一种低屈强比预应力钢筋及其热处理方法
【专利摘要】本发明涉及一种低屈强比预应力钢筋，所述钢筋包含的成分及其重量百分含量为：C：0.055～0.085%，Si：0.13～0.25%，Mn：2.20～2.50%，P：≤0.010%，S：≤0.0015%，Ni：0.30～0.60%，Cu：0.20～0.45%，Mo：0.15～0.50%，Nb：0.025～0.060%，Ti：0.01～0.035%，Alt：0.020～0.040%，复合稀土：0.10～0.35%，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明明通过合理的成分设计，采用低碳、低磷硫冶炼工艺，与其他稀土元素配合，有效地增强了低合金钢的强韧性能。采用控轧控冷技术，及合理的回火热处理，保证钢筋组织及性能均匀，获得低屈强比高强度桥梁工程用钢筋。
【专利说明】一种低屈强比预应力钢筋及其热处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种钢筋及其热处理方法，具体的说是一种钢筋及其热处理方法，属 于金属冶炼及其热处理工艺【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 国外已开发和使用了高性能桥梁钢品种。美国采用高性能桥梁钢，已建成了多座 高性能钢桥。该钢一般采用调质态交货，但冲击韧性要求偏低，成本高。日本采用高性能桥 梁钢，该钢一般采用TMCP+回火交货，屈强比要求低。国内部分钢企正在开发高性能桥梁钢 品种，但目前试制产品在屈强比、低温韧性等方面水平尚有不足。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种抗拉PC钢棒及其 热处理方法，通过合理的成分设计以及合理的热处理工艺，获得性能优异的低屈强比高强 度预应力钢筋。
[0004] 为了解决以上技术问题，本发明提供一种低屈强比预应力钢筋，所述钢筋包含的 成分及其重量百分含量为：C :0. 055 ?0. 085%，Si :0. 13 ?0. 25%，Mn :2. 20 ?2. 50%，P : 彡 0· 010%，S :彡 0· 0015%，Ni :0· 30 ?0· 60%，Cu :0· 20 ?0· 45%，Mo :0· 15 ?0· 50%，Nb : 0· 025 ?0· 060%，Ti :0· 01 ?0· 035%，Alt :0· 020 ?0· 040%，复合稀土 ：0· 10 ?0· 35%，其余 为Fe及不可避免的杂质； 杂质按重量百分比控制为：〇 :彡〇· 〇〇15%，N :彡0· 0080%，H :彡0· 0001%，As :彡0· 012%， Pb :彡 0. 010%, Sn :彡 0. 010%, Sb :彡 0. 010%。
[0005] 本发明的进一步限定技术方案，前述的低屈强比预应力钢筋，所述复合稀土中，按 重量百分比包含以下组分：Gd :8?16%，Sm :21?23%，Dy :1?2%，Pr :5?13%，余量为 L& 〇
[0006] 前述的低屈强比预应力钢筋，所述钢筋抗拉强度为820?850MPa，屈服强度为 560?650MPa，延伸率为彡20%，-40°C低温纵向冲击彡120J。
[0007] 前述的低屈强比预应力钢筋，所述钢筋包含的成分及其重量百分含量为：C : 0. 055%, Si ：0. 13%, Mn ：2, 20%, P ：0. 006%, S ：0. 0010%, Ni ：0. 30%, Cu ：0. 25%, Mo ：0. 15%, Nb :0. 025%，Ti :0. 01%，Alt :0. 020%，复合稀土 ：0. 10%，其余为Fe及不可避免的杂质；杂 质按重量百分比控制为：0 :彡 0· 0015%，N :彡 0· 0080%，H :彡 0· 0001%，As :彡 0· 012%，Pb : ^ 0. 010%, Sn 0. 010%, Sb 0. 010% ； 所述复合稀土中，按重量百分比包含以下组分：Gd :8%，Sm :21%，Dy :1%，Pr :5%，余量为 L& 〇
