一種高強(qiáng)鋼筋及其控制混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫寬度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋼筋及其生產(chǎn)工藝，具體的說(shuō)是一種高強(qiáng)鋼筋及其控制混凝土結(jié) 構(gòu)構(gòu)件裂縫寬度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高強(qiáng)鋼筋是指鋼筋混凝土用和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土用鋼材，其橫截面為圓形，有時(shí) 為帶有圓角的方形。包括光圓鋼筋、帶肋鋼筋、扭轉(zhuǎn)鋼筋?，F(xiàn)有技術(shù)中，鋼筋按按力學(xué)性 能分I級(jí)鋼筋（235/370級(jí)）；II級(jí)鋼筋（335/510級(jí)）；111級(jí)鋼筋（370/570)和IV級(jí)鋼筋 (540/835)。后兩種鋼筋即為高強(qiáng)鋼筋。
[0003] 高強(qiáng)鋼筋種常見(jiàn)種類如下：
[0004] ⑴微合金熱乳帶肋鋼筋：通過(guò)添加釩（V)、鈮（NB)等合金元素提高屈服強(qiáng)度和極 限強(qiáng)度的熱乳帶肋鋼筋。通過(guò)添加釩（V)、鈮（NB)等合金元素，可以顯著提高鋼筋的屈服強(qiáng) 度和極限強(qiáng)度、同事延性和施工適應(yīng)性能較好。其牌號(hào)為HRB，如標(biāo)注為HRB400、HRB500的 高強(qiáng)鋼筋，就分別代表為微合金化的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為400MPA級(jí)、500Mpa級(jí)的熱乳帶肋鋼 筋。由于要增加微合金，原料成本較高，國(guó)內(nèi)釩（V)、鈮（NB)等合金元素儲(chǔ)量不足，后期要依 靠進(jìn)口。二次回爐成本高，由于加入了合金元素，回爐后，鋼水中含有大量合金，二次使用乳 制質(zhì)量不穩(wěn)定。分離合金技術(shù)不成熟，分離成本高。
[0005] ⑵高延性冷乳帶肋鋼筋：熱乳圓盤條經(jīng)冷乳成型及回火熱處理獲得的具有較高延 性的冷乳帶肋鋼筋。高延性冷乳帶肋鋼筋，是國(guó)內(nèi)近年來(lái)研制開發(fā)的新型高強(qiáng)帶肋鋼筋，其 生產(chǎn)工藝增加了回火熱處理過(guò)程，有明顯的屈服點(diǎn)，強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率指標(biāo)均有顯著提高列入 了國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《冷乳帶肋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ95-2011中。CRB600H高延性冷 乳帶肋鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為600Mpa，屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值520Mpa，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值415MPA， 最大力下總伸長(zhǎng)率（均勻伸長(zhǎng)率）3 5%。此種鋼筋可加工性能良好，而價(jià)格卻較低，用作 板類構(gòu)件的受力鋼筋和分布鋼筋以及梁、柱中的箍筋構(gòu)造鋼筋，既可減少鋼筋用量，又可降 低造價(jià)，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益均十分明顯。2012年國(guó)家住房建設(shè)部開始推廣，起步較晚，各 地產(chǎn)能有待增加。
[0006] ⑶余熱處理鋼筋：以乳鋼時(shí)進(jìn)行淬水處理并利用芯部的余熱對(duì)鋼筋的表層實(shí)現(xiàn)回 火，提高鋼筋強(qiáng)度并避免脆性，余熱處理鋼筋的牌號(hào)為RRB。如標(biāo)注為RRB400的高強(qiáng)鋼筋， 就代表為余熱處理的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為400Mpa級(jí)的熱乳帶肋鋼筋。此種鋼筋只需在乳鋼 最后過(guò)程中以淬水方式進(jìn)行熱處理，其成本最低，強(qiáng)度能達(dá)到高強(qiáng)鋼筋的要求，但延性、可 焊性及施工適應(yīng)性相對(duì)較差。
