一种屈服强度600mpa级无铌无稀土高强度耐腐蚀钢筋及其生产方法
技术领域
1.本发明属于热轧带肋钢筋领域，具体涉及一种屈服强度600mpa级无铌无稀土高强度耐腐蚀钢筋及生产方法。


背景技术：

2.目前生产热轧带肋钢筋中，普遍采用的是添加微合金化元素，比如nb、v、ti、以及稀土元素等，而且随着高层建筑的高度越来越高，对力学性能的要求越来越高，因此很多高强度钢筋其实还是在通过以增加合金元素含量的方式来换取性能的提高，这样做的结果就是生产成本快速升高。比如cn111500920a(一种hrb600高强抗震螺纹钢及其生产方法)就是采用“一种hrb600高强抗震螺纹钢，其特征在于，以质量百分比计，包括下述成分：碳：0.22-0.33％，硅：0.30-0.40％，锰：1.20-1.40％，铬：0.20％-0.30％，n：0.017-0.023％，铌：0.015-0.13％，钒:0.045％-0.11％，铜：0.05％-0.10％，磷：＜0.025％，硫：＜0.025％，硼≤0.0035％；余量为铁和不可避免的杂质”，比如cn111455262a(一种超细晶高强韧600mpa级抗震钢筋及其制备方法)就是采用“一种超细晶高强韧600mpa级抗震钢筋，具有以下重量份的化学成分：c 0.23～0.27wt％、si 0.45～0.57wt％、mn 1.42～1.55wt％、cr 0.20～0.25wt％、nb 0.012～0.017wt％、v 0.095～0.110wt％、s≤0.040wt％、p≤0.043wt％、o≤0.0070wt％、n 0.0240～0.0265wt％，其余为fe及不可避免的不纯物”的成分设计，可见其均含有nb元素。比如cn111394649a(热带海洋大气环境混凝土结构用耐蚀钢筋用钢及生产方法)，其采用的是“一种热带海洋大气环境混凝土结构用耐蚀钢筋，其特征在于，所述钢筋的化学成分(重量百分比)为：c：0.16～0.21％、si：0.35～0.65％、mn：0.70～1.20％、p：≤0.030％、s：≤0.030％、cr：0.40～1.00％、cu≤0.35％、ni≤0.45％、mo：0.10～0.20％、ti：≤0.025％、v：0.030～0.050％，n≤0.0080％，余量为fe及不可避免的杂质”，和cn111270141 a(一种钢筋混凝土用耐蚀钢筋及其制备方法)“一种钢筋混凝土用耐蚀钢筋，其特征在于，所述耐蚀钢筋的化学成分组成及其质量百分含量具体为：c：0.11～0.13％，si：0.50～0.60％，mn：1.20～1.30％，nb：0.015～0.030％，cr：0.65～0.75％，ni：0.40～0.65％，cu：0.40～0.50％，s：0～0.008％，p：0～0.015％，余量为fe和不可避免的杂质”，可见其合金元素的含量范围均很大，这一方面带来产品性能的波动大，也会增加生产成本。
3.比如cn110079728a(一种焊接性良好的高强度螺纹钢筋及其制造方法)采用“一种焊接性良好的高强度螺纹钢筋，其特征在于，该焊接性良好的高强度螺纹钢筋包含的化学成分及各个化学成分的质量分数为：c：0.16～0.22％，si：0.1～0.5％，mn：1.0～1.4％，p：0.01～0.035％，s：0.01～0.035％，ti：0.01～0.025％，re：0.002～0.015％，o：0.004～0.015％，n：0.004～0.015％，余量为fe和不可避免的杂质”，采用稀土也会增加生产成本。


技术实现要素：

4.本发明其目的在于提供一种屈服强度600mpa级无铌无稀土高强度耐腐蚀钢筋及
其制备方法。另外，对于热轧带肋钢筋来说，焊接性也是需要重点考虑的，目前的高强度热轧螺纹钢筋合金成分通常具有较高的碳当量，这将对焊接性能具有不利影响，并且所采用的微合金化技术大多用于提高强度，而考虑焊接性能较少。因此本发明在设计的时候充分考虑了焊接性，并将其限定为ceq＝c+mn/6+(cr+mo+v)/5+(ni+cu)/15是0.36-0.44％。