[0008] 前述的低屈强比预应力钢筋，所述钢筋包含的成分及其重量百分含量为：C : 0. 065%, Si ：0. 20%, Mn ：2, 31%, P ：0. 008%, S ：0. 0010%, Ni ：0. 46%, Cu ：0. 35%, Mo ：0. 35%, Nb ： 0. 045%，Ti :0. 015%，Alt :0. 026%，复合稀土 ：0. 15%，其余为Fe及不可避免的杂质； 杂质按重量百分比控制为：〇 :彡〇· 〇〇15%，N :彡0· 0080%，H :彡0· 0001%，As :彡0· 012%， Pb 0. 010%, Sn 0. 010%, Sb 0. 010% ； 所述复合稀土中，按重量百分比包含以下组分：Gd :11%，Sm :22%，Dy :1%，Pr :8%，余量 为La。
[0009] 前述的低屈强比预应力钢筋，所述钢筋包含的成分及其重量百分含量为：C : 0. 085%, Si ：0. 25%, Mn ：2, 50%, P ：0. 010%, S ：0. 0015%, Ni ：0. 60%, Cu ： 0. 45%, Mo ：0. 50%, Nb ： 0. 060%，Ti :0. 035%，Alt :0. 040%，复合稀土 ：0. 35%，其余为Fe及不可避免的杂质； 杂质按重量百分比控制为：〇 :彡〇· 〇〇15%，N :彡0· 0080%，H :彡0· 0001%，As :彡0· 012%， Pb 0. 010%, Sn 0. 010%, Sb 0. 010% ； 所述复合稀土中，按重量百分比包含以下组分：Gd :16%，Sm :23%，Dy :2%，Pr : 13%，余 量为La。
[0010] 一种用于低屈强比预应力钢筋的热处理方法，按以下步骤进行： ㈠ 将冶炼好的钢筋送入加热炉加热到1250-1295°C，在线经第一冷却工序将钢筋快速 度冷却到655-685°C，然后在淬火装置内用水或淬火液进行为时22-26秒钟淬火，然后经过 回火加热炉加热到870-880°C回火，再通过第二冷却工艺冷却到常温； ㈡将钢筋热轧至所需尺寸，热轧温度为1120_1135°C，然后在线经第三冷却工序将钢筋 快速度冷却到645-680°C，再通过第四冷却工艺冷却到常温； 曰对热轧后的钢筋进行感应加热，加热温度为870-890°C，再将感应加热完成的钢筋不 经过保温直接用高压喷射水或淬火液进行淬火处理，淬火冷却速度11-14°C /s，使钢筋温 度冷却到Ms点以下15-28°C ; ㈣将淬火后的钢筋经过回火加热炉加热到710-725°C，保温25-30秒； ⑶将回火后的钢筋在线经第五冷却工序将钢筋快速度冷却到355-385?，然后经过加 热炉加热到750-790°C，采用水冷以8-10°C /s的冷却速率将钢筋水冷至常温。
[0011] 前述的低屈强比预应力钢筋的热处理方法，所述第一冷却工序：采用水冷与空 冷结合，先采用水冷以6-10°C /s的冷却速率将钢筋水冷至1120-1150°C，然后空冷至 750-770°C，再采用水冷以1-3°C /s的冷却速率将钢筋水冷至655-685°C ; 所述第二冷却工序：采用压缩空气或雾状淬火液以l〇_12°C /s的冷却速率将钢筋冷至 室温； 所述第三冷却工序：采用压缩空气或雾状淬火液以5-8°C /s的冷却速率将钢筋冷至 645-680 0C ； 所述第四冷却工序：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以2-3°C /s的冷却速率将钢筋 水冷至520-550°C，然后空冷至450-470°C，再采用水冷以5-8°C /s的冷却速率将钢筋水冷 至室温； 所述第五冷却工序：采用压缩空气或雾状淬火液以2-5°C /s的冷却速率将钢筋冷至 355-385°C。
[0012] 本发明明通过合理的成分设计，采用低碳、低磷硫冶炼工艺，与其他稀土元素配 合，有效地增强了低合金钢的强韧性能。采用控轧控冷技术，及合理的回火热处理，保证钢 筋组织及性能均匀，获得低屈强比高强度桥梁工程用钢筋。
【具体实施方式】
[0013] 实施例1 本实施例提供的一种轻低屈强比预应力钢筋，所述钢筋包含的成分及其重量百分含 量为：C :0· 055%，Si :0· 13%，Mn :2· 20%，P :0· 006%，S :0· 0010%，Ni :0· 30%，Cu :0· 25%，Mo : 0. 15%，Nb :0. 025%，Ti :0. 01%，Alt :0. 020%，复合稀土 ：0. 10%，其余为 Fe 及不可避免的杂 质；杂质按重量百分比控制为：〇 :彡〇· 〇〇15%，N :彡0· 0080%，H :彡0· 0001%，As :彡0· 012%， Pb :彡0. 010%，Sn :彡0. 010%，Sb :彡0. 010% ;所述复合稀土中，按重量百分比包含以下组 分：Gd :8%，Sm :21%，Dy :1%，Pr :5%，余量为 La。
