本發明涉及鋼筋生產技術領域，尤其涉及一種hrb400e含鈮鈦高強度可焊接抗震鋼筋及其生產方法。

　　背景技術：

　　隨著社會經濟快速發展，城市市政工程和高層建筑等工程結構對鋼筋性能的要求越來越高，建筑結構的安全性、抗震性問題引起了越來越多的關注，而提高建筑安全性和抗震性的關鍵是提高鋼筋的強度和綜合性能。在國家大力提倡節能減排的背景下，普通強度鋼筋作為建筑用鋼主材的狀況已無法滿足現階段建設發展的需要，開發低成本高性能鋼筋已成為迫切需要解決的課題。多年來，我國為推廣應用高強鋼筋，采取了修訂規范、開展示范工程等多項措施，但是高強鋼筋在實際工程應用中仍存在許多問題。與發達國家相比，我國建筑行業所用鋼筋強度普遍低1～2個等級，主要存在強度低、彎曲性能差、應變延伸率低，施工中配筋過密影響混凝土澆注，且抗震性能較差等問題。因此，研究開發強度高和綜合性能好的高強抗震鋼筋，是鋼鐵企業應對未來鋼筋混凝土結構在建筑工程領域發展的必然趨勢。

　　釩氮微合金化工藝是目前生產高強度可焊接鋼筋的主要手段，v-n微合金化技術主要是向釩鋼中增n后，改善v在鋼中的析出動力學從而優化其析出狀態，使原來大量處于固溶狀態的v轉變為析出狀態的v，使析出的第二相顆粒的數量明顯增加，通過提高v在析出相的分布比例和形態，來增強細晶強化和析出強化的作用，從而改善鋼的性能。但是由于v-n合金價格較高，嚴重增加了生產成本。為此，有研究者采用nb微合金化技術以取代v-n微合金化技術。鈮是鋼中常見的合金化元素，是一種較強的碳化物、氮化物和碳氮化物的形成元素，可以有效地阻止再結晶、積累應變和保持奧氏體晶粒的變形結構，在相變過程中其析出相能提高鐵素體的形核率，對細化晶粒和性能的提高起重要的作用。但鈮元素在增強鋼的綜合性能的同時也增加了連鑄坯的裂紋敏感性，容易產生內裂紋和菱變等缺陷，嚴重影響鑄坯質量。為解決該問題，在冶煉過程中加入ti元素，與鋼中碳、氮結合形成ti(c,n)，在高溫時析出細小彌散的ti(c,n)可抑制奧氏體晶粒度長大，同時通過固定氮減少nb(c,n)、aln沿奧氏體晶界析出，提高鋼的熱塑性，從而減少nb導致的鋼坯缺陷。

　　技術實現要素：

　　本發明針對上述技術問題，提供一種hrb400e含鈮鈦高強度可焊接抗震鋼筋及其制備工藝，所生產的hrb400e鋼筋具有強度高、塑韌性及抗震性能良好等特點，綜合性能穩定，實現了節能環保的目的。

　　為了實現上述目的，本發明提供的技術方案如下：

　　一種hrb400e含鈮鈦高強度可焊接抗震鋼筋，所述鋼筋化學成分及重量百分含量如下：c：0.20-0.25％，ti：0.008-0.030％，nb：0.010-0.030％，si：0.40-0.80％，mn：1.10-1.50％，p≤0.045％，s≤0.045％，其余為fe和不可避免的雜質。

　　所述鋼筋由如下生產方法制得：包括轉爐冶煉工序、連鑄工序、鑄坯加熱工序、軋制工序，所述轉爐冶煉工序，終點成分重量百分含量控制為c≥0.08％，p≤0.035％，終點溫度1630～1680℃；所述鋼筋屈服強度≥400mpa，抗拉強度≥540mpa，鋼筋強屈比≥1.25，斷后伸長率a≥16，最大伸長率agt≥7.5。

　　本發明還提供了上述的hrb400e含鈮鈦高強度可焊接抗震鋼筋的生產方法，包括轉爐冶煉工序、連鑄工序、鑄坯加熱工序、軋制工序，所述轉爐冶煉工序，具體包括如下步驟：

　　s1轉爐冶煉工序

　　將鐵水與廢鋼或造渣料一起進行脫碳脫磷冶煉，終點成分重量百分含量控制為c≥0.08％，p≤0.035％，終點溫度1630～1680℃；出鋼過程加入硅鐵、硅錳合金和鈮鐵合金進行硅、錳、鈮合金化，待成分達到所述重量百分含量后加入鈦鐵，利用底吹氬攪拌使其快速熔化成分均勻，保證軟吹氬時間≥5min；

　　s2連鑄工序

　　采用連鑄全程保護澆鑄，結晶器冷卻水量控制在2600-2800l/min，進出水溫差在5-8℃；中包穩定控制在1515～1535℃；連鑄采用恒拉速，拉速為2.6～2.8m/min；二冷水采用氣霧噴咀弱冷模式，比水量為1.45-1.55l/kg鋼；

