本發明屬于鋼鐵冶金領域，具體涉及一種800mpa級熱軋螺紋鋼筋及生產方法。

　　背景技術：

　　中國經濟的快速發展對建筑用鋼筋提出越來越高的要求，高強、抗震、經濟型鋼筋將成為市場主流。提升螺紋鋼強度可以減少螺紋鋼的使用量，降低鋼筋密度并且節省建筑空間，有利于能耗的降低和環境的改善。國標gb/t1499.2-2018《鋼筋混凝土用鋼第二部分：熱軋帶肋鋼筋》增加了600mpa級鋼筋，同時取消了335mpa級的鋼筋。可以預見的，螺紋鋼筋正在向著更高強度級別的趨勢發展。

　　目前，國內批量化生產并應用的熱軋螺紋鋼筋為600mpa級鋼筋hrb600，700mpa級熱軋螺紋鋼筋雖有成功試制的報道，但批量應用還在探索中。800mpa級熱軋螺紋鋼筋未見報道。得益于強度提升，800mpa級熱軋螺紋鋼筋的開發應用，可大幅減少鋼筋用量，有效提升建筑結構的安全性和經濟性。

　　技術實現要素：

　　本發明旨在提供一種800mpa級熱軋螺紋鋼筋及生產方法，通過合理的合金成分體系設計即通過添加nb、mo、cr和b促進粒狀貝氏體的形成；并采用高溫加熱和低溫開軋相結合的工藝，使得制得的鋼筋的下屈服強度≥800mpa，抗拉強度≥960mpa，斷后伸長率≥12％，最大力總伸長率≥7.5％。

　　為實現上述發明，采取的技術方案是：

　　一種800mpa級熱軋螺紋鋼筋，化學組成按重量百分比(％)計包括：c0.15～0.25％，si+mn1.00～3.00％，nb0.01～0.04％，ti0.01～0.20％，mo+cr0.50～1.50％，b0.001～0.01％，cu0.01～0.20％，其余為fe和不可避免的雜質。

　　優選的，所述的一種800mpa級熱軋螺紋鋼筋中按重量百分比計，si和mn還需滿足：mn＝(1-4)×si。

　　優選的，所述的一種800mpa級熱軋螺紋鋼筋中按重量百分比計，mo和cr還需滿足：cr＝(2-5)×mo。

　　優選的，所述的一種800mpa級熱軋螺紋鋼筋中碳當量ceq≤0.58，其中ceq＝c+mn/6+(cr+mo+v)/5+(cu+ni)/15。

　　優選的，所述的一種800mpa級熱軋螺紋鋼筋中按重量百分比計，ti0.02～0.16％，0.02～0.15％。

　　優選的，所述的一種800mpa級熱軋螺紋鋼筋中按重量百分比計，ti0.03～0.09％，cu0.03～0.10％。

　　上述800mpa級熱軋螺紋鋼筋的生產方法，包括冶煉、精煉、連鑄、軋制、冷床冷卻；其中：

　　(1)鋼坯在加熱爐中均熱段溫度控制為1150～1250℃，加熱和均熱總時間為60～120min；

　　(2)采用連續棒線軋制機進行軋制，開軋溫度控制為1000～1100℃。

　　進一步，所述的一種800mpa級熱軋螺紋鋼筋的生產方法中，在軋鋼工序終軋后通過穿水器穿水冷卻，上冷床溫度控制為650～800℃。

　　進一步，所述的一種800mpa級熱軋螺紋鋼筋的生產方法制得的鋼筋顯微組織為鐵素體+貝氏體，貝氏體組織比例≥75％。

　　更進一步，所述的一種800mpa級熱軋螺紋鋼筋的生產方法制得的鋼筋的下屈服強度≥800mpa，抗拉強度≥960mpa，斷后伸長率≥12％，最大力總伸長率≥7.5％。

　　以下對本發明中化學組成和生產工藝的設計進行說明：

　　本發明中各種元素的主要作用：

　　c：碳是一種有效提升鋼筋強度的元素，通過固溶強化作用可以顯著提升抗拉性能，但過高的碳含量會降低鋼的韌性和塑性，同時惡化焊接性能，為保證鋼筋性能并且節約成本，碳含量合理范圍為0.15～0.25％。

　　si、mn：硅和錳起固溶強化作用，增加鋼的淬透性，推遲過冷奧氏體的共析轉變，增加彈性極限和屈服極限，提高鋼的強度。當si+mn含量低于1％時，合金含量過低，固溶強化效果較弱，難以保證鋼筋強度；而當si+mn含量高于3.00％時，會導致貝氏體組織過于粗大，影響鋼筋塑性，因此si+mn范圍為1.00-3.00％。考慮到兩者對強度提升的差異，且過高含量的mn會增加碳當量，影響鋼筋焊接性能，所以限定mn＝(1-4)×si。

