一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋及其制造方法

摘要

本发明提供了一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋及其制造方法，其重量百分比及化学成分为：C：0.16％～0.22％，Si：0.20％～0.50％，Mn：0.30％～0.60％，P：≤0.03％，S：≤0.03％，Cr：≤0.35％，Mo：0.20％～0.40％，余量为Fe及不可避免残余元素；具体的制造方法为：钢水冶炼、连铸、连铸坯加热、轧制钢筋。该方法通过成分优化设计和炼钢、精炼、连铸和轧钢工艺优化，生产具有600℃时其屈服强度不低于室温屈服强度2/3的耐火性能的高强度钢筋。

权利要求

1.一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋，其特征在于，300MPa级热轧光圆耐火钢筋室温力学性能屈服强度320MPa～380MPa，抗拉强度500MPa～580MPa ，断后伸长率≥25%，最大力总延伸率≥10%；组织为铁素体F+珠光体 P+少量贝氏体 B，晶粒度：8.5‑10.5级；

300MPa级热轧光圆耐火钢筋600℃力学性能屈服强度210MPa～300MPa，抗拉强度

310MPa～400MPa ，断后伸长率≥30%，满足热轧光圆耐火钢筋600℃温力学性能屈服强度≥

200MPa要求；其重量百分比及化学成分为：C：0.16% 0.22%，Si：0.20% 0.50%，Mn：0.30% 0.60%，P：≤0.03%，S：≤0.03%，Cr：≤~ ~ ~

0.35%，Mo：0.20% 0.40%，余量为Fe及不可避免残余元素。

~

2.如权利要求1所述的一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋，其特征在于：其重量百分比及化学成分为：

C：0.2%，Si：0.40%，Mn：0.50%，P：≤0.025%，S：≤0.025%，Cr：≤0.35%，Mo：0.30%，余量为Fe及不可避免残余元素。

3.如权利要求1所述一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋的制造方法，其特征在于它包括如下步骤：

 S1:钢水冶炼

将铁水和/或废钢料，通过转炉或电炉冶炼熔炼，得到钢水；当满足条件：温度为1670℃～1680℃、C的质量分数为≤0.06％，P的质量分数为≤0.02％、硫的质量分数为≤0.025％，出钢；出钢时，加入Si铁、Mn铁、Si‑Mn合金、Cr铁、Mo铁，出钢后，根据300MPa级级热轧光圆耐火钢筋的化学成分，通过LF吹氩，加入合金散料调整钢水中C、Si、Mn元素含量；

或者将铁水和/或废钢料，通过转炉或电炉冶炼熔炼，得到钢水；当满足条件：温度为

1640℃～1655℃、C的质量分数为≤0.06％，P的质量分数为≤0.02％、硫的质量分数为≤

0.025％，出钢；出钢时，加入Si铁、Mn铁、Si‑Mn合金、Cr铁，出钢后，根据300MPa级级热轧光圆耐火钢筋的化学成分，再通过LF吹氩，加入Mo铁合金和其它合金散料调整钢水中C、Si、Mn元素含量；

 S2:连铸

LF精炼合格钢水全程保护连续浇注，中间包温度1515℃～1535℃，拉速2.0 m/s～2.6 m/s，生产的连铸方坯钢中D类夹杂≤2.0级，Ds类夹杂≤2.0级；疏松和裂纹等级≤1.5级，低倍缺陷符合要求的合格连铸坯；

S3:连铸坯加热

连铸坯在轧钢加热炉加热均热段温度热装1100℃～1140℃，加热时间热装60～90min；

或者连铸坯在轧钢加热炉加热均热段温度冷装1120℃～1160℃，加热时间冷装80～

110min；

S4:轧制钢筋

对加热后的连铸坯进行连续轧制，控制开轧温度980℃～1020℃，根据盘条尺寸规格，终轧温度960℃～1000℃，得到轧制后的钢筋，将轧制钢筋在空气中通过风机吹扫冷却，得到300MPa级热轧光圆耐火钢筋。

