一种高强度螺纹钢筋及其制备工艺
专利汇可以提供一种高强度螺纹钢筋及其制备工艺专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种高强度 螺纹 钢 筋及其制备工艺，属于钢 铁 冶金 领域，适用于生产规格为12mm～40mm的螺纹 钢筋 。本 发明 高强度螺纹钢筋的成分为：C：0.12～0.25%，Si：0.12～0.80%，Mn：0.30～1.55%，P：0.01～0.035%，S：0.01～0.040%， 碳 当量：0.19～0.51%，余量为Fe。本发明的工艺流程：方坯→加热→粗、中轧→精轧→QTB穿 水 →上 冷床 (自然冷却)→定尺→检验→入库。本发明的优点在于：据螺纹钢筋规格不同设计不同的化学成分，采用轧后余 热处理 工艺使钢筋同时保持良好的塑、韧性。，下面是一种高强度螺纹钢筋及其制备工艺专利的具体信息内容。
1、一种高强度螺纹钢筋，成分为：C：0.12～0.25％，Si：0.12～0.80％， Mn：0.30～1.55％，P：0.01～0.035％，S：0.01～0.040％，碳当量：0.19～0.51％， 余量为Fe；其特征在于：不同规格钢筋的成分为：
规格为12mm的螺纹钢筋：钢筋成分为：C：0.12～0.22％，Si：0.12～0.30％， Mn：0.30～0.65％，P：0.01～0.035％，S：0.01～0.040％，碳当量：0.19～0.33％， 余量为Fe；
规格为14mm～20mm的螺纹钢筋：钢筋成分为：C：0.17～0.23％，Si： 0.12～0.30％，Mn：0.50～0.75％，P：0.01～0.035％，S：0.01～0.040％，碳当 量：0.25～0.36％，余量为Fe；
规格为22mm～25mm的螺纹钢筋：钢筋成分为：C：0.17～0.25％，Si： 0.40～0.80％，Mn：1.20～1.55％，P：0.01～0.035％，S：0.01～0.040％，碳当 量：0.37～0.51％，余量为Fe；
规格为30mm～40mm的螺纹钢筋：钢筋成分为：C：0.17～0.25％，Si： 0.20～0.60％，Mn：1.0～1.40％，P：0.01～0.035％，S：0.01～0.040％，碳当 量：0.34～0.49％，余量为Fe。
2、一种制备权利要求1所述的螺纹钢筋的工艺，其特征在于：工艺 步骤为：原料连铸方坯经过加热处理，进入粗、中轧工序，再进入精轧工 序，然后进行QTB穿水处理，最后上冷床自然冷却、定尺、检验、入库。
3、按照权利要求2所述的工艺，其特征在于：生产不同规格钢筋使用 的连铸方坯的成分为：
规格为12mm的螺纹钢筋：连铸方坯成分为：C：0.12～0.22％，Si： 0.12～0.30％，Mn：0.30～0.65％，P：0.01～0.035％，S：0.01～0.040％，碳当 量：0.19～0.33％，余量为Fe；
规格为14mm～20mm的螺纹钢筋：连铸方坯成分为：C：0.17～0.23％， Si：0.12～0.30％，Mn：0.50～0.75％，P：0.01～0.035％，S：0.01～0.040％， 碳当量：0.25～0.36％，余量为Fe；
规格为22mm～25mm的螺纹钢筋：连铸方坯成分为：C：0.17～0.25％， Si：0.40～0.80％，Mn：1.20～1.55％，P：0.01～0.035％，S：0.01～0.040％， 碳当量：0.37～0.51％，余量为Fe；
规格为30mm～40mm的螺纹钢筋：连铸方坯成分为：C：0.17～0.25％， Si：0.20～0.60％，Mn：1.0～1.40％，P：0.01～0.035％，S：0.01～0.040％，碳 当量：0.34～0.49％，余量为Fe。
4、按照权利要求2所述的工艺，其特征在于：所述的加热工序：预 热段温度为：800～1000℃，加热段温度为：1100～1170℃，均热段温度为： 1070～1140℃；加热总时间为90～120分钟；开轧温度为：980～1060℃。
5、按照权利要求2所述的工艺，其特征在于：所述轧制工艺分为粗 轧、中轧和精轧：
