CN102644036B - 一种高强螺旋肋钢筋及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钢筋及其加工方法，是一种高强螺旋肋钢筋及其加工方法，按重量百分比包含以下组分：C：0.25～0.4%，Si：0.1～0.2%，Mn：0.3～0.45%，Nb：0.04～0.05%，Cr:0.08～0.09%，V：0.01～0.04%，B：0.002～0.003%，Mo：0.001～0.003%，Al：0.015%～0.03%，S：0.002～0.003%，Ti：0.008%～0.009%，Ni：0.004%～0.005%，复合稀土：3～5%，余量为Fe。加工方法为用轧辊将钢筋热轧成表面具有连续状螺旋肋；将热轧成外表具有连续状螺旋肋的钢筋送入加热炉加热到880～990，然后经在线冷却装置通过压缩空气或雾状淬火液快速冷却到650～680℃，然后在淬火装置内用水或淬火液进行为时15～25秒钟淬火，然后经过回火加热炉加热到500～550℃回火。本发明的高强螺旋肋钢筋具有良好的锚固性能，延性好，强屈比高。

Description

一种高强螺旋肋钢筋及其加工方法

技术领域

本发明涉及一种钢筋及其加工方法，具体的说是一种高强螺旋肋钢筋及其加工方法。

背景技术

目前常用的钢筋为螺纹钢，具体为外表面具有月牙形带肋螺纹，螺纹为纵向凸筋，横肋咬合齿，且不连续。这种螺纹钢的尺寸均按五六十年代苏联建筑钢材的标准制定，钢筋直径在6～50mm之间，具体广泛应用于建筑领域，并一直沿用至今。由于该螺纹钢外形尺寸的基圆面积率为0.94，因横肋不能受力，有效面积要损失6%～11%左右。由于该钢筋的表面带有纵向凸筋，用于钢筋混凝土工程中与混凝土的粘结力和握裹力偏弱，钢筋混凝土在受力状态下，因表面的纵向凸筋容易使混凝土向两边劈裂，不利于混凝土与钢筋之间的咬合；而横肋咬合齿分散，易挤碎切断，大滑移下即失去锚固力，锚固延性差。

螺旋肋在钢材中的应用首次出现在螺旋肋钢丝（即预应力混凝土用钢丝）中，具体为表面具有4条连续状的凸起肋，螺旋肋钢丝相比螺纹钢有着明显的优势，具体表现为：⑴良好的锚固性能，连续状的凸起肋使钢丝与混凝土间形成连续的凹凸咬合齿，从而达到理想的锚固效果；⑵钢丝横截面积没有任何损失，虽然钢丝经过拉拔而形成凹凸不平的表面外形，但钢丝通体横截面相等，横截面积没有任何损失；⑶螺旋肋外表比较合理，一方面螺旋肋连续，基面积削弱较少，肋部面积仍可承受拉力；而带肋钢筋（螺纹钢）因横肋不能受力，有效面积要损失6%-11%左右；另一方面螺旋肋钢丝具有较高的锚固强度和刚度，且大滑移时仍具有较大承载力（锚固延性好），有利于抗震；⑷螺旋肋钢丝表面凸起多条螺旋肋，混凝土咬合齿宽厚且连续不间断，不易破碎、剪断；挤压面积大，相对肋面积大，劈裂力均匀无方向性，因此早期滑移小而后期大变形时又具有较高的锚固延性，而一般带肋钢筋横肋（螺纹钢）咬合齿分散易挤碎切断，大滑移下即失去锚固力，锚固延性差。

以上优点是螺纹钢所不具有的，但目前螺旋肋钢丝的直径在6～10mm之间，根据其工艺无法出产出直径10mm以上的螺旋肋钢筋，因此目前市场上没有10mm以上的螺旋肋钢筋，导致10mm以上直径的螺旋肋钢筋的应用空白。

螺旋肋钢丝（即预应力混凝土用钢丝），其生产工艺是将钢厂轧制后的圆盘条通过酸洗磷化然后经拉拔，最后进行调质处理，其中拉拔又分为6道工序，前5道为了提高螺旋肋钢丝的性能，如硬度和强度等，第6道工序是经螺旋模拉拔成型螺旋肋。由于其工艺受工装设备和工程使用要求的限制，仅能生产到10mm，不能生产大规格的钢筋。

