專利名稱：Hrb400級鋼筋生產工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于鋼鐵冶金技術領域，具體地說，本發明涉及HRB400級鋼筋 的生產工藝。
技術背景1998年，國家對《鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》(GB1499-1991)進行修 訂，修訂后的國家標準為GB1499-1998，取消了鋼筋的強度等級代號， 一律 改用鋼筋牌號(HRB335、 HRB400、 HRB500)來表示。其中的H、 R、 B符 號分別為熱軋(Hot rolled)、帶肋(Ribbed)、鋼筋(Bars)三個詞的英文字首，后 面的數字為該牌號所要求的屈服點最小值(以MPa計)。本發明中所述的 HRB400級鋼筋，即指上述國家標準中規定的鋼筋牌號。近年來，隨著我國高層建筑的大量興建，對于建筑物的抗地震破壞的要 求越來越高，其中，對于建筑用熱軋鋼筋的強度和延展性的要求越來越嚴格。目前，我國的工業與民用建筑中仍廣泛采用鋼筋混凝土結構設計，在鋼 筋混凝土結構中大量采用屈服強度340MPa，抗拉強度為500 520MPa的II 級鋼筋或新標準為HRB335的同等級鋼筋，與國際上通常使用的屈服強度為 420MPa的鋼筋比，其強度偏低，同類建筑估計要多用10 25%的鋼材，也 就是說，對于同樣的建筑，使用HRB400級鋼筋比使用HRB335級鋼筋可以 節省10 25%的鋼材。因此，在建筑結構中使用HRB400級鋼筋代替HRB335級鋼筋已經成為 一個發展趨勢。目前，HRB400級鋼筋已被列入建設部重點推廣的技術，在 建筑用的鋼筋中，HRB400級鋼筋所占的比例逐年增加。以往，在生產HRB400級鋼筋時，通常是在上述HRB335級鋼筋用鋼的 成分基礎上，添加少量的V、 Ti、 Nb等合金元素，通過微合金化來提高鋼的 強度。下面的表1中示出HRB335級鋼筋用鋼的常用化學成分。 表1HRB335鋼筋的熔煉成分CMnSiC叫0.17% 0.25%1.20% 1.60%0.30% 0.50%《0.52><|>250.17% 0.25%1.20% 1.60%0.30% 0.80%《0.52但是，這種通過微合金化來提高鋼的強度的作法還存在一些問題。例如，釩(V)的價格昂貴，2005年釩鐵的價格曾一度達到45萬元/噸，從而導致 HRB400級鋼筋的生產成本大大提高。為此， 一些生產企業改用Nb微合金化， 但由于缺乏使用鈮鐵的經驗，產品的質量不夠穩定，而且，使用鈮鐵進行微 合金化時，對工藝控制的要求十分嚴格，因此給生產帶來一定的困難。為了解決上述問題，有些企業不得不取消或者盡量少添加微合金元素， 而采用熱軋穿水冷卻來保證鋼筋的性能。在中國專利CN1278013A、 CN1586750A、 CN1792484A和CN1793389A中分別公開了一些這樣的熱軋穿 水冷卻工藝。所謂熱軋穿水冷卻，就是在鋼筋終軋后使其進入水冷卻器，通 過調節冷卻水的壓力和流量使鋼筋冷卻。鋼筋熱軋穿水冷卻的目的是，通過 快速冷卻抑制奧氏體晶粒長大，相變后形成細晶鐵素體、珠光體組織。但該 工藝在操作過程中很難控制。如果冷卻水的壓力和流量低(即通常所說的輕 穿水)，由于鋼筋溫度高(一般在1000。C以上)、軋制速度快，鋼筋達不到快 速冷卻的效果；反之，如果加大冷卻水的壓力和流量(即通常所說的重穿水)， 鋼筋表層就會淬火形成馬氏體組織，隨著心部的熱量向外傳遞，上述淬火馬 氏體發生回火，形成回火索氏體或回火屈氏體，低倍觀察時在鋼筋橫截面的 外周可以看到一圈所謂的"穿水組織"，其厚度有時達到lmm左右。 一般地 說，重穿水時很難避免形成這種組織，而GB1499中規定，鋼筋中是不允許 存在這種組織的。另外，實踐中發現，經過輕穿水的鋼筋，其表面形成了一 種阻止鋼筋氧化的薄膜，而經過重穿水的鋼筋則沒有形成這樣的薄膜，在隨 后的放置過程中表面非常容易銹蝕。目前，許多企業仍采用重穿水冷卻。為了避免鋼筋中出現上述回火組織， 國家標準局正在修訂GB1499，明確將有回火組織的鋼筋列為熱處理鋼筋，這 就超出了按GB1499生產熱軋鋼筋的產品范圍。因此，目前的穿水控制冷卻
