本發(fā)明涉及低合金高強鋼。更具體地，涉及一種650mpa級高強度抗震鋼筋用鋼及其制備方法。
背景技術(shù)：
：地殼運動目前已進(jìn)入活躍期，由于地震等自然災(zāi)害頻發(fā)并造成災(zāi)難性后果，因此，對建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能和建筑用鋼筋性能要求越來越高。最新國家標(biāo)準(zhǔn)1499.2～2007規(guī)定，抗震鋼筋在滿足普通鋼筋生產(chǎn)的所有條件下，還需滿足以下機械性能要求：1)鋼筋實測抗拉強度與實測屈服強度之比不小于1.25；2)鋼筋實測屈服強度與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的屈服強度特征值之比不大于1.30；3)鋼筋的最大力總伸長率不小于9％。高強度級別鋼筋在能節(jié)省鋼材用量的同時，具有強度高、安全儲備量大、抗震性能好等優(yōu)勢，更適用于高層、大跨度和抗震建筑結(jié)構(gòu)，是一種更節(jié)約、更高效的新型建筑材料，也是鋼筋發(fā)展的趨勢。我國現(xiàn)行抗震鋼筋多采用hrb400e級別，hrb500級別抗震鋼筋處于研發(fā)初級階段，尚未形成大批量穩(wěn)定生產(chǎn)，僅少數(shù)企業(yè)能生產(chǎn)hrb500e鋼筋，且在生產(chǎn)中出現(xiàn)諸多問題。同時，國內(nèi)也已開始600mpa級熱軋鋼筋的研發(fā)，并取得一定進(jìn)展。目前，國內(nèi)600mpa級鋼筋的研發(fā)主要通過添加釩、鈮、鈦微合金化方法來提高強度，但突出的問題是強屈比偏低，不能滿足抗震性能等問題，如公開號為102839334a，名稱為“一種600mpa級的熱軋帶肋鋼筋用鋼及其冶煉方法”的專利，其v含量為0.15～0.25wt％，rm/rel<1.25，未列出agt；公開號為102383033a，名稱為“一種600mpa級含釩高強熱軋鋼筋及其生產(chǎn)方法”的專利亦存在類似問題。江蘇永鋼集團申請的名為“一種600mpa級細(xì)晶高強抗震鋼筋生產(chǎn)方法”專利103911554a，雖然其強度達(dá)到600mpa級別，但其強屈比為1.25～1.28，最大力下總延伸率最小為9.5，其強塑積＜20000mpa.％，與國家標(biāo)準(zhǔn)1499.2～2007的規(guī)定要求相比，安全裕量有較大提升空間，且生產(chǎn)過程控制要求高。武鋼集團昆明鋼鐵股份有限公司申請名為“鈮鈦硼微合金hrb600高強度抗震鋼筋及其制備”的專利102796962a，雖然滿足抗震要求，但是，其屈強比處于1.25～1.30，強塑積＜21000mpa.％，安全裕量有較大提升空間，且其工藝控制相對復(fù)雜，需要在較低溫度軋制和軋后超快速冷卻，對設(shè)備要求較高。可見，上述專利熱軋高強度鋼筋采用的強化手段主要是通過微合金化技術(shù)和控軋控冷細(xì)化晶粒來實現(xiàn)，但是細(xì)化晶粒易導(dǎo)致強屈比降低，對抗震性能不利。其他相關(guān)專利所申請的600mpa級別抗震鋼筋亦存在相類似的問題?？傮w而言，國內(nèi)盡管有600mpa高強度鋼筋研發(fā)報道，但截止目前，國內(nèi)未見600mpa級抗震鋼筋批量穩(wěn)定生產(chǎn)的報道。國際上，如美國、日本等亦進(jìn)行了600mpa級別抗震鋼筋的研發(fā)工作，但截至目前未見批量穩(wěn)定生產(chǎn)和規(guī)模推廣使用的報道。因此，為解決目前國內(nèi)高強度抗震鋼筋研發(fā)過程中存在的缺陷與不足，并順應(yīng)國際國內(nèi)抗震鋼筋朝著高強度級別發(fā)展的趨勢，本發(fā)明公開一種650mpa級高強度抗震鋼筋用鋼及其制備方法。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的一個目的在于提供一種650mpa級高強度抗震鋼筋用鋼。通過合適的成分設(shè)計和制備方法設(shè)計，最終獲得含有一定量殘余奧氏體的“鐵素體+貝氏體+馬氏體”或“貝氏體+馬氏體”復(fù)相組織，充分利用殘余奧氏體的trip效應(yīng)，明顯提高屈服強度、強屈比和強塑積，使得抗震安全裕度大幅度提高。