本发明涉及建筑用钢筋技术领域，具体涉及一种高强度耐火钢筋及其制备方法。
背景技术
目前，建筑业发展十分迅猛，建筑用钢尤其是建筑用钢筋的性能和质量已成为建筑业衡量建筑物是否安全可靠，能否保证建筑物设计寿命的重要环节之一。特别是高层建筑物火灾的发生，对人的生命安全和财产造成重大威胁和损失。人们逐步认识到建筑钢筋的耐火性能对于建筑物安全的重要性。
现有专利文献中公开了“一种耐火钢筋及其生产工艺”(cn104032234a)的成分和工艺。该专利中钢水冶炼时需要采用电磁搅拌工艺，生产工艺复杂，并且轧制过程中采用了穿水冷却。穿水冷却在热轧钢筋轧制后的处理方法中已经不被国家标准采纳。
现有专利文献中还公开了“混凝土用600mpa高性能耐火抗震钢筋及其制备”(cn102796961a)。该专利在钢坯轧制过程中，采用了控轧控冷工艺，但该工艺较为复杂。
因此，提供一种高强度、耐高温、生产工艺简单的耐火钢筋在建筑用钢研究领域具有十分重要而深远的意义。
技术实现要素：
为克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种耐高温、高强度耐火钢筋，以及一种工艺简单的耐火钢筋制备方法。
本发明的技术方案之一是提供一种高强度耐火钢筋,其特点在于耐火钢筋以重量百分比计由以下成分组成：0.15％≤c≤0.22％，0.35％≤si≤0.50％，1.3％≤mn≤1.6％，p≤0.015％，s≤0.01％，0.50％≤ni≤0.65％，0.02％≤v≤0.08％，0.04％≤nb≤0.10％，0.5％≤cr≤0.8％，0.15％≤mo≤0.35％，其余为fe和不可避免的杂质。本发明的耐火钢筋中还加入有以重量百分比计为0.005％≤re≤0.01％的re，以提高钢筋的整体耐高温性能。
本发明还提供一种高强度耐火钢筋的制备方法，该方法具有如下步骤：
a将铁矿进行烧结得到烧结矿，将所述烧结矿经高炉冶炼得到铁水；
b将耐火钢筋的成分组成合金元素加入到铁水中进行冶炼，控制冶炼中钢水成分组成的百分比，并控制各元素的含量；
c将上述冶炼的钢水进行铸坯，之后将铸坯以4.0～8.0℃/s的加热速率加热至750～850℃，然后再以8.0～12.0℃/s的加热速率加热至1100～1200℃，再将温度控制在1060～1100℃之间，保温25～35min；
d将铸坯后得到的钢坯依序进行粗轧和精轧，控制粗轧开轧温度为1010-1050℃，粗轧的轧制道次为3～5道，总压下率为50～60％，粗轧终轧温度970-1010℃；控制精轧开轧温度为965-1005℃，精轧的轧制道次为7～12道，总压下率为40～50％，且末三道次累计压下率控制在10～20％，终轧温度为900-940℃；
e精轧后的钢筋进行风冷和空冷，冷却速率20～30℃/s，钢筋温度风冷至680-700℃时空冷至室温；
f进行精整、包装及检验。
本发明所制备的高强度耐火钢筋显微组织为铁素体+贝氏体组织和m/a岛。耐火钢筋的屈服强度可达到450mpa以上。
本发明通过在钢筋成分中添加多种元素，尤其是在添加了cr，mo和ni的成分并且合理调整其含量后，使其耐高温的特性更加显著，实现了耐火耐高温的良好效果。同时，本发明生产高强度耐火钢筋的制备方法工艺较为简单，易于控制和操作，进一步提高了生产效率。
具体实施方式
以下参照示例性实施例对本发明的设计思想以及具体实施方式进行详细说明。本发明可以进行各种不同的改进，以及可以包括各种实施方式。以下所示出的是优选实施例。
本发明的设计思想是通过多种合金元素的协同作用使得生产出的钢筋具有耐高温和高强度的性能。使其使用在建筑物中更加安全可靠。本发明采取在钢中加入钒、铬、钼、镍等合金元素成分含量后，既提高了钢筋的强度，又提高了其耐火性能。在制备方法上采用了轧后风冷工艺，使固溶强化、沉淀析出的驱动力增加，得到显微组织为铁素体+贝氏体组织和m/a岛的钢筋，提高了钢的耐高温性能，并且强度显著提高。本发明还调整和添加了cr和mo以及ni的成分含量，使钢筋具有耐高温的特性，可实现耐火耐高温的效果。而加入更加合理适量的ni，一方面强烈提高钢的强度，另一方面ni还有良好的耐热疲劳性能。本发明还在耐火钢筋的成分中添加有0.005％≤re≤0.01％的re元素。而钢中添加适量的re，可净化钢液，明显提高钢的整体耐高温性能，保持较高的高温强度，还可以降低钢的过热敏感性。
