格为16mm～20mm的螺纹钢筋：冷却器使用个数为：9～10个；冷却水总流量为：680～840m³/h；冷却时间为：0.83～1.38s；自回火温度为：580～600℃；
规格为22mm～25mm的螺纹钢筋：冷却器使用个数为：15个；冷却水总流量为：830～975m³/h；冷却时间为：1.25～1.62s；自回火温度为：560～580℃；
规格为30mm～40mm的螺纹钢筋：冷却器使用个数为：14～15个；冷却水总流量为：750～975m³/h；冷却时间为：2.48～4.14s；自回火温度为：560～580℃。

说明书

一种高强度螺纹钢筋及其制备工艺
技术背景
本发明属于钢铁冶金技术领域，特别是提供了一种高强度螺纹钢筋及其制备工艺。
背景技术
钢筋混凝土用热轧带肋钢筋是国内外各类建筑工程中广泛使用的一种关键材料，也是我国冶金行业各钢厂大量生产的一种关键产品。随着建筑行业的快速发展，对该产品提出了更高的质量标准，要求其性能既具有高强度又具有良好的可塑性、可焊接性、耐疲劳及粘结性等指标，才能够满足高层建筑、大跨度、抗震、耐低温等高档建筑工程的需要，同时还可达到节约钢材，降低成本的目的。
国内多数企业采用微合金化热轧工艺生产，而国外企业大多采用余热处理工艺生产，产品性能基本都能达到标准要求，但由于国内外建筑规范认可的产品使用状态不同，使得国内企业采用余热处理工艺生产高强度钢筋没有形成规格系列，而且存在钢筋性能指标波动较大的现象。
天津钢铁有限公司在现有引进意大利DANIELI第5代新型二辊短应力线轧机，LTR(低温控制轧制)和QTB(淬火、自回火处理工艺)穿水冷却工艺(即轧后余热处理)技术优势的基础上，充分挖掘其设备的潜能，以最大限度的节约资源，降低制造成本，采取根据产品规格不同来设计化学成分，来保证性能指标均匀稳定。
轧后余热处理工艺的原理是钢筋在经轧机完成轧制时，具有很高的温度，其金相组织为奥氏体组织，立即进入冷却装置，直接快速水冷却实现淬火，使钢筋在表层得到马氏体组织，心部仍保持奥氏体状态离开冷却装置，心部奥氏体组织在随后的降温过程中，形成珠光体加铁素体组织，而心部热量向表面传递使表层马氏体发生回火，得到回火马氏体，在心部和表层组织之间形成索氏体、珠光体、铁素体等过渡组织。
采用轧后余热处理工艺使钢筋的表层和心部发生不同的相变，在钢筋的表面得到强度较高的回火马氏体淬透层，在心部得到塑性较好的平衡态组织，从而在大幅度提高钢筋强度的同时保持钢筋具有良好的塑、韧性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度螺纹钢筋及其制备工艺，大幅度提高钢筋强度的同时保持钢筋具有良好的塑、韧性。
本发明高强度螺纹钢筋的成分(％)：
C：0.12～0.25，Si：0.12～0.80，Mn：0.30～1.55，P：0.01～0.035，S：0.01～0.040，碳当量：0.19～0.51，余量为Fe。
本发明螺纹钢筋的生产规格为12mm～40mm，不同规格钢筋化学成分的优选范围见下表：

规格 (mm) C％ Si％ Mn％ P％ S％碳当量％ 12 0.12～0.22 0.12～0.30 0.30～0.65 0.01～0.035 0.01～0.040 0.19～0.33 14～20 0.17～0.23 0.12～0.30 0.50～0.75 0.01～0.035 0.01～0.040 0.25～0.36 22～25 0.17～0.25 0.40～0.80 1.20～1.55 0.01～0.035 0.01～0.040 0.37～0.51 30～40 0.17～0.25 0.20～0.60 1.0～1.40 0.01～0.035 0.01～.0040 0.34～0.49

