一種耐低溫專用鋼筋及生產(chǎn)方法
【專利摘要】一種耐低溫專用鋼筋，其組分及wt%為：C：0.10～0.20%、Si：0.2～0.5%、Mn：1.3～1.55%、P≦0.015%、S≦0.005%、Ti：0.034～0.05%、Cu≦0.02%、V：0.03～0.05%、Ni：5～8.5%、Als：0.015～0.035%、Ca：0.001～0.007%、B：0.001～0.003%；生產(chǎn)步驟：常規(guī)冶煉并鑄坯；對鑄坯進(jìn)行堆垛冷卻并至室溫；對鋼坯加熱；粗軋；精軋；自然空冷至室溫并待用。本發(fā)明熱軋態(tài)就能滿足LNG等低溫建筑工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐-165℃~-196℃低溫的性能要求，-196℃下最大力下總伸長率Agt≥6%，且無需進(jìn)行熱處理，并能避免通過穿水工藝增加強(qiáng)度而引起鋼筋邊部出現(xiàn)馬氏體影響鋼筋低溫性能，還能降低生產(chǎn)成本。
【專利說明】一種耐低溫專用鋼筋及生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋼筋及其生產(chǎn)方法，具體屬于一種耐低溫專用鋼筋其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今世界一次能源的三大支柱是煤、石油、天然氣。天然氣在世界能源結(jié)構(gòu)中位居第二位，所占比例超過24%。近年來隨著世界經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人口數(shù)量劇增，世界能源需求量也在日益增長，由于煤和石油所造成的環(huán)境問題日益嚴(yán)重和石油價格的不斷上漲，能源結(jié)構(gòu)逐步發(fā)生了變化。天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)、高效、清潔的能源被廣泛應(yīng)用于化工、居民生活、汽車燃料、發(fā)電、熱泵、燃料電池等領(lǐng)域。據(jù)世界能源專家預(yù)測，大約在2020年以后，天然氣在世界能源結(jié)構(gòu)中的比重將趕超石油，成為世界第一大能源，21世紀(jì)將成為“天然氣的世紀(jì)”。液化天然氣以其運(yùn)輸靈活、建設(shè)投資少、見效快、安全可靠和冷能利用空間大等優(yōu)點(diǎn)，液化天然氣儲罐的研究越來越得到世界各國的重視，在國際上也得到了較快的發(fā)展。
[0003]液化天然氣(LiquefiedNatural Gas,縮寫為LNG)作為燃料與煤和石油相比，除NOx, COx含量低和幾乎不含硫等特性外并具有以下優(yōu)點(diǎn):天然氣液化后，方便可靠，便于運(yùn)輸節(jié)約成本；儲存效率高，占地少，投資??；與燃油相比、抗爆性好、燃燒完全、排氣污染少；生產(chǎn)使用比較安全，稍有泄漏立即揮發(fā)飛散了，不致引起自然爆炸；有利于環(huán)境保護(hù)，減少城市污染。隨著全球能源資源的多樣化，未來國內(nèi)對LNG終端結(jié)構(gòu)材料的需求量將會非常大。LNG儲罐屬常壓低溫大型儲罐，通常為平底雙壁圓柱形。儲罐內(nèi)筒一般采用含鎳9%合金鋼，也可為全鋁、不銹鋼薄膜或預(yù)應(yīng)力混凝土，外壁為碳鋼或預(yù)應(yīng)力混凝土。LNG儲罐的設(shè)計溫度為_165°C，是由于設(shè)計時必須考慮到用氮?dú)饫淠龝r可能出現(xiàn)的溫度，故設(shè)計溫度范圍在-165~-196°C。關(guān)于建筑工程使用耐低溫鋼筋的文獻(xiàn)報道沒有，因此為了配合天然氣的大力發(fā)展，開發(fā)一種與之建設(shè)配套的耐低溫鋼筋是當(dāng)務(wù)之急，非常必要，特別是一種工藝簡單，成本低廉的生產(chǎn)工藝。
[0004]經(jīng)檢索:中國專利申請?zhí)枮镃N201310384341.9的專利文獻(xiàn)，公開了一種超低溫環(huán)境用鋼筋，其化學(xué)成分按照質(zhì)量百分比包括:c ≤ 0.20%, Si ≤0.8%，Mn ≤ 1.60%，P ≤ 0.025%，S ≤ 0.025%, Al ≤ 0.04%, Ni ≤ 1.5%, Cr ≤ 0.5%, Cu ≤ 0.5%,以及 Ti ≤ 0.03%、V^0.03%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；且碳當(dāng)量Ceq (%)< 0.65，同時并滿足:Ceq (%)=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14。其存在的不足:軋后要進(jìn)行熱處理才能達(dá)到性能指標(biāo)，同時其Cr含量均在0.3%以上，而Cr容易在凝固過程中產(chǎn)生的枝晶偏析，從而產(chǎn)生帶狀組織，而帶狀組織使鋼的力學(xué)性能產(chǎn)生方向性，使鋼的橫向塑性和韌性指標(biāo)降低，并且其屈服強(qiáng)度在常溫下達(dá)不到600MPa。