[0007] ⑷細(xì)晶粒熱乳帶肋鋼筋：通過(guò)乳鋼是進(jìn)行淬水處理并利用芯部的余熱對(duì)鋼筋的表 層實(shí)現(xiàn)回火，以提高強(qiáng)度避免脆性的熱乳帶肋鋼筋。乳鋼是采用特殊的控扎和控冷工藝， 是鋼筋金相組織的晶粒細(xì)化、強(qiáng)度提高。該工藝既能提高強(qiáng)度又保持了較好的延性，達(dá)到 了混凝土結(jié)構(gòu)中使用高強(qiáng)鋼筋的要求。細(xì)晶粒鋼筋的其牌號(hào)為HRBF，如標(biāo)注為HRBF400、 HRBF500的高強(qiáng)鋼筋，就代表為細(xì)晶粒化的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為400MPA級(jí)、500MPA級(jí)的熱乳 帶肋鋼筋。此種鋼筋需要較大的設(shè)備投入與較高的工藝要求，鋼筋的強(qiáng)度指數(shù)與延性性能 都能滿足要求，可焊性一般。
[0008] 以上現(xiàn)有的高強(qiáng)鋼筋屈服強(qiáng)度都達(dá)不到600MPa級(jí)及以上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，如何平衡V+Ti+Nb組合元素的析出強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng) 化，既可以提高屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，又不降低塑性，屈服強(qiáng)度可達(dá)600MPa級(jí)及以上，使高 強(qiáng)鋼筋用于一類環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)，其最大裂縫寬度限值可以在0. 3mm以上。
[0010] 為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)發(fā)明人通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，將鋼的成分中V、Ti、Nb與 其它必要元素進(jìn)行合理的組合，可解決以上技術(shù)問(wèn)題。
[0011] 本發(fā)明解決以上技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是：
[0012] 一種高強(qiáng)鋼筋，其化學(xué)成分及重量百分比為：C:0.2-0.28%,Si:0.5-0. 8%， Mn:1. 4-1. 6%，V+Ti+Nb組合元素：0? 1-0. 25%，Cr:0? 01-0. 05%，Ni:0? 01-0. 05%，Cu: 0? 01-0. 05%，Mo:0-0? 01%，P彡 0? 025%，S彡 0? 025%，N:0? 008-0. 015%，余量為Fe和 不可避免的雜質(zhì)；所述V+Ti+Nb組合元素為Ti和Nb中的至少一種與V的組合。其中， V+Ti+Nb組合元素中，V、Ti和Nb占整個(gè)高強(qiáng)鋼筋的重量百分比分別為：V:0. 05-0. 25%， Ti:0? 02-0. 1%，Nb:0? 005-0. 05 %。
[0013] 本發(fā)明高強(qiáng)鋼筋的生產(chǎn)工藝流程為：轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉、小方坯連鑄、棒材乳制和 冷床冷卻；其中，轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉以及小方坯連鑄都為現(xiàn)有工藝，小方坯連鑄采用潔凈鋼 和無(wú)缺陷連鑄坯的工藝技術(shù)，合金成分和鋼中氮?dú)夂亢途_控制，連鑄坯的內(nèi)在和表面 質(zhì)量?jī)?yōu)良的連鑄小方坯；其中棒材乳制工序中，乳制速度為11. 0-18. 0m/s，加熱段溫度為 1100±50°C，均熱段溫度為1200±50°C，開乳溫度為1100±40°C;冷床冷卻工序中，上冷床 溫度多960°C。本發(fā)明采用的控乳控冷技術(shù)乳制，以充分發(fā)揮微合金元素的作用，完成鋼材 的組織控制，確保強(qiáng)度和塑性性能符合標(biāo)準(zhǔn)或相關(guān)技術(shù)要求，本發(fā)明高強(qiáng)鋼筋的屈服強(qiáng)度 可達(dá)到600MPa級(jí)及以上。