　　nb：鈮作為微合金化元素之一，具有較好的析出強化和細晶強化作用，抑制形變奧氏體的再結晶，降低奧氏體—鐵素體的相變點，促進韌性較好的粒狀貝氏體的形成。當nb含量低于0.01％時，析出強化效果不明顯；而當nb含量大于0.04％時，會增加鋼坯角部裂紋敏感性，易于發生軋制開裂。因此nb范圍為0.01～0.04％。

　　ti：鈦同樣是微合金化元素之一，易與n、c形成穩定化合物，提升鋼的強度同時優化鋼的焊接性能。但鈦含量過高冶煉難以控制，并且會形成粗大的tin顆粒影響性能，鈦含量合理范圍為0.01～0.20％。

　　當其含量在0.02～0.16％之間時，效果更好；

　　當其含量在0.03～0.09％之間時，效果最好。

　　mo、cr：鉬和鉻作為碳化物形成元素，有效增強淬透性，推遲先共析鐵素體轉變，增大鋼的過冷能力并且降低貝氏體形成溫度，利于粒狀貝氏體的形成。

　　當mo+cr含量低于0.50％時，無法形成足夠比例的貝氏體，影響強度；而當mo+cr含量高于1.50％時，貝氏體比例過高并且尺寸粗大，影響鋼筋延伸率，所以mo+cr合理范圍為0.50～1.50％。由于cr增強淬透性的效果優于mo，考慮到碳當量，所以限定cr＝(2-5)mo。

　　b：硼元素同樣能夠增強淬透性，少量添加可以強化軋后穿水效果，提升強度，但含量過高會影響鋼筋塑性。所以b元素合理范圍為0.001～0.01％。

　　cu：銅可以穩定奧氏體，促進合金碳化物的析出，細化晶粒并間接發揮析出強化效果，過量添加則會使鋼發生熱脆，銅含量合理范圍為0.01～0.2％。

　　其含量在0.02～0.15％之間時效果更好；

　　其含量在0.03～0.10％之間時效果更好。

　　以上述成分設計方案為基礎，本發明的生產工藝涉及考慮如下：

　　鋼坯均熱段溫度控制為1150～1250℃，加熱和均熱總時間為60～120min，充分發揮nb的固溶強化作用；開軋溫度控制為1000～1100℃，有效發揮nb(c、n)粒子的析出強化作用。

　　與現有技術相比較，本發明的有益效果至少在于：

　　1)首次設計了800mpa螺紋鋼的合金成分體系，通過添加nb、mo、cr和b來降低貝氏體形成溫度、促進韌性較好的粒狀貝氏體的形成；

　　對于800mpa級鋼筋而言，僅僅依靠提高碳、硅、錳含量來提升強度，塑性減弱的同時會導致焊接性能變差，嚴重影響鋼筋的大規模應用。發明一方面通過引入mo、cr、b等碳化物形成元素，增強淬透性，推遲先共析鐵素體轉變，增大鋼的過冷能力并且降低貝氏體形成溫度；另一方面利用nb微合金化的工藝特點，抑制形變奧氏體的再結晶，降低奧氏體—鐵素體的相變點，促進韌性較好的粒狀貝氏體的形成。研發出一種低碳高強螺紋鋼筋，組織以鐵素體和貝氏體為主并具有高強度、高塑性、易焊接的特點。

　　2)采用高溫加熱和低溫開軋相結合的工藝，使得nb發揮有效固溶作用，并在后續的軋制及冷卻過程中形成彌散的nb(c、n)納米級析出，析出強化效果好。

　　具體實施方式

　　以下對本發明中800mpa級熱軋螺紋鋼筋及生產方法進行進一步說明。

　　本發明中一種800mpa級熱軋螺紋鋼筋，化學組成按重量百分比(％)計包括：c0.15～0.25％，si+mn1.00～3.00％，nb0.01～0.04％，ti0.01～0.20％，mo+cr0.50～1.50％，b0.001～0.01％，cu0.01～0.20％，其余為fe和不可避免的雜質。mn＝(1-4)×si，cr＝(2-5)×mo，碳當量ceq≤0.58，其中ceq＝c+mn/6+(cr+mo+v)/5+(cu+ni)/15。

