一種高強鋼筋及其控制混凝土板類受彎構(gòu)件最小配筋百分率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋼筋及其生產(chǎn)工藝，具體的說是一種高強鋼筋及其控制混凝土板 類受彎構(gòu)件最小配筋百分率的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高強鋼筋是指鋼筋混凝土用和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土用鋼材，其橫截面為圓形，有時 為帶有圓角的方形。包括光圓鋼筋、帶肋鋼筋、扭轉(zhuǎn)鋼筋?，F(xiàn)有技術(shù)中，鋼筋按按力學(xué)性 能分I級鋼筋（235/370級）；II級鋼筋（335/510級）；111級鋼筋（370/570)和IV級鋼筋 (540/835)。后兩種鋼筋即為高強鋼筋。
[0003] 高強鋼筋種常見種類如下：
[0004] ⑴微合金熱乳帶肋鋼筋：通過添加釩（V)、鈮（NB)等合金元素提高屈服強度和極 限強度的熱乳帶肋鋼筋。通過添加釩（V)、鈮（NB)等合金元素，可以顯著提高鋼筋的屈服強 度和極限強度、同事延性和施工適應(yīng)性能較好。其牌號為HRB，如標(biāo)注為HRB400、HRB500的 高強鋼筋，就分別代表為微合金化的屈服強度標(biāo)準(zhǔn)值為400MPA級、500Mpa級的熱乳帶肋鋼 筋。由于要增加微合金，原料成本較高，國內(nèi)釩（V)、鈮（NB)等合金元素儲量不足，后期要依 靠進(jìn)口。二次回爐成本高，由于加入了合金元素，回爐后，鋼水中含有大量合金，二次使用乳 制質(zhì)量不穩(wěn)定。分離合金技術(shù)不成熟，分離成本高。
[0005] ⑵高延性冷乳帶肋鋼筋：熱乳圓盤條經(jīng)冷乳成型及回火熱處理獲得的具有較高延 性的冷乳帶肋鋼筋。高延性冷乳帶肋鋼筋，是國內(nèi)近年來研制開發(fā)的新型高強帶肋鋼筋，其 生產(chǎn)工藝增加了回火熱處理過程，有明顯的屈服點，強度和伸長率指標(biāo)均有顯著提高列入 了國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《冷乳帶肋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ95-2011中。CRB600H高延性冷 乳帶肋鋼筋抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值為600Mpa，屈服強度標(biāo)準(zhǔn)值520Mpa，抗拉強度設(shè)計值415MPA， 最大力下總伸長率（均勻伸長率）3 5%。此種鋼筋可加工性能良好，而價格卻較低，用作 板類構(gòu)件的受力鋼筋和分布鋼筋以及梁、柱中的箍筋構(gòu)造鋼筋，既可減少鋼筋用量，又可降 低造價，社會效益和經(jīng)濟(jì)效益均十分明顯。2012年國家住房建設(shè)部開始推廣，起步較晚，各 地產(chǎn)能有待增加。
[0006] ⑶余熱處理鋼筋：以乳鋼時進(jìn)行淬水處理并利用芯部的余熱對鋼筋的表層實現(xiàn)回 火，提高鋼筋強度并避免脆性，余熱處理鋼筋的牌號為RRB。如標(biāo)注為RRB400的高強鋼筋， 就代表為余熱處理的屈服強度標(biāo)準(zhǔn)值為400Mpa級的熱乳帶肋鋼筋。此種鋼筋只需在乳鋼 最后過程中以淬水方式進(jìn)行熱處理，其成本最低，強度能達(dá)到高強鋼筋的要求，但延性、可 焊性及施工適應(yīng)性相對較差。
[0007] ⑷細(xì)晶粒熱乳帶肋鋼筋：通過乳鋼是進(jìn)行淬水處理并利用芯部的余熱對鋼筋的表 層實現(xiàn)回火，以提高強度避免脆性的熱乳帶肋鋼筋。乳鋼是采用特殊的控扎和控冷工藝， 是鋼筋金相組織的晶粒細(xì)化、強度提高。該工藝既能提高強度又保持了較好的延性，達(dá)到 了混凝土結(jié)構(gòu)中使用高強鋼筋的要求。細(xì)晶粒鋼筋的其牌號為HRBF，如標(biāo)注為HRBF400、 HRBF500的高強鋼筋，就代表為細(xì)晶?；那姸葮?biāo)準(zhǔn)值為400MPA級、500MPA級的熱乳 帶肋鋼筋。此種鋼筋需要較大的設(shè)備投入與較高的工藝要求，鋼筋的強度指數(shù)與延性性能 都能滿足要求，可焊性一般。
[0008] 以上現(xiàn)有的高強鋼筋屈服強度都達(dá)不到600MPa級及以上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，如何平衡V+Ti+Nb組合元素的析出強化和細(xì)晶強 化，既可以提高屈服強度和抗拉強度，又不降低塑性，屈服強度可達(dá)600MPa級及以上，使高 強鋼筋用于混凝土板類受彎構(gòu)件時，將混凝土板類受彎構(gòu)件的最小配筋百分率設(shè)定為〇. 15 和45ft/fy中的較大值。
[0010] 為了解決以上技術(shù)問題，本申請發(fā)明人通過研究發(fā)現(xiàn)，將鋼的成分中V、Ti、Nb與 其它必要元素進(jìn)行合理的組合，可解決以上技術(shù)問題。
[0011] 本發(fā)明解決以上技術(shù)問題的技術(shù)方案是：
