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一種復(fù)合微合金化低脆性650MPa級鋼筋及其生產(chǎn)工藝的制作方法

文檔序號:41926658發(fā)布日期:2025-05-16 13:42閱讀:8來源:國知局

本發(fā)明屬于冶金材料,具體涉及一種復(fù)合微合金化低脆性650mpa級鋼筋及其生產(chǎn)工藝。


背景技術(shù):

1、隨著現(xiàn)代建筑對鋼材性能要求的不斷提高,特別是對抗震性、強度和延伸率的綜合要求,傳統(tǒng)的鋼筋生產(chǎn)工藝已難以滿足市場需求。650mpa級及以上高強度鋼筋作為新型建筑材料,以其出色的承載能力和經(jīng)濟效益,在高層建筑、大型橋梁、隧道等工程領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。然而,傳統(tǒng)高強度鋼筋在生產(chǎn)過程中往往面臨延伸率下降、脆性增加等問題,嚴重制約了其在實際工程中的應(yīng)用效果。

2、當前市場上主流的600mpa級及以上高強度鋼筋,雖然在一定程度上滿足了工程結(jié)構(gòu)對強度的要求,但在延伸率和強屈比方面普遍表現(xiàn)不佳。這些產(chǎn)品往往通過提高碳、錳等合金元素的含量來實現(xiàn)強度的提升,但這種做法往往伴隨著延伸率的顯著降低和脆性的增加。此外,部分廠家采用余熱處理等工藝手段來提高鋼筋強度,但這些方法往往導(dǎo)致鋼筋組織不均勻、性能波動大等問題,難以滿足高抗震性工程的需求;而且現(xiàn)在通常采用的常規(guī)制備工藝還有以下問題,由于原料波動、冶煉過程中的元素?zé)龘p等因素,導(dǎo)致最終產(chǎn)品的化學(xué)成分難以達到理想狀態(tài);這不僅影響了鋼筋的強度性能的穩(wěn)定,還對其延伸率和強屈比產(chǎn)生了不利影響?,F(xiàn)有鋼筋生產(chǎn)采用的微合金強化技術(shù)中,主要依賴于釩、鈮等單一元素的添加來實現(xiàn)強度的提升,合金化方式往往較為單一,這些元素單獨添加對延伸率和強屈比的影響有限。因此,探索新的復(fù)合微合金化技術(shù),提升沉淀強化和細晶強化成為提高鋼筋綜合性能的重要途徑。

3、冷卻過程是改善鋼筋性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié),傳統(tǒng)水冷工藝往往存在溫度控制不精確、冷卻速率不穩(wěn)定等問題,這導(dǎo)致鋼筋在相變過程中組織轉(zhuǎn)變不均勻,從而影響了其力學(xué)性能的發(fā)揮。特別是在高強度鋼筋的生產(chǎn)中,如何在保證強度的同時提高延伸率和強屈比成為一大挑戰(zhàn)。此外,高強度鋼筋在軋制和冷卻過程中容易產(chǎn)生馬氏體等硬脆相組織,進一步增加了其脆性傾向。在保證強度的前提下還能同時提高鋼筋的延伸率和強屈比是一項極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)?,F(xiàn)有技術(shù)往往難以兼顧這三個方面的性能要求,導(dǎo)致高性能鋼筋的生產(chǎn)成本高昂且工藝復(fù)雜。因此探索一種簡單高效的生產(chǎn)工藝實現(xiàn)高強度鋼筋綜合性能的優(yōu)化成為當前研究的熱點之一。


技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于提供一種復(fù)合微合金化低脆性650mpa級鋼筋及其生產(chǎn)工藝,在不提高合金成分的前提下,得到了屈服強度>650mpa、抗拉強度>830mpa、斷后延伸率>11%、強屈比>1.25的650mpa級鋼筋。

2、為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明技術(shù)方案如下:

3、一種復(fù)合微合金化低脆性650mpa級鋼筋,其化學(xué)成分按重量百分比計為:c:0.27~0.28%,si:0.65~0.80%,mn:1.45~1.60%,p:≤0.020%,s:≤0.025%,b:≤0.02%,nb:0.015~0.020%,v:0.160~0.180%,o:≤0.004%,n:0.018~0.022%,余量為fe和不可避免的雜質(zhì)。

4、本發(fā)明所述650mpa級鋼筋中各化學(xué)成分的作用如下:

5、c:0.27~0.28%,c可以提高強度,但含量過高會降低塑性和韌性。

6、si:0.65~0.80%,適量的si可以起到固溶強化作用,提高鋼的強度和抗腐蝕性,與mn一起加入可以提高鋼的淬透性;si含量過高則會降低鋼的韌性,影響產(chǎn)品質(zhì)量。