5.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
6.一种屈服强度600mpa级无铌无稀土高强度耐腐蚀钢筋，其特征在于，其化学成分包含c、si、mn、v、ti、cr、cu、mo，钢筋的微观组织包括铁素体+珠光体。
7.一种屈服强度600mpa级无铌无稀土高强度耐腐蚀钢筋，其特征在于，其化学成分以质量百分比计为：c:0.15-0.17％，si 0.25-0.45，mn:0.9-1.1％，p≤0.015％，s≤0.015％，v 0.005～0.015％，ti 0.005～0.015％，cr：0.20～0.3％，cu：0.10～0.15％，mo：0.05～0.08％，n 0.0060～0.0090％，以及余量的fe和不可避免的杂质；
8.钢筋的微观组织为铁素体+珠光体+少量贝氏体+析出相，平均晶粒尺寸为5-10微米，其中所述铁素体的面积率为20-30％，所述珠光体面积率为70-75％，所述贝氏体的面积率为0-5％，所述析出相中尺寸≤80nm的占总析出物数量的90％以上；屈服强度≥600mpa，屈强比≤0.75，断后延伸率≥35％，-20℃夏比冲击功≥150j。
9.所述一种屈服强度600mpa级无铌无稀土高强度耐腐蚀钢筋的生产方法，其包括以下步骤：
10.冶炼工序：在电炉或转炉中进行钢水冶炼；入炉铁水要求s≤0.030wt％；冶炼过程采用全程底吹氩气，吹炼后期加大气体流量，加强熔池搅拌；转炉终点控制c≤0.15wt％，p≤0.02wt％；
11.连铸工序：采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，中包保护渣采用低碳碱性保护渣，钢水经过连铸机制成连铸钢坯，在连铸过程中的钢水过热度为15-20℃，铸坯单流拉速为2.5～3.5m/min，连铸钢坯的矫直温度≥900℃；
12.轧制工序：加热炉温度按照预热段920
±
20℃，加热段、均热段按照1120
±
20℃控制，在炉时间控制在2-3小时，确保钢坯加热均匀，开轧温度控制在1080～1100℃，精轧温度880-920℃，精轧后采用控制冷却工艺，控制钢材上冷床自然升温到950～960℃，并且上冷床后的冷速为2-4℃/s。
13.所述一种屈服强度600mpa级无铌无稀土高强度耐腐蚀钢筋，其特征在于，其化学成分以质量百分比计为：c:0.15％，si 0.25，mn:1.1％，p≤0.015％，s≤0.015％，v 0.005％，ti 0.005％，cr：0.20％，cu：0.15％，mo：0.08％，n 0.0060％，以及余量的fe和不可避免的杂质。
14.所述一种屈服强度600mpa级无铌无稀土高强度耐腐蚀钢筋，其特征在于，其化学成分以质量百分比计为：c:0.17％，si 0.45，mn:1.1％，p≤0.015％，s≤0.015％，v 0.015％，ti 0.015％，cr：0.3％，cu：0.15％，mo：0.08％，n 0.0090％，以及余量的fe和不可避免的杂质。
15.所述钢筋的生产方法，其特征在于：连铸工序：采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，中包保护渣采用低碳碱性保护渣，钢水经过连铸机制成连铸钢坯，在连铸过程中的钢水过热度为15-20℃，铸坯单流拉速为2.5～3.0m/min，连铸钢坯的矫直温度≥920℃；
16.轧制工序：加热炉温度按照预热段920
±
20℃，加热段、均热段按照1120
±
20℃控制，在炉时间控制在2-3小时，确保钢坯加热均匀，开轧温度控制在1080～1090℃，精轧温度880-900℃，精轧后采用控制冷却工艺，控制钢材上冷床自然升温到950～960℃，并且上冷床后的冷速为4℃/s。