[0012] 一種高強鋼筋，其化學(xué)成分及重量百分比為：C:0. 18-0. 28%，Si:0.45-0. 85%， Mn:1. 35-1. 65%，V+Ti+Nb組合元素：0? 09-0. 26%，Cr:0? 01-0. 06%，Ni:0? 01-0. 06%，Cu: 0-0? 05%，Mo:0-0? 01%，P彡 0? 025%，S彡 0? 025%，N:0? 005-0. 015%，余量為Fe和不可 避免的雜質(zhì)；V+Ti+Nb組合元素為Ti和Nb中的至少一種與V的組合；V+Ti+Nb組合元素 中，V、Ti和Nb占整個高強鋼筋的重量百分比分別為：V:0. 05-0. 25%，Ti:0. 01-0. 1%，Nb: 0? 005-0. 05 % 〇
[0013] 本發(fā)明高強鋼筋的生產(chǎn)工藝流程為：轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉、小方坯連鑄、棒材乳制和 冷床冷卻；其中，轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉以及小方坯連鑄都為現(xiàn)有工藝，小方坯連鑄采用潔凈鋼 和無缺陷連鑄坯的工藝技術(shù)，合金成分和鋼中氮氣含量和精確控制，連鑄坯的內(nèi)在和表面 質(zhì)量優(yōu)良的連鑄小方坯；其中棒材乳制工序中，乳制速度為11. 0-18. 0m/s，加熱段溫度為 1100±50°C，均熱段溫度為1200±50°C，開乳溫度為1100±40°C;冷床冷卻工序中，上冷床 溫度多960°C。本發(fā)明采用的控乳控冷技術(shù)乳制，以充分發(fā)揮微合金元素的作用，完成鋼材 的組織控制，確保強度和塑性性能符合標(biāo)準(zhǔn)或相關(guān)技術(shù)要求，本發(fā)明高強鋼筋的屈服強度 可達(dá)到600MPa級及以上。
[0014] 本發(fā)明的高強鋼筋控制混凝土板類受彎構(gòu)件最小配筋百分率的方法，將本明的高 強鋼筋用于混凝土板類受彎構(gòu)件，將混凝土板類受彎構(gòu)件的最小配筋百分率設(shè)定為〇. 15 和45ft/fy中的較大值，其中fy為本發(fā)明高強鋼筋的抗拉強度值，f,為混凝土板類受彎構(gòu)件 軸心抗拉強度值。
[0015] 本發(fā)明鋼成分中各元素的作用為：
[0016] 碳（C):鋼中C在鋼中形成各種碳化物，顯著提高鋼的強度，鋼筋的屈服強度和抗 拉強度隨C含量增加而升高，塑性降低，焊接性能惡化；為了平衡鋼的屈服強度、抗拉強度 隨和塑性，使本發(fā)明的高強鋼盤具有較高的屈服強度和抗拉強度，但又不降低塑性，故控制 0? 18-0. 28 % 〇
[0017] 硅（Si):鋼中Si能溶解于鐵素體中提高其強度，鋼筋中Si含量大于0. 50%時，屈 服強度和抗拉強度隨Si增加有明顯提升，塑性降低，焊接性能惡化，為了平衡鋼的屈服強 度、抗拉強度隨和塑性，使本發(fā)明的高強鋼盤具有較高的屈服強度和抗拉強度，但又不降低 塑性，故控制Si:0? 45-0. 85%。
[0018] 錳（Mn):鋼中Mn能溶解于滲碳體中或以固溶狀態(tài)存在，顯著提高鋼的強度，螺紋 鋼筋的屈服強度和抗拉強度隨Mn含量增加而升高，降低焊接性能，為了平衡鋼的屈服強 度、抗拉強度隨和塑性，使本發(fā)明的高強鋼盤具有較高的屈服強度和抗拉強度，但又不降低 塑性，故控制Mn:1. 35-1. 65%。
[0019] V+Ti+Nb組合元素的作用：鋼筋的熱乳過程中的應(yīng)變誘導(dǎo)析出的Nb、V、Ti的氮化 物沉淀在晶界或亞晶界和位錯上，阻止奧氏體在晶粒和位錯起的運動，起釘扎作用，抑制了 再結(jié)晶過程的進(jìn)行；TiN和Nb(CN)在熱乳過程中其在鋼中彌散分布對控制高溫下結(jié)晶的 長大有強烈的抑制作用；Nb、V、Ti的碳化物和氮化物在奧氏體中有一定的溶解度，在乳制 過程中這些微合金元素提高了奧氏體的穩(wěn)定性，降低了發(fā)生共析鐵素體和珠光體的溫度范 圍，使形成的鐵素體和珠光體更細(xì)小。
[0020] 本發(fā)明控制N含量為0. 005-0. 015%，配合V+Ti+Nb組合元素的含量，可以平衡析 出強化和細(xì)晶強化，既可以提高釩碳氮化物的析出驅(qū)動力，同時又可以增加細(xì)小析出相的 比例，提高了屈服強度。
[0021] 本發(fā)明進(jìn)一步限定的技術(shù)方案是：
[0022] 前述的高強鋼筋，其化學(xué)成分及重量百分比為：C:0. 18%，Si:0. 45%，Mn: 1. 35 %,V：0. 19 %,Ti：0. 02 %,Nb：0. 015%,Cr：0. 01 %,Ni：0. 01 %,P：0. 009 %,S： 0. 003%，N:0. 005%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0023] 前述的高強鋼筋，其化學(xué)成分及重量百分比為：C:0. 26%，Si:0. 71%，Mn: 1. 51 %,V：0. 24 %,Nb：0. 009%,Cr：0. 025%,Ni：0. 03 %,Cu：0. 02 %,Mo：0. 01 %,P： 0. 008%，S:0. 009%，N:0. 009%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0024] 前述的高強鋼筋，其化學(xué)成分及重量百分比為：C:0. 28%，Si:0. 85%，Mn: 1. 65 %,V：0. 14 %,Ti：0. 08 %,Cr