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種650mpa級高強度抗震鋼筋用鋼的制備方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：一種650mpa級高強度抗震鋼筋用鋼，包括如下質(zhì)量百分比的組分：c：0.10～0.4wt％；mn：1.5～3.0wt％；si：0.00～2.0wt％；cr：0.20～1.0wt％；al：0.20～1.6wt％；p：0.001～0.15wt％；s：0.001～0.015wt％；其余為fe及不可避免的雜質(zhì)元素。碳元素：是鋼中典型的強化元素，在提高強度的同時能大大提高鋼種的淬透性。錳元素：在起到固溶強化作用的同時，可增加鋼種的淬透性，顯著延緩高溫珠光體轉(zhuǎn)變，而對低溫貝氏體轉(zhuǎn)變的影響較小，甚至能將鋼種cct曲線的高溫珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)和貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)分離。硅元素和鋁元素：不僅可以抑制碳化物析出從而使無碳化物貝氏體和殘余奧氏體容易獲得，而且能提高鋼種的ac3點，為鋼種熱處理的多樣性提供了基礎(chǔ)。鉻元素：能提高鋼種的淬透性，同時具有固溶強化的作用。一種650mpa級高強度抗震鋼筋用鋼的制備方法方法一：包括如下步驟：1)將權(quán)利要求1中所述質(zhì)量百分比的組分采用常規(guī)煉鋼工藝進(jìn)行冶煉，然后軋制成的鋼筋，將所述鋼筋冷卻至室溫；2)將冷卻后鋼筋加熱至ac1～ac3或ac3+50～80℃保溫1～2h；將保溫處理后的鋼筋，以大于鋼種cct曲線上發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的臨界冷速冷卻至(ms～100)℃～ms，然后進(jìn)入至(ms～50)～(ms+100)℃保溫2～3h，然后冷卻至室溫。方法二：包括如下步驟：1)將權(quán)利要求1中所述質(zhì)量百分比的組分采用常規(guī)煉鋼工藝進(jìn)行冶煉，并在終軋溫度＞850℃的條件下軋制成的鋼筋；2)將所述鋼筋，以大于鋼種cct曲線上發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的臨界冷速冷卻至(ms～100)℃～ms某一溫度，然后進(jìn)入至(ms～50)～(ms+100)℃保溫2～3h，然后冷卻至室溫。進(jìn)一步，所述冷卻包括空冷、水冷、霧冷或風(fēng)冷。進(jìn)一步，步驟2)中，冷卻至室溫后的鋼筋可以在200～450℃進(jìn)行中低溫回火處理2～3h，以增加鋼筋在使用過程中的性能穩(wěn)定性。本發(fā)明的鋼種在通用煉鋼和軋制設(shè)備上，采用常規(guī)工藝進(jìn)行冶煉、鑄造和軋制后，再經(jīng)適當(dāng)熱處理后，其屈服強度rp0.2≥650mpa，強屈比(rm/rp0.2)≥1.45，斷后延伸率a＞22％，最大力下的延伸率≥14.5％，強塑積≥25000mpa.％，具有高強度、高強區(qū)比和高強塑積，可達(dá)到650mpa級抗震鋼筋性能要求，安全裕量充足，表現(xiàn)出優(yōu)良的抗震性能。本發(fā)明中出現(xiàn)的ac1：鋼在加熱過程中，從體心立方的鐵素體組織開始轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎降膴W氏體組織的開始溫度。ac3：鋼在加熱過程中，從體心立方的鐵素體組織完全轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎降膴W氏體組織的結(jié)束溫度。ms：鋼中奧氏體從高溫冷卻過程中，開始發(fā)生馬氏體相變的溫度。本發(fā)明的制備方法一和方法二的步驟2)中，要求以大于鋼種cct曲線上發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的臨界冷速冷卻，是為了避免在該段處理過程出現(xiàn)先共析鐵素體而不利于鋼筋的綜合性能。在本發(fā)明的鋼種體系成分中，無其他特別限定。