一種630MPa級以上高強鋼筋及其鋼筋混凝土應用方法

　　【專利摘要】本發明公開了一種630MPa級以上高強鋼筋，該高強鋼筋的重量百分比成分為：碳:0.28%-0.38%、硅:0-0.35%、錳:0-0.90%、鉻:0.80%-1.50%、鎳:3.00%-4.00%、鉬:0.40%-0.60%、磷:0-0.015%、硫:0-0.015%、氫:0-2.0ppm、釩:0.10%-0.20%、鈦:0-0.025%、銅:0-0.20%、鋁:0-0.05%、0-0.50%殘余元素，其余為Fe；本發明還設計了一種630MPa級以上高強鋼筋在鋼筋混凝土中的應用方法；本發明所設計的一種630MPa級以上高強鋼筋及其鋼筋混凝土應用方法強度高、節省鋼材、無污染、淬透性好、不易開裂及松弛度低。

　　【專利說明】一種630MPa級以上高強鋼筋及其鋼筋混凝土應用方法

　　【技術領域】

　　[0001]本發明涉及一種630MPa級以上高強鋼筋及其鋼筋混凝土應用方法。

　　【背景技術】

　　[0002]目前，建筑用鋼筋作為一種混凝土結構建筑用鋼，普通鋼筋大部份使用為HRB335、HRB400鋼，少量采用HRB500鋼，上述普通鋼筋雖在我國房屋建筑應用面較廣，特別是樓(屋)面板類鋼筋由于鋼筋的屈服強度較低，在施工過程中受人為活動荷載作用，常使雙層雙向鋼筋的上層鋼筋受力彎曲變形，不能滿足鋼筋混凝土保護厚度的構造限制而產生裂縫，造成工程質量隱患。

　　[0003]現有技術中，鋼材原料成分中碳和氮元素的原子活性較低，各原子形成的氣團不能與位錯形成強烈的相互作用，外界無需提供較大的應力就能開動位錯，從而使性能很不穩定，同時鋼棒鍛坯中氫含量在2.0ppm以上，鋼棒鍛坯容易產生裂紋從而誘發氫致裂紋及氫致延遲滯后裂紋。[0004]現有技術中一般只采用單一的淬火方式，這樣就不能防止了鍛件的淬火開裂和內裂，同時碳化物不能進一步充分溶解，無法均勻擴散，從而不能避免碳化物在晶間的析出造成晶間腐蝕和點蝕超標，影響了前面冶煉后熱處理工藝產生的技術效果。

　　【發明內容】

　　[0005]本發明所要解決的技術問題是，克服現有技術的缺點，提供一種強度高、節省鋼材、無污染、淬透性好、不易開裂及松弛度低的630MPa級以上高強鋼筋及其鋼筋混凝土應用方法。

　　[0006]為了解決以上技術問題，本發明提供一種630MPa級以上高強鋼筋，該高強鋼筋的重量百分比成分為:碳:0.28%-0.38%、硅:0-0.35%、錳:0-0.90%、鉻:0.80%-1.50%、鎳:3.00%-4.00%、鑰:0.40%-0.60%、磷:0-0.015%,硫:0-0.015%,氫:0-2.0ppm,釩:0.10%-0.20%、鈦:0-0.025%、銅:0-0.20%、鋁:0-0.05%,0-0.50% 殘余元素，其余為 Fe ；

　　[0007]該高強鋼筋的生產工藝為:

　　[0008]步驟(1):以鉻鎳鑰合金結構鋼為坯料，并對其進行擴氫熱處理；

　　[0009]步驟(2):將上述擴氫熱處理后的鋼筋放入加熱爐內加熱到1350_1390°C，出加熱爐后采用水冷以23-25°C /s的冷卻速率將鋼筋水冷至925-945°C，然后在淬火裝置內用水或淬火液進行淬火，然后在回火加熱爐內加熱到620-640°C進行回火,再通過第一冷卻工藝冷卻到常溫；