生產HRB400級鋼筋的生產工藝亟待加以改進。 發明內容鑒于上述現有技術中存在的問題，本發明的目的在于，提供一種新的 HRB400級鋼筋的生產工藝，使用不含V、 Nb、 Ti等微合金化元素的普通碳 鋼即可生產出符合GB1499規定的HRB400級鋼筋。此外，本發明的另一個 目的在于，克服上述現有技術鋼筋生產工藝的缺點，提供--種新的HRB400 級鋼筋熱軋穿水冷卻生產工藝，為了實現上述任務，本發明人對低合金鋼的強化理論進行了深入的研究， 并將其運用到HRB400級鋼筋的生產工藝中，從而研制出本發明的新的 HRB400級鋼筋生產工藝。根據低合金的強化理論，除了合金強化、熱處理強化之外，還有相變強 化、細晶強化等途徑，即靠形成一定的顯微組織和細小晶粒達到強化的目的。 在限制了熱軋顯微組織的情況下，可以選擇的組織有珠光體、索氏體和屈氏 體。屈氏體就是極細的珠光體，其平均片層間距小于0.1微米，這種組織的 強度比珠光體高得多，而韌性與之相當，可以達到HRB400級鋼筋的強度水 平。為了獲得這種組織，在鋼筋熱軋后必須進行控制冷卻，使其冷卻曲線穿 過C曲線"鼻子"的下半部，在此區域中冷卻時，奧氏體就可以轉變成極細 的珠光體。要實現上述相變過程，也必須進行穿水冷卻，而且冷卻水的壓力和流量 必須足夠大，因為此時鋼筋的溫度一般在IOO(TC以上。由于水溫一般在30 °。左右，表層以下靠心部的熱量向外傳遞可以達到預期的相變溫度，從鋼筋 的表層到內部溫度逐漸升高。但這樣的冷卻勢必造成表面淬火。為了避免表面淬火，必須在基體的控制冷卻之前，使表層的奧氏體組織 先轉變為穩定的鐵素體、珠光體組織，這樣，不管隨后如何冷卻它都不會轉 變成其它組織，即使在Ms點以下也不會淬火。基于上述認識，本發明人研制 出在鋼筋熱軋后對其表層和表層以下的基體分別進行冷卻的工藝，即鋼筋的 兩次冷卻工藝。其中，第一次冷卻主要是冷卻鋼筋的表層，此時，冷卻水采 用較低的壓力和流量，靠鋼筋表面產生的蒸汽膜保護表面，使之進行高溫轉
變，形成鐵素體加珠光體的組織。隨后進行第二次冷卻，采用較大的壓力和 流量，使鋼筋的基體部分在C曲線"鼻子"的下半部區域冷卻發生相變，轉 變成極細的珠光體，形成細小晶粒，達到細晶強化的目的。從而使鋼筋達到服B400級的性能要求。同時，由于鋼筋先經過輕穿水，表面形成的保護膜可 以阻止鋼筋在隨后的重穿水及放置過程中被氧化，從而避免了鋼筋表面生銹。 本發明的HRB400級鋼筋生產工藝的技術方案如下(1) 本發明的第1方案是HRB400級鋼筋的生產工藝，其特征在于，將 普通低碳鋼鋼坯熱軋成鋼筋，熱軋后控制冷卻，所述的控制冷卻是分兩步進 行穿水冷卻，第一次穿水冷卻時控制水壓并調節水流量，使穿水后的鋼筋表 面溫度在70(TC以下、40(TC以上，隨后進行第二次穿水冷卻，控制水壓并調 節水流量，使穿水后的鋼筋表面溫度在350-400T〕。(2) 本發明的第2方案是上述第1項所述的HRB400級鋼筋的生產工 藝，其特征在于，第一次穿水冷卻時水壓控制在0.8-1.3MPa，第二次穿水冷 卻時水壓控制在1.5MPa左右。(3) 本發明的第3方案是上述第1項所述的HRB400級鋼筋的生產工 藝，其特征在于，第一次穿水冷卻后，鋼筋的表層形成鐵素體+珠光體組織， 第二次穿水冷卻后，鋼筋表層以下的心部形成極細的珠光體組織。(4) 本發明的第4方案是上述第1-3項中任一項所述的HRB400級鋼 筋的生產工藝，其特征在于，所述的普通低碳鋼的化學成分(重量％)為C 0.17-0.25%， Si 0.30-0.80%， Mnl.20-1.60%， S50.035%， P，035%，余量基 本上是Fe。(5) 本發明的第5方案是采用上述第1-4項中任一項所述的生產工藝 制得的HRB400級鋼筋，其特征在于，鋼筋的表層形成鐵素體+珠光體組織， 表層以下的心部形成極細珠光體組織。