本發(fā)明的有益效果如下：1、與現(xiàn)有抗震鋼筋相比，采用本發(fā)明的制備方法生產(chǎn)的抗震鋼筋，可增加鋼結(jié)構(gòu)的強度、降低排筋密度，提高建筑物的抗震性能，增加抗震的安全裕量。2、本發(fā)明的抗震鋼筋屈服強度≥650mpa，強屈比≥1.45，最大力下的延伸率≥14.5％，強塑積≥25000mpa.％。附圖說明下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖1：示出了本發(fā)明方法一制備的高強度抗震鋼筋用鋼的顯微組織結(jié)構(gòu)圖。圖2：示出了本發(fā)明方法二制備的高強度抗震鋼筋用鋼的顯微組織結(jié)構(gòu)圖。具體實施方式為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。表1不同實施例制備的抗震鋼筋用鋼的組分及含量(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))實施例c/wt％mn/wt％cr/wt％si/wt％al/wt％p/wt％s/wt％實施例10.102.990.302.000.200.0120.013實施例20.151.980.611.550.480.0010.009實施例30.182.080.351.320.620.0080.007實施例40.201.850.481.110.860.0110.007實施例50.241.780.320.811.420.0070.009實施例60.281.620.260.681.240.0070.009實施例70.401.500.200.151.600.0060.001實施例80.171.621.000.961.050.0110.012實施例1一種650mpa級高強度抗震鋼筋用鋼的制備方法方法一：包括如下步驟：1)按照表1的配方，將不同的組分在采用常規(guī)煉鋼工藝進(jìn)行冶煉，然后軋制成的鋼筋，將所述鋼筋空冷或緩冷至室溫；2)將冷卻后鋼筋加熱至950℃保溫1.5h進(jìn)行奧氏體化；將保溫處理后的鋼筋采用水冷、霧冷、風(fēng)冷或空冷冷卻至350℃，再放入380℃保溫2h，然后空冷至室溫。方法二：包括如下步驟：1)按照表1的配方，將不同的組分采用常規(guī)煉鋼工藝進(jìn)行冶煉，并在950℃軋制成的鋼筋；2)將所述鋼筋采用水冷、霧冷、風(fēng)冷或空冷冷卻至350℃，再放入380℃熱處理爐中保溫2h，然后空冷至室溫。實施例2一種650mpa級高強度抗震鋼筋用鋼的制備方法方法一：包括如下步驟：1)按表1的配方，將不同的組分采用常規(guī)煉鋼工藝進(jìn)行冶煉，然后軋制成的鋼筋，將所述鋼筋空冷或緩冷至室溫；2)將冷卻后鋼筋加熱至930℃保溫1h進(jìn)行奧氏體化；將保溫處理后的鋼筋采用水冷、霧冷、風(fēng)冷或空冷冷卻至350℃，再放入380℃保溫2h，然后空冷至室溫。方法二：包括如下步驟：1)按表1的配方，將不同的組分采用常規(guī)煉鋼工藝進(jìn)行冶煉，并在930℃軋制成的鋼筋；2)將所述鋼筋采用水冷、霧冷、風(fēng)冷或空冷冷卻至350℃，再放入380℃熱處理爐中保溫2h，然后冷卻至室溫。實施例3一種650mpa級高強度抗震鋼筋用鋼的制備方法方法一：包括如下步驟：1)按表1的配方，將不同的組分采用常規(guī)煉鋼工藝進(jìn)行冶煉，然后軋制成的鋼筋，將所述鋼筋空冷或緩冷至室溫；2)將冷卻后鋼筋加熱至900℃保溫1h進(jìn)行奧氏體化；將保溫處理后的鋼筋采用水冷、霧冷、風(fēng)冷或空冷冷卻至350℃，再放入380℃保溫2h，然后空冷至室溫。方法二：包括如下步驟：1)按表1的配方，將不同的組分采用常規(guī)煉鋼工藝進(jìn)行冶煉，并在900℃軋制成的鋼筋；2)將所述鋼筋采用水冷、霧冷、風(fēng)冷或空冷冷卻至350℃，再放入380℃熱處理爐中保溫2h，然后冷卻至室溫。實施例4一種650mpa級高強度抗震鋼筋用鋼的制備方法方法一：包括如下步驟：1)按表1的配方，將不同的組分采用常規(guī)煉鋼工藝進(jìn)行冶煉，然后軋制成的鋼筋，將所述鋼筋空冷或緩冷至室溫；2)將冷卻后鋼筋加熱至880℃保溫1h進(jìn)行奧氏體化；將保溫處理后的鋼筋采用水冷、霧冷、風(fēng)冷或空冷冷卻至340℃，再放入370℃保溫2h，然后冷卻至室溫；3)冷卻后的鋼筋在350℃進(jìn)行低溫回火處理2h。