另外，现有的这种工艺及其生产出的螺旋肋钢丝存在以下缺点：由于先进行拉拔提高强度，再进行调质处理，从而使螺旋肋钢丝的延性较差，强屈比低；由于通过拉拔提高强度，导致其成材率低；由于模具经常要换，导致生产成本高；由于规格太小，导致使用范围窄；酸洗磷化工序产生的大量废酸无法得到有效的治理，严重环境污染；连续拉拔均采用多台大功率的拉丝机，也严重的浪费了有限的电能资源。

由于螺旋肋钢丝本身螺旋肋形状上的缺陷，从而导致其另外一个缺点是：任意两根螺旋肋钢丝之间不能实现螺母拧固，即不能通过螺母将两根螺旋肋钢丝进行螺纹连接，只能通过锚具连接，增加了连接成本；而现有的螺纹钢可以做到以上这点，这也是目前螺纹钢的优势之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种高强螺旋肋钢筋及其加工方法，具有良好的锚固性能，延性好，强屈比高。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种高强螺旋肋钢筋，其外表具有一体的至少一条连续状螺旋肋，按重量百分比包含以下组分：C：0.25～0.4%，Si：0.1～0.2%，Mn：0.3～0.45%，Nb：0.04～0.05%，Cr:0.08～0.09%，V：0.01～0.04%，B：0.002～0.003%，Mo：0.001～0.003%，Al：0.015%～0.03%，S：0.002～0.003%，Ti：0.008%～0.009%，Ni：0.004%～0.005%，复合稀土：3～5%，余量为Fe。

高强螺旋肋钢筋的加工方法，按以下步骤进行：

⑴将冶炼好的钢筋送入加热炉加热到1150～1250℃，然后经在线冷却装置通过压缩空气或雾状淬火液快速冷却到700～750℃，然后在淬火装置内用水或淬火液进行为时15～25秒钟淬火，然后经过回火加热炉加热到660～680℃回火，再通过回火冷却装置冷却处理到常温；

⑵用轧辊将钢筋热轧成表面具有连续状螺旋肋，热轧温度为990～1150℃；

⑶将热轧成外表具有连续状螺旋肋的钢筋送入加热炉加热到880～990，然后经在线冷却装置通过压缩空气或雾状淬火液快速冷却到650～680℃，然后在淬火装置内用水或淬火液进行为时15～25秒钟淬火，然后经过回火加热炉加热到500～550℃回火，再通过回火冷却装置冷却处理到常温。

由于本发明的加工方法采用前后两次不同的热处理工艺，第一次热处理可以使没有热轧之前的钢筋获得方便热轧成连续状螺旋肋的性能特性：强度等级在600～770Mpa，强屈比1.13 左右，金相组织为由铁素体和马氏体组织组成；第二次热处理则用于提高具有连续状螺旋肋钢筋的性能：强度等级在1000～1570Mpa，强屈比大于1.15 以上，金相组织为由铁素体、索氏体和屈氏体组织组成。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的高强螺旋肋钢筋，复合稀土中，按重量百分比包含以下组分：La：25～35%，Ce：15～20%，Y：5～8%，Sc：7～12%，Gd：3～5%，Sm：5～7%，Dy：3～5%，Pr：10～20%。通过增加复合稀土，一方面可便于钢筋热轧成连续状螺旋肋，另一方面提高了钢筋的性能：高延性和高强屈比，延性好高于螺旋肋钢丝30～50%，强屈比高于螺旋肋钢丝15～20%。

前述的高强螺旋肋钢筋，各条连续状螺旋肋两侧边与钢筋表面相切的两条切线形成夹角为90°～95°。

前述的高强螺旋肋钢筋，各条连续状螺旋肋的宽度为3～3.5mm，高度为0.5～0.9mm。

前述的高强螺旋肋钢筋的加工方法，轧辊按重量百分比包含以下组分：C：0.35～0.45%，Mn：0.25～0.35%，Si：0.15～0.25%，Cr：2.15～3. 05%，Mo：0.05～0.08%，Al:0.012～0.014%，其余为Fe及不可避免的杂质；

轧辊需进行以下表面处理：①加热：加热温度为770～790℃；②冷却：以5～10℃/s冷速冷却至500～700℃；③淬火：在淬火装置内用水或淬火液进行15～25秒的淬火；④回火：回火温度为600～630℃。