　　[0010]步驟(3):將鋼筋進行初步熱軋，初步熱軋溫度為1100-1150°c，初步熱軋完成后通過第二冷卻工藝將鋼筋冷卻至室溫，然后對鋼筋回熱至1050°C，對鋼筋進行二次熱軋，二次熱軋后的鋼筋直徑為08_或0 24_，二次熱軋完成溫度為850°C，二次熱軋后對鋼筋進行水冷/空冷二次循環間歇淬火工藝進行淬火熱處理；

　　[0011]步驟(4):將冷卻后的鋼筋放入回火加熱爐加熱到560-580°C，保溫0.1-0.2h ；[0012]步驟(5):對保溫后的鋼筋使用高壓噴射水或淬火液以13_15°C /s的速度冷卻至150-200°C，然后在冷床上冷卻至室溫；

　　[0013]步驟(6):進行檢驗入庫。

　　[0014]本發明進一步限定的技術方案是:

　　[0015]進一步的，前述的630MPa級以上高強鋼筋，該高強鋼筋包括以下質量百分比的各組分，碳:0.3%、硅:0.18%、錳:0.50%、鉻:0.90%、鑰:0.20%、磷:0%、硫:0%、氫:1.0ppm、鎳:0%、釩:0%、銅:0-0.30%,0-0.9%殘余元素，其余為Fe。 [0016]前述的630MPa級以上高強鋼筋，該高強鋼筋包括以下質量百分比的各組分，碳:

　　0.32%、硅:0.36%、錳:0.70%、鉻:1.10%、鑰:0.30%、磷:0.02%、硫:0.025%、氫:1.8ppm、鎳:

　　0.40%、釩:0.03%、銅:0.30%,0-0.9% 殘余元素，其余為 Fe。

　　[0017]前述的630MPa級以上高強鋼筋生產工藝中，步驟(2)中擴氫熱處理具體包括:將步驟(1)得到的預應力鋼棒鍛坯進爐加熱至880±10°C并保溫360分鐘，空冷至300±10°C保溫180分鐘，然后再加熱至600±15°C保溫650分鐘，爐冷至360±20°C出爐空冷。

　　[0018]前述的630MPa級以上高強鋼筋生產工藝中，步驟(3)中水冷的時間t按照經驗公式按t=H*D計算；

　　[0019]其中，低合金鋼系數H為0.8-1.6s/mm, D為預應力鋼棒鍛還的直徑，D的單位為mm, t為淬火水冷時間，t的單位為秒；

　　[0020]空冷淬火的時間為水冷卻時間的1/2，第一次空冷時間為第一次入水冷卻時間的1/2-1/3，此后每個循環中入水冷卻時間按前一個循環的0.8-0.7遞減，出水空冷時間按前一循環的1.5-2遞增，入水冷卻的過程中，對水進行攪拌處理，其中，水的攪拌流速大于等于0.4米/秒。

　　[0021]本發明還提供了一種630MPa級以上高強鋼筋在鋼筋混凝土中的應用方法，包括如下具體處理:

　　[0022]在鋼筋混凝土中設置直徑為08mm的所述高強鋼筋，所述高強鋼筋在鋼筋混凝土中的布筋方式為:高強鋼筋沿鋼筋混凝土的長度方向分布，且在鋼筋混凝土的厚度方向上呈上下兩層平行分布，上層鋼筋和下層鋼筋分別由至少3根高強鋼筋等間距平行分布組成，且所述間距為160mm。

　　[0023]本發明還提供了一種630MPa級以上高強鋼筋在鋼筋混凝土中的應用方法，包括如下具體處理:

　　[0024]在鋼筋混凝土中設置直徑為0 24mm的所述高強鋼筋，所述高強鋼筋在鋼筋混凝土中的布筋方式為:高強鋼筋沿鋼筋混凝土的長度方向分布，且在鋼筋混凝土的厚度方向上呈上下兩層平行分布，上層鋼筋和下層鋼筋分別由至少3根高強鋼筋等間距平行分布組成，且上層鋼筋的各高強鋼筋間距為下層鋼筋的各高強鋼筋間距的2倍。