4.如权利要求3所述的一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋的制造方法，其特征在于：该方法制备的300MPa级热轧光圆耐火钢筋室温力学性能屈服强度320MPa～380MPa，抗拉强度

500MPa～580MPa ，断后伸长率≥25%，最大力总延伸率≥10%；组织为铁素体F+珠光体 P+少量贝氏体 B，晶粒度：8.5‑10.5级。

5.如权利要求3所述的一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋的制造方法，其特征在于：该方法制备的300MPa级热轧光圆耐火钢筋600℃力学性能屈服强度210MPa～300MPa，抗拉强度

310MPa～400MPa ，断后伸长率≥30%，满足热轧光圆耐火钢筋600℃温力学性能屈服强度≥

200MPa要求。

说明书

一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明属于钢材制备技术领域，具体涉及到一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋及其制造方法。

背景技术

[0002] 目前，我国的超高层建筑发展始于1990年，1990～2007年是超高层建筑的起步期，2008～2012年为超高层建筑的快速发展期，2013～2018年是超高层建筑的繁荣期。以高度
为依据，将超高层建筑分为以下4个区段：250～300m，300～400m，400～500m以及500m以上。
2012年以前，我国共建成超高层建筑94幢，250～300m的超高层建筑数量最多，约占建筑总
数的59％；500m以上超高层建筑仅一幢；港澳台超高层建筑共计18幢，约占总数的20％。
2013～2018年，我国建成250m以上的超高层建筑共计164幢，300～400m的超高层建筑数量
显著增多，约占总数的43％。港澳台超高层建筑共2幢，约占总数的1.2％。合计250m以上的
超高层建筑共计258幢。国外高层、超高层建筑以纯钢结构为主，而我国以钢‑混凝土混合结
构居多。钢‑混凝土混合结构之所以得到较大发展，是因为其可有效地将钢、混凝土构件进
行组合，既具有钢结构的技术优势又具有混凝土造价相对低廉的特点。高层、超高层建筑有
一系列优点，但是高层、超高层建筑一旦失火，其后果是灾难性的。因此，高层、超高层建筑
的防火问题已引起人们广泛重视。普通建筑用钢在温度升高到350℃以上时,屈服强度降低
到室温强度的2/3甚至更低；在温度达到600℃时，屈服强度明显下降，只有室温状态下屈服
强度的1/3左右；当温度升高到700℃左右时,屈服强度降低50MPa左右，远远不能满足建筑
的抗火性能。

[0003] 热轧光圆钢筋主要用于钢筋混凝土结构，作为箍筋、墙面配筋、楼板配筋以及二次深加工，直径规格在Φ6～Φ22mm，强度级别300MPa。针对高层、超高层建筑钢筋混凝土结
构，不仅要解决主筋用钢筋的耐火性能，同样用于箍筋特别是作为楼板配筋的热轧光圆钢
筋也需要解决其耐火性能问题。因此，对于热轧光圆耐火钢筋同样要求在600℃的高温条件
下，其高温屈服强度保持室温强度的2/3以上，则具有耐火性能。由于热轧光圆钢筋主要以
盘卷供货，其生产方式与直条钢筋有所不同，此外热轧光圆钢筋强度级别主要是300MPa，目
前热轧光圆耐火钢筋在国内外均是空白，因此开发热轧光圆耐火钢筋生产技术十分必要。

[0004] 开发热轧光圆耐火钢筋需要解决以下几个方面：1)热轧光圆耐耐火钢筋室温力学性能；2)热轧光圆耐火钢筋600℃时其屈服强度不低于室温屈服强度2/3的耐火性能；3)具
有良好的加工性能；4)具有一定的可焊性，表现为焊点处的力学性能与母材相当；5)风冷线
控冷条件要求高，同批次头尾、不同批次钢材之间性能指标波动小；6)制造成本相对低。