使用以上成分组成的轧辊以及表面处理后，使微细碳化物在完全变为马氏体的基质中大量析出，形成硬度高的组织，轧辊硬度比本发明所需热轧的钢筋稍大，强度等级在900～1000Mpa，易在钢筋体表面热轧形成连续状螺旋肋，但硬度也不能过大，硬度太大容易损伤钢筋体，热轧成材率较低。因此，选用以上成分的轧辊，硬度适当，可热轧出本发明所需的连续状螺旋肋。

本发明的螺旋肋钢筋的加工方法可以生产出各种规格的螺旋肋钢筋，包括6～50mm中的任间规格以及50mm以上大规格；通过不同的热处理工艺，不但可以生产出预应力螺旋肋钢筋，还可以生产出高强螺旋肋钢筋。

本发明的螺旋肋钢筋具有螺旋肋钢丝具有的优点：⑴良好的锚固性能，连续状的凸起肋使钢筋与混凝土间形成连续的凹凸咬合齿，从而达到理想的锚固效果；⑵钢筋横截面积没有任何损失，通体横截面相等；⑶螺旋肋外表比较合理，一方面螺旋肋连续，基面积削弱较少，肋部面积仍可承受拉力；另一方面螺旋肋钢筋具有较高的锚固强度和刚度，且大滑移时仍具有较大承载力（锚固延性好），有利于抗震；⑷螺旋肋钢筋表面凸起多条螺旋肋，混凝土咬合齿宽厚且连续不间断，不易破碎、剪断；挤压面积大，相对肋面积大，劈裂力均匀无方向性，因此早期滑移小而后期大变形时又具有较高的锚固延性。

本发明工艺生产出的螺旋肋钢筋不但具有以上优点，还具有目前螺旋肋钢丝及螺纹钢所不具有的以下优点：⑴延性好，高于螺旋肋钢丝30～50%；⑵强屈比高，高于螺旋肋钢丝15～20%；⑶具有目前螺纹钢可以通过螺母拧固的特点，结合了两者的最大优点，降低锚具成，降低80%的连接成本；⑷与混凝土的结合有效面积达到100%（螺纹钢要损失6%-11%左右）；⑸提高了钢筋与混凝土的握裹力和粘接力，加长了预应力的传递长度，同时减少了预应力的损失力；⑹提高了至少30%的安全系数，其中15-20%是由其延性和强屈比提高产生的，而10-20%是由其螺纹连接产生的。

本发明的工艺具有以下优点：⑴不需使用盐酸或硫酸进行酸洗和磷化，益于环保；⑵采用在线连续空冷和淬火工艺技术，可使产品强度等级在600～1570Mpa，伸长率大于10%以上，强屈比大于1.15 以上，伸长率高、强度高；⑶采用的在线连续空冷工艺技术的强度等级在600～900Mpa，金相组织为由铁素体、马氏体、少量贝氏体组织组成，其中铁素体均匀分布在马氏体及贝氏体组织内，采用的淬火工艺技术的强度等级在1000～1570Mpa，金相组织为由铁素体、索氏体和屈氏体组织组成；⑷轧辊采用“S”形双向制槽，实现了钢筋表面螺旋之间的无缝连接，不存在纵向凸筋，其基圆面积率为1.0，增强了与混凝土的粘结力，防止混凝土在受力状态下劈裂现象。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的剖视图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提出一种高强螺旋肋钢筋，结构如1所示，包括钢筋体1和钢筋体表面的两条螺旋肋2，螺旋肋2在钢筋体表面呈连续分布，各条连续状螺旋肋2两侧边与钢筋表面相切的两条切线形成夹角为90°，各条连续状螺旋肋的宽度为3mm，高度为0.5mm。

本实施例的高强螺旋肋钢筋，按重量百分比包含以下组分：C：0.25%，Si：0.1%，Mn：0.3%，Nb：0.04%，Cr:0.08%，V：0.01%，B：0.002%，Mo：0.001%，Al：0.015%，S：0.002%，Ti：0.008%，Ni：0.004%，复合稀土：3%，余量为Fe。复合稀土中，按重量百分比包含以下组分：La：25%，Ce：20%，Y：8%，Sc：12%，Gd：5%，Sm：5%，Dy：5%，Pr：20%。