　　[0025]本發明的有益效果是:

　　[0026]本發明以鉻鎳鑰合金結構鋼為坯料，可提高鋼的韌性、彈性、耐磨性及抗擊性能，并使鋼質緊密，并且鋼中的釩非常穩定，不易被鹽酸、硫酸所分解，加入釩后的鋼淬透性好，可使鋼件整個截面獲得均勻一致的力學性能以及可選用鋼件淬火應力小的淬火劑，以減少變形和開裂；

　　[0027]本發明中加入了鎳元素，可以提高剛的強度和韌性，提高鋼的淬透性，可以改變鋼的一些物理性能，并且提高鋼的抗腐蝕能力，從而可以提高C和N元素的原子活性，使各原子形成的氣團能與位錯形成強烈的相互作用，釘扎位錯，產生屈服平臺，使得需要外界提供較大的應力才能開動位錯；

　　[0028]本發明中的擴氫熱處理，保證坯料氫含量在2.0ppm以下的前提下，進一步降低氫的含量，防止坯料產生白點裂紋和熱處理應力誘發氫致裂紋及氫致延遲滯后裂紋；

　　[0029]本發明中利用所述水冷/空冷間歇淬火工藝進行調質熱處理的過程中，開始時淬火的水溫低于36°C，通過水冷/空冷三次循環間歇淬火，最大限度地防止了淬火開裂和內裂，同時也獲得均勻細小淬火，降低淬火溫度可有效地防止鋼筋淬裂傾向；

　　[0030]同時可以使碳化物進一步充分溶解，均勻擴散，避免了碳化物在晶間的析出造成晶間腐蝕和點蝕超標，保證了材料的鐵素體含量在35%左右,可以進一步使材料固溶充分，避免了熱處理方式加熱不均，固溶不均帶來的腐蝕速率超標和硬度超標，鞏固了前面冶煉后熱處理工藝產生的技術效果；

　　[0031]本發明采用630MPa級高強度建筑用鋼筋替代普通鋼筋應用于樓、屋面板內，可減小鋼筋的直徑，同時將鋼筋的間距從200mm變為160mm，可減少鋼筋的用量29.75%，并經試驗表明，采用O 8mm630MPa級建筑用鋼筋的普通建筑用鋼筋，其抗踩踏性好，不易彎曲變形，符合樓、屋面鋼筋的“細 而密”的構造要求，有利于防止混凝土裂縫的生成和延展，具有承載力強、節材30%左右、抗裂縫延展的優點；

　　[0032]本發明采用(j5 24mm600MPa級建筑用建筑用鋼筋應用于混凝土梁，可明顯改變鋼筋的分布形式，減少鋼筋布筋，可減少鋼筋的用量20.13%，其承載力高，同時滿足鋼筋混凝土梁的受力狀態，符合混凝土結構設計規范的標準設計要求，裂縫開展的形態較普通鋼筋小，更有利于混凝土的澆筑與震搗，符合混凝土結構設計的最小配筋率的構造要求；

　　[0033]總之，本發明可使產品屈服強度達到630MPa以上，保證了產品的質量要求及提高了鋼筋的抗滯后斷裂的性能，應用到混凝土結構內可減少鋼筋用量29.75%，大大節約了鋼筋耗用量，減少建造成本。

　　【具體實施方式】

　　[0034]實施例1

　　[0035]本實施例提供的一種630MPa級以上高強鋼筋，該高強鋼筋包括以下質量百分比的各組分，碳:0.3%、硅:0.18%、錳:0.50%、鉻:0.90%、鑰:0.20%、磷:0%、硫:0%、氫:1.0ppm、鎳:0%、釩:0%、銅:0-0.30%,0-0.9%殘余元素，其余為Fe ；

　　[0036]該高強鋼筋的生產工藝為:

　　[0037]步驟(1):以鉻鎳鑰合金結構鋼為坯料，并對其進行擴氫熱處理，具體包括:將步驟(I)得到的預應力鋼棒鍛坯進爐加熱至870°C并保溫360分鐘，空冷至290°C保溫180分鐘，然后再加熱至585°C保溫650分鐘，爐冷至340°C出爐空冷；

　　[0038]步驟(2):將上述擴氫熱處理后的鋼筋放入加熱爐內加熱到1350°C，出加熱爐后采用水冷以23°C /s的冷卻速率將鋼筋水冷至925°C，然后在淬火裝置內用水或淬火液進行淬火，然后在回火加熱爐內加熱到620°C進行回火，再通過第一冷卻工藝冷卻到常溫；

　　[0039]步驟(3):將鋼筋進行初步熱軋，初步熱軋溫度為1100°C，初步熱軋完成后通過第二冷卻工藝將鋼筋冷卻至室溫，然后對鋼筋回熱至1050°C，對鋼筋進行二次熱軋，二次熱軋后的鋼筋直徑為0 8_或0 24mm, 二次熱軋完成溫度為850°C，二次熱軋后對鋼筋進行水冷/空冷二次循環間歇淬火工藝進行淬火熱處理，水冷的時間t按照經驗公式按t=H*D計算；

　　[0040]其中，低合金鋼系數H為0.8-1.6S/mm，D為預應力鋼棒鍛坯的直徑，D的單位為mm, t為淬火水冷時間，t的單位為秒；

　　[0041 ] 空冷淬火的時間為水冷卻時間的1/2，第一次空冷時間為第一次入水冷卻時間的1/2-1/3，此后每個循環中入水冷卻時間按前一個循環的0.8-0.7遞減，出水空冷時間按前一循環的1.5-2遞增，入水冷卻的過程中，對水進行攪拌處理，其中，水的攪拌流速大于等于0.4米/秒；

　　[0042]步驟(4):將冷卻后的鋼筋放入回火加熱爐加熱到560°C，保溫0.1h ；

　　[0043]步驟(5):對保溫后的鋼筋使用高壓噴射水或淬火液以13°C /s的速度冷卻至150°C，然后在冷床上冷卻至室溫；

　　[0044]步驟(6 ):進行檢驗入庫。

　　[0045]實施例2

　　[0046]本實施例提供了一種一種630MPa級以上高強鋼筋，該高強鋼筋包括以下質量百分比的各組分，碳:0.32%、硅:0.36%、錳:0.70%、鉻:1.10%、鑰:0.30%、磷:0.02%、硫:

　　0.025%、氫:1.8ppm,ll:0.40%、釩:0.03%、銅:0.30%,0-0.9% 殘余元素，其余為 Fe ；

　　[0047]該高強鋼筋的生產工藝為:

　　[0048]步驟(1):以鉻鎳鑰合金結構鋼為坯料，并對其進行擴氫熱處理，具體包括:將步驟(I)得到的預應力鋼棒鍛坯進爐加熱至890°C并保溫360分鐘，空冷至310°C保溫180分鐘，然后再加熱至615°C保溫650分鐘，爐冷至380°C出爐空冷；

　　[0049]步驟(2):將上述擴氫熱處理后的鋼筋放入加熱爐內加熱到1390°C，出加熱爐后采用水冷以25°C /s的冷卻速率將鋼筋水冷至945°C，然后在淬火裝置內用水或淬火液進行淬火，然后在回火加熱爐內加熱到640°C進行回火，再通過第一冷卻工藝冷卻到常溫；

　　[0050]步驟(3):將鋼筋進行初步熱軋，初步熱軋溫度為1150°C，初步熱軋完成后通過第二冷卻工藝將鋼筋冷卻至室溫，然后對鋼筋回熱至1050°C，對鋼筋進行二次熱軋，二次熱軋后的鋼筋直徑為0 8_或0 24mm, 二次熱軋完成溫度為850°C，二次熱軋后對鋼筋進行水冷/空冷二次循環間歇淬火工藝進行淬火熱處理，水冷的時間t按照經驗公式按t=H*D計算；