17.所述钢筋的生产方法，其特征在于：连铸工序：采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，中包保护渣采用低碳碱性保护渣，钢水经过连铸机制成连铸钢坯，在连铸过程中的钢水过热度为15-20℃，铸坯单流拉速为2.9～3.5m/min，连铸钢坯的矫直温度≥910℃；
18.轧制工序：加热炉温度按照预热段920
±
20℃，加热段、均热段按照1120
±
20℃控制，在炉时间控制在2-3小时，确保钢坯加热均匀，开轧温度控制在1080～1100℃，精轧温度880-920℃，精轧后采用控制冷却工艺，控制钢材上冷床自然升温到950～960℃，并且上冷床后的冷速为3℃/s
19.所述钢筋的生产方法，其特征在于：连铸工序：采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，中包保护渣采用低碳碱性保护渣，钢水经过连铸机制成连铸钢坯，在连铸过程中的钢水过热度为15-20℃，铸坯单流拉速为3～3.5m/min，连铸钢坯的矫直温度≥900℃；
20.轧制工序：加热炉温度按照预热段920
±
20℃，加热段、均热段按照1120
±
20℃控制，在炉时间控制在2-3小时，确保钢坯加热均匀，开轧温度控制在1080～1100℃，精轧温度880-920℃，精轧后采用控制冷却工艺，控制钢材上冷床自然升温到950～960℃，并且上冷床后的冷速为3.5℃/s。
21.本发明中元素含量的限定是基于以下考虑：
22.c是钢铁材料的基本元素，可通过固溶强化、碳化物析出强化来提高强度。c含量越高、钢材强度越高，但塑性、韧性越低。而且基于焊接性的考虑，本发明将c含量相对于现有的钢筋c(0.22-0.28％)明显降低。因此若要确保钢材的综合力学性能，在钢的强度满足使用要求时，应尽量减少c的含量。本发明c的含量为0.15～0.17％。
23.si起固溶强化作用，提高钢的强度及获得低屈强比，但含量过高会显著降低钢的塑性、韧性。因此本发明si含量在0.25～0.45％。
24.mn是脱氧剂和脱硫剂，提高钢的强度，提高钢的淬透性，有助于提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，同时又是碳化物形成的元素，但会降低延伸性能及强屈比。mn含量过高，会带来偏析，影响组织结构的稳定性，本发明mn含量在0.90～1.10％。
25.v、ti有析出强化、细晶强化的作用，能同时提高钢的强度和韧性，保证钢的延伸性能，一般是通过加入vn或ti合金的方式来提高析出强化作用，vn合金在钢中以黑点的形式出现，对钢起到析出强化以及固溶强化的作用，同时合金元素还能对钢进行细晶强化，v、ti还具有细化晶粒的作用，v与ti的含c、n析出物细小，可以起到钉扎奥氏体晶界、抑制奥氏体长大的作用。本发明中v是0.005-0.015％、ti0.005-0.015％，节约了成本。
26.cr通过固溶强化强化铁素体，延展性和韧性相对降低。cr还能显著增加钢的淬透性，对低合金钢具有较高的强化作用，提高钢的强度、硬度和耐磨性、耐蚀性，但随cr含量的增加钢的回火脆性倾向增大。cu的加入是为了析出含cu析出物，已经被认为是有效的提高耐蚀性的元素，而且基于焊接性、成本的考虑，本发明cr含量在0.2～0.3％、cu 0.1-0.15％。
27.mo是常见的合金化元素，但是在钢筋生产中应用比较少见，本发明基于细化晶粒、提高强度、抑制回火脆性的考虑将mo限定为0.05-0.05％，这与常见的mo含量相比明显降低。
28.n能提升钢的强度、耐蚀性能等。尤其在含v、ti钢中，n能促进v的沉淀析出、并细化晶粒，在有些场合甚至特意通入氮气进行增氮，本发明中n含量在0.006～0.009％。
29.本发明的一种屈服强度600mpa级无铌无稀土高强度耐腐蚀钢筋及其生产方法，其优点及有益效果是：通过成分和工艺控制提高了元素的利用率，减少了合金元素添加，降低了生产成本；通过组织结构的精确控制，能够获得优秀的力学性能，以及耐腐蚀性、焊接性、低温冲击性能，拓宽了钢筋的实际应用环境。
具体实施方式