[0005]中國專利申請?zhí)枮镃N201310145400.7的專利文獻(xiàn)，公開了一種釩微合金化低溫鋼筋用鋼及其軋制工藝，該低溫鋼筋用鋼，按重量百分比計，化學(xué)成分配比為:C:
0.05-0.15%, Si:0.15-0.40%, Mn:1.40-1.60%, P ≤ 0.010%, S ≤ 0.010%, Ni:0.50-2.00%,Cu:0.10-0.80%，V:0.020-0.080%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；該低溫鋼筋用鋼的軋制工藝，軋制工藝參數(shù)為:鋼坯加熱至110(Tl250°C，開軋溫度為90(Tl060°C，終軋溫度為900^1 IOO0C，軋后穿水冷卻，上冷床溫度為50(T650°C。該低溫?zé)彳垘Ю咪摻钣娩摷捌滠堉乒に?，通過采用多元少量的合金化原則及控制軋制工藝，在合理降低鎳含量的情況下，雖然能滿足LNG等低溫建筑工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐_165°C低溫的使用需求，但由于是通過穿水提高強(qiáng)度的，邊部容易產(chǎn)生馬氏體組織，對鋼筋的焊接以及低溫沖擊性能不利，同時其常溫屈服強(qiáng)度達(dá)不到要求。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中最大力下總伸長率Agt均不能滿足_180°C以下更低溫度的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種保證常溫下屈服強(qiáng)度大于600MPa、_196°C下最大力下總伸長率Agt≥6%、無需進(jìn)行熱處理的在熱軋態(tài)就能滿足低溫專用鋼的性能指標(biāo)，邊部無馬氏體組織的一種耐低溫專用鋼筋及生產(chǎn)方法。
[0008]本申請為了實(shí)現(xiàn)上述目的，對實(shí)現(xiàn)本申請的目的的起影響或者關(guān)鍵作用的合金元素及工藝進(jìn)行了深入的研究，其結(jié)果:為能實(shí)現(xiàn)本申請所述的目的，因此提出了采用在成分方面添加了耐低溫的元素硼和鎳，以低鋼的低溫脆化轉(zhuǎn)變溫度，改善低溫沖擊韌性；其次還采用了提高Ti元素含量，使鈦與鋼中的碳、氮原子形成細(xì)小的碳化物和碳氮化物，這些碳化物和碳氮化物在奧氏體轉(zhuǎn)化為鐵素體和珠光體的過程中和轉(zhuǎn)變后逐漸析出，起到細(xì)化鋼筋的室溫組織的作用，并阻礙晶格中的位錯運(yùn)動，產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化的作用，最終達(dá)到改進(jìn)鋼的強(qiáng)韌性；成分的優(yōu)化，還需要匹配的工藝才行。因此，本申請工藝方面主要是采取了使粗軋溫度在:1000~1100°C，精軋終軋溫度在800~880°C，目的是終軋溫度更接近相變溫度；使晶粒得到細(xì)化，綜合性能得到改善，同時也有利于釩和鈦的析出物析出更加細(xì)小和彌散，所以終軋溫度在800~880°C。
[0009]實(shí)現(xiàn)上述目的的措施:
一種耐低溫專用鋼筋，其組分及重量百分比含量為:c:0.10~0.20%,S1:0.2~0.5%、Mn: 1.3 ~1.55%、P = 0.015%、S = 0.005%、Ti:0.034 ~0.05%、Cu ^ 0.02%、V:0.03 ~
0.05%,Ni:5 ~8.5%,Als:0.015 ~0.035%、Ca:0.001 ~0.007%,B:0.001 ~0.003%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。
[0010]優(yōu)選地:C的重量百分比含量在0.11~0.14%。
[0011 ] 優(yōu)選地:V的重量百分比含量在0.035~0.048%。
[0012]優(yōu)選地:Als的重量百分比含量在0.023~0.035%。
[0013]生產(chǎn)一種耐低溫專用鋼筋的方法，其步驟:
O常規(guī)冶煉并鑄坯，控制出鋼溫度在1660~1690°C ;鑄坯拉速不高于1.8m/min ；
2)對鑄坯進(jìn)行自然堆垛冷卻并至室溫；
3)對鋼坯加熱，控制均熱段溫度為:1100~1200°C，加熱時間在10(Tl20min；
4)進(jìn)行粗軋，并控制其開軋溫度在:1000~1100°C；
5)進(jìn)行精軋，控制其終軋溫度在80(T88(TC范圍；
6)自然空冷至室溫并待用。
[0014]本發(fā)明中各元素及主要工序的作用
C:c是擴(kuò)大和穩(wěn)定奧氏體兀素，提聞鋼材強(qiáng)度最有效的兀素，也能提聞耐熱鋼的聞溫強(qiáng)度，但是當(dāng)其含量低于0.10%時，會導(dǎo)致力學(xué)性能不足而增加合金添加量從而增加了生產(chǎn)成本，當(dāng)其含量高0.20%，會產(chǎn)生塑性和韌性下降，尤其是沖擊韌性明顯下降，因此，本發(fā)明C選擇在0.10-θ.20%O優(yōu)選地:C的重量百分比含量在0.11~0.14%。
[0015]S1:是一種廉價的置換強(qiáng)化元素，可以顯著提高鋼的強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度，但是Si會嚴(yán)重?fù)p害鋼的低溫韌性，所以不宜太高，選擇Si的范圍在0.2~0.5%
Mn:主要是固溶于鐵素體中提高材料的強(qiáng)度，其又是良好的脫氧劑和脫硫劑，含有一定量的錳可以消除或減弱因硫引起的脆性，從而改善鋼的加工性能，但錳含量過高時會使晶粒粗化的傾向，連鑄和軋后控冷不當(dāng)時容易產(chǎn)生白點(diǎn)，所以選擇Mn的范圍在1.3~1.55% ；P、S:作為有害元素，其含量越低越好。S含量過高，會形成大量的MnS夾雜，降低鋼材的機(jī)械性能，因此含量越低越好，所以選擇S的范圍在S 0.005% ;P易在晶界偏析，增加鋼筋的脆性，使低溫沖擊性能大幅下降，因此含量越低越好，所以選擇P的范圍在=0.015%。
[0016]B:鋼中加入極少量的硼可以顯著影響材料的性能，其抑制P、S偏析和沿晶斷裂，提高沖擊性能，改善夾雜物的形態(tài)和分布，硼溶入固溶體中使晶體點(diǎn)陣發(fā)生畸變，晶界上的硼又 能阻止夾雜物進(jìn)一步長大，使夾雜物變得細(xì)小，圓整，均勻分布于晶界，強(qiáng)化了晶界，使材料的韌性提高。當(dāng)硼的含量大于0.003%時，其對鋼的效果不再隨含量的增加而增加，反而增加了成本，故硼的含量控制在0.001~0.003%范圍。
[0017]V:是微合金化鋼最常用也是最有效的強(qiáng)化元素之一。釩的作用是通過形成VN、V(CN)來影響鋼的組織和性能，它主要是在奧氏體晶界的鐵素體中沉淀析出，細(xì)化鐵素體晶粒，從而提高材料的強(qiáng)度和低溫韌性。V低于0.03%時，析出強(qiáng)化效果不能夠滿足力學(xué)性能要求，V高于0.05%時，析出強(qiáng)化使強(qiáng)度太高而導(dǎo)致韌性變差；優(yōu)選地:V的重量百分比含量在 0.035 ~0.048%ο
[0018]T1:是一種強(qiáng)烈的碳化物和氮化物形成元素，易形成細(xì)小的TiC和TiN等粒子，TiC和TiN非常穩(wěn)定，能夠有效的釘扎晶界，細(xì)化晶粒，并具有穩(wěn)定再次加熱的組織的作用。如其含量低于0.034%，達(dá)不到效果，如含量高于0.05%，會形成粗大的碳氮化物，反而對鋼的沖擊性能不好，故Ti的范圍在0.034~0.05%。
[0019]N1:與鐵無限固溶，鎳擴(kuò)大鐵的奧氏體區(qū)，是形成穩(wěn)定奧氏體的主要元素。鎳強(qiáng)化鐵素體并細(xì)化和增多珠光體，提高鋼的強(qiáng)度和抗疲勞性，降低鋼的低溫脆化轉(zhuǎn)變溫度，如含量低于5%，對提高鋼的低溫沖擊性能不明顯；高于8.5%，則提高鋼的低溫沖擊性能會降低，使會提高成本和資源的浪費(fèi)，所以選擇Ni的范圍在5~8.5%。
[0020]Cu:是一種面心立方晶體穩(wěn)定元素，回火期間析出的第二相起到沉淀強(qiáng)化的作用，少量的Cu可以提高鋼材的低溫韌性、抗疲勞裂紋擴(kuò)展能力，當(dāng)含量較高時，會由于析出的第二相量大且不可控直接導(dǎo)致鋼材的韌性下降，而且也會導(dǎo)致鑄坯鑄造及熱軋期間變脆
Al:是作為煉鋼時的脫氧定氮劑，Al與鋼中的N形成細(xì)小難溶AlN質(zhì)點(diǎn)，起到阻抑作用，進(jìn)而細(xì)化鐵素體晶粒，Al含量過低，細(xì)化作用不明顯，Al含量過高，降低了鋼液的流動性，形成大量的Al2O3會在水口結(jié)瘤，從而堵住水口，所以選擇Al的范圍在0.015~0.035% ；優(yōu)選地:Als的重量百分比含量在0.023~0.035%。