　　[0051]其中，低合金鋼系數H為0.8-1.6s/mm, D為預應力鋼棒鍛還的直徑，D的單位為mm, t為淬火水冷時間，t的單位為秒；

　　[0052]空冷淬火的時間為水冷卻時間的1/2，第一次空冷時間為第一次入水冷卻時間的1/2-1/3，此后每個循環中入水冷卻時間按前一個循環的0.8-0.7遞減，出水空冷時間按前一循環的1.5-2遞增，入水冷卻的過程中，對水進行攪拌處理，其中，水的攪拌流速大于等于0.4米/秒；

　　[0053]步驟(4):將冷卻后的鋼筋放入回火加熱爐加熱到580°C，保溫0.2h ；

　　[0054]步驟(5):對保溫后的鋼筋使用高壓噴射水或淬火液以15°C /s的速度冷卻至200°C，然后在冷床上冷卻至室溫；

　　[0055]步驟(6 ):進行檢驗入庫。

　　[0056]實施例3

　　[0057]本實施例提供了一種630MPa級以上高強鋼筋在鋼筋混凝土中的應用方法，包括如下具體處理:

　　[0058]在鋼筋混凝土中設置直徑為08mm的所述高強鋼筋，所述高強鋼筋在鋼筋混凝土中的布筋方式為:高強鋼筋沿鋼筋混凝土的長度方向分布，且在鋼筋混凝土的厚度方向上呈上下兩層平行分布，上層鋼筋和下層鋼筋分別由至少3根高強鋼筋等間距平行分布組成，且所述間距為160mm。

　　[0059]實施例4

　　[0060]本實施例提供了一種630MPa級以上高強鋼筋在鋼筋混凝土中的應用方法，包括如下具體處理:

　　[0061]在鋼筋混凝土中設置直徑為0 24_的所述高強鋼筋，所述高強鋼筋在鋼筋混凝土中的布筋方式為:高強鋼筋沿鋼筋混凝土的長度方向分布，且在鋼筋混凝土的厚度方向上呈上下兩層平行分布，上層鋼筋和下層鋼筋分別由至少3根高強鋼筋等間距平行分布組成，且上層鋼筋的各高強鋼筋間距為下層鋼筋的各高強鋼筋間距的2倍。

　　[0062]除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式，凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護范圍。

　　【權利要求】

　　1.一種630MPa級以上高強鋼筋，其特征在于: 該高強鋼筋的重量百分比成分為:碳:0.28%-0.38%、硅:0-0.35%、錳:0-0.90%、鉻:0.80%-1.50%、鎳:3.00%-4.00%、鑰:0.40%_0.60%、磷:0-0.015%,硫:0-0.015%,氫:0-2.0ppm、?凡:0.10%-0.20%、鈦:0-0.025%、銅:0-0.20%、鋁:0-0.05%,0-0.50% 殘余元 素，其余為Fe ； 該高強鋼筋的生產工藝為: 步驟(1):以鉻鎳鑰合金結構鋼為坯料，并對其進行擴氫熱處理； 步驟(2):將上述擴氫熱處理后的鋼筋放入加熱爐內加熱到1350-1390°C，出加熱爐后采用水冷以23-25°C /s的冷卻速率將鋼筋水冷至925-945°C，然后在淬火裝置內用水或淬火液進行淬火，然后在回火加熱爐內加熱到620-640°C進行回火，再通過第一冷卻工藝冷卻到常溫； 步驟(3):將鋼筋進行初步熱軋，所述初步熱軋溫度為1100-1150°C，所述初步熱軋完成后通過第二冷卻工藝將鋼筋冷卻至室溫，然后對鋼筋回熱至1050°C，對鋼筋進行二次熱軋，二次熱軋后的鋼筋直徑為08_或0 24_，所述二次熱軋完成溫度為850°C，二次熱軋后對所述鋼筋進行水冷/空冷二次循環間歇淬火工藝進行淬火熱處理； 步驟(4):將冷卻后的鋼筋放入回火加熱爐加熱到560-580°C，保溫0.1-0.2h ； 步驟(5):對保溫后的鋼筋使用高壓噴射水或淬火液以13-15°C /s的速度冷卻至150-200°C，然后在冷床上冷卻至室溫； 步驟(6):進行檢驗入庫。

