本發(fā)明涉及鋼筋生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種hrb400e含鈮鈦高強(qiáng)度可焊接抗震鋼筋及其生產(chǎn)方法。

　　背景技術(shù)：

　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市市政工程和高層建筑等工程結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋性能的要求越來越高，建筑結(jié)構(gòu)的安全性、抗震性問題引起了越來越多的關(guān)注，而提高建筑安全性和抗震性的關(guān)鍵是提高鋼筋的強(qiáng)度和綜合性能。在國(guó)家大力提倡節(jié)能減排的背景下，普通強(qiáng)度鋼筋作為建筑用鋼主材的狀況已無法滿足現(xiàn)階段建設(shè)發(fā)展的需要，開發(fā)低成本高性能鋼筋已成為迫切需要解決的課題。多年來，我國(guó)為推廣應(yīng)用高強(qiáng)鋼筋，采取了修訂規(guī)范、開展示范工程等多項(xiàng)措施，但是高強(qiáng)鋼筋在實(shí)際工程應(yīng)用中仍存在許多問題。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)建筑行業(yè)所用鋼筋強(qiáng)度普遍低1～2個(gè)等級(jí)，主要存在強(qiáng)度低、彎曲性能差、應(yīng)變延伸率低，施工中配筋過密影響混凝土澆注，且抗震性能較差等問題。因此，研究開發(fā)強(qiáng)度高和綜合性能好的高強(qiáng)抗震鋼筋，是鋼鐵企業(yè)應(yīng)對(duì)未來鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在建筑工程領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢(shì)。

　　釩氮微合金化工藝是目前生產(chǎn)高強(qiáng)度可焊接鋼筋的主要手段，v-n微合金化技術(shù)主要是向釩鋼中增n后，改善v在鋼中的析出動(dòng)力學(xué)從而優(yōu)化其析出狀態(tài)，使原來大量處于固溶狀態(tài)的v轉(zhuǎn)變?yōu)槲龀鰻顟B(tài)的v，使析出的第二相顆粒的數(shù)量明顯增加，通過提高v在析出相的分布比例和形態(tài)，來增強(qiáng)細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化的作用，從而改善鋼的性能。但是由于v-n合金價(jià)格較高，嚴(yán)重增加了生產(chǎn)成本。為此，有研究者采用nb微合金化技術(shù)以取代v-n微合金化技術(shù)。鈮是鋼中常見的合金化元素，是一種較強(qiáng)的碳化物、氮化物和碳氮化物的形成元素，可以有效地阻止再結(jié)晶、積累應(yīng)變和保持奧氏體晶粒的變形結(jié)構(gòu)，在相變過程中其析出相能提高鐵素體的形核率，對(duì)細(xì)化晶粒和性能的提高起重要的作用。但鈮元素在增強(qiáng)鋼的綜合性能的同時(shí)也增加了連鑄坯的裂紋敏感性，容易產(chǎn)生內(nèi)裂紋和菱變等缺陷，嚴(yán)重影響鑄坯質(zhì)量。為解決該問題，在冶煉過程中加入ti元素，與鋼中碳、氮結(jié)合形成ti(c,n)，在高溫時(shí)析出細(xì)小彌散的ti(c,n)可抑制奧氏體晶粒度長(zhǎng)大，同時(shí)通過固定氮減少nb(c,n)、aln沿奧氏體晶界析出，提高鋼的熱塑性，從而減少nb導(dǎo)致的鋼坯缺陷。

　　技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

　　本發(fā)明針對(duì)上述技術(shù)問題，提供一種hrb400e含鈮鈦高強(qiáng)度可焊接抗震鋼筋及其制備工藝，所生產(chǎn)的hrb400e鋼筋具有強(qiáng)度高、塑韌性及抗震性能良好等特點(diǎn)，綜合性能穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的目的。

　　為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

　　一種hrb400e含鈮鈦高強(qiáng)度可焊接抗震鋼筋，所述鋼筋化學(xué)成分及重量百分含量如下：c：0.20-0.25％，ti：0.008-0.030％，nb：0.010-0.030％，si：0.40-0.80％，mn：1.10-1.50％，p≤0.045％，s≤0.045％，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)。

　　所述鋼筋由如下生產(chǎn)方法制得：包括轉(zhuǎn)爐冶煉工序、連鑄工序、鑄坯加熱工序、軋制工序，所述轉(zhuǎn)爐冶煉工序，終點(diǎn)成分重量百分含量控制為c≥0.08％，p≤0.035％，終點(diǎn)溫度1630～1680℃；所述鋼筋屈服強(qiáng)度≥400mpa，抗拉強(qiáng)度≥540mpa，鋼筋強(qiáng)屈比≥1.25，斷后伸長(zhǎng)率a≥16，最大伸長(zhǎng)率agt≥7.5。