钢筋的成分与原料连铸方坯的成份相同，方坯成分是为轧制高强度螺纹钢筋专门设计的，由天津钢铁公司冶炼，按传统工艺冶炼。
对易于发生相变的小规格适当降低合金元素Si、Mn成分含量，较难发生相变的大规格适当提高合金元素Si、Mn成分含量。
本发明的工艺流程：方坯→加热→粗、中轧→精轧→QTB穿水→上冷床(自然冷却)→定尺→检验→入库。
工艺步骤及参数如下：
(1)原料：150×150×12000mm连铸方坯。
(2)加热工序：将方坯进行三段加热处理，其中预热段温度为：800～1000℃；加热段温度为：1100～1170℃；均热段温度为：1070～1140℃。加热总时间为90～120分钟。到轧制阶段控制温度(即开轧温度)为：980～1060℃。本发明采用侧进侧出蓄热式步进梁加热炉，燃料为高炉煤气。
(3)轧制工艺：分为粗轧、中轧和精轧。
轧制采用18架轧机无扭全连续轧制，平-立交替布置，第16、18架轧机采用平立可转换轧机，可任意转换成平式或立式轧机。
粗轧工艺：粗轧机组共6架，采用微张力轧制。除规格为32mm、40mm外的螺纹钢筋轧制时第6架出口红坯尺寸为76mm×76mm，辊缝值10mm；规格为32mm、40mm的螺纹钢筋轧制时第6架出口红坯尺寸为77.3mm×76mm，辊缝值11.3mm。
中轧工艺：中轧机组共8架，采用活套控制技术，无张力轧制。各架次红坯尺寸按轧制程序表(轧机所配备的标准轧制程序表)执行。
精轧工艺：精轧机组共4架，采用活套控制技术，无张力轧制，终轧速度为4.98～18m/s。其中规格为12mm和14mm的螺纹钢筋将方坯三切分轧制，终轧速度为13.1～13.5m/s；16mm～20mm的螺纹钢筋采用二切分轧制，终轧速度为9.95～15m/s；20mm～40mm的螺纹钢筋采用单线轧制，终轧速度为4.98～18m/s；20mm的螺纹钢筋可采用二切分轧制和单线轧制。
后4架轧机过钢吨位达到额定吨位时应更换孔槽；预切分进口导卫、切分进口导卫和切分出口导卫不但要准确对中轧槽，而且导卫的中心线要保证与轧辊中心线相垂直；由于钢温的波动、轧机压下量的变化等，应及时调整各架轧机的速度，使机架间保持微张力轧制和无张力轧制。
(4)QTB穿水(即淬火、自回火工艺)：分为淬火、自回火和最终冷却三个阶段。相关参数为：开轧温度为：980～1060℃；冷却水压力为：1.2～1.4MPa；冷却器使用个数为：5～15个；冷却水总流量为：550～975m³/h；冷却时间为：0.51～4.14s；自回火温度为：560～620℃。
根据轧件规格的不同，具体工艺参数见下表：
规格(mm)开轧温度(℃)冷却器个数总流量(m³/h)冷却时间(s)自回火温度(℃) 12～14 1000～1060 5～7 550～630 0.51～0.71 600～620 16～20 1000～1060 9～10 680～840 0.83～1.38 580～600 22～25 980～1030 15 830～975 1.25～1.62 560～580 30～40 980～1030 14～15 750～975 2.48～4.14 560～580