　　2.根據權利要求1所述的630MPa級以上高強鋼筋，其特征在于:該高強鋼筋包括以下質量百分比的各組分，碳:0.3%、硅:0.18%、錳:0.50%、鉻:0.90%、鑰:0.20%、磷:0%、硫:0%、氫:1.0ppm、鎳:0%、釩:0%、銅:0-0.30%,0-0.9% 殘余元素，其余為 Fe。

　　3.根據權利要求1所述的630MPa級以上高強鋼筋，其特征在于:該高強鋼筋包括以下質量百分比的各組分，碳:0.32%、硅:0.36%、錳:0.70%、鉻:1.10%、鑰:0.30%、磷:0.02%、硫:0.025%、氫:1.8ppm,ll:0.40%、釩:0.03%、銅:0.30%,0-0.9% 殘余元素，其余為 Fe。

　　4.根據權利要求1至3中任意一項權利要求所述的所述的630MPa級以上高強鋼筋，其特征在于，步驟(2)中擴氫熱處理具體包括:將步驟(1)得到的預應力鋼棒鍛坯進爐加熱至880± 10°C并保溫360分鐘，空冷至300± 10°C保溫180分鐘，然后再加熱至600± 15°C保溫650分鐘，爐冷至360±20°C出爐空冷。

　　5.根據權利要求4所述的630MPa級以上高強鋼筋，其特征在于，步驟(3)中水冷的時間t按照經驗公式按t=H*D計算； 其中，低合金鋼系數HS0.8-1.6s/mm，D為預應力鋼棒鍛坯的直徑，D的單位為mm，t為淬火水冷時間，t的單位為秒； 空冷淬火的時間為水冷卻時間的I / 2，第一次空冷時間為第一次入水冷卻時間的1/2-1/3，此后每個循環中入水冷卻時間按前一個循環的0.8-0.7遞減，出水空冷時間按前一循環的1.5-2遞增，所述入水冷卻的過程中，對水進行攪拌處理，其中，水的攪拌流速大于等于0.4米/秒。

　　6.根據權利要求1-4中任一項所述的630MPa級以上高強鋼筋在鋼筋混凝土中的應用方法，其特征在于，包括如下具體處理:在鋼筋混凝土中設置直徑為0 8_的所述高強鋼筋，所述高強鋼筋在鋼筋混凝土中的布筋方式為:高強鋼筋沿鋼筋混凝土的長度方向分布，且在鋼筋混凝土的厚度方向上呈上下兩層平行分布，上層鋼筋和下層鋼筋分別由至少3根高強鋼筋等間距平行分布組成，且所述間距為160mm。

　　7.根據權利要求1-4中任一項所述的630MPa級以上高強鋼筋在鋼筋混凝土中的應用方法，其特征在于，包括如下具體處理: 在鋼筋混凝土中設置直徑為0 24_的所述高強鋼筋，所述高強鋼筋在鋼筋混凝土中的布筋方式為:高強鋼筋沿鋼筋混凝土的長度方向分布，且在鋼筋混凝土的厚度方向上呈上下兩層平行分布，上層鋼筋和下層鋼筋分別由至少3根高強鋼筋等間距平行分布組成，且上層鋼筋的各高強鋼筋 間距為下層鋼筋的各高強鋼筋間距的2倍。

　　【文檔編號】E04C2/06GK103643156SQ201310593620

　　【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月21日 優先權日:2013年11月21日

　　【發明者】吳海洋, 姚圣法 申請人:江蘇天舜金屬材料集團有限公司