　　本發(fā)明還提供了上述的hrb400e含鈮鈦高強(qiáng)度可焊接抗震鋼筋的生產(chǎn)方法，包括轉(zhuǎn)爐冶煉工序、連鑄工序、鑄坯加熱工序、軋制工序，所述轉(zhuǎn)爐冶煉工序，具體包括如下步驟：

　　s1轉(zhuǎn)爐冶煉工序

　　將鐵水與廢鋼或造渣料一起進(jìn)行脫碳脫磷冶煉，終點(diǎn)成分重量百分含量控制為c≥0.08％，p≤0.035％，終點(diǎn)溫度1630～1680℃；出鋼過程加入硅鐵、硅錳合金和鈮鐵合金進(jìn)行硅、錳、鈮合金化，待成分達(dá)到所述重量百分含量后加入鈦鐵，利用底吹氬攪拌使其快速熔化成分均勻，保證軟吹氬時(shí)間≥5min；

　　s2連鑄工序

　　采用連鑄全程保護(hù)澆鑄，結(jié)晶器冷卻水量控制在2600-2800l/min，進(jìn)出水溫差在5-8℃；中包穩(wěn)定控制在1515～1535℃；連鑄采用恒拉速，拉速為2.6～2.8m/min；二冷水采用氣霧噴咀弱冷模式，比水量為1.45-1.55l/kg鋼；

　　s3鑄坯加熱工序

　　將步驟s2的鑄坯在1000±50℃溫度下加熱保溫；

　　s4軋制工序

　　取步驟s3鑄坯軋制，開軋溫度為950～1050℃，終軋溫度為820～880℃。

　　本發(fā)明的技術(shù)原理如下：

　　鈮在鋼中可以形成nb(c,n)化合物，在奧氏體中的形變誘導(dǎo)析出來抑制奧氏體再結(jié)晶，進(jìn)而達(dá)到細(xì)化鐵素體晶粒的目的。nb(c,n)化合物在奧氏體中的形變誘導(dǎo)析出以及在鐵素體中的脫溶析出都可以起到一定的沉淀強(qiáng)化作用。鈦具有比較大的化學(xué)活性，易與氧、硫、氮、碳等元素形成化合物，鋼中加入適量的鈦，由于鈦和硫的親和力要強(qiáng)于錳和硫的親和力，因而鈦奪取mns中的硫而與它形成更為穩(wěn)定的ti4c2s2，減少mns的析出，控制夾雜物的形態(tài)可改善鋼材的各向異性。鈦在鋼中易與氮形成細(xì)小的tin，能夠有效阻止加熱時(shí)奧氏體晶粒長(zhǎng)大，可細(xì)化軋制時(shí)的起始晶粒，改善鋼材的韌性和焊接性。由于tin的析出溫度較高，在凝固過程中可以作為nb(c,n)的形核質(zhì)點(diǎn)，使ti、nb的復(fù)合析出物在連鑄拉矯溫度下具有較大尺寸，消除其對(duì)高溫塑性的不良影響，改善鋼種的連鑄工藝性能。

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果：

　　本發(fā)明通過對(duì)煉鋼和軋鋼工藝參數(shù)的嚴(yán)格控制，鋼種化學(xué)成分穩(wěn)定，波動(dòng)范圍較小，控制鋼中nb、ti含量，通過生成穩(wěn)定的ti4c2s2改善夾雜物存在的形態(tài)；生成的tin能夠阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，具有較強(qiáng)的析出沉淀強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化作用，消除其對(duì)高溫塑性的不良影響，顯著提高了含鈮鈦高強(qiáng)度可焊接抗震鋼筋的強(qiáng)度且具有一定的抗氫腐蝕能力。

　　本發(fā)明hrb400e含鈮鈦高強(qiáng)度可焊接抗震鋼筋具有強(qiáng)度高、塑韌性及抗震性能良好等特點(diǎn)，其中，屈服強(qiáng)度rel為≥400mpa，抗拉強(qiáng)度rm為≥540mpa，強(qiáng)屈比≥1.25，斷后伸長(zhǎng)率a≥16％，最大伸長(zhǎng)率agt≥7.5％，達(dá)到了抗震鋼筋要求。本發(fā)明的hrb400e抗震鋼筋與400mpa、500mpa級(jí)抗震鋼筋相比，由于強(qiáng)度提高，可節(jié)省鋼材，降低排筋密度，降低建造成本，增加結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，加大安全儲(chǔ)備量，具有節(jié)能減排，安全環(huán)保的現(xiàn)實(shí)意義。