　　當ti0.02～0.16％，0.02～0.15％時，鋼筋具有更好的性能；

　　當ti0.03～0.09％，cu0.03～0.10％時，鋼筋具有最好的性能。

　　結合上述成分設計，本發明采用如下生產方法，包括：高爐鐵水預脫硫后添加廢鋼進入氧氣轉爐，進行頂底復合吹煉，吹煉過程中加入造渣劑石灰、白云石、菱鎂球，控制出鋼溫度范圍1650～1690℃；出鋼1/4～3/4時，按順序加入硅錳合金、鈮鐵、氮化硅鐵、鉻鐵、鈦鐵和普通增碳劑，然后進行脫氧合金化；隨后進入lf爐精煉，吹氬加入石灰進行電極化渣，精煉結束后加入硼鐵；出鋼至連鑄之間全程采用惰性氣體底吹攪拌，控制中間包過熱度25～50℃，連鑄獲得小方坯。鋼坯在加熱爐中均熱段溫度控制為1150～1250℃，加熱和均熱總時間為60～120min。采用連續棒線軋制機進行軋制，開軋溫度控制為1000～1100℃。終軋后通過穿水器穿水冷卻，上冷床溫度控制為650～800℃。后空冷至室溫，經剪切定尺、打捆堆放。制得的鋼筋顯微組織為鐵素體+貝氏體，貝氏體組織比例≥75％。鋼筋的下屈服強度≥800mpa，抗拉強度≥960mpa，斷后伸長率≥12％，最大力總伸長率≥7.5％。

　　以下結合具體實施例對本發明進行進一步說明：

　　實施例1

　　本實例800mpa級熱軋螺紋鋼筋化學成分為：c0.18wt％，si0.85wt％，mn1.30wt％，nb0.02wt％，ti0.05wt％，mo0.12wt％，cr0.59wt％，b0.009wt％，cu0.03wt％，其余為fe和不可避免的雜質，ceq＝0.54。

　　采用轉爐冶煉，lf精煉，連鑄成150mm×150mm小方坯；鋼坯在加熱爐中均熱段溫度為1150-1200℃，加熱總時間70min；后采用連續棒線軋制機進行軋制，軋制規格ф22mm，開軋溫度1020-1050℃，上冷床溫度680-730℃，自然冷卻至室溫即獲得800mpa級螺紋鋼筋。制得的鋼筋組織為貝氏體和鐵素體，貝氏體組織比例為81％。

　　表1為鋼筋的力學性能，屈服強度＞800mpa，抗拉強度＞960mpa，斷后伸長率＞12，最大力總伸長率＞7.5。

　　表1φ22mm800mpa鋼筋力學性能

　　實施例2

　　本實例800mpa級熱軋螺紋鋼筋化學成分為：c0.17wt％，si1.17wt％，mn1.71wt％，nb0.03wt％，ti0.02wt％，mo0.11wt％，cr0.41wt％，b0.003wt％，cu0.05wt％，其余為fe和不可避免的雜質，ceq＝0.56。

　　采用轉爐冶煉，lf精煉，連鑄成150mm×150mm小方坯；鋼坯在加熱爐中均熱段溫度為1200-1250℃，加熱總時間80min；后采用連續棒線軋制機進行軋制，軋制規格φ22mm，開軋溫度1050-1080℃，上冷床溫度750-780℃，自然冷卻至室溫即獲得800mpa級螺紋鋼筋。制得的鋼筋組織為貝氏體和鐵素體，貝氏體組織比例為85％。

　　表2為鋼筋的力學性能，屈服強度＞800mpa，抗拉強度＞960mpa，斷后伸長率＞12，最大力總伸長率＞7.5。

　　表2φ22mm800mpa鋼筋力學性能

　　實施例3

　　本實例800mpa級熱軋螺紋鋼筋化學成分為：c0.16wt％，si0.32wt％，mn1.01wt％，nb0.01wt％，ti0.12wt％，mo0.31wt％，cr0.87wt％，b0.002wt％，cu0.07wt％，其余為fe和不可避免的雜質，ceq＝0.57。

　　采用轉爐冶煉，lf精煉，連鑄成150mm×150mm小方坯；鋼坯在加熱爐中均熱段溫度為1180-1230℃，加熱總時間70min；后采用連續棒線軋制機進行軋制，軋制規格φ22mm，開軋溫度1060-1090℃，上冷床溫度720-750℃，自然冷卻至室溫即獲得800mpa級螺紋鋼筋。制得的鋼筋組織為貝氏體和鐵素體，貝氏體組織比例為83％。