　　s3鑄坯加熱工序

　　將步驟s2的鑄坯在1000±50℃溫度下加熱保溫；

　　s4軋制工序

　　取步驟s3鑄坯軋制，開軋溫度為950～1050℃，終軋溫度為820～880℃。

　　本發明的技術原理如下：

　　鈮在鋼中可以形成nb(c,n)化合物，在奧氏體中的形變誘導析出來抑制奧氏體再結晶，進而達到細化鐵素體晶粒的目的。nb(c,n)化合物在奧氏體中的形變誘導析出以及在鐵素體中的脫溶析出都可以起到一定的沉淀強化作用。鈦具有比較大的化學活性，易與氧、硫、氮、碳等元素形成化合物，鋼中加入適量的鈦，由于鈦和硫的親和力要強于錳和硫的親和力，因而鈦奪取mns中的硫而與它形成更為穩定的ti4c2s2，減少mns的析出，控制夾雜物的形態可改善鋼材的各向異性。鈦在鋼中易與氮形成細小的tin，能夠有效阻止加熱時奧氏體晶粒長大，可細化軋制時的起始晶粒，改善鋼材的韌性和焊接性。由于tin的析出溫度較高，在凝固過程中可以作為nb(c,n)的形核質點，使ti、nb的復合析出物在連鑄拉矯溫度下具有較大尺寸，消除其對高溫塑性的不良影響，改善鋼種的連鑄工藝性能。

　　與現有技術相比，本發明的技術效果：

　　本發明通過對煉鋼和軋鋼工藝參數的嚴格控制，鋼種化學成分穩定，波動范圍較小，控制鋼中nb、ti含量，通過生成穩定的ti4c2s2改善夾雜物存在的形態；生成的tin能夠阻止奧氏體晶粒長大，具有較強的析出沉淀強化和細晶強化作用，消除其對高溫塑性的不良影響，顯著提高了含鈮鈦高強度可焊接抗震鋼筋的強度且具有一定的抗氫腐蝕能力。

　　本發明hrb400e含鈮鈦高強度可焊接抗震鋼筋具有強度高、塑韌性及抗震性能良好等特點，其中，屈服強度rel為≥400mpa，抗拉強度rm為≥540mpa，強屈比≥1.25，斷后伸長率a≥16％，最大伸長率agt≥7.5％，達到了抗震鋼筋要求。本發明的hrb400e抗震鋼筋與400mpa、500mpa級抗震鋼筋相比，由于強度提高，可節省鋼材，降低排筋密度，降低建造成本，增加結構的強度，加大安全儲備量，具有節能減排，安全環保的現實意義。

　　本發明以鈮鈦配合可提高鋼的性能，達到加釩鋼的性能要求。以鈮鈦配合代釩，成本大大降低。以當前價格計算，噸鋼節約成本：0.027％÷0.75÷0.9×37萬元－0.024％÷0.65÷0.98×18萬元－0.008％÷0.28÷0.85×0.97萬元＝76.9元/噸鋼。

　　附圖說明

　　為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

　　圖1為本發明實施例1鋼筋的金相組織。

　　具體實施方式

　　為了使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細介紹，但本發明的保護范圍不局限于實施例。

　　實施例1

　　hrb400e含鈮鈦高強度可焊接抗震鋼筋化學成分及百分含量見表1，性能參數見表2，鋼筋的金相組織件圖1。

　　工藝流程如下：

　　(1)冶煉：將鐵水與廢鋼、造渣料等一起進行脫碳脫磷冶煉，終點c為0.12％，終點p為0.019％，終點溫度為1650℃，出鋼過程中加入硅鐵、硅錳合金、鈮鐵進行錳、硅和鈮合金化，出鋼過程全程吹氬攪拌，取樣成分合格后加入鈦鐵，軟吹氬時間6min。

　　(2)連鑄：將步驟1送往連鑄中間包，連鑄全程保護澆鑄，結晶器冷卻水量控制在2700l/min左右，進出水溫差在6℃；中包溫度為1522℃；連鑄拉速為2.65m/min；二冷水量為1.48l/kg鋼。

　　(3)鑄坯加熱及軋制：將步驟2鑄坯在1050℃溫度下加熱保溫，開軋溫度在955℃，終軋溫度在830℃。

　　實施例2

　　hrb400e含鈮鈦高強度可焊接抗震鋼筋化學成分及百分含量見表1，性能參數見表2。

　　工藝流程如下：

　　(1)冶煉：將鐵水與廢鋼、造渣料等一起進行脫碳脫磷冶煉，終點c為0.11％，終點p為0.019％，終點溫度為1640℃，出鋼過程中加入硅鐵、硅錳合金、鈮鐵進行錳、硅和鈮合金化，出鋼過程全程吹氬攪拌，取樣成分合格后加入鈦鐵，軟吹氬時間6min。

　　(2)連鑄：將步驟1送往連鑄中間包，連鑄全程保護澆鑄，結晶器冷卻水量控制在2650l/min左右，進出水溫差在6.5℃；中包溫度為1528℃；連鑄拉速為2.7m/min；二冷水量為1.5l/kg鋼。