[0005] 由于耐火钢筋Cr、Mo等元素具有比较强的淬透性，轧后冷却速率对钢筋的塑性指标带来十分不利的影响，因此在热轧光圆耐火钢筋生产过程中不能参照普通钢筋进行。

发明内容

[0006] 本发明鉴于现有国内热轧光圆耐火钢筋生产工艺技术空白问题，提供了一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋的制造方法，该方法通过成分优化设计和炼钢、精炼、连铸和轧
钢工艺优化，生产具有600℃时其屈服强度不低于室温屈服强度2/3的耐火性能的高强度钢
筋。

[0007] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0008] 本发明提供了一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋，其重量百分比及化学成分为：C：0.16％～0.22％，Si：0.20％～0.50％，Mn：0.30％～0.60％，P：≤0.03％，S：≤0.03％，Cr：
≤0.35％，Mo：0.20％～0.40％，余量为Fe及不可避免残余元素。

[0009] 如上述的一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋，其重量百分比及化学成分为：C：0.2％，Si：0.40％，Mn：0.50％，P：≤0.025％，S：≤0.025％，Cr：≤0.35％，Mo：0.30％，余量
为Fe及不可避免残余元素。

[0010] 本发明还提供了一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋的制造方法，它包括如下步骤：

[0011] S1:钢水冶炼

[0012] 将铁水和/或废钢料，通过转炉或电炉冶炼熔炼，得到钢水；当满足条件：温度为1670℃～1680℃、C的质量分数为≤0.06％，P的质量分数为≤0.02％、硫的质量分数为≤
0.025％，出钢；出钢时，加入Si铁、Mn铁、Si‑Mn合金、Cr铁、Mo铁，出钢后，根据300MPa级级热
轧光圆耐火钢筋的化学成分，通过LF吹氩，加入合金散料调整钢水中C、Si、Mn元素含量；

[0013] 或者将铁水和/或废钢料，通过转炉或电炉冶炼熔炼，得到钢水；当满足条件：温度为1640℃～1655℃、C的质量分数为≤0.06％，P的质量分数为≤0.02％、硫的质量分数为≤
0.025％，出钢；出钢时，加入Si铁、Mn铁、Si‑Mn合金、Cr铁，出钢后，根据300MPa级级热轧光
圆耐火钢筋的化学成分，再通过LF吹氩，加入Mo铁合金和其它合金散料调整钢水中C、Si、Mn
元素含量；

[0014] S2:连铸

[0015] LF精炼合格钢水全程保护连续浇注，中间包温度1515℃～1535℃，拉速2.0m/s～2.6m/s，生产的连铸方坯钢中D类夹杂≤2.0级，Ds类夹杂≤2.0级；疏松和裂纹等级≤1.5
级，低倍缺陷符合要求的合格连铸坯；

[0016] S3:连铸坯加热

[0017] 连铸坯在轧钢加热炉加热均热段温度热装1100℃～1140℃，加热时间热装60～90min；或者连铸坯在轧钢加热炉加热均热段温度冷装1120℃～1160℃，加热时间冷装80～
110min；

[0018] S4:轧制钢筋

[0019] 对加热后的连铸坯进行连续轧制，控制开轧温度980℃～1020℃，根据盘条尺寸规格，终轧温度960℃～1000℃，得到轧制后的钢筋，将轧制钢筋在空气中通过风机吹扫冷却，
得到300MPa级热轧光圆耐火钢筋。

[0020] 如上述的一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋的制造方法，该方法制备的300MPa级热轧光圆耐火钢筋室温力学性能屈服强度320MPa～380MPa，抗拉强度500MPa～580Mpa，断后
伸长率≥25％，最大力总延伸率≥10％；组织为铁素体F+珠光体P+少量贝氏体B，晶粒度：
8.5‑10.5级。