[0021 ] Ca:可以凈化鋼液，提高鋼的純凈度，使鋼的MnS球化，發(fā)揮材料的潛能，其含量過高時，易形成粗大的非金屬夾雜物，所以選擇范圍在0.001~0.007%。
[0022]之所以采用了開軋溫度在:1000~1100°C，精軋終軋溫度在800~880°C的范圍，目的是終軋溫度更接近相變溫度，鋼坯的原始奧氏體晶粒較小，通過軋制變形使相應(yīng)的軋制終了的奧氏體晶粒也較小，因而使晶粒得到細(xì)化，綜合性能得到改善，同時也有利于釩的析出物析出更加細(xì)小和彌散。
[0023]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，熱軋態(tài)就能滿足LNG等低溫建筑工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐-165°C~_196°C低溫的性能要求，_196°C下最大力下總伸長率Agt≥6%，且無需進(jìn)行熱處理，并能避免通過穿水工藝增加強(qiáng)度而引起鋼筋邊部出現(xiàn)馬氏體影響鋼筋低溫性能，還能降低生產(chǎn)成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]附圖為本發(fā)明的金相組織圖；
附圖中鐵素體晶粒度為10-10.5級，說明B、T1、V起到很好的細(xì)化晶粒作用。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面對本發(fā)明予以詳細(xì)描述:
說明:對實(shí)施例3的鑄坯尺寸為200 X 230mm外，其余均采用200 X 200mm的方坯 表1為本發(fā)明各實(shí)施例及對比例的取值列表；
表2為本發(fā)明各實(shí)施例及對比例的主要工藝參數(shù)列表；
表3為本發(fā)明各實(shí)施例及對比例性能檢測情況列表。 [0026]本發(fā)明各實(shí)施例按照以下步驟生產(chǎn):
O常規(guī)冶煉并鑄坯，控制出鋼溫度在1660~1690°C ;鑄坯拉速不高于1.8m/min ；
2)對鑄坯進(jìn)行自然堆垛冷卻并至室溫；
3)對鋼坯加熱，控制均熱段溫度為:1100~1200°C，加熱時間在10(Tl20min，；
4)進(jìn)行粗軋，并控制其開軋溫度在:1000~1100°C；
5)，進(jìn)行精軋，控制其終軋溫度在80(T88(rC范圍；
6)自然空冷至室溫待用。
[0027]表1本發(fā)明實(shí)施例與比較例的化學(xué)成分列表(wt%)
【權(quán)利要求】
1.一種耐低溫專用鋼筋，其組分及重量百分比含量為:c:0.10~0.20%、S1:0.2~0.5%、Mn:1.3 ~1.55%,P ^ 0.015%, S ^ 0.005%, Ti:0.034 ~0.05%, Cu ^ 0.02%, V:0.03 ~0.05%,Ni:5 ~8.5%,Als:0.015 ~0.035%、Ca:0.001 ~0.007%,B:0.001 ~0.003%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。
2.如權(quán)利要求1所述的一種耐低溫專用鋼筋，其特征在于:C的重量百分比含量在0.11 ~0.14%。
3.如權(quán)利要求1所述的一種耐低溫專用鋼筋，其特征在于:V的重量百分比含量在0.035 ~0.048%O
4.如權(quán)利要求1所述的一種耐低溫專用鋼筋，其特征在于:Als的重量百分比含量在0.023 ~0.035%。
5.生產(chǎn)一種耐低溫專用鋼筋的方法，其步驟: 1)常規(guī)冶煉并鑄坯，控制出鋼溫度在1660~1690°C;鑄坯拉速不高于1.8m/min ； 2)對鑄坯進(jìn)行自然堆垛冷卻并至室溫； 3)對鋼坯加熱， 控制均熱段溫度為:1100~1200°C，加熱時間在10(Tl20min； 4)進(jìn)行粗軋，并控制其開軋溫度在:1000~1100°C； 5)進(jìn)行精軋，控制其終軋溫度在80(T88(TC范圍； 6)自然空冷至室溫并待用。
【文檔編號】C21D8/08GK104018081SQ201410287658
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】徐志東, 朱敏, 范植金, 吳杰, 何杰斌, 徐志, 周新龍 申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司