　　表3為鋼筋的力學性能，屈服強度＞800mpa，抗拉強度＞960mpa，斷后伸長率＞12，最大力總伸長率＞7.5。

　　表3φ22mm800mpa鋼筋力學性能

　　實施例4

　　本實例800mpa級熱軋螺紋鋼筋化學成分為：c0.24wt％，si0.91wt％，mn1.11wt％，nb0.02wt％，ti0.15wt％，mo0.16wt％，cr0.52wt％，b0.007wt％，cu0.18wt％，其余為fe和不可避免的雜質，ceq＝0.57。

　　采用轉爐冶煉，lf精煉，連鑄成150mm×150mm小方坯；鋼坯在加熱爐中均熱段溫度為1170-1220℃，加熱總時間75min；后采用連續棒線軋制機進行軋制，軋制規格φ22mm，開軋溫度1070-1100℃，上冷床溫度700-730℃，自然冷卻至室溫即獲得800mpa級螺紋鋼筋。制得的鋼筋組織為貝氏體和鐵素體，貝氏體組織比例為79％。

　　表4為鋼筋的力學性能，屈服強度＞800mpa，抗拉強度＞960mpa，斷后伸長率＞12，最大力總伸長率＞7.5。

　　表4φ22mm800mpa鋼筋力學性能

　　實施例5

　　本實例800mpa級熱軋螺紋鋼筋化學成分為：c0.17wt％，si0.48wt％，mn0.75wt％，nb0.03wt％，ti0.09wt％，mo0.41wt％，cr0.97wt％，b0.003wt％，cu0.12wt％，其余為fe和不可避免的雜質ceq＝0.58。

　　采用轉爐冶煉，lf精煉，連鑄成150mm×150mm小方坯；鋼坯在加熱爐中均熱段溫度為1190-1240℃，加熱總時間80min；后采用連續棒線軋制機進行軋制，軋制規格φ22mm，開軋溫度1000-1030℃，上冷床溫度730-760℃，自然冷卻至室溫即獲得800mpa級螺紋鋼筋。制得的鋼筋組織為貝氏體和鐵素體，貝氏體組織比例為88％。

　　表5為鋼筋的力學性能，屈服強度＞800mpa，抗拉強度＞960mpa，斷后伸長率＞12，最大力總伸長率＞7.5。

　　表5φ22mm800mpa鋼筋力學性能

　　實施例6

　　本實例800mpa級熱軋螺紋鋼筋化學成分為：c0.21wt％，si0.55wt％，mn1.02wt％，nb0.02wt％，ti0.05wt％，mo0.21wt％，cr0.65wt％，b0.004wt％，cu0.06wt％，其余為fe和不可避免的雜質，ceq＝0.56。

　　采用轉爐冶煉，lf精煉，連鑄成150mm×150mm小方坯；鋼坯在加熱爐中均熱段溫度為1180-1230℃，加熱總時間85min；后采用連續棒線軋制機進行軋制，軋制規格φ22mm，開軋溫度1010-1040℃，上冷床溫度750-780℃，自然冷卻至室溫即獲得800mpa級螺紋鋼筋。制得的鋼筋組織為貝氏體和鐵素體，貝氏體組織比例為84％。

　　表6為鋼筋的力學性能，屈服強度＞800mpa，抗拉強度＞960mpa，斷后伸長率＞12，最大力總伸長率＞7.5。

　　表6φ22mm800mpa鋼筋力學性能

　　最后說明的是，以上實施例和對比實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管通過上述優選實施例已經對本發明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其做出各種各樣的改變，而不偏離本發明權利要求書所限定的范圍。

　　技術特征：

　　技術總結

　　本發明公開一種800MPa級熱軋螺紋鋼筋及生產方法。高強螺紋鋼筋由以下元素按重量百分比(％)組成：C?0.15～0.25％，Si+Mn?1.00～3.00％，Nb?0.01～0.04％，Ti?0.01～0.20％，Mo+Cr?0.50～1.50％，B?0.001～0.01％，Cu?0.01～0.20％，其余為Fe和不可避免的雜質。本發明通過添加Nb、Mo、Cr和B來降低貝氏體形成溫度、促進韌性較好的粒狀貝氏體的形成；采用高溫加熱和低溫開軋相結合的工藝，使得Nb發揮有效固溶作用，并在后續的軋制及冷卻過程中形成彌散的Nb(C、N)納米級析出，析出強化效果好。采用上述成分和工藝生產的螺紋鋼顯微組織為鐵素體+貝氏體，下屈服強度≥800MPa。

　　技術研發人員：楊曉偉;麻晗;張宇;陳煥德;周云

　　受保護的技術使用者：江蘇省沙鋼鋼鐵研究院有限公司;張家港宏昌鋼板有限公司;江蘇沙鋼集團有限公司

　　技術研發日：2019.03.28

　　技術公布日：2019.07.05