30.下面通过实施例详细介绍本发明方案的具体实施方式，但本发明的保护范围不局限于实施例。
31.实施例1
32.一种屈服强度600mpa级无铌无稀土高强度耐腐蚀钢筋，其化学成分以质量百分比计为：c:0.15％，si 0.25，mn:1.1％，p≤0.015％，s≤0.015％，v 0.005％，ti 0.005％，cr：0.20％，cu：0.15％，mo：0.08％，n 0.0060％，以及余量的fe和不可避免的杂质；
33.生产方法，其包括以下步骤：
34.冶炼工序：在电炉或转炉中进行钢水冶炼；入炉铁水要求s≤0.030wt％；冶炼过程采用全程底吹氩气，吹炼后期加大气体流量，加强熔池搅拌；转炉终点控制c≤0.15wt％，p≤0.02wt％；
35.连铸工序：采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，中包保护渣采用低碳碱性保护渣，钢水经过连铸机制成连铸钢坯，在连铸过程中的钢水过热度为15-20℃，铸坯单流拉速为2.5～3.5m/min，连铸钢坯的矫直温度≥900℃；
36.轧制工序：加热炉温度按照预热段(920
±
20)℃，加热段、均热段按照(1120
±
20)℃控制，在炉时间控制在2-3小时，确保钢坯加热均匀，开轧温度控制在1080～1100℃，精轧温度880-920℃，精轧后采用控制冷却工艺，控制钢材上冷床自然升温到950～960℃，并且上冷床后的冷速为2-4℃/s。
37.钢筋的微观组织为铁素体+珠光体+少量贝氏体+析出相，平均晶粒尺寸为5-10微米，其中所述铁素体的面积率为22-30％，所述珠光体面积率为72-75％，所述贝氏体的面积率为0-5％，所述析出相中尺寸≤80nm的占总析出物数量的92％以上；屈服强度≥630mpa，屈强比≤0.75，断后延伸率≥35％，-20℃夏比冲击功≥155j。
38.实施例2
39.一种屈服强度600mpa级无铌无稀土高强度耐腐蚀钢筋，其化学成分以质量百分比计为：c:0.17％，si 0.45，mn:1.1％，p≤0.015％，s≤0.015％，v 0.015％，ti 0.015％，cr：0.3％，cu：0.15％，mo：0.08％，n 0.0090％，以及余量的fe和不可避免的杂质；
40.生产方法，其包括以下步骤：
41.冶炼工序：在电炉或转炉中进行钢水冶炼；入炉铁水要求s≤0.030wt％；冶炼过程采用全程底吹氩气，吹炼后期加大气体流量，加强熔池搅拌；转炉终点控制c≤0.15wt％，p
≤0.02wt％；
42.连铸工序：采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，中包保护渣采用低碳碱性保护渣，钢水经过连铸机制成连铸钢坯，在连铸过程中的钢水过热度为15-20℃，铸坯单流拉速为2.5～3.5m/min，连铸钢坯的矫直温度≥900℃；
43.轧制工序：加热炉温度按照预热段(920
±
20)℃，加热段、均热段按照(1120
±
20)℃控制，在炉时间控制在2-3小时，确保钢坯加热均匀，开轧温度控制在1080～1100℃，精轧温度880-920℃，精轧后采用控制冷却工艺，控制钢材上冷床自然升温到950～960℃，并且上冷床后的冷速为2-4℃/s。
44.钢筋的微观组织为铁素体+珠光体+少量贝氏体+析出相，平均晶粒尺寸为5-10微米，其中所述铁素体的面积率为20-30％，所述珠光体面积率为70-75％，所述贝氏体的面积率为0-5％，所述析出相中尺寸≤80nm的占总析出物数量的90％以上；屈服强度≥600mpa，屈强比≤0.75，断后延伸率≥35％，-20℃夏比冲击功≥150j。
45.实施例3
46.一种屈服强度600mpa级无铌无稀土高强度耐腐蚀钢筋，其化学成分以质量百分比计为：c:0.15-0.17％，si 0.25-0.45，mn:0.9-1.1％，p≤0.015％，s≤0.015％，v 0.005～0.015％，ti 0.005～0.015％，cr：0.20～0.3％，cu：0.10～0.15％，mo：0.05～0.08％，n 0.0060～0.0090％，以及余量的fe和不可避免的杂质；