[0014] 本实施例介绍的低屈强比预应力钢筋的热处理方法，按以下步骤进行： (-)将冶炼好的钢筋送入加热炉加热到1250°c，在线采用水冷与空冷结合，先采用水冷 以6°C /s的冷却速率将钢筋水冷至1120°C，然后空冷至750°C，再采用水冷以1°C /s的冷 却速率将钢筋水冷至655°C,然后在淬火装置内用水或淬火液进行为时22秒钟淬火,然后 经过回火加热炉加热到870°C回火，再用压缩空气或雾状淬火液以KTC /s的冷却速率将钢 筋冷至室温； (二)将钢筋热轧至所需尺寸，热轧温度为1120°C，然后在线采用压缩空气或雾状淬火液 以5°C /s的冷却速率将钢筋冷至645°C，再采用水冷与空冷结合，先采用水冷以2°C /s的冷 却速率将钢筋水冷至520°C，然后空冷至450°C，再采用水冷以5°C /s的冷却速率将钢筋水 冷至室温； 曰对热轧后的钢筋进行感应加热，加热温度为870°C，再将感应加热完成的钢筋不经过 保温直接用高压喷射水或淬火液进行淬火处理，淬火冷却速度ire /s，使钢筋温度冷却到 Ms点以下15°C ; ㈣将淬火后的钢筋经过回火加热炉加热到710°C，保温25秒； ㈤将回火后的钢筋在线采用压缩空气或雾状淬火液以2°C /s的冷却速率将钢筋冷至 355°C，然后经过加热炉加热到750°C，采用水冷以8°C /s的冷却速率将钢筋水冷至常温。
[0015] 实施例2 本实施例提供的低屈强比预应力钢筋，所述钢筋包含的成分及其重量百分含量为：C : 0. 065%, Si ：0. 20%, Mn ：2, 31%, P ：0. 008%, S ：0. 0010%, Ni ：0. 46%, Cu ：0. 35%, Mo ：0. 35%, Nb ： 0. 045%，Ti :0. 015%，Alt :0. 026%，复合稀土 ：0. 15%，其余为Fe及不可避免的杂质； 杂质按重量百分比控制为：〇 :彡〇· 〇〇15%，N :彡0· 0080%，H :彡0· 0001%，As :彡0· 012%， Pb 0. 010%, Sn 0. 010%, Sb 0. 010% ； 所述复合稀土中，按重量百分比包含以下组分：Gd : 11%，Sm : 22%，Dy :1%，Pr :8%，余量 为La。
[0016] 本实施例介绍的低屈强比预应力钢筋的热处理方法，按以下步骤进行： (-)将冶炼好的钢筋送入加热炉加热到1265°c，在线采用水冷与空冷结合，先采用水冷 以8°C /s的冷却速率将钢筋水冷至1130°C，然后空冷至760°C，再采用水冷以2°C /s的冷 却速率将钢筋水冷至665°C,然后在淬火装置内用水或淬火液进行为时24秒钟淬火,然后 经过回火加热炉加热到876°C回火，再用压缩空气或雾状淬火液以11°C /s的冷却速率将钢 筋冷至室温； (二)将钢筋热轧至所需尺寸，热轧温度为1125°C，然后在线采用压缩空气或雾状淬火液 以6°C /s的冷却速率将钢筋冷至660°C，再采用水冷与空冷结合，先采用水冷以2°C /s的冷 却速率将钢筋水冷至535°C，然后空冷至465°C，再采用水冷以7°C /s的冷却速率将钢筋水 冷至室温； 曰对热轧后的钢筋进行感应加热，加热温度为885°C，再将感应加热完成的钢筋不经过 保温直接用高压喷射水或淬火液进行淬火处理，淬火冷却速度13°C /s，使钢筋温度冷却到 Ms点以下19°C ; ㈣将淬火后的钢筋经过回火加热炉加热到720°C，保温26秒； ㈤将回火后的钢筋在线采用压缩空气或雾状淬火液以4°C /s的冷却速率将钢筋冷至 365°C，然后经过加热炉加热到770°C，采用水冷以8°C /s的冷却速率将钢筋水冷至常温。