　　本發(fā)明以鈮鈦配合可提高鋼的性能，達(dá)到加釩鋼的性能要求。以鈮鈦配合代釩，成本大大降低。以當(dāng)前價(jià)格計(jì)算，噸鋼節(jié)約成本：0.027％÷0.75÷0.9×37萬(wàn)元－0.024％÷0.65÷0.98×18萬(wàn)元－0.008％÷0.28÷0.85×0.97萬(wàn)元＝76.9元/噸鋼。

　　附圖說明

　　為了更清楚地說明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

　　圖1為本發(fā)明實(shí)施例1鋼筋的金相組織。

　　具體實(shí)施方式

　　為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)介紹，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于實(shí)施例。

　　實(shí)施例1

　　hrb400e含鈮鈦高強(qiáng)度可焊接抗震鋼筋化學(xué)成分及百分含量見表1，性能參數(shù)見表2，鋼筋的金相組織件圖1。

　　工藝流程如下：

　　(1)冶煉：將鐵水與廢鋼、造渣料等一起進(jìn)行脫碳脫磷冶煉，終點(diǎn)c為0.12％，終點(diǎn)p為0.019％，終點(diǎn)溫度為1650℃，出鋼過程中加入硅鐵、硅錳合金、鈮鐵進(jìn)行錳、硅和鈮合金化，出鋼過程全程吹氬攪拌，取樣成分合格后加入鈦鐵，軟吹氬時(shí)間6min。

　　(2)連鑄：將步驟1送往連鑄中間包，連鑄全程保護(hù)澆鑄，結(jié)晶器冷卻水量控制在2700l/min左右，進(jìn)出水溫差在6℃；中包溫度為1522℃；連鑄拉速為2.65m/min；二冷水量為1.48l/kg鋼。

　　(3)鑄坯加熱及軋制：將步驟2鑄坯在1050℃溫度下加熱保溫，開軋溫度在955℃，終軋溫度在830℃。

　　實(shí)施例2

　　hrb400e含鈮鈦高強(qiáng)度可焊接抗震鋼筋化學(xué)成分及百分含量見表1，性能參數(shù)見表2。

　　工藝流程如下：

　　(1)冶煉：將鐵水與廢鋼、造渣料等一起進(jìn)行脫碳脫磷冶煉，終點(diǎn)c為0.11％，終點(diǎn)p為0.019％，終點(diǎn)溫度為1640℃，出鋼過程中加入硅鐵、硅錳合金、鈮鐵進(jìn)行錳、硅和鈮合金化，出鋼過程全程吹氬攪拌，取樣成分合格后加入鈦鐵，軟吹氬時(shí)間6min。

　　(2)連鑄：將步驟1送往連鑄中間包，連鑄全程保護(hù)澆鑄，結(jié)晶器冷卻水量控制在2650l/min左右，進(jìn)出水溫差在6.5℃；中包溫度為1528℃；連鑄拉速為2.7m/min；二冷水量為1.5l/kg鋼。

　　(3)鑄坯加熱及軋制：將步驟2鑄坯在1020℃溫度下加熱保溫，開軋溫度在980℃，終軋溫度在835℃。

　　實(shí)施例3

　　hrb400e含鈮鈦高強(qiáng)度可焊接抗震鋼筋化學(xué)成分及百分含量見表1，性能參數(shù)見表2。

　　工藝流程如下：

　　(1)冶煉：將鐵水與廢鋼、造渣料等一起進(jìn)行脫碳脫磷冶煉，終點(diǎn)c為0.10％，終點(diǎn)p為0.018％，終點(diǎn)溫度為1645℃，出鋼過程中加入硅鐵、硅錳合金、鈮鐵進(jìn)行錳、硅和鈮合金化，出鋼過程全程吹氬攪拌，取樣成分合格后加入鈦鐵，軟吹氬時(shí)間6.5min。

　　(2)連鑄：將步驟1送往連鑄中間包，連鑄全程保護(hù)澆鑄，結(jié)晶器冷卻水量控制在2750l/min左右，進(jìn)出水溫差在7℃；中包溫度為1529℃；連鑄拉速為2.75m/min；二冷水量為1.52l/kg鋼。