　　(3)鑄坯加熱及軋制：將步驟2鑄坯在1020℃溫度下加熱保溫，開軋溫度在980℃，終軋溫度在835℃。

　　實施例3

　　hrb400e含鈮鈦高強度可焊接抗震鋼筋化學成分及百分含量見表1，性能參數見表2。

　　工藝流程如下：

　　(1)冶煉：將鐵水與廢鋼、造渣料等一起進行脫碳脫磷冶煉，終點c為0.10％，終點p為0.018％，終點溫度為1645℃，出鋼過程中加入硅鐵、硅錳合金、鈮鐵進行錳、硅和鈮合金化，出鋼過程全程吹氬攪拌，取樣成分合格后加入鈦鐵，軟吹氬時間6.5min。

　　(2)連鑄：將步驟1送往連鑄中間包，連鑄全程保護澆鑄，結晶器冷卻水量控制在2750l/min左右，進出水溫差在7℃；中包溫度為1529℃；連鑄拉速為2.75m/min；二冷水量為1.52l/kg鋼。

　　(3)鑄坯加熱及軋制：將步驟2鑄坯在1020℃溫度下加熱保溫，開軋溫度在970℃，終軋溫度在835℃。

　　實施例4

　　hrb400e含鈮鈦高強度可焊接抗震鋼筋化學成分及百分含量見表1，性能參數見表2。

　　工藝流程如下：

　　(1)冶煉：將鐵水與廢鋼、造渣料等一起進行脫碳脫磷冶煉，終點c為0.13％，終點p為0.016％，終點溫度為1660℃，出鋼過程中加入硅鐵、硅錳合金、鈮鐵進行錳、硅和鈮合金化，出鋼過程全程吹氬攪拌，取樣成分合格后加入鈦鐵，軟吹氬時間7min。

　　(2)連鑄：將步驟1送往連鑄中間包，連鑄全程保護澆鑄，結晶器冷卻水量控制在2750l/min左右，進出水溫差在6.6℃；中包溫度為1532℃；連鑄拉速為2.73m/min；二冷水量為1.52l/kg鋼。

　　(3)鑄坯加熱及軋制：將步驟2鑄坯在1020℃溫度下加熱保溫，開軋溫度在990℃，終軋溫度在870℃。

　　實施例5

　　hrb400e含鈮鈦高強度可焊接抗震鋼筋化學成分及百分含量見表1，性能參數見表2。

　　工藝流程如下：

　　(1)冶煉：將鐵水與廢鋼、造渣料等一起進行脫碳脫磷冶煉，終點c為0.19％，終點p為0.017％，終點溫度為1660℃，出鋼過程中加入硅鐵、硅錳合金、鈮鐵進行錳、硅和鈮合金化，出鋼過程全程吹氬攪拌，取樣成分合格后加入鈦鐵，軟吹氬時間8min。

　　(2)連鑄：將步驟1送往連鑄中間包，連鑄全程保護澆鑄，結晶器冷卻水量控制在2770l/min左右，進出水溫差在7.2℃；中包溫度為1528℃；連鑄拉速為2.76m/min；二冷水量為1.5l/kg鋼。

　　(3)鑄坯加熱及軋制：將步驟2鑄坯在1080℃溫度下加熱保溫，開軋溫度在990℃，終軋溫度在840℃。

　　實施例1-5的hrb400e鋼成分見表1。

　　表1實施例1-5的hrb400e鋼成分/％

　　對實施例1-5的hrb400e鋼筋進行性能檢測，檢測結果見表2；

　　表2實施例1-5的hrb400e鋼筋性能

　　以上只通過說明的方式描述了本發明的某些示范性實施例，毋庸置疑，對于本領域的普通技術人員，在不偏離本發明的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式對所描述的實施例進行修正。因此，上述附圖和描述在本質上是說明性的，不應理解為對本發明權利要求保護范圍的限制。

　　技術特征：

　　技術總結

　　本發明公開一種HRB400E含鈮鈦高強度可焊接抗震鋼筋及生產方法，屬于鋼筋生產領域。鋼筋包括化學成分及其重量百分比為：C：0.20?0.25％，Ti：0.008?0.030％，Nb：0.010?0.030％，Si：0.30?0.80％，Mn：1.10?1.50％，P≤0.045％，S≤0.045％，余量為Fe和雜質元素。鋼筋的生產方法包括轉爐冶煉、連鑄、鑄坯加熱、軋制等步驟。本發明通過控制鋼中的Nb、Ti含量，促進了Ti4C2S2、Ti(C,N)等以細小顆粒的形成及析出，并對煉鋼和軋鋼工藝參數的嚴格控制，顯著提高了鋼筋的強度，鋼筋各項指標達到了抗震鋼筋的要求，具有節能減排、綠色環保的現實意義。

　　技術研發人員：馮捷;竇為學;國棟;謝力;郭志紅;常立山;孫會蘭

　　受保護的技術使用者：河北科技大學

　　技術研發日：2019.06.04

　　技術公布日：2019.08.20