方法二：包括如下步驟：1)按表1的配方，將不同的組分采用常規(guī)煉鋼工藝進(jìn)行冶煉，并在880℃軋制成的鋼筋；2)將所述鋼筋采用水冷、霧冷、風(fēng)冷或空冷冷卻至340℃，再放入370℃熱處理爐中保溫2h，然后冷卻至室溫；最后將冷卻后的鋼筋在350℃進(jìn)行低溫回火處理2h。實施例5一種650mpa級高強度抗震鋼筋用鋼的制備方法方法一：包括如下步驟：1)按表1的配方，將不同的組分采用常規(guī)煉鋼工藝進(jìn)行冶煉，然后軋制成的鋼筋，將所述鋼筋空冷或緩冷至室溫；2)將冷卻后鋼筋加熱至860℃保溫1h；將保溫處理后的鋼筋采用水冷、霧冷、風(fēng)冷或空冷冷卻至350℃，再放入350℃熱處理爐中保溫2～3h，然后空冷至室溫；3)冷卻后的鋼筋在350℃進(jìn)行低溫回火處理2h。方法二：包括如下步驟：1)按表1的配方，將不同的組分采用常規(guī)煉鋼工藝進(jìn)行冶煉，并在860℃軋制成的鋼筋；2)將所述鋼筋采用水冷、霧冷、風(fēng)冷或空冷至350℃，再放入350℃熱處理爐中保溫2h，然后冷卻至室溫；冷卻后的鋼筋在350℃進(jìn)行低溫回火處理2h。實施例6一種650mpa級高強度抗震鋼筋用鋼的制備方法方法一：包括如下步驟：1)按表1的配方，將不同的組分采用常規(guī)煉鋼工藝進(jìn)行冶煉，然后軋制成的鋼筋，將所述鋼筋空冷或緩冷至室溫；2)將冷卻后鋼筋加熱至850℃保溫1h進(jìn)行奧氏體化；將保溫處理后的鋼筋采用水冷、霧冷、風(fēng)冷或空冷冷卻至340℃，再放入350℃熱處理爐中保溫2h，然后空冷至室溫。方法二：包括如下步驟：1)按表1的配方，將不同的組分采用常規(guī)煉鋼工藝進(jìn)行冶煉，并在850℃軋制成的鋼筋；2)將所述鋼筋采用水冷、霧冷、風(fēng)冷或空冷至340℃，再放入350℃保溫2h，然后空冷至室溫。實施例7一種650mpa級高強度抗震鋼筋用鋼的制備方法，包括如下步驟：1)按照表1的配方，將不同的組分采用常規(guī)煉鋼工藝進(jìn)行冶煉，然后軋制成的鋼筋，將所述鋼筋空冷或緩冷至室溫；2)將冷卻后鋼筋加熱至830℃保溫1h進(jìn)行奧氏體化；將保溫處理后的鋼筋采用水冷、霧冷、風(fēng)冷或空冷冷卻至330℃，再放入320℃保溫2h，然后冷卻至室溫。實施例8一種650mpa級高強度抗震鋼筋用鋼的制備方法，包括如下步驟：1)按照表1的配方，將不同的組分采用常規(guī)煉鋼工藝進(jìn)行冶煉，然后軋制成的鋼筋，將所述鋼筋空冷或緩冷至室溫；2)將冷卻后鋼筋加熱至800℃保溫1h進(jìn)行奧氏體化；將保溫處理后的鋼筋采用水冷、霧冷、風(fēng)冷或空冷冷卻至370℃，再放入340℃熱處理爐中保溫2h，然后空冷至室溫。通過萬能拉伸試驗機，采用標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，根據(jù)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，分別測定了各實施例制備到的高強度抗震鋼筋用鋼試樣的力學(xué)性能，如表2所示。表2各實施例制備的高強度抗震鋼筋用鋼的力學(xué)性能注：本發(fā)明冷彎的合格與不合格是通過材料學(xué)上的顯微組織常識判定的，無需特別說明。由表2可知，本發(fā)明的高強度抗震鋼筋的屈服強度rp0.2≥650mpa，強屈比(rm/rp0.2)≥1.47，斷后延伸率a≥22％，最大力下的延伸率agt≥14.5％,強塑積rm.a＞25000mpa.％，因此本發(fā)明的高強度抗震鋼筋具有高強度、高屈強比、高強塑積和優(yōu)良抗震性能的特點。由圖1和圖2可知，本發(fā)明的650mpa級高強度抗震鋼筋用鋼的顯微組織為鐵素體+貝氏體+馬氏體復(fù)相組織，或者貝氏體+馬氏體復(fù)相組織，其中含有一定量的殘余奧氏體。顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定，對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。當(dāng)前第1頁12