一种1080MPa级高强度预应力精轧螺纹钢筋及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种1080MPa级高强度预应力精乳 螺纹钢筋及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 预应力结构用高强度螺纹钢筋也称为高强度预应力精轧螺纹钢筋，它具有强度 高，连接、张拉、锚固方便可靠，施工时无需进行冷拉与焊接，施工简便等优点。精轧螺纹钢 广泛应用于大型水利、工业和民用建筑的连续梁和大型框架结构，公路、铁路大中跨桥梁， 核电站等预应力混凝士结构和岩土锚固等工程。
[0003] 精轧螺纹钢筋化学成分目前国内没有统一的成分要求，各钢厂采用V、Ti、Nb微合 金强化技术进行成分控制。由于设计成分、加工设备及生产加工工艺不同，所生产预应力精 螺纹钢筋表面组织为回火索氏体，心部易出现铁素体网状组织，导致表层至心部硬度变化 快，产品导致性能波动大，只能生产785MPa、830 MPa、930 MPa级的预应力钢筋，难以生产出 力学性能、应力松弛满足1080MPa级高强度预应力精轧螺纹钢筋。
【发明内容】
[0004] 本发明的第一目的在于提供一种IOSOMPa级高强度预应力精轧螺纹钢筋；第二目 的在于提供所述IOSOMPa级高强度预应力精轧螺纹钢筋的制备方法。
[0005] 本发明的第一目的是这样实现的，包含重量百分比C: 0. 40~0. 48wt%， Si : 1. 55-1. 95wt°/〇, Mn:0. 90~1. 25wt°/〇, Cr :0. 20~0. 45wt°/〇, Ni :0. 25~0. 45wt°/〇, Mo :0. 020-0. 040wt°/〇, V:0. 040-0. 080wt°/〇, Ti :0. 020-0. 040wt°/〇, B :0. 0020-0. 0040wt°/〇, S:彡0.010wt%，P:彡0.015wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
[0006] 本发明所述的1080MPa级高强度预应力精轧螺纹钢筋的制备方法，包括铁水转炉 冶炼、钢水脱氧合金化、LF炉精炼、VD真空精炼、钢水浇铸、钢坯加热、钢坯控轧控冷、钢材 后处理步骤，具体包括： A铁水转炉冶炼：按1050kg/t钢的量，向LD转炉加入下列质量比的低硫低磷铁水： C 4. 0-4. 5wt°/〇, Si 0. 30~0. 55wt°/〇, Mn 0. 35~0. 60wt°/〇, P 0. 060-0. 080wt°/〇, S ^ 0. 020wt°/〇, 其余为Fe及不可避免的不纯物；按40kg/t钢的量，向LD转炉加入下列质量比的精 废钢：C 0· 20-0. 26wt%、Si 0· 12-0. 30wt%、Mn 0· 35-0. 70wt%、P 0· 018~0· 040wt%、S 0. 012~0. 030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按2. 30~4. 30 kg/t钢的量，向LD转炉 加入下列质量比的镍铁合金：Ni 99. 6wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；低硫磷铁水、精 废钢、镍铁加入LD转炉后，进行常规顶底复合吹炼，加入石灰、白云石、菱镁球造渣，石灰加 入量为55~65kg/t钢，白云石加入量为15~20kg/t钢，菱镁球加入量为4. 0~6. Okg/t钢，控 制终点碳含量多〇. 〇8wt%，出钢温度为1630~1650°C ;出钢前向钢包底部加入活性石灰进行 渣洗，石灰加入量为4. Okg/t钢，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为40~60NL/ min〇
[0007] B钢水脱氧合金化:A步骤钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，依次向钢包 中加入下列物质：按23. 00~28. 50kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si 73. 5wt%，其 余为Fe及不可避免的不纯物；按11. 10~16. 00kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁 合金：Mn 75. 8wt%，C 7. 2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按3. 00~7. 50kg/t钢的 量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr 57. 5 wt%，C 7.6 wt%，其余为Fe及不可避免的不纯 物；按0· 25~0· 55kg/t钢的量，加入下列质量比的钼铁合金：Mo 72. 5wt%，Si I. 5wt%，其 余为Fe及不可避免的不纯物；按2. 40~2. 90kg/t钢的量，加入下列质量比的增碳剂：C 92.35wt%，S 0.085wt%，灰份4.15wt%，挥发份1.64wt%，水份0.75wt%，其余为不可避免的 不纯物；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金及增碳剂；出钢完毕后，将钢水吊送至精炼 工位进行LF炉精炼处理及VD真空精炼处理。