47.生产方法，其包括以下步骤：
48.冶炼工序：在电炉或转炉中进行钢水冶炼；入炉铁水要求s≤0.030wt％；冶炼过程采用全程底吹氩气，吹炼后期加大气体流量，加强熔池搅拌；转炉终点控制c≤0.15wt％，p≤0.02wt％；
49.连铸工序：采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，中包保护渣采用低碳碱性保护渣，钢水经过连铸机制成连铸钢坯，在连铸过程中的钢水过热度为15-20℃，铸坯单流拉速为2.5～3.0m/min，连铸钢坯的矫直温度≥920℃；
50.轧制工序：加热炉温度按照预热段(920
±
20)℃，加热段、均热段按照(1120
±
20)℃控制，在炉时间控制在2-3小时，确保钢坯加热均匀，开轧温度控制在1080～1090℃，精轧温度880-900℃，精轧后采用控制冷却工艺，控制钢材上冷床自然升温到950～960℃，并且上冷床后的冷速为4℃/s。
51.钢筋的微观组织为铁素体+珠光体+少量贝氏体+析出相，平均晶粒尺寸为5-10微米，其中所述铁素体的面积率为21-30％，所述珠光体面积率为70-75％，所述贝氏体的面积率为0-5％，所述析出相中尺寸≤80nm的占总析出物数量的90％以上；屈服强度≥630mpa，屈强比≤0.75，断后延伸率≥35％，-20℃夏比冲击功≥150j。
52.实施例4
53.一种屈服强度600mpa级无铌无稀土高强度耐腐蚀钢筋，其化学成分以质量百分比计为：c:0.15-0.17％，si 0.25-0.45，mn:0.9-1.1％，p≤0.015％，s≤0.015％，v 0.005～0.015％，ti 0.005～0.015％，cr：0.20～0.3％，cu：0.10～0.15％，mo：0.05～0.08％，n 0.0060～0.0090％，以及余量的fe和不可避免的杂质；
54.生产方法，其包括以下步骤：
55.冶炼工序：在电炉或转炉中进行钢水冶炼；入炉铁水要求s≤0.030wt％；冶炼过程
采用全程底吹氩气，吹炼后期加大气体流量，加强熔池搅拌；转炉终点控制c≤0.15wt％，p≤0.02wt％；
56.连铸工序：采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，中包保护渣采用低碳碱性保护渣，钢水经过连铸机制成连铸钢坯，在连铸过程中的钢水过热度为15-20℃，铸坯单流拉速为2.9～3.5m/min，连铸钢坯的矫直温度≥910℃；
57.轧制工序：加热炉温度按照预热段(920
±
20)℃，加热段、均热段按照(1120
±
20)℃控制，在炉时间控制在2-3小时，确保钢坯加热均匀，开轧温度控制在1080～1100℃，精轧温度880-920℃，精轧后采用控制冷却工艺，控制钢材上冷床自然升温到950～960℃，并且上冷床后的冷速为3℃/s。
58.钢筋的微观组织为铁素体+珠光体+少量贝氏体+析出相，平均晶粒尺寸为5-10微米，其中所述铁素体的面积率为20-30％，所述珠光体面积率为70-75％，所述贝氏体的面积率为0-5％，所述析出相中尺寸≤80nm的占总析出物数量的90％以上；屈服强度≥650mpa，屈强比≤0.75，断后延伸率≥35％，-20℃夏比冲击功≥160j。
59.实施例5
60.一种屈服强度600mpa级无铌无稀土高强度耐腐蚀钢筋，其化学成分以质量百分比计为：c:0.15-0.17％，si 0.25-0.45，mn:0.9-1.1％，p≤0.015％，s≤0.015％，v 0.005～0.015％，ti 0.005～0.015％，cr：0.20～0.3％，cu：0.10～0.15％，mo：0.05～0.08％，n 0.0060～0.0090％，以及余量的fe和不可避免的杂质；
61.生产方法，其包括以下步骤：
