1、1400MPa 级热轧钢筋的生产杨忠民杨忠民钢铁研究总院钢铁研究总院2内容 概述1. 我国钢筋发展简史2. 分类及其特性 合金元素在钢中的作用 钢筋标准的修订 热轧钢筋生产的工艺 铌微合金化作用机理 铌微合金化钢筋生产工艺3概述4发展简史 建筑结构钢材用量约占全部钢材的2 5%左右。钢筋是建筑钢材中的主要产品，它除了碳素钢筋外，大量的是低合金钢筋。 建国初期至60年代中期，我国钢筋 标准基本是参照前苏联的同类产品标准而制定的，主要是碳素钢钢筋。即使在1963年和1965年修订的标准中纳入的低合金钢号，如18MnSi,25MnSi，沿用通用标准低合金结构钢钢号和一般技术条件(YB 13 63)，
2、尚未形成钢筋的专用钢号。 从60年代开始，我国大力发展低合 金钢，先后研制成功了若干低合金钢种系列的钢筋新品种，并将部分比较成熟的钢 种纳入了钢筋标准，初步形成了以钢筋性能划分的钢筋强度级别系列。 80年代初开始至今，特别是经过 “六五 ”、 “七五 ”期间对低合金钢筋从生产工艺、品种、性能以及钢筋外形等方面，全 面针对国外先进水平进行科技攻关，又研制成功一批钢筋新品种，形成目 前的微合金化III级钢筋系列品种。 2005年钢筋标准的修改将会进入新的阶段，指标趋于合理，完善。5分类及其特性 钢筋按使用要求分为钢筋混凝土结构用钢筋和预应力混凝土结构用钢筋。 钢筋按强度级别分为，级，其屈服强度和抗
3、拉强度s/b依次为235/370，335/510，400/570，500/630(MPa)。其中除级钢筋为低碳钢外，其余均为低合金钢。 预应力热处理钢筋(原称级钢筋)，低合金钢筋,强度为1325/1470(MPa)。 高强度精轧螺纹钢筋，低合金钢筋,其强度为750/930(MPa)和880/1080(MPa)。6分类及其特性 热轧钢筋。 热处理 (调质热处理、轧后余热处理 )钢筋。 冷加工 (冷拉、冷拔、冷轧等 )钢筋。 超细晶粒钢筋。390345295235日本390295235前苏联420220德国400， 415300美国460250英国370（级）335（级）235（级）中国屈服强度（
4、级别）， MPa国家钢筋按加工工艺分为7合金元素在钢中的作用8合金元素在钢中的作用固溶强化作用9元素强化主要机制10碳的作用1. 碳钢组织随碳含量不同而改变，含碳量小于0. 8%的钢由先共析铁素体珠光体组成。2. 对于亚共析钢，增加0.1%碳，硬度增加25HB ，拉伸强度增加8MPa，塑性和韧性显著降低。碳含量对热轧碳钢的影响 碳含量与钢的低温韧性11锰的作用 对组织的影响锰强烈地降低钢的Ar1、Ar3和Ms温度和共析点的碳含量以及钢中相变的速度。锰也降低共析体（平衡状态的珠光体）中的碳含量；结果使铁碳平衡相图中的共析点S向左下方移动，显著降低奥氏体分解速度，增加淬透性。 对性能的影响锰在钢中
5、部分与铁互溶，形成固溶体（铁素体或奥氏体）；部分和铁、碳化合，形成渗碳体。锰强化固溶体的效果不太大，作用不及碳、磷、硅；在增加合金强度的同时，对其延展性却几乎没有任何影响。对低碳钢有显著影响，原因降低钢的共析点的碳含量，导致珠光体量增加，减少铁素体量。由于降低奥氏体 -珠光体转变速度 ,使珠光体细化 ,提高钢的强度。12硅的作用（1）对临界转变温度和组织的影响硅提高钢在加热和冷却时的临界转变温度，增加热滞后作用。在碳含量为0.40时，每1的硅约使A c3和Ar3升高4050，Ac1和Ar1升高约1520。小于2.5%的硅含量对对Mf影响不显著由于硅提高钢的共析转变温度，使珠光体转变在较高温度下