[0008] C钢水LF炉精炼：将B步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好底吹氩气带， 开启氩气采用小氩量（15~20NL/min)吹氩3分钟，使钢液面呈懦动状；之后下电极采用 档位7~9档化渣，通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样，加入石灰 4. 0~6. Okg/t钢、电石0. 3kg/t钢、错丸0. 5~0. 8kg/t钢进行调澄，控制钢水氧含量 彡0· 0005wt% ;之后按0· 80~L 80kg/t钢的量，加入下列质量比的钛铁：Ti 3L 5 wt%，其 余为Fe及不可避免的不纯物，采用流量为30~40NL/min的小氩气量对钢水软吹氩搅拌3 分钟；之后按0. 15~0. 30kg/t钢的量，加入下列质量比的硼铁：B 18. 5wt%，其余为Fe及不 可避免的不纯物；之后根据钢样检验结果，补加合金同步调整钢水成份，渣子碱度按4. 5~ 6. 0控制；之后将钢水温度加热至1590~1605°C进行软吹氩处理，采用流量为20~30NL/ min的小氩气量对钢水软吹氩8分钟。
[0009] D钢水VD炉真空精炼：将C步骤软吹氩完毕后的钢水吊入VD炉真空罐内，接通吹 氩管，合上真空罐盖，进行预抽真空5分钟；真空抽至67Pa时，开始进行真空脱气处理，同 时进行底吹氩处理，流量控制为60~80NL/min，时间控制为20分钟；之后关闭真空主阀、 复压、提升罐盖，对钢水取样、定碳、定氧、定氢；之后将钢水进行软吹氩处理，采用流量为 20~40NL/min的小氩气量对钢水软吹氩5分钟；之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为I. 0 kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位。
[0010] E钢水浇铸：在中间包钢水温度为1495~1505°C，拉速为I. 9~2. Om/min，结晶器冷 却水流量为115~120m3/h，二冷比水量为I. 0~1. 2L/kg，结晶器电磁搅拌电流强度为250A、 运行频率为3. OHZ的条件下，将D步骤的钢水浇铸成断面150_X 150_的钢坯，铸坯定尺 长度为11.8m。
[0011] F钢坯加热：将E步骤所得钢坯冷却至室温，送至加热炉加热，加热炉预热段炉 温700~950°C，以7~8°C /min的速度快速升温至540°C ;再以4~5°C /min的速度缓慢升温 至760°C，之后进入温度为1000~1140°C的强加热段，以10°C /min的速度升温至880°C后， 以8°C /min将钢坯加热至1020°C ;之后钢坯进入1140~1160°C的均热段均热，均热时间为 25~30min，钢坯均热至1060~1080°C后出炉轧制。
[0012] G钢坯控轧控冷：将E步骤制备得到的钢坯送入棒材轧机轧制，以0. 60~1. OOm/ s速度对钢坯进行第一、二道次除鳞预冷粗轧，除鳞预冷初轧后钢坯温度1000~1020°C 进入后四道次粗轧，乳制速度1.32~2. 85m/s，粗轧共轧制6个道次，乳制时间18s ;再以 3. 24~5. 62m/s的轧制速度进行中乳，轧制4~6个道次，轧制时间18~22s ;之后通过水槽预 冷，将钢从1000~1030°C预冷至980~1000°C，以8. 4~16. 3m/s的轧制速度进行精轧，乳制 2~4个道次，乳制时间30~34s，精轧后温度控制为860~900°C。
[0013] H钢材后处理：将G步骤轧制得到的精轧钢材，在水量280~360m3/h、冷却水压 力2. 0~2. 4MPa的冷却槽中快速冷却，快速冷却时间0. 8~1.6s。冷却后由辊道快速送 至冷床，使钢上冷床的温度为480~520 °C，上冷床后钢筋自然空冷，冷却至350~380 °C进 行剪切、收集、打捆，成捆钢筋在钢槽中堆放，使用简易保温罩于340~360°C保温24小时 后，将钢吊出保温罩外，自然冷却至室温，即获得一种IOSOMPa级高强度预应力精轧螺纹 钢筋，该钢筋的化学成分为：C: 0· 40~0· 48wt%，Si: I. 55~L 95wt%，Mn:0. 90~L 25wt%， Cr: 0. 20~0. 45wt°/〇, Ni: 0. 25~0. 45wt°/〇, Mo :0. 020-0. 040wt°/〇, V :0. 040-0. 080wt°/〇, Ti:0. 020~0. 040wt%，B:0. 0020~0. 0040wt%，S:彡 0· OlOwt%，P:彡 0· 015wt%，其余为 Fe 及 不可避免的不纯物，其工艺力学性能见表1所示。
[0014] 表1 1080MPa级高强度预应力精轧螺纹钢筋工艺力学性能
本发明在C含量较高、S、P含量低的前提下，采用LF炉外精炼、VD真空冶炼、夹杂物变 性处理等手段，使钢中夹杂物数量大幅减少，夹杂物呈球状在钢中弥散分布，最大限度减少 夹杂物对钢材性能的影响。加热采用分段加热，避免了