62.冶炼工序：在电炉或转炉中进行钢水冶炼；入炉铁水要求s≤0.030wt％；冶炼过程采用全程底吹氩气，吹炼后期加大气体流量，加强熔池搅拌；转炉终点控制c≤0.15wt％，p≤0.02wt％；
63.连铸工序：采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，中包保护渣采用低碳碱性保护渣，钢水经过连铸机制成连铸钢坯，在连铸过程中的钢水过热度为15-20℃，铸坯单流拉速为3～3.5m/min，连铸钢坯的矫直温度≥900℃；
64.轧制工序：加热炉温度按照预热段(920
±
20)℃，加热段、均热段按照(1120
±
20)℃控制，在炉时间控制在2-3小时，确保钢坯加热均匀，开轧温度控制在1080～1100℃，精轧温度880-920℃，精轧后采用控制冷却工艺，控制钢材上冷床自然升温到950～960℃，并且上冷床后的冷速为3.5℃/s。
65.钢筋的微观组织为铁素体+珠光体+少量贝氏体+析出相，平均晶粒尺寸为5-10微米，其中所述铁素体的面积率为20-30％，所述珠光体面积率为70-75％，所述贝氏体的面积率为0-5％，所述析出相中尺寸≤80nm的占总析出物数量的90％以上；屈服强度≥640mpa，屈强比≤0.75，断后延伸率≥35％，-20℃夏比冲击功≥150j。
66.对比例1
67.与实施例1区别仅仅在于成分，化学成分以质量百分比计为：c:0.25％，si 0.25，mn:1.1％，p≤0.015％，s≤0.015％，v 0.005％，nb 0.005％，cr：0.20％，cu：0.15％，mo：0.08％，n 0.0060％，以及余量的fe和不可避免的杂质。
68.钢筋的微观组织为铁素体+珠光体+贝氏体+析出相，平均晶粒尺寸为5-15微米，其中所述铁素体的面积率为15-20％，所述珠光体面积率为70-80％，所述贝氏体的面积率为
8-12％，所述析出相中尺寸≤80nm的占总析出物数量的80％以上；屈服强度≥590mpa，屈强比≤0.78，断后延伸率≥30.5％，-20℃夏比冲击功≥140j，因为nb的添加促进了贝氏体含量偏高，力学性能波动大，韧性与冲击功降低，碳当量在本发明限定之外，焊接性降低。
69.对比例2
70.与实施例2区别仅仅在于生产工艺。
71.生产方法，其包括以下步骤：
72.冶炼工序：在电炉或转炉中进行钢水冶炼；入炉铁水要求s≤0.030wt％；冶炼过程采用全程底吹氩气，吹炼后期加大气体流量，加强熔池搅拌；转炉终点控制c≤0.15wt％，p≤0.02wt％；
73.连铸工序：采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，中包保护渣采用低碳碱性保护渣，钢水经过连铸机制成连铸钢坯，在连铸过程中的钢水过热度为15-20℃，铸坯单流拉速为2.5～3.5m/min，连铸钢坯的矫直温度≥800℃；
74.轧制工序：加热炉温度按照预热段(920
±
20)℃，加热段、均热段按照(1120
±
20)℃控制，在炉时间控制在2-3小时，确保钢坯加热均匀，开轧温度控制在1120～1200℃，精轧温度920-930℃，精轧后采用控制冷却工艺，控制钢材上冷床自然升温到910～930℃，并且上冷床后控制冷速为5.5℃/s。
75.钢筋的微观组织为铁素体+珠光体+贝氏体+析出相，平均晶粒尺寸为15-20微米，其中所述铁素体的面积率为25-35％，所述珠光体面积率为60-70％，所述贝氏体的面积率为10-25％，所述析出相中尺寸≤80nm的占总析出物数量的80％以上；屈服强度≥580mpa，屈强比≤0.8，断后延伸率≥28％，-20℃夏比冲击功≥140j。这主要是因为轧制温度偏高、冷却速度偏大，带来组织晶粒粗大、贝氏体含量偏高，力学性能波动大，韧性与冲击功降低。
76.以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，本领域技术人员可以根据本发明原理作出若干修改，这些修改后的技术方案皆应该在本发明权利要求的保护范围内。