[0021] 如上述的一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋的制造方法，该方法制备的300MPa级热轧光圆耐火钢筋600℃力学性能屈服强度210MPa～300MPa，抗拉强度310MPa～4000Mpa，断
后伸长率≥30％，满足热轧光圆耐火钢筋600℃温力学性能屈服强度≥200MPa要求。

[0022] 与现有技术相比，本发明具备的有益效果：

[0023] 1、本发明方由于使用的热轧光圆耐火钢筋强度级别少，主要是室温屈服强度为300MPa级，采用低Si、低Mn成分；由于Mo、Cr是提高钢的高温强度最为有效的合金元素，但价
格较高，应尽可能优化其成分，以降低成本。针对Mo元素的析出强化效果，其析出物主要有
MoC和Mo2C，Mo2C在钢中比较粗大，对钢的强度作用很小，而细小的MoC对钢的高温强度贡献
比较明显。Cr可以有效地提高钢的高温抗氧化性和抗蠕变性能，可以有效地提高钢的高温
强度。但是Cr、Mo等元素具有比较强的淬透性，对塑性指标有不利影响，因此对于轧后控冷
要求较高。

[0024] 2、本发明通过选择了转炉冶炼、LF炉精炼、方坯连铸、高线轧制的工艺路线，通过LF炉精炼，起到成分微调，降低夹杂物含量，提高钢的纯净度的作用，生产具有600℃时其屈
服强度不低于室温屈服强度2/3的耐火性能的高强度钢筋。

具体实施方式

[0025] 以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明，但本发明的保护范围并不局限于此。

[0026] 实施例：

[0027] 本发明提供了一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋，其重量百分比及化学成分为：C：0.16％～0.22％，Si：0.20％～0.50％，Mn：0.30％～0.60％，P：≤0.03％，S：≤0.03％，Cr：
≤0.35％，Mo：0.20％～0.40％，余量为Fe及不可避免残余元素。

[0028] 所述的一种300MPa级热轧光圆耐火钢筋的制造方法，它包括如下步骤：

[0029] S1:钢水冶炼

[0030] 将铁水和/或废钢料，通过转炉或电炉冶炼熔炼，得到钢水；当满足条件：温度为1670℃～1680℃、C的质量分数为≤0.06％，P的质量分数为≤0.02％、硫的质量分数为≤
0.025％，出钢；出钢时，加入Si铁、Mn铁、Si‑Mn合金、Cr铁、Mo铁，出钢后，根据300MPa级级热
轧光圆耐火钢筋的化学成分，通过LF吹氩，加入合金散料调整钢水中C、Si、Mn元素含量；

[0031] 或者将铁水和/或废钢料，通过转炉或电炉冶炼熔炼，得到钢水；当满足条件：温度为1640℃～1655℃、C的质量分数为≤0.06％，P的质量分数为≤0.02％、硫的质量分数为≤
0.025％，出钢；出钢时，加入Si铁、Mn铁、Si‑Mn合金、Cr铁，出钢后，根据300MPa级级热轧光
圆耐火钢筋的化学成分，再通过LF吹氩，加入Mo铁合金和其它合金散料调整钢水中C、Si、Mn
元素含量；

[0032] 1)高炉铁水需满足表1条件。

[0033] 表1铁水条件

[0034]

[0035] 铁合金：加硅锰、硅铁、硅铝铁、钼铁、铬铁等合金，要求材料干净、干燥。

[0036] 脱氧剂：Si‑Al‑Ba、Si‑Ca‑Ba等脱氧。

[0037] 石灰：CaO≥88％。

[0038] 2)转炉装入及吹炼

[0039] 总装入量控制在炉容±2吨，废钢比控制在35％以下，否则将此信息通知转炉炉长调整冷球加入量。采用PLC自动控制模式底吹控制，采用变压变枪位操作供氧。

[0040] 造渣制度：吹炼过程石灰加入量依下述公式计算：

[0041] 石灰加入量＝2.14×[Si]铁水×碱度×铁水装入量/(CaO石灰－碱度×SiO2石灰)

