屈服強度≥980MPa的貝氏體精軋螺紋鋼筋及生產方法
【專利摘要】屈服強度≥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%；生產步驟：常規冶煉并鑄坯；對鑄坯進行堆垛冷卻并至室溫；對鑄坯加熱；粗軋；精軋；自然空冷至室溫并待用。本發明是利用組織相變來提高強度的，無需進行熱處理，從而降低了生產成本及簡化了工藝，且塑性性能、抗松弛性能更好，也無需改造現有設備就可生產。
【專利說明】屈服強度& 980MPa的貝氏體精軋螺紋鋼筋及生產方法
【技術領域】
[0001]精軋螺紋鋼筋又叫預應力混凝土用螺紋鋼筋，我國于20世紀80年代開始研發生產，于2005年經國家標準化管理委員會審批發布了 GB/T 20065~2006《預應力混凝土用螺紋鋼筋》標準。精軋螺紋鋼筋是在整根鋼筋上軋有外螺紋的高強度、高精度直條鋼筋。在整根鋼筋的任意截面都能旋上帶有內螺紋的連接器進行連結，或旋上螺紋帽進行錨固，具有連接、錨固簡便，粘著力強，施工方便等優點，又因省掉焊接工藝，避免了由于焊接而造成的內應力及組織不穩定等引起的斷裂，因此被廣泛應用于大型水利工程、公路、鐵路、大中跨橋梁等工程。隨著國家加大基礎設施投資力度，國內高鐵項目對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、強度高、成形較困難，屬鋼筋中附加值高的高端產品O
[0002]中國專利申請號為CN200710118997.0的專利文獻，其公開了高強度精軋螺紋鋼筋的生產方法，鋼坯材質為中碳低合金鋼， 工藝流程為轉爐冶煉一鋼包釩微合金化一LF爐精煉一全保護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:工序復雜，需要維護多個水箱設備，多線在線冷卻不能充分發揮自回火的功能，而此工藝即是一種強穿水工藝使得表面有一層厚的淬硬層來提高強度，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，強度富余量不高；若淬硬層厚度太薄使強度達不到要求，若太厚雖強度富余量高，但延伸率顯著降低而不能滿足使用性能。
[0003]經檢索:中國專利申請號為CN93115947.4的專利文獻，公開了一種空冷變態貝氏體高強螺紋鋼及處理工藝；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區間回火2~3小時后空冷；從而獲得了強韌性極佳的變態貝氏體螺紋鋼。其存在的不足:工序復雜，即需要熱處理工藝，導致生產成本增加；其Cr含量高達0.7%以上，存在晶界偏析厲害，易在軋制冷卻時產生馬氏體組織而使塑性變差，延伸率也不能滿足要求。

【發明內容】

[0004]本發明針對上述現有技術存在的不足，提供一種利用貝氏體組織強化技術來生產的精軋預應力鋼筋的方法；鋼板金相組織主要為不低于95%的貝氏體組織，同時力學性能穩定，各種性能均優于市場上精軋螺紋鋼筋，且化學成分簡單，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]本申請為了實現上述目的，對實現本申請的目的起影響或者關鍵作用的合金元素及工藝進行了深入的研究其結果，為了即使在保證性能的前提下，還能實現降低生產成本，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變，以及微量硼提高鋼的淬透性，促使珠光體和貝氏體轉變曲線分離。通過該生產方法，可以得到貝氏體在95%以上的組織，屈服強度≥980MPa的精軋螺紋鋼筋。同時，本發明是根據Mn是擴大奧氏體區的元素，Mn原子在界面富集，對界面遷移產生釘扎作用即溶質拖拽作用，是鐵素體生長顯著減緩同時也降低了相界附近奧氏體機體內碳的濃度及濃度梯度，導致碳在奧氏體中擴散速度降低，進一步抑制鐵素體的生長，使鋼的共析轉變溫度下降，并推遲過冷奧氏體的珠光體轉變，從而能顯著提高鋼的淬透性。另外，本發明根據微量的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先形核的位置。(2)硼減少了鐵在晶界上的自身擴散系數，降低了鐵素體的形核速度。(3)由于晶界是鐵素體優先形核的位置，所以當硼偏聚于晶界后，這些優先形核的位置將要消失。(4)沿晶界形成細小的硼化物并且與基體是相關的(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。成分的優化，還需要匹配的工藝才行，因此經研究，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]實現上述目的的措施:
屈服強度≥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和雜質元素；金相組織中貝氏體不低于95%，余為鐵素體。
[0007]優選地:當鋼筋的直徑為大于Φ32.ι至Φ50.ι規格時，以下組分在:C 0.15~
0.20%、Mn 1.95 ~2.3%、B 0.0015 ~0.0030% 取值。
[0008]生產屈服強度≥980MPa的貝氏體精軋螺紋鋼筋的方法，其步驟:
O常規冶煉并鑄坯，出鋼溫度在1680~1700°C，鑄坯拉速不高于1.8m/min ；
2)對鑄坯進行堆垛冷卻并至室溫；
3)對鑄坯加熱，控制均熱段溫度為:1100~1200°C，均熱時間在10(Tl20min；
4)進行粗軋，并控制其開軋溫度在:1050~1150°C；
5)進行精軋，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]本發明中各元素及主要工序的作用
C =C是提高鋼材強度最有效的元素，但是當其含量低于0.1%時，會導致力學性能不足而增加合金添加量從而增加了生產成本，當其含量高于0.2%，不利于貝氏體的形核和長大，因為貝氏體形核必須在低碳區，因此，本發明C選擇在0.1-0.2%。
[0010]S1:特別強烈地阻止貝氏體轉變時碳化物的形成，促使尚未轉變的奧氏體富集碳，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，無法發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，鋼的強度下降，所以選擇Si的范圍在0.2~
0.5%
Mn:Mn是擴大奧氏體區的元素，Mn原子在界面富集，對界面遷移產生釘扎作用即溶質拖拽作用，是鐵素體生長顯著減緩同時也降低了相界附近奧氏體機體內碳的濃度及濃度梯度，導致碳在奧氏體中擴散速度降低，進一步抑制鐵素體的生長，使鋼的共析轉變溫度下降，并推遲過冷奧氏體的珠光體轉變，從而能顯著提高鋼的淬透性，錳低于下限時，發揮不了上述作用，錳過高，加劇其在鋼中的偏析，在偏析嚴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，會形成大量的MnS夾雜，降低鋼材的機械性能，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，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，經試驗證實，如低于:TC /s冷卻速度，鐵素體量會很多而使力學性能達不到要求，如高于12°c /s冷卻速度，則會出現馬氏體，而使得塑性變差導致延伸率不合格。因此，在本發明中選擇:Tl2°C/s的速度冷卻，才能使金相組織中貝氏體不低于95%，從而避免出現馬氏體或者過多的鐵素體而使性能不合格的現象。
[0013]本發明與現有技術相比，是利用組織相變來提高強度的，無需進行熱處理，從而降低了生產成本及簡化了工藝，且塑性性能、抗松弛性能更好，也無需改造現有設備就可生產。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]附圖為本發明的金相組織圖。
【具體實施方式】
[0015]下面對本發明予以詳細描述:
對實施例1的鑄坯尺寸為230 X 250mm外，均采用200 X 200mm的方坯；
表1為本發明各實施例及對比例的取值列表；
表2為本發明各實施例及對比例的主要工藝參數列表；
表3為本發明各實施例及對比例性能檢測情況列表。
[0016]本發明各實施例按照以下步驟生產:
O常規冶煉并鑄坯，出鋼溫度在1680~1700°C，鑄坯拉速不高于1.8m/min ；
2)對鑄坯進行堆垛冷卻并至室溫；
3)對鑄坯加熱，控制均熱段溫度為:1100~1200°C，均熱時間在10(Tl20min；
4)進行粗軋，并控制其開軋溫度在:1050~1150°C；
5)進行精軋，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本發明實施例與比較例的化學成分列表(wt%)
【權利要求】
1.屈服強度≥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和雜質元素；金相組織中貝氏體不低于95%，余為鐵素體。
2.如權利要求1所述的屈服強度>980MPa的貝氏體精軋螺紋鋼筋，其特征在于:當鋼筋的直徑為大于Φ32_至Φ50_規格時，以下組分在:C 0.15~0.20%,Mn 1.95~2.3%、B 0.0015 ~0.0030% 取值。
3.生產權利要求1所述的屈服強度>980MPa的貝氏體精軋螺紋鋼筋的方法，其步驟: 1)常規冶煉并鑄坯，出鋼溫度在1680~1700°C，鑄坯拉速不高于1.8m/min ； 2)對鑄坯進行堆垛冷卻并至室溫； 3)對鑄坯加熱，控制均熱段溫度為:1100~1200°C，均熱時間在10(Tl20min； 4)進行粗軋，并控制其開軋溫度在:1050~1150°C； 5)進行精軋，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】C22C38/04GK104018059SQ201410287659
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月25日 優先權日:2014年6月25日
【發明者】徐志東, 范植金, 龍莉, 徐志, 吳杰, 朱啟銘, 周新龍 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司