　　(3)鑄坯加熱及軋制：將步驟2鑄坯在1020℃溫度下加熱保溫，開軋溫度在970℃，終軋溫度在835℃。

　　實(shí)施例4

　　hrb400e含鈮鈦高強(qiáng)度可焊接抗震鋼筋化學(xué)成分及百分含量見表1，性能參數(shù)見表2。

　　工藝流程如下：

　　(1)冶煉：將鐵水與廢鋼、造渣料等一起進(jìn)行脫碳脫磷冶煉，終點(diǎn)c為0.13％，終點(diǎn)p為0.016％，終點(diǎn)溫度為1660℃，出鋼過程中加入硅鐵、硅錳合金、鈮鐵進(jìn)行錳、硅和鈮合金化，出鋼過程全程吹氬攪拌，取樣成分合格后加入鈦鐵，軟吹氬時(shí)間7min。

　　(2)連鑄：將步驟1送往連鑄中間包，連鑄全程保護(hù)澆鑄，結(jié)晶器冷卻水量控制在2750l/min左右，進(jìn)出水溫差在6.6℃；中包溫度為1532℃；連鑄拉速為2.73m/min；二冷水量為1.52l/kg鋼。

　　(3)鑄坯加熱及軋制：將步驟2鑄坯在1020℃溫度下加熱保溫，開軋溫度在990℃，終軋溫度在870℃。

　　實(shí)施例5

　　hrb400e含鈮鈦高強(qiáng)度可焊接抗震鋼筋化學(xué)成分及百分含量見表1，性能參數(shù)見表2。

　　工藝流程如下：

　　(1)冶煉：將鐵水與廢鋼、造渣料等一起進(jìn)行脫碳脫磷冶煉，終點(diǎn)c為0.19％，終點(diǎn)p為0.017％，終點(diǎn)溫度為1660℃，出鋼過程中加入硅鐵、硅錳合金、鈮鐵進(jìn)行錳、硅和鈮合金化，出鋼過程全程吹氬攪拌，取樣成分合格后加入鈦鐵，軟吹氬時(shí)間8min。

　　(2)連鑄：將步驟1送往連鑄中間包，連鑄全程保護(hù)澆鑄，結(jié)晶器冷卻水量控制在2770l/min左右，進(jìn)出水溫差在7.2℃；中包溫度為1528℃；連鑄拉速為2.76m/min；二冷水量為1.5l/kg鋼。

　　(3)鑄坯加熱及軋制：將步驟2鑄坯在1080℃溫度下加熱保溫，開軋溫度在990℃，終軋溫度在840℃。

　　實(shí)施例1-5的hrb400e鋼成分見表1。

　　表1實(shí)施例1-5的hrb400e鋼成分/％

　　對(duì)實(shí)施例1-5的hrb400e鋼筋進(jìn)行性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表2；

　　表2實(shí)施例1-5的hrb400e鋼筋性能

　　以上只通過說明的方式描述了本發(fā)明的某些示范性實(shí)施例，毋庸置疑，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式對(duì)所描述的實(shí)施例進(jìn)行修正。因此，上述附圖和描述在本質(zhì)上是說明性的，不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)范圍的限制。

　　技術(shù)特征：

　　技術(shù)總結(jié)

　　本發(fā)明公開一種HRB400E含鈮鈦高強(qiáng)度可焊接抗震鋼筋及生產(chǎn)方法，屬于鋼筋生產(chǎn)領(lǐng)域。鋼筋包括化學(xué)成分及其重量百分比為：C：0.20?0.25％，Ti：0.008?0.030％，Nb：0.010?0.030％，Si：0.30?0.80％，Mn：1.10?1.50％，P≤0.045％，S≤0.045％，余量為Fe和雜質(zhì)元素。鋼筋的生產(chǎn)方法包括轉(zhuǎn)爐冶煉、連鑄、鑄坯加熱、軋制等步驟。本發(fā)明通過控制鋼中的Nb、Ti含量，促進(jìn)了Ti4C2S2、Ti(C,N)等以細(xì)小顆粒的形成及析出，并對(duì)煉鋼和軋鋼工藝參數(shù)的嚴(yán)格控制，顯著提高了鋼筋的強(qiáng)度，鋼筋各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了抗震鋼筋的要求，具有節(jié)能減排、綠色環(huán)保的現(xiàn)實(shí)意義。

　　技術(shù)研發(fā)人員：馮捷;竇為學(xué);國(guó)棟;謝力;郭志紅;常立山;孫會(huì)蘭

　　受保護(hù)的技術(shù)使用者：河北科技大學(xué)

　　技術(shù)研發(fā)日：2019.06.04

　　技術(shù)公布日：2019.08.20