6、进行，在较高硅含量的钢中，在一般冷却条件下，不易获得较细的珠光体组织。硅是强烈促进石墨化的元素。固溶态使奥氏体粗化。（2）对性能的影响硅固溶于铁素体和奥氏体中提高它们的硬度和强度的作用，在常见元素中，仅次于磷，而较锰、镍、铬、钨、钼、钒等为强。但硅含量若超过3，将显著地降低钢的塑性、韧性和延展性。显著提高强屈比。13钒的影响（1）对组织的影响钒是强铁素体和 圈形成元素，和 铁素体形成连续固溶体；钒主要以碳化物形式存在，钒和氮的亲和力很强，易形成氮化物。（2）对性能的影响细化晶粒，提高钢的晶粒粗化温度，降低过热敏感性，并提高钢的强度和韧性；高温融入奥氏体时，增加钢的淬透性。以碳化物形式存在时降低
7、钢的淬透性；增加淬火钢的回火稳定性，并产生二次硬化效应。14铌的影响（1） 对组织的影响铌提高铁的A3 点温度降低A4 点温度，缩小 相区。细化晶粒，提高晶粒粗化温度，降低钢过热敏感性和回火脆性。以碳化形势物存在时降低钢的淬透性；以固溶铌状态存在时；增加钢的淬透性和淬火后的回火稳定性。固溶在奥氏体中的微量铌，可以推迟先共析铁素体的析出，加大奥氏体开始分解析出珠光体的时间，但对贝氏体的转变几乎没有影响，同时提高贝氏体转变温度，是形成贝氏体的有利元素。钢中加入0.05%Nb，可使晶粒粗化温度提高到1050。（2） 对性能的影响铌对钢的性能影响，错综复杂，条件的不同会发生相反的结果。对于低碳低合金钢
8、加入0.005% 0.05% 的铌能够提高屈服强度和冲击韧性，降低韧脆转变温度，改善焊接性能。尤其对Mn含量高的钢种。其主要作用是：细化晶粒、铌的固溶在铁素体的强化和碳氮化铌沉淀析出强化。15钢筋标准的修订16钢筋的化学成分-0.020.08-0.801.201.401.800.400.4845Si2MnTi-0.050.121.001.401.101.500.400.5045SiMnV-0.080.150.701.001.401.800.360.4640Si2MnV-1.201.600.601.000.200.3025MnSi0.0450.045-0.020.05-1.201.600.170
9、.370.170.2520MnTi-0.040.121.201.600.200.800.170.2520MnSiV- 0.05-1.001.50 0.170.170.2520MnNb(b)-1.201.600.400.800.170.2520MnSi0.0450.045-0.300.600.120.300.140.22Q235SPNbTiVMnSiC钢号强度级别17钢筋的性能 1499-911.541.4251.52 b s, 45SiMnV90, d=5a90, d=6a108855901025283240Si2MnV25MnSi20MnTi90, d=3a90, d=4a145904005
10、40825284020MnSiV180, d=4a284020MnNb(b)180, d=3a1851033546082520MnSi冷弯d-弯心直径a-钢筋直径伸长率5, %抗拉强度b, MPa屈服强度s, MPa公称直径钢号强度级别bs 1.2518钢筋的性能 1499-19981.261.4251.52 b s, 6a7a126305006252850同上HRB50025MnSi20MnTi180, d=3a180, d=4a14570400825284020MnSiVHRB400180, d=4a284020MnNb(b)180, d=3a1849033582520MnSiHRB335
11、冷弯d-弯心直径a-钢筋直径伸长率5, %抗拉强度b, MPa屈服强度s, MPa公称直径钢号强度级别19GB1499.2-XXXX5.05.07.5总伸长率Agt%1.261.351.28 b s, 5a6a146305006252850HRB500180, d=4a180, d=5a165404008252840HRB400180, d=4a2840180, d=3a17455335825HRB335冷弯d-弯心直径a-钢筋直径伸长率A, %抗拉强度b, MPa屈服强度s, MPa公称直径钢号强度级别20 标准的指标趋于合理 需要对抗震钢筋的指标进一步修订 地震区建筑用钢的抗震性能，作为高