7、mn:1.45~1.60%,mn為奧氏體形成元素,可以提高淬透性,促進貝氏體相變,提高鋼的強度;mn含量過高對鋼的成形性能造成不利影響。

8、p:≤0.020%,s:≤0.025%,兩者均為雜質(zhì)元素,會對鋼的力學(xué)性能及焊接性造成不良影響,在生產(chǎn)中應(yīng)嚴格控制。

9、b:≤0.02%,廢鋼中引入b,可以細化晶粒,但含量過多會造成晶界脆性增加。

10、nb:0.015~0.020%,鋼中的nb可以細化晶粒,尤其是奧氏體晶粒與再結(jié)晶組織,增加相界面,提高強度;nb作為強碳化物形成元素,與c、n元素形成的nb(c、n)彌散化合物分布在鋼的基體中起到析出強化的作用,同時改善韌性。

11、v:0.160~0.180%,鋼中的v能形成細小的碳化物和氮化物,釘扎在晶界處,抑制奧氏體晶粒的長大。能固定鋼中的自由氮,減少氮的有害影響,如時效脆性,并具有強烈的沉淀強化效果,顯著提高鋼的強度。

12、o:≤0.004%,鋼中的o含量是煉鋼過程中與其他元素結(jié)合保留下來,其含量應(yīng)該盡量控制防止對性能造成不量影響。

13、n:0.018~0.022%,鋼中添加適量的n能顯著提高鋼的強度,但同時也會降低塑性和韌性,增加時效脆性和冷脆性。

14、進一步地,本發(fā)明所述650mpa級鋼筋直徑為12~32mm。

15、進一步地,本發(fā)明所述650mpa級鋼筋室溫組織為珠光體+鐵素體,無貝氏體和馬氏體。

16、進一步地,本發(fā)明所述650mpa級鋼筋屈服強度>650mpa、抗拉強度>830mpa、斷后延伸率>11%、強屈比>1.25。

17、本發(fā)明所述復(fù)合微合金化低脆性650mpa級鋼筋的生產(chǎn)工藝,包括kr預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→精煉→連鑄→加熱爐加熱→軋制→冷卻。

18、進一步地,本發(fā)明所述kr預(yù)處理,kr預(yù)處理后s含量低于0.025%。

19、進一步地,本發(fā)明所述轉(zhuǎn)爐冶煉,通過轉(zhuǎn)爐底吹n2,配合添加vn合金、v-fe、nb-fe進行微合金化,冶煉過程噴濺、轉(zhuǎn)爐出鋼溫度控制在1678~1693℃。

20、進一步地,本發(fā)明所述精煉,采用低堿度(1.3~2.5)造渣,周期20~40min。

21、進一步地,本發(fā)明所述連鑄,采用6流連澆,拉速在1.5~2.6m/min,波動小于0.2m/min,二冷強冷模式(比水量2.7~2.8l/kg)加低過熱度(28~38℃),出鋼溫度1530~1580℃。

22、進一步地,本發(fā)明所述加熱爐加熱:熱坯送裝至加熱爐,加熱爐均熱段溫度保持在1190~1250℃,加熱時間保持在2~3h,使鑄坯中的微合金元素完全均勻擴散分布;鑄坯出加熱爐后進行除鱗,然后進行軋制。

23、進一步地,本發(fā)明所述軋制,所述軋制包括粗軋、中軋和精軋;所述粗軋開軋溫度為1130~1190℃,所述精軋前對鋼坯進行水冷,開冷溫度1050~1150℃,時間5~10s;所述精軋開軋溫度為940~1040℃。

24、進一步地,本發(fā)明所述冷卻,終軋后對鋼筋成品進行水冷,開冷溫度1050~1150,時間15~25s,終冷溫度為580~650℃,上冷床返溫溫度為690-770℃,隨后空冷至室溫。

25、本發(fā)明通過控制連鑄出鋼溫度,窄范圍精確控制鋼筋的化學(xué)成分,采用復(fù)合微合金化技術(shù)和優(yōu)化熱變形工藝參數(shù),結(jié)合軋前軋后控冷,實現(xiàn)組織相變調(diào)控,使鋼筋在保持強度的同時具有良好的延伸率和強屈比,并且減少硬脆相組織的生成,提高其韌性和抗沖擊性能,降低脆性傾向。

26、本發(fā)明提供的650mpa級鋼筋屈服強度>650mpa、抗拉強度>830mpa、斷后延伸率>11%、強屈比>1.25,綜合性能優(yōu)異。

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