(1)粗轧工艺：粗轧机组共6架，采用微张力轧制；除规格为32mm、 40mm外的螺纹钢筋轧制时第6架出口红坯尺寸为76mm×76mm，辊缝值 10mm；规格为32mm、40mm的螺纹钢筋轧制时第6架出口红坯尺寸为 77.3mm×76mm，辊缝值11.3mm；
(2)中轧工艺：中轧机组共8架，采用活套控制技术，无张力轧制。 各架次红坯尺寸按轧制程序表执行；
(3)精轧工艺：精轧机组共4架，采用活套控制技术，无张力轧制， 终轧速度为4.98～18m/s。
6、按照权利要求2所述的工艺，其特征在于：所述QTB穿水工艺： 冷却水压力为：1.2～1.4MPa；冷却器使用个数为：5～15个；冷却水总流量 为：550～975m3/h；冷却时间为：0.51～4.14s；自回火温度为：560～620℃。
7、按照权利要求6所述的工艺，其特征在于：所述QTB穿水工艺对 于生产不同规格的钢筋的工艺参数为：
规格为12mm的螺纹钢筋：冷却器使用个数为：5～7个；冷却水总流 量为：550～630m3/h；冷却时间为：0.51～0.71s；自回火温度为：600～620℃；
规格为16mm～20mm的螺纹钢筋：冷却器使用个数为：9～10个；冷却 水总流量为：680～840m3/h；冷却时间为：0.83～1.38s；自回火温度为： 580～600℃；
规格为22mm～25mm的螺纹钢筋：冷却器使用个数为：15个；冷却水 总流量为：830～975m3/h；冷却时间为：1.25～1.62s；自回火温度为： 560～580℃；
规格为30mm～40mm的螺纹钢筋：冷却器使用个数为：14～15个；冷 却水总流量为：750～975m3/h；冷却时间为：2.48～4.14s；自回火温度为： 560～580℃。
本发明属于钢铁冶金技术领域，特别是提供了一种高强度螺纹钢筋 及其制备工艺。
背景技术
国内多数企业采用微合金化热轧工艺生产，而国外企业大多采用余 热处理工艺生产，产品性能基本都能达到标准要求，但由于国内外建筑 规范认可的产品使用状态不同，使得国内企业采用余热处理工艺生产高 强度钢筋没有形成规格系列，而且存在钢筋性能指标波动较大的现象。
天津钢铁有限公司在现有引进意大利DANIELI第5代新型二辊短应 力线轧机，LTR(低温控制轧制)和QTB(淬火、自回火处理工艺)穿 水冷却工艺(即轧后余热处理)技术优势的基础上，充分挖掘其设备的 潜能，以最大限度的节约资源，降低制造成本，采取根据产品规格不同 来设计化学成分，来保证性能指标均匀稳定。
轧后余热处理工艺的原理是钢筋在经轧机完成轧制时，具有很高的 温度，其金相组织为奥氏体组织，立即进入冷却装置，直接快速水冷却 实现淬火，使钢筋在表层得到马氏体组织，心部仍保持奥氏体状态离开 冷却装置，心部奥氏体组织在随后的降温过程中，形成珠光体加铁素体 组织，而心部热量向表面传递使表层马氏体发生回火，得到回火马氏体， 在心部和表层组织之间形成索氏体、珠光体、铁素体等过渡组织。
采用轧后余热处理工艺使钢筋的表层和心部发生不同的相变，在钢 筋的表面得到强度较高的回火马氏体淬透层，在心部得到塑性较好的平 衡态组织，从而在大幅度提高钢筋强度的同时保持钢筋具有良好的塑、 韧性。
发明内容
本发明高强度螺纹钢筋的成分(％)：
C：0.12～0.25，Si：0.12～0.80，Mn：0.30～1.55，P：0.01～0.035，S： 0.01～0.040，碳当量：0.19～0.51，余量为Fe。
本发明螺纹钢筋的生产规格为12mm～40mm，不同规格钢筋化学成 分的优选范围见下表：
规格 (mm) C％ Si％ Mn％ P％ S％ 碳当量％ 12 0.12～0.22 0.12～0.30 0.30～0.65 0.01～0.035 0.01～0.040 0.19～0.33 14～20 0.17～0.23 0.12～0.30 0.50～0.75 0.01～0.035 0.01～0.040 0.25～0.36 22～25 0.17～0.25 0.40～0.80 1.20～1.55 0.01～0.035 0.01～0.040 0.37～0.51 30～40 0.17～0.25 0.20～0.60 1.0～1.40 0.01～0.035 0.01～.0040 0.34～0.49
钢筋的成分与原料连铸方坯的成份相同，方坯成分是为轧制高强度 螺纹钢筋专门设计的，由天津钢铁公司冶炼，按传统工艺冶炼。