12、应变低周疲劳问题，必须具有较高的韧性与较高的塑性。 发生地震时，交变地震载荷使建筑结构钢承受高应变低周(HSLC)疲劳。HSLC疲劳寿命主要取决于塑性(延性)，还要有一定的强度。 1995年1月17日日本阪神地震时，兵库县南部发现钢结构建筑箱形柱体脆性断裂，未见明显的塑性变形痕迹，断裂不仅发生在焊缝，还发生在远离焊接区，此时气温较低，可判定为低温脆性断裂。 阪神地震后，报导(参考消息1995227第7版) “日本建筑物设计注意坚固性而忽视柔性，抗震性不如美国 ”。美国科学美国人1995年4月在 “作好下一次大地震的准备 ”一文中提出： “日本和美国的工程师在工程哲理方面的差别，前者强调牢固性，
13、后者则注重塑性 ”(参考消息)1995516第7版)。Q235 20 27J DBTT 16Mn 21 20MnSi 20 1 21热轧钢筋的生产工艺22400MPa 级热轧钢筋的工艺途径 主要工艺途径微合金化微合金化 余热处理余热处理 超微晶化超微晶化25MnSi20MnSiNb(0.030.05%Nb)20MnSiV(0.040.08%V)20MnTi(.010%Ti)轮缘回火轮缘回火 韧芯回火韧芯回火Q235(DIFT)d6m123TMCP 控制机理与超细晶钢生产工艺1）再结晶轧制 尺寸： 40；最细 尺寸： 1520 2） TMPC最细 尺寸： 10 ；3）微合金 TMPC最细 尺寸：
14、理论计算和实验室证明极限为 5 4）形变诱导铁素体相变细化 尺寸：实验室1 ，生产2 DIFT、 DRF变形晶粒、形变诱导铁素体、体素体动态再结晶Ae324余热处理钢筋注重开发回火贝氏体组织钢筋生产余热处理回火马氏体组织钢筋生产25日本抗震钢筋的生产工艺 阪神地震后，日本几家大钢铁公司开发了多种用于高层建筑的、抗震性能优良的钢筋、钢板、型钢、H形钢。 为了满足钢筋混凝土超高层建筑对钢筋抗震性能与弯曲性能的要求，在高强度条件下，还具有良好的塑性以吸收地震能，钢中加入了Cr、Ni、M。、Nb、V、N、CM、A1等元素中的58种元素微合金化。在中轧与精轧阶段要求严格的控制轧制与控制冷却，中轧道次间，
15、分别3次急冷至表面620680 ，冷却深度最好是钢材半径的0.1，轧制速度5ms。终轧温度720轧后冷速0.52.8 s。钢筋规格D32、D51。 加入元素56种元素。在中间轧制阶段，道次中间15次急冷至表面温度600700 ，冷却深度最好是钢材半径的03。终轧温度780 ，终轧以310 s的速度冷却至400600 。钢筋规格为3251mm。 上述工艺的目的只有一个获得超细晶粒钢筋，无马氏体组织26铌微合金化作用机理27 铌的加入通过抑制高温奥氏体再结晶和阻止再结晶晶粒的粗化来调节奥氏体。 0.05%Nb 可使奥氏体粗化温度提高到 1050调解奥氏体状态，形象地描述了铌的作用特点28降低奥氏体铁素体的相变温度而达到细化铁素体的目的29铌是通过固溶和析出起作用加热时奥氏体粗化温度及为Nb（C，N）化物钉扎作用消失的开始。析出顺序： TiN、 AlN、 NbN、 VN、 NbC、 TiC、 VC30Nb的析出规律 钢坯冷却有铌的析出， 奥氏体再结晶控轧有铌的析出， 奥氏体未再结晶控轧有铌的析出， 奥氏体 -铁素体相变有铌的析出， 铁素体相变以后有铌的析出，因此，铌的析出存在于轧钢生产的全过程，导致了钢筋生产控制上的难度加大，性能上的波动和认识上的模糊。VN, Nb(C,N), (Nb,Ti)CN 的 TEM萃取复型照片