本发明的技术方案由两部分组成，一种技术方案是提供一种高强度耐火钢筋。该耐火钢筋以重量百分比计由以下成分组成：0.15％≤c≤0.22％，0.35％≤si≤0.50％，1.3％≤mn≤1.6％，p≤0.015％，s≤0.01％，0.50％≤ni≤0.65％，0.02％≤v≤0.08％，0.04％≤nb≤0.10％，0.5％≤cr≤0.8％，0.15％≤mo≤0.35％，其余为fe和不可避免的杂质。耐火钢筋中还可加入以重量百分比计为0.005％≤re≤0.01％的re，以提高钢筋的整体耐高温性能。另一种技术方案是提供一种高强度耐火钢筋的制备方法。该方法的实施步骤如下：采用铁矿烧结矿，经高炉冶炼得到铁水，将耐火钢筋的成分组成合金元素加入到铁水中进行冶炼，控制冶炼中钢水成分组成的百分比以及控制各元素的含量，将冶炼的钢水采用连铸进行铸坯；之后将铸坯以4.0～8.0℃/s的加热速率加热至750～850℃，然后再以8.0～12.0℃/s的加热速率加热至1100～1200℃，再将温度控制在1060～1100℃之间，保温25～35min；铸坯后得到的钢坯依序进行粗轧和精轧，控制粗轧开轧温度为1010-1050℃，粗轧的轧制道次为3～5道，总压下率为50～60％，粗轧终轧温度970-1010℃；粗轧后进行精轧，控制精轧开轧温度为965-1005℃，精轧轧制道次为7～12道，总压下率为40～50％；其中，末三道次累计压下率控制在10～20％，终轧温度为900-940℃；精轧后的钢筋进行风冷和空冷，冷却速率20～30℃/s，钢筋温度风冷至680-700℃时空冷至室温，最后进行精整、包装及检验。最终检验结果显示，本发明所制备的高强度耐火钢筋显微组织为铁素体+贝氏体组织和m/a岛。耐火钢筋的屈服强度可达到450mpa以上。达到了耐火耐高温的发明目的。
实施例1
首先将铁矿进行烧结得到烧结矿，将所述烧结矿经高炉冶炼得到铁水。在10吨转炉中装入总容积5吨的铁水，将锰、硅、铌、钒、铬、钼等合金成分组成元素加入上述铁水中，控制铁水中各元素的百分比在如下范围内：c：0.19％，si:0.45％，mn:1.45％，p:0.012％，s：0.01％，ni：0.55％，v:0.05％，nb:0.07，cr:0.7％，mo:0.25％，其余为fe以及其它不可避免的杂质。
铁水通过脱硫，转炉冶炼采用双渣法脱磷，使得铁水中硫、磷的含量符合要求。铁水经转炉顶底吹炼氩气进行精炼以及真空处理得到钢水，以进一步控制钢水中各元素的含量。
将所述钢水进行铸坯，具体为连铸铸坯，将钢坯送入加热炉中以4.0～8.0℃/s的加热速率加热至750～850℃，然后再以8.0～12.0℃/s的加热速率加热至1100～1200℃，再将温度控制在1060～1100℃之间，保温25～35min。
具体到本实施例中，将钢坯送入加热炉中以6.0℃/s的速度加热至800℃，再以10℃/s的速度加热至1150℃，随后将温度控制在1080℃，保温25min，具体操作时也可以根据实际生产情况作出适应性调整。
将上述钢坯进行粗轧，其中，控制粗轧的开轧温度在1010-1050℃之间，粗轧轧制道次为3～5道，总压下率为50～60％，粗轧结束后所得板坯的温度为终轧温度，控制终轧温度范围在970-1010℃。在本实施例中，钢坯粗轧温度控制在1050℃，进行4道次粗轧，总压下率为60％，终轧温度为1000℃。
将粗轧后的板坯进行精轧，精轧开轧温度控制在965-1005℃，轧制道次为7～12道，总压下率为40～50％。其中，末三道次累计压下率控制在10～20％。精轧结束后所得钢筋的温度为终轧温度，将终轧温度控制在900-940℃之间。在本实施例中，精轧的开轧温度控制在980℃，进行8道次精轧，总压下率为45％，终轧温度控制在920℃。
对精轧得到的钢筋依次进行风冷和空冷，其中风冷的冷却速率为20～30℃/s，直至钢筋温度为680-700℃后，再空冷至室温。本实施例中，精轧后钢筋风冷的冷却速率为29℃/s，钢筋温度风冷至680℃时，空冷至室温。然后进行精整、包装及检验。
实施例2