对易于发生相变的小规格适当降低合金元素Si、Mn成分含量，较 难发生相变的大规格适当提高合金元素Si、Mn成分含量。
本发明的工艺流程：方坯→加热→粗、中轧→精轧→QTB穿水→上 冷床(自然冷却)→定尺→检验→入库。
工艺步骤及参数如下：
(1)原料：150×150×12000mm连铸方坯。
(2)加热工序：将方坯进行三段加热处理，其中预热段温度为： 800～1000℃；加热段温度为：1100～1170℃；均热段温度为：1070～1140℃。 加热总时间为90～120分钟。到轧制阶段控制温度(即开轧温度)为： 980～1060℃。本发明采用侧进侧出蓄热式步进梁加热炉，燃料为高炉煤 气。
(3)轧制工艺：分为粗轧、中轧和精轧。
轧制采用18架轧机无扭全连续轧制，平—立交替布置，第16、18 架轧机采用平立可转换轧机，可任意转换成平式或立式轧机。
粗轧工艺：粗轧机组共6架，采用微张力轧制。除规格为32mm、 40mm外的螺纹钢筋轧制时第6架出口红坯尺寸为76mm×76mm，辊缝 值10mm；规格为32mm、40mm的螺纹钢筋轧制时第6架出口红坯尺寸 为77.3mm×76mm，辊缝值11.3mm。
中轧工艺：中轧机组共8架，采用活套控制技术，无张力轧制。各 架次红坯尺寸按轧制程序表(轧机所配备的标准轧制程序表)执行。
精轧工艺：精轧机组共4架，采用活套控制技术，无张力轧制，终 轧速度为4.98～18m/s。其中规格为12mm和14mm的螺纹钢筋将方坯三 切分轧制，终轧速度为13.1～13.5m/s；16mm～20mm的螺纹钢筋采用二 切分轧制，终轧速度为9.95～15m/s；20mm～40mm的螺纹钢筋采用单线 轧制，终轧速度为4.98～18m/s；20mm的螺纹钢筋可采用二切分轧制和 单线轧制。
后4架轧机过钢吨位达到额定吨位时应更换孔槽；预切分进口导卫、 切分进口导卫和切分出口导卫不但要准确对中轧槽，而且导卫的中心线 要保证与轧辊中心线相垂直；由于钢温的波动、轧机压下量的变化等， 应及时调整各架轧机的速度，使机架间保持微张力轧制和无张力轧制。
(4)QTB穿水(即淬火、自回火工艺)：分为淬火、自回火和最 终冷却三个阶段。相关参数为：开轧温度为：980～1060℃；冷却水压力 为：1.2～1.4MPa；冷却器使用个数为：5～15个；冷却水总流量为：550～975 m3/h；冷却时间为：0.51～4.14s；自回火温度为：560～620℃。
根据轧件规格的不同，具体工艺参数见下表：
规格(mm) 开轧温度(℃) 冷却器个数 总流量(m3/h) 冷却时间(s) 自回火温度(℃) 12～14 1000～1060 5～7 550～630 0.51～0.71 600～620 16～20 1000～1060 9～10 680～840 0.83～1.38 580～600 22～25 980～1030 15 830～975 1.25～1.62 560～580 30～40 980～1030 14～15 750～975 2.48～4.14 560～580
QTB水箱共二个，一个为二切分和三切分轧制共用水箱，一个为单 线轧制用水箱。
(5)上冷床：自然冷却。
本发明采用意大利DANIELI公司连续式棒材生产线，主要包括 DANIELI第5代新型二辊短应力线轧机、QTB控冷水箱(轧后余热处理技 术)。
本发明的优点：根据螺纹钢筋规格不同设计不同的化学成分，采用 轧后余热处理工艺使钢筋的表层和心部发生不同的相变，在钢筋的表面 得到强度较高的回火马氏体淬透层，在心部得到塑性较好的平衡态组织， 从而在大幅度提高钢筋强度的同时保持钢筋具有良好的塑、韧性。各规 格的螺纹钢筋屈服强度、抗拉强度和强屈比均优于英标标准，力学性能 稳定。
具体实施方式
规格为12mm螺纹钢筋：成分为：C：0.14％，Si：0.21％，Mn：0.45％， P：0.017％，S：0.012％，碳当量：0.22％，余量为Fe。
(1)原料：150×150×12000mm连铸方坯。
(2)加热工序：将方坯进行三段加热处理，其中预热段温度为： 880～930℃；加热段温度为：1130～1160℃；均热段温度为：1100～1130℃。 加热总时间为95分钟。到轧制阶段控制温度范围为：1010～1040℃。