QTB水箱共二个，一个为二切分和三切分轧制共用水箱，一个为单线轧制用水箱。
(5)上冷床：自然冷却。
本发明采用意大利DANIELI公司连续式棒材生产线，主要包括DANIELI第5代新型二辊短应力线轧机、QTB控冷水箱(轧后余热处理技术)。
本发明的优点：根据螺纹钢筋规格不同设计不同的化学成分，采用轧后余热处理工艺使钢筋的表层和心部发生不同的相变，在钢筋的表面得到强度较高的回火马氏体淬透层，在心部得到塑性较好的平衡态组织，从而在大幅度提高钢筋强度的同时保持钢筋具有良好的塑、韧性。各规格的螺纹钢筋屈服强度、抗拉强度和强屈比均优于英标标准，力学性能稳定。
具体实施方式
实施例1
规格为12mm螺纹钢筋：成分为：C：0.14％，Si：0.21％，Mn：0.45％，P：0.017％，S：0.012％，碳当量：0.22％，余量为Fe。
(1)原料：150×150×12000mm连铸方坯。
(2)加热工序：将方坯进行三段加热处理，其中预热段温度为：880～930℃；加热段温度为：1130～1160℃；均热段温度为：1100～1130℃。加热总时间为95分钟。到轧制阶段控制温度范围为：1010～1040℃。
(3)轧制工序：
粗轧工艺：粗轧机组采用微张力轧制，第6架轧机出口红坯尺寸为76mm×76mm，辊缝值10mm。
中轧工艺：中轧机组采用活套控制无张力轧制，第14架轧机出口红坯尺寸为43.5mm×18mm，辊缝值6mm。
精轧工艺：精轧机组采用活套控制无张力三切分轧制，终轧速度13.5m/s。
(4)QTB穿水：
冷却水压力为：1.30～1.32MPa；冷却器使用个数为：6个；冷却水总流量为：560～570m³/h；冷却时间为：0.61s；自回火温度为：600～620℃。
(5)上冷床：自然冷却。
实施例2
规格为16mm螺纹钢筋：成分为：C：0.17％，Si：0.22％，Mn：0.66％，P：0.013％，S：0.015％，碳当量：0.28％，余量为Fe。
(1)原料：150×150×12000mm连铸方坯。
(2)加热工序：将方坯进行三段加热处理，其中预热段温度为：890～940℃；加热段温度为：1130～1160℃；均热段温度为：1110～1140℃。加热总时间为95分钟。到轧制阶段控制温度范围为：1020～1050℃。
(3)轧制工序：
粗轧工艺：粗轧机组采用微张力轧制，第6架轧机出口红坯尺寸为76mm×76mm，辊缝值10mm。
中轧工艺：中轧机组采用活套控制无张力轧制，第14架轧机出口红坯尺寸为35.5mm×22.3mm，辊缝值5mm。
精轧工艺：精轧机组采用活套控制无张力二切分轧制，终轧速度15m/s。
(4)QTB穿水：
冷却水压力为：1.35～1.37MPa；冷却器使用个数为：9个；冷却水总流量为：727～737m³/h；冷却时间为：0.83s；自回火温度为：580～600℃。
(5)上冷床：自然冷却
实施例3
规格为22mm螺纹钢筋：成分为：C：0.22％，Si：0.58％，Mn：1.32％，P：0.016％，S：0.019％，碳当量：0.44％，余量为Fe。
(1)原料：150×150×12000mm连铸方坯。
(2)加热工序：将方坯进行三段加热处理，其中预热段温度为：830～880℃；加热段温度为：1110～1140℃；均热段温度为：1080～1110℃。加热总时间为100分钟。到轧制阶段控制温度范围为：990～1020℃。
(3)轧制工序：
粗轧工艺：粗轧机组采用微张力轧制，第6架轧机出口红坯尺寸为76mm×76mm，辊缝值10mm。
中轧工艺：中轧机组采用活套控制无张力轧制，第12架轧机出口红坯尺寸为32.4mm×32.4mm，辊缝值4.5mm。
精轧工艺：精轧机组采用活套控制无张力单线轧制，终轧速度16.45m/s。
(4)QTB穿水：
冷却水压力为：1.35～1.37MPa；冷却器使用个数为：15个；冷却水总流量为：800～810m³/h；冷却时间为：1.25s；自回火温度为：560～580℃。
(5)上冷床：自然冷却。
实施例4
规格为40mm螺纹钢筋：成分为：C：0.20％，Si：0.54％，Mn：1.27％，P：0.016％，S：0.018％，碳当量：0.41％，余量为Fe。
(1)原料：150×150×12000mm连铸方坯。
(2)加热工序：将方坯进行三段加热处理，其中预热段温度为：890～940℃；加热段温度为：1110～1140℃；均热段温度为：1080～1110℃。加热总时间为100分钟。到轧制阶段控制温度范围为：990～1020℃。
(3)轧制工序：
粗轧工艺：粗轧机组采用微张力轧制，第6架轧机出口红坯尺寸为77.3mm×76mm，辊缝值11.3mm。
中轧工艺：中轧机组采用活套控制无张力轧制，第10架轧机出口红坯尺寸为52mm×48mm，辊缝值10.5mm。
精轧工艺：精轧机组采用活套控制无张力单线轧制，终轧速度4.98m/s。
(4)QTB穿水：
冷却水压力为：1.34～1.36MPa；冷却器使用个数为：14个；冷却水总流量为：750～760m³/h；冷却时间为：3.87s；自回火温度为：560～580℃。
(5)上冷床：自然冷却。