高强螺旋肋钢筋的加工方法，按以下步骤进行：

⑴将冶炼好的钢筋送入加热炉加热到1150℃，然后经在线冷却装置通过压缩空气或雾状淬火液快速冷却到700℃，然后在淬火装置内用水或淬火液进行为时15秒钟淬火，然后经过回火加热炉加热到660℃回火，再通过回火冷却装置冷却处理到常温。

⑵用轧辊将钢筋热轧成表面具有连续状螺旋肋，热轧温度为990℃，轧辊按重量百分比包含以下组分：C：0.35%，Mn：0.25%，Si：0.15%，Cr：2.15%，Mo：0.05%，Al:0.012%，其余为Fe及不可避免的杂质；轧辊需进行以下表面处理：①加热：加热温度为770℃；②冷却：以5℃/s冷速冷却至500℃；③淬火：在淬火装置内用水或淬火液进行15秒的淬火；④回火：回火温度为600℃；

⑶将热轧成外表具有连续状螺旋肋的钢筋送入加热炉加热到880℃，然后经在线冷却装置通过压缩空气或雾状淬火液快速冷却到650℃，然后在淬火装置内用水或淬火液进行为时15秒钟淬火，然后经过回火加热炉加热到500℃回火，再通过回火冷却装置冷却处理到常温。

实施例2

本实施例提出一种高强螺旋肋钢筋，结构如1所示，包括钢筋体1和钢筋体表面的两条螺旋肋2，螺旋肋2在钢筋体表面呈连续分布，各条连续状螺旋肋2两侧边与钢筋表面相切的两条切线形成夹角为92°，各条连续状螺旋肋的宽度为3.3mm，高度为0.7mm。

本实施例的高强螺旋肋钢筋，按重量百分比包含以下组分：C：0.3%，Si：0.15%，Mn：0.4%，Nb：0.045%，Cr:0.085%，V：0.03 %，B：0.0025%，Mo：0.002%，Al：0.025%，S：0.0025%，Ti：0.0085%，Ni：0.0045%，复合稀土：4%，余量为Fe。复合稀土中，按重量百分比包含以下组分：La：33%，Ce：17%，Y：5%，Sc：10%，Gd：5%，Sm：7%，Dy：3%，Pr：20%。

高强螺旋肋钢筋的加工方法，按以下步骤进行：

⑴将冶炼好的钢筋送入加热炉加热到1200℃，然后经在线冷却装置通过压缩空气或雾状淬火液快速冷却到720℃，然后在淬火装置内用水或淬火液进行为时20秒钟淬火，然后经过回火加热炉加热到670℃回火，再通过回火冷却装置冷却处理到常温。

⑵用轧辊将钢筋热轧成表面具有连续状螺旋肋，热轧温度为1100℃，轧辊按重量百分比包含以下组分：C：0.40%，Mn：0.30%，Si：0.20%，Cr：2.85%，Mo：0.07%，Al:0.013%，其余为Fe及不可避免的杂质；轧辊需进行以下表面处理：①加热：加热温度为780℃；②冷却：以8℃/s冷速冷却至600℃；③淬火：在淬火装置内用水或淬火液进行20秒的淬火；④回火：回火温度为610℃；

⑶将热轧成外表具有连续状螺旋肋的钢筋送入加热炉加热到900℃，然后经在线冷却装置通过压缩空气或雾状淬火液快速冷却到660℃，然后在淬火装置内用水或淬火液进行为时20秒钟淬火，然后经过回火加热炉加热到530℃回火，再通过回火冷却装置冷却处理到常温。

实施例3

本实施例提出一种高强螺旋肋钢筋，结构如1所示，包括钢筋体1和钢筋体表面的两条螺旋肋2，螺旋肋2在钢筋体表面呈连续分布，各条连续状螺旋肋2两侧边与钢筋表面相切的两条切线形成夹角为95°，各条连续状螺旋肋的宽度为3.5mm，高度为0.9mm。