(3)轧制工序：
粗轧工艺：粗轧机组采用微张力轧制，第6架轧机出口红坯尺寸为 76mm×76mm，辊缝值10mm。
中轧工艺：中轧机组采用活套控制无张力轧制，第14架轧机出口红 坯尺寸为43.5mm×18mm，辊缝值6mm。
精轧工艺：精轧机组采用活套控制无张力三切分轧制，终轧速度 13.5m/s。
(4)QTB穿水：
冷却水压力为：1.30～1.32MPa；冷却器使用个数为：6个；冷却水 总流量为：560～570m3/h；冷却时间为：0.61s；自回火温度为：600～620℃。
(5)上冷床：自然冷却。
实施例2
规格为16mm螺纹钢筋：成分为：C：0.17％，Si：0.22％，Mn：0.66％， P：0.013％，S：0.015％，碳当量：0.28％，余量为Fe。
(1)原料：150×150×12000mm连铸方坯。
(2)加热工序：将方坯进行三段加热处理，其中预热段温度为： 890～940℃；加热段温度为：1130～1160℃；均热段温度为：1110～1140℃。 加热总时间为95分钟。到轧制阶段控制温度范围为：1020～1050℃。
(3)轧制工序：
粗轧工艺：粗轧机组采用微张力轧制，第6架轧机出口红坯尺寸为 76mm×76mm，辊缝值10mm。
中轧工艺：中轧机组采用活套控制无张力轧制，第14架轧机出口红 坯尺寸为35.5mm×22.3mm，辊缝值5mm。
精轧工艺：精轧机组采用活套控制无张力二切分轧制，终轧速度 15m/s。
(4)QTB穿水：
冷却水压力为：1.35～1.37MPa；冷却器使用个数为：9个；冷却水 总流量为：727～737m3/h；冷却时间为：0.83s；自回火温度为：580～600℃。
(5)上冷床：自然冷却
实施例3
规格为22mm螺纹钢筋：成分为：C：0.22％，Si：0.58％，Mn：1.32％， P：0.016％，S：0.019％，碳当量：0.44％，余量为Fe。
(1)原料：150×150×12000mm连铸方坯。
(2)加热工序：将方坯进行三段加热处理，其中预热段温度为： 830～880℃；加热段温度为：1110～1140℃；均热段温度为：1080～1110℃。 加热总时间为100分钟。到轧制阶段控制温度范围为：990～1020℃。
(3)轧制工序：
粗轧工艺：粗轧机组采用微张力轧制，第6架轧机出口红坯尺寸为 76mm×76mm，辊缝值10mm。
中轧工艺：中轧机组采用活套控制无张力轧制，第12架轧机出口红 坯尺寸为32.4mm×32.4mm，辊缝值4.5mm。
精轧工艺：精轧机组采用活套控制无张力单线轧制，终轧速度 16.45m/s。
(4)QTB穿水：
冷却水压力为：1.35～1.37MPa；冷却器使用个数为：15个；冷却水 总流量为：800～810m3/h；冷却时间为：1.25s；自回火温度为：560～580℃。
(5)上冷床：自然冷却。
实施例4
规格为40mm螺纹钢筋：成分为：C：0.20％，Si：0.54％，Mn：1.27％， P：0.016％，S：0.018％，碳当量：0.41％，余量为Fe。
(1)原料：150×150×12000mm连铸方坯。
(2)加热工序：将方坯进行三段加热处理，其中预热段温度为： 890～940℃；加热段温度为：1110～1140℃；均热段温度为：1080～1110℃。 加热总时间为100分钟。到轧制阶段控制温度范围为：990～1020℃。
(3)轧制工序：
粗轧工艺：粗轧机组采用微张力轧制，第6架轧机出口红坯尺寸为 77.3mm×76mm，辊缝值11.3mm。
中轧工艺：中轧机组采用活套控制无张力轧制，第10架轧机出口红 坯尺寸为52mm×48mm，辊缝值10.5mm。
精轧工艺：精轧机组采用活套控制无张力单线轧制，终轧速度 4.98m/s。
(4)QTB穿水：
冷却水压力为：1.34～1.36MPa；冷却器使用个数为：14个；冷却水 总流量为：750～760m3/h；冷却时间为：3.87s；自回火温度为：560～580℃。
(5)上冷床：自然冷却。
技术背景
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