[发明专利]一种600MPa级含钒高强热轧钢筋及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种600MPa级含钒高强热轧钢筋及其生产方法，特别是一种屈服强度在600MPa以上的建筑用含钒高强热轧钢筋及其生产方法，属于冶金炼钢和加工技术领域。

背景技术

2010年，我国生产钢材约80000万吨，其中钢筋约13000万吨，在国民经济发展中占据重大作用。热轧钢筋是钢筋混凝土建筑结构的主要增强材料，随着高层、大跨度、抗震、耐低温、耐火等多功能建筑结构的出现，要求钢筋具有更高的强度、韧性和较好的可焊性等综合性能。现在一些高层建筑、立交桥、地下管桩、核电站、大型水利工程、高速铁路、大跨度建筑工程和地下防空工程等需要强度更高的590MPA以上钢筋。目前，国标混凝土钢筋最高级别为HRB500（E），冶炼时在20MnSi的基础上增加Nb、Ti、V等合金元素，是热轧低合金钢，显微组织主要为铁素体和珠光体，但在500MPa上再增加强度变得困难，主要原因是冶炼时增氮固氮困难，轧制时形成大量固溶物、碳化物、氮化物和碳氮化物困难；而国标预应力混凝土钢筋最低级别为PSB785，一般为28Mn2V、45SiMnV、45Si2Cr、40Si2MnV和45Si2MnTi，是中碳精轧中合金钢筋，显微组织主要为铁素体和贝氏体，需要轧后进行回火处理。故590MPa以上钢筋通常采用PSB785钢筋，造成合金消耗大、成本高、工艺复杂且能源消耗量大，同时由于碳当量高，只能采用机械连接不可焊接，造成连接成本上升。

发明内容

本发明的目的是提供一种600MPa级含钒高强热轧钢筋及其生产方法，该方法生产出高强度、可焊性和机械连接性能均十分良好的600MPa级含钒高强热轧钢筋，具有铁素体和珠光体的复相组织，其中珠光体体积百分含量为25%-50%，通过控制复相组织中各相的体积百分含量及晶粒大小，可获得良好的强韧性配合和可焊性，解决背景技术存在的上述问题。

本发的技术方案：

一种600MPa级含钒高强热轧钢筋的生产方法，包含炼钢工序和轧制工序，炼钢工序在20MnSi的基础上增加钒和氮，包含如下工艺步骤：①增钒：转炉和精炼采用钒渣合金化增钒以及采用钒铁和氮化钒铁增钒，转炉进行成分粗调，精炼进行成分微调；②增氮固氮：转炉和精炼采用氮化锰、氮化硅、氮化硅锰合金和氮化钒铁增氮固氮，全程软吹氮气增氮；通过上述步骤，控制钢中各成分的质量百分比为：0.21～0.25%C，0.35～0.60%Si，1.35～1.55%Mn，0.08～0.12%V，0.005～0.04%N，≤0.040%S，≤0.040%P，其余为Fe及不可避免的不纯物；轧制工序：采用控轧控冷和低温大压下技术，轧制时钢坯开轧温度按970～1150℃范围控制，保证铸坯加热时钒均匀分布，精轧按850～970℃范围控制且总压下量≥50%；保证晶界析出细小可控的碳化物、氮化物和碳氮化物，起到钉扎作用阻止晶粒长大，最终实现细晶强化、固溶强化和沉淀析出强化作用从而得到理想的微观组织和优异的力学性能。

添加钒的目的是为了采用钒微合金化的机理，利用钒的细晶强化和沉淀固溶及析出强化作用来提高钢筋的强度；氮含量的控制主要是利用氮元素的强化作用以及氮与钒等结合生成氮化物或碳氮化物实现强度的提高。

所说的炼钢工序，包括如下流程：转炉、LF精炼、连铸；所说的轧钢工序包括如下流程：棒材机组轧制、冷却、剪切。

一种600MPa级含钒高强热轧钢筋，采用如下成分的钢坯轧制而成，钢中各成分的质量百分比为：0.21～0.25%C，0.35～0.60%Si，1.35～1.55%Mn，0.08～0.12%V，0.005～0.04%N，≤0.040%S，≤0.040%P，其余为Fe及不可避免的不纯物。

钢的冶炼采用如下工艺步骤：①增钒：转炉和精炼采用钒渣合金化增钒以及采用钒铁和氮化钒铁增钒，转炉进行成分粗调，精炼进行成分微调；②增氮固氮：转炉和精炼采用氮化锰、氮化硅、氮化硅锰合金和氮化钒铁增氮固氮，全程软吹氮气增氮。

同时采用如下的轧制工艺促进增钒工艺中的游离钒与增氮中的游离氮反应形成氮化物或碳氮化物也起到固氮作用；同时固氮作用可以有效缓解游离氮产生的时效现象。

轧制过程采用控轧控冷和低温大压下技术，轧制时钢坯开轧温度按970～1150℃范围控制，保证铸坯加热时钒均匀分布，精轧按850～970℃范围控制且总压下量≥50%；保证晶界析出细小可控的碳化物、氮化物和碳氮化物，起到钉扎作用阻止晶粒长大，最终实现细晶强化、固溶强化和沉淀析出强化作用从而得到理想的微观组织和优异的力学性能。

本发明增加钒和氮的理论基础如下：