[0017] 实施例3 本实施例提供的低屈强比预应力钢筋，所述钢筋包含的成分及其重量百分含量为：C : 0. 085%, Si ：0. 25%, Mn ：2, 50%, P ：0. 010%, S ：0. 0015%, Ni ：0. 60%, Cu ： 0. 45%, Mo ：0. 50%, Nb ： 0. 060%，Ti :0. 035%，Alt :0. 040%，复合稀土 ：0. 35%，其余为Fe及不可避免的杂质； 杂质按重量百分比控制为：〇 :彡〇· 〇〇15%，N :彡0· 0080%，H :彡0· 0001%，As :彡0· 012%， Pb 0. 010%, Sn 0. 010%, Sb 0. 010% ； 所述复合稀土中，按重量百分比包含以下组分：Gd :16%，Sm :23%，Dy :2%，Pr : 13%，余 量为La。
[0018] 本实施例介绍的低屈强比预应力钢筋的热处理方法，按以下步骤进行： (-)将冶炼好的钢筋送入加热炉加热到1295°c，在线采用水冷与空冷结合，先采用水冷 以10°C /s的冷却速率将钢筋水冷至1150°C，然后空冷至770°C，再采用水冷以3°C /s的冷 却速率将钢筋水冷至685°C,然后在淬火装置内用水或淬火液进行为时26秒钟淬火,然后 经过回火加热炉加热到880°C回火，再用压缩空气或雾状淬火液以12°C /s的冷却速率将钢 筋冷至室温； (二)将钢筋热轧至所需尺寸，热轧温度为1135°C，然后在线采用压缩空气或雾状淬火液 以8°C /s的冷却速率将钢筋冷至680°C，再采用水冷与空冷结合，先采用水冷以3°C /s的冷 却速率将钢筋水冷至550°C，然后空冷至470°C，再采用水冷以8°C /s的冷却速率将钢筋水 冷至室温； 曰对热轧后的钢筋进行感应加热，加热温度为890°C，再将感应加热完成的钢筋不经过 保温直接用高压喷射水或淬火液进行淬火处理，淬火冷却速度14°C /s，使钢筋温度冷却到 Ms点以下28°C ; (四)将淬火后的钢筋经过回火加热炉加热到725°C，保温30秒； ㈤将回火后的钢筋在线采用压缩空气或雾状淬火液以5°C /s的冷却速率将钢筋冷至 385°C，然后经过加热炉加热到790°C，采用水冷以10°C /s的冷却速率将钢筋水冷至常温。
[0019] 经检测，本发明实施例的钢筋性能结果良好，钢筋抗拉强度为820?850MPa，屈服 强度为560?650MPa，延伸率为彡20%，-40°C低温纵向冲击彡120J，具有良好的强韧性匹 配及低的屈强比，抗震性能优异，生产工艺稳定，可操作性强。其性能如下： 本发明实施例回火钢筋的拉伸性能_
【权利要求】
1. 一种低屈强比预应力钢筋，其特征在于所述钢筋包含的成分及其重量百分含量为： C :0? 055 ?0? 085%，Si :0? 13 ?0? 25%，Mn :2. 20 ?2. 50%，P :彡 0? 010%，S :彡 0? 0015%， Ni :0. 30 ?0. 60%，Cu :0. 20 ?0. 45%，Mo :0. 15 ?0. 50%，Nb :0. 025 ?0. 060%，Ti :0. 01 ? 0. 035%，Alt :0. 020?0. 040%，复合稀土 ：0. 10?0. 35%，其余为Fe及不可避免的杂质； 杂质按重量百分比控制为：〇 :彡〇? 〇〇15%，N :彡0. 0080%，H :彡0? 0001%，As :彡0? 012%， Pb 0. 010%, Sn 0. 010%, Sb 0. 010%〇
2. 根据权利要求1所述的低屈强比预应力钢筋，其特征在于：所述复合稀土中，按重量 百分比包含以下组分：Gd :8?16%，Sm :21?23%，Dy :1?2%，Pr :5?13%，余量为La。
3. 根据权利要求1所述的低屈强比预应力钢筋，其特征在于：所述钢棒抗拉强度为 820?850MPa，屈服强度为560?650MPa，延伸率为彡20%，-40°C低温纵向冲击彡120J。
4. 根据权利要求1所述的低屈强比预应力钢筋，其特征在于：所述钢筋包含的成分及 其重量百分含量为：C :0? 055%，Si :0? 13%，Mn :2. 20%，P :0? 006%，S :0? 0010%，Ni :0? 30%，Cu : 0? 25%，Mo :0? 15%，Nb :0? 025%，Ti :0? 01%，Alt :0? 020%，复合稀土 ：0? 10%，其余为 Fe 及不可 避免的杂质； 杂质按重量百分比控制为：〇 :彡〇? 〇〇15%，N :彡0? 0080%，H :彡0? 0001%，As :彡0? 012%， Pb 0. 010%, Sn 0. 010%, Sb 0. 010% ； 所述复合稀土中，按重量百分比包含以下组分：Gd :8%，Sm : 21%，Dy :1%，Pr : 5%，余量为L&〇