[0014] 本發(fā)明的高強(qiáng)鋼筋控制混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫寬度的方法，將本發(fā)明的高強(qiáng)鋼 筋用于一類環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，將混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最大裂縫寬度限值設(shè)定為 0. 35-〇. 45mm〇
[0015] 本發(fā)明鋼成分中各元素的作用為：
[0016] 碳（C):鋼中C在鋼中形成各種碳化物，顯著提高鋼的強(qiáng)度，鋼筋的屈服強(qiáng)度和抗 拉強(qiáng)度隨C含量增加而升高，塑性降低，焊接性能惡化；為了平衡鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度 隨和塑性，使本發(fā)明的高強(qiáng)鋼盤具有較高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，但又不降低塑性，故控制 C:0? 2-0. 28%。
[0017] 硅（Si):鋼中Si能溶解于鐵素體中提高其強(qiáng)度，鋼筋中Si含量大于0. 50%時(shí)，屈 服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度隨Si增加有明顯提升，塑性降低，焊接性能惡化，為了平衡鋼的屈服強(qiáng) 度、抗拉強(qiáng)度隨和塑性，使本發(fā)明的高強(qiáng)鋼盤具有較高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，但又不降低 塑性，故控制Si:0. 5-0. 8%。
[0018] 錳（Mn):鋼中Mn能溶解于滲碳體中或以固溶狀態(tài)存在，顯著提高鋼的強(qiáng)度，螺紋 鋼筋的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度隨Mn含量增加而升高，降低焊接性能，為了平衡鋼的屈服強(qiáng) 度、抗拉強(qiáng)度隨和塑性，使本發(fā)明的高強(qiáng)鋼盤具有較高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，但又不降低 塑性，故控制Mn:1. 4-1. 6%。
[0019] V+Ti+Nb組合元素的作用：鋼筋的熱乳過(guò)程中的應(yīng)變誘導(dǎo)析出的Nb、V、Ti的氮化 物沉淀在晶界或亞晶界和位錯(cuò)上，阻止奧氏體在晶粒和位錯(cuò)起的運(yùn)動(dòng)，起釘扎作用，抑制了 再結(jié)晶過(guò)程的進(jìn)行；TiN和Nb(CN)在熱乳過(guò)程中其在鋼中彌散分布對(duì)控制高溫下結(jié)晶的 長(zhǎng)大有強(qiáng)烈的抑制作用；Nb、V、Ti的碳化物和氮化物在奧氏體中有一定的溶解度，在乳制 過(guò)程中這些微合金元素提高了奧氏體的穩(wěn)定性，降低了發(fā)生共析鐵素體和珠光體的溫度范 圍，使形成的鐵素體和珠光體更細(xì)小。
[0020] 本發(fā)明控制N含量為0. 008-0. 015%，配合V+Ti+Nb組合元素的含量，可以平衡析 出強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化，既可以提高釩碳氮化物的析出驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)又可以增加細(xì)小析出相的 比例，提高了屈服強(qiáng)度。
[0021] 本發(fā)明進(jìn)一步限定的技術(shù)方案是：
[0022] 前述的高強(qiáng)鋼筋，其化學(xué)成分及重量百分比為：C:0. 2%，Si:0. 51%，Mn:1. 42%， V ：0. 19%,Ti：0. 03%,Nb：0. 014%,Cr：0. 01%,Ni：0. 01%,Cu：0. 01%,P：0. 009%,S： 0. 003%，N:0. 008%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0023] 前述的高強(qiáng)鋼筋，其化學(xué)成分及重量百分比為：C:0. 22%，Si:0. 71%，Mn: 1. 51 %,V：0. 22 %,Nb：0. 009%,Cr：0. 025%,Ni：0. 03 %,Cu：0. 02 %,Mo：0. 01 %,P： 0. 008%，S:0. 009%，N:0. 009%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0024]