采用烧结矿经高炉冶炼得到铁水。在本实施例中，铁水中除实施例1中所添加的各元素，还在铁水中加入re，控制铁水中各元素的的百分比在如下范围内：c：0.155％，si：0.35％，mn：1.6％，p：0.010％，s：0.008％，ni：0.65％，v：0.03％，nb：0.04％，cr：0.5％，mo：0.35％，re：0.006％，其余为fe和其它不可避免的杂质。
在钢筋中添加适量的0.006％re元素，使钢液得到了净化。经铸坯和轧制后明显提高了钢筋的高温强度，降低了钢的过热敏感性，使钢筋的整体耐高温以及耐腐蚀性能提高。
在冶炼过程中，铁水进行脱硫，采用转炉冶炼以及双渣法脱磷，使铁水中硫、磷的含量符合技术要求。铁水经转炉顶底吹炼氩气进行精炼及真空处理得到钢水，进一步控制钢水中各元素的含量。
将上述钢水通过连铸机得到铸坯，本实施例中，是将钢坯送入加热炉中以8.0℃/s的速度加热至850℃，之后再以11℃/s的速度加热至1190℃，将温度控制在1100℃，保温30min，具体操作时可根据实际生产情况在数据范围内作出适应性调整。
将上述钢坯进行粗轧，在本实施例中，控制钢坯粗轧的温度为1030℃，进行5道次粗轧，总压下率为55％，终轧温度为1010℃。
将粗轧后的板坯进行精轧，在本实施例中，将精轧温度控制在990℃，进行10道次精轧，总压下率为40％。第二终轧温度控制在940℃。
精轧后边得到的钢筋依次进行风冷和空冷。本实施例中精轧后的钢筋风冷的冷却速率为25℃/s，钢筋温度风冷至690℃时，空冷至室温。然后进行精整、包装，检验后待用。
实施例3
采用铁矿烧结矿经高炉冶炼得到铁水。在本实施例中，铁水中除实施例1中所添加的各元素，还在铁水中加入re，控制铁水中各元素的的百分比在如下范围内：c：0.22％，si：0.50％，mn：1.35％，p：0.015％，s：0.009％，ni：0.60％，v：0.08％，nb：0.10％，cr：0.8％，mo：0:15％，re：0.009％，其余为fe和其它不可避免的杂质。
铁水进行脱硫，转炉冶炼进行脱磷，控制铁水中的硫、磷含量；铁水经转炉精炼及真空处理得到钢水，进一步控制钢水中各元素的含量，使钢水符合所要求的成分含量。
钢水通过连铸得到铸坯，将钢坯送入加热炉中以5.0℃/s的速度加热至750℃，之后再以9℃/s的速度加热至1100℃，将温度控制在1070℃，保温35min，还可根据实际生产情况在数据范围内作出适应性调整。
将上述钢坯进行粗轧，控制钢坯粗轧的温度为1020℃，进行5道次粗轧，总压下率为55％，终轧温度为1000℃。粗轧后的板坯进行精轧，本实施例精轧温度控制在980℃，进行11道次精轧，总压下率为45％；终轧温度控制在930℃。
对精轧后边得到的钢筋依次进行风冷和空冷。本实施例中精轧后的钢筋风冷的冷却速率为22℃/s，钢筋温度风冷至700℃时，空冷至室温。然后进行精整、包装，检验后待用。
本发明的上述实施例在生产的钢筋中加入钒铁微合金并采用了轧后快速控冷工艺，使固溶强化、沉淀析出的驱动力增加，得到显微组织为铁素体+贝氏体组织和m/a岛的钢筋，提高了钢的耐高温性能，并且强度显著提高。而在钢筋中调整为适量为0.7％的cr，促进了钢筋表面形成进一步的钝化膜，且与0.25％的mo起到复合作用，更易于提高钢的耐火性能。由于合理地控制了mo的含量，在钢中起到一定的析出强化效果，也相应提高了钢筋的高温性能。通过合理添加合金元素以及调整合金元素的含量，使其配比组合更加优化。再通过冶炼，铸造以及结合轧钢工艺的合理结合使用，使本发明高强度耐火钢筋具有优异的耐火性能、良好的耐蚀性，以及较高的屈服强度，在钢筋构件的实际使用中显示出其优良的综合力学性能。
由于本发明采用了合理的成分组成和优化的成分含量，并且采用了简单易于操作的制备方法，使本发明在最节省材料和生产成本的状态下生产出完全满足建筑使用要求的高强度耐火钢筋。
表1是实施例1-3的耐火钢筋在室温以及600℃状态下的力学性能。
表1实施例1-3耐火钢筋室温及600℃力学性能
从表1具体实施例1-3中的力学性能数据可看出，本发明所制备的高强度耐火钢筋在室温状态下的抗拉强度达到600mpa及以上，其屈服强度平均在455mpa以上。而其屈服强度在600℃状态下与在20℃状态下的对比值达到0.580以上，显示出其优良的耐火耐高温性能。
本发明的上述各个实施例仅仅是示例性的，在不脱离本发明设计原理的情况下，可对这些实施例进行各种改变，这些改变将在本发明的权利要求范围及其等同物中限定。