5. 根据权利要求1所述的低屈强比预应力钢筋，其特征在于：所述钢筋包含的成分及 其重量百分含量为：C :0? 065%，Si :0? 20%，Mn :2. 31%，P :0? 008%，S :0? 0010%，Ni :0? 46%，Cu : 0? 35%，Mo :0? 35%，Nb :0? 045%，Ti :0? 015%，Alt :0? 026%，复合稀土 ：0? 15%，其余为 Fe 及不可 避免的杂质； 杂质按重量百分比控制为：〇 :彡〇? 〇〇15%，N :彡0? 0080%，H :彡0? 0001%，As :彡0? 012%， Pb 0. 010%, Sn 0. 010%, Sb 0. 010% ； 所述复合稀土中，按重量百分比包含以下组分：Gd : 11%，Sm :22%，Dy :1%，Pr :8%，余量 为La。
6. 根据权利要求1所述的低屈强比预应力钢筋，其特征在于：所述钢筋包含的成分及 其重量百分含量为：C :0? 085%，Si :0? 25%，Mn :2. 50%，P :0? 010%，S :0? 0015%，Ni :0? 60%，Cu : 0? 45%，Mo :0? 50%，Nb :0? 060%，Ti :0? 035%，Alt :0? 040%，复合稀土 ：0? 35%，其余为 Fe 及不可 避免的杂质； 杂质按重量百分比控制为：〇 :彡〇? 〇〇15%，N :彡0? 0080%，H :彡0. 0001%，As :彡0? 012%， Pb 0. 010%, Sn 0. 010%, Sb 0. 010% ； 所述复合稀土中，按重量百分比包含以下组分：Gd :16%，Sm :23%，Dy :2%，Pr : 13%，余 量为La。
7. -种用于根据权利要求1所述的低屈强比预应力钢筋的热处理方法，其特征在于： 按以下步骤进行： ㈠将冶炼好的钢筋送入加热炉加热到1250-1295°C，在线经第一冷却工序将钢筋快速 度冷却到655-685°C，然后在淬火装置内用水或淬火液进行为时22-26秒钟淬火，然后经过 回火加热炉加热到870-880°C回火，再通过第二冷却工艺冷却到常温； ㈡将钢筋热轧至所需尺寸，热轧温度为1120_1135°C，然后在线经第三冷却工序将钢筋 快速度冷却到645-680°C，再通过第四冷却工艺冷却到常温； 曰对热轧后的钢筋进行感应加热，加热温度为870-890°C，再将感应加热完成的钢筋不 经过保温直接用高压喷射水或淬火液进行淬火处理，淬火冷却速度11_14°C /s，使钢筋温 度冷却到Ms点以下15-28°C ; ㈣将淬火后的钢筋经过回火加热炉加热到710-725°C，保温25-30秒； ⑶将回火后的钢筋在线经第五冷却工序将钢筋快速度冷却到355-385°C，然后经过加 热炉加热到750-790°C，采用水冷以8-10°C /s的冷却速率将钢筋水冷至常温。
8.根据权利要求7所述的低屈强比预应力钢筋的热处理方法，其特征在于： 所述第一冷却工序：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以6-10°C /s的冷却速率将钢筋 水冷至1120-1150°C，然后空冷至750-770°C，再采用水冷以1_3°C /s的冷却速率将钢筋水 冷至 655-685 °C ; 所述第二冷却工序：采用压缩空气或雾状淬火液以l〇_12°C /s的冷却速率将钢筋冷至 室温； 所述第三冷却工序：采用压缩空气或雾状淬火液以5-8°C /s的冷却速率将钢筋冷至 645-680 0C ； 所述第四冷却工序：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以2-3°C /s的冷却速率将钢筋 水冷至520-550°C，然后空冷至450-470°C，再采用水冷以5-8°C /s的冷却速率将钢筋水冷 至室温； 所述第五冷却工序：采用压缩空气或雾状淬火液以2-5°C /s的冷却速率将钢筋冷至 355-385°C。
【文档编号】C21D8/08GK104313471SQ201410622567
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月8日 优先权日:2014年11月8日
【发明者】姚圣法, 吴海洋 申请人:江苏天舜金属材料集团有限公司