本实施例的高强螺旋肋钢筋，按重量百分比包含以下组分：C：0.4%，Si：0.2%，Mn：0.45%，Nb：0.05%，Cr: 0.09%，V：0.04 %，B：0.003%，Mo：0.003%，Al：0.03%，S：0.003%，Ti：0.009%，Ni：0.005%，复合稀土：5%，余量为Fe。复合稀土中，按重量百分比包含以下组分：La：35%，Ce：15%，Y：7%，Sc：11%，Gd：4%，Sm：6%，Dy：4%，Pr：18%。

高强螺旋肋钢筋的加工方法，按以下步骤进行：

⑴将冶炼好的钢筋送入加热炉加热到1250℃，然后经在线冷却装置通过压缩空气或雾状淬火液快速冷却到750℃，然后在淬火装置内用水或淬火液进行为时25秒钟淬火，然后经过回火加热炉加热到680℃回火，再通过回火冷却装置冷却处理到常温。

⑵用轧辊将钢筋热轧成表面具有连续状螺旋肋，热轧温度为1150℃，轧辊按重量百分比包含以下组分：C：0.45%，Mn：0.35%，Si：0.25%，Cr：3. 05%，Mo：0.08%，Al: 0.014%，其余为Fe及不可避免的杂质；轧辊需进行以下表面处理：①加热：加热温度为790℃；②冷却：以10℃/s冷速冷却至700℃；③淬火：在淬火装置内用水或淬火液进行25秒的淬火；④回火：回火温度为630℃；

⑶将热轧成外表具有连续状螺旋肋的钢筋送入加热炉加热到990℃，然后经在线冷却装置通过压缩空气或雾状淬火液快速冷却到680℃，然后在淬火装置内用水或淬火液进行为时25秒钟淬火，然后经过回火加热炉加热到550℃回火，再通过回火冷却装置冷却处理到常温。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种高强螺旋肋钢筋，其外表具有一体的至少一条连续状螺旋肋，其特征在于：按重量百分比包含以下组分：C：0.25～0.4%，Si：0.1～0.2%，Mn：0.3～0.45%，Nb：0.04～0.05%，Cr:0.08～0.09%，V：0.01～0.04%，B：0.002～0.003%，Mo：0.001～0.003%，Al：0.015%～0.03%，S：0.002～0.003%，Ti：0.008%～0.009%，Ni：0.004%～0.005%，复合稀土：3～5%，余量为Fe；

所述复合稀土中，按重量百分比包含以下组分：La：25～35%，Ce：15～20%，Y：5～8%，Sc：7～12%，Gd：3～5%，Sm：5～7%，Dy：3～5%，Pr：10～20%。

2.如权利要求1所述的高强螺旋肋钢筋，其特征在于：所述各条连续状螺旋肋两侧边与钢筋表面相切的两条切线形成夹角为90°～95°。

3.如权利要求1所述的高强螺旋肋钢筋，其特征在于：所述各条连续状螺旋肋的宽度为3～3.5mm，高度为0.5～0.9mm。

4.如权利要求1所述高强螺旋肋钢筋的加工方法，其特征在于：按以下步骤进行：

⑴将冶炼好的钢筋送入加热炉加热到1150～1250℃，然后经在线冷却装置通过压缩空气或雾状淬火液快速冷却到700～750℃，然后在淬火装置内用水或淬火液进行为时15～25秒钟淬火，然后经过回火加热炉加热到660～680℃回火，再通过回火冷却装置冷却处理到常温；

⑵用轧辊将钢筋热轧成表面具有连续状螺旋肋，热轧温度为990～1150℃；

⑶将热轧成外表具有连续状螺旋肋的钢筋送入加热炉加热到880～990℃，然后经在线冷却装置通过压缩空气或雾状淬火液快速冷却到650～680℃，然后在淬火装置内用水或淬火液进行为时15～25秒钟淬火，然后经过回火加热炉加热到500～550℃回火，再通过回火冷却装置冷却处理到常温；

所述轧辊按重量百分比包含以下组分：C：0.35～0.45%，Mn：0.25～0.35%，Si：0.15～0.25%，Cr：2.15～3. 05%，Mo：0.05～0.08%，Al:0.012～0.014%，其余为Fe及不可避免的杂质；

所述轧辊需进行以下表面处理：

加热：加热温度为770～790℃；

冷却：以5～10℃/s冷速冷却至500～700℃；

淬火：在淬火装置内用水或淬火液进行15～25秒的淬火；

回火：回火温度为600～630℃。

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