具體實施方式
以下通過實施例對本發明的HRB400級鋼筋生產工藝進行具體的說明， 但本發明不受這些實施例的限制。 實施例1制備普通低碳鋼鋼坯，其成分為(重量％): 0.21%C、 0.50°/。Si、 1.40°/。Mn、 S<0.035%、 P<0.035%，余量基本上是Fe。對上述鋼坯進行熱軋，開軋溫度1150°C，終軋溫度IOO(TC。將鋼坯 熱軋成鋼筋后，使其相繼穿過兩個冷卻水箱進行冷卻，首先進入一個長約4 米的水箱，控制水壓在0.9MPa左右，適當調節水流量，使鋼筋表層完成高溫 轉變，形成鐵素體+珠光體組織。然后，使鋼筋進入大約8米長的水箱，控制 水壓在1.5MPa左右，適當調節水流量，使鋼筋的基體部分在600-50(TC的溫 度范圍內轉變成極細的珠光體。使用光學顯微鏡對經過上述生產工藝制成的鋼筋進行金相觀察，結果， 鋼筋的表層是鐵素體+珠光體組織，表層以下的基體部分是極細的珠光體組 織。該鋼筋具有超細晶粒的結構，鋼筋的性能達到GB1499-1998中規定的 HRB400級鋼筋的各項性能指標要求。實施例2制備普通低碳鋼鋼坯，其成分為(重量％): 0.18%C、 0.35%Si、 1.40%Mn、 S<0.035%、 P<0.035%，余量基本上是Fe。除此之外，與實施例1同樣操作，所得到的鋼筋的性能和顯微組織均符 合GB1499-1998中規定的HRB400級鋼筋的各項性能指標要求發明的效果采用本發明的生產工藝，可以使用普通碳鋼材料制造HRB400級鋼筋， 省去添加微合金元素的費用，降低了 HRB400級鋼筋的制造成本。另外，鋼 筋的表面不會出現淬火-回火組織，表面不容易生銹，基體的晶粒細小，鋼筋 的強度高且韌性好，具有良好的綜合性能。
權利要求
1. HRB400級鋼筋的生產工藝，其特征在于，將普通低碳鋼鋼坯熱軋成鋼筋，熱軋后控制冷卻，所述的控制冷卻是分兩步進行穿水冷卻，第一次穿水冷卻時控制水壓并調節水流量，使穿水后的鋼筋表面溫度在700℃以下、400℃以上，隨后進行第二次穿水冷卻，控制水壓并調節水流量，使穿水后的鋼筋表面溫度在350-400℃。
2. 根據權利要求1所述的HRB400級鋼筋的生產工藝，其特征在于， 第一次穿水冷卻時水壓控制在0.8-1.3MPa，第二次穿水冷卻時水壓控制在 1.5MPa左右。
3. 根據權利要求1所述的HRB400級鋼筋的生產工藝，其特征在于， 第一次穿水冷卻后，鋼筋的表層形成鐵素體+珠光體組織，第二次穿水冷卻 后，鋼筋表層以下的心部形成極細的珠光體組織。
4. 根據權利要求1-3中任一項所述的HRB400級鋼筋的生產工藝，其 特征在于，所述的普通低碳鋼的化學成分(重量％)為C 0.17-0.25%， Si 0.30-0.80%, Mn 1,20-1.60%, S^O.035%, P^O.035%,余量基本上是Fe。
5. 采用權利要求1-4中任一項所述的生產工藝制得的HRB400級鋼筋， 其特征在于，鋼筋的表層形成鐵素體+珠光體組織，表層以下的心部形成極 細珠光體組織。
全文摘要
本發明提供了使用普通碳鋼生產HRB400級鋼筋的生產工藝，其特征在于，將普通低碳鋼鋼坯熱軋成鋼筋，熱軋之后控制冷卻，所述的控制冷卻是分兩步進行穿水冷卻，第一次穿水冷卻時控制水壓在0.8-1.3MPa，調節水流量，使穿水后的鋼筋表層溫度在700℃以下、400℃以上，隨后進行第二次穿水冷卻，控制水壓在1.5MPa左右，調節水流量，使穿水后的鋼筋表面溫度在350-400℃。
文檔編號C21D9/52GK101210279SQ20061016995
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月25日 優先權日2006年12月25日
發明者解萬里 申請人:承德新新釩鈦股份有限公司