[0042] 结合上炉次石灰加入量及终点成份可进行适当调整。

[0043] 转炉要求准确控制终点碳，避免钢水过氧化，严格控制后吹次数≯2次。

[0044] 终点成份：C≤0.06％、P≤0.020％、S≤0.025％，若终点碳含量达不到控制要求，则进行点吹处理；若终点P、S含量达不到控制要求，则加石灰点吹处理。

[0045] 终点温度：终点温度控制在1650℃以上，否则进行点吹处理。

[0046] 终渣成份：终渣碱度R≥3.0、MgO＝6％～10％、TFe≤20％。

[0047] 3)转炉出钢

[0048] 出钢温度：1670～1680℃；

[0049] 出钢时必须采用挡渣出钢，渣厚控制≤50mm；

[0050] 出钢前打开底吹气，控制钢包吹开直径300mm～500mm。

[0051] 脱氧剂在出钢1/4前手动加入，其它合金在出钢1/4时加入，出钢3/4时加完，以进行脱氧合金化。转炉视钢水量、钢水氧化性、合金成分等情况确定合金加入量。

[0052] 当钢包内钢水量1/10时，加入1/3硅铝铁，当包内钢水量，1/4时，按“碳化硅→硅锰合金→增碳剂→硅铁→2/3硅铝铁→铬铁→钼铁→莹石→石灰”顺序加入合金。若在合金或
顶渣加入过程中出现异常，将异常信息通知精炼炉炉长。

[0053] 脱氧剂加入量根据终点氧化性确定,增碳剂加入根据出钢碳含量确定。

[0054] 合金加入量依下述公式计算：

[0055] 合金加入量(kg)＝(进精炼炉成份控制中限－钢水残余成份)/(合金品位×合金吸收率)×出钢量(t)

[0056] 4)吹氩站控制

[0057] 氩前温度控制参考如下：第一炉1630℃～1650℃，连浇炉：1600℃～1620℃。

[0058] 吹氩时间控制：吹氩时间不低于5分钟。

[0059] 若补加合金或调温后再次吹氩时间不低于2分钟。

[0060] 氩后温度控制参考如下：第一炉1595℃～1605℃，连浇炉1575℃～1585℃。

[0061] 5)LF炉精炼

[0062] 送电8min后取样、测温，钢水精炼送电时间大于15min，LF炉在站时间≥38分钟。

[0063] 配备合金散料，对钢水中[C]、[Si]、[Mn]含量进行内控标准的微调。

[0064] LF炉出站时喂入SiCa或SiCaBa线≥150米，软吹氩≥3分钟。

[0065] 出LF炉的钢水成分要求必须进内控范围。

[0066] 合金加入量依据内控成份要求进行调整，具体加入量依据下述公式：

[0067] 合金加入量＝(内控成份中限－钢水残余成份)/(合金品位×合金吸收率)×出钢量根据每次合金加入后的钢水分析确定是否继续调整，若低于内控要求下限继续调整，若
高于内控要求上限继续正常处理。

[0068] S2:连铸

[0069] LF精炼合格钢水全程保护连续浇注，中间包温度1515℃～1535℃，拉速2.0m/s～2.6m/s，生产的连铸方坯钢中D类夹杂≤2.0级，Ds类夹杂≤2.0级；疏松和裂纹等级≤1.5
级，低倍缺陷符合要求的合格连铸坯；

[0070] 用长水口保护浇注，不许敞开浇注。

[0071] 中间包钢水不许裸露，保证中包液面不见红。

[0072] 拉速必须按拉坯曲线进行，一般拉速2.0～2.6m/min，拉速不得频繁、大幅度变动。

[0073] 结晶器保护渣使用普碳钢保护渣，且保持干燥。

[0074] 钢种液相线温度1505℃，中包典型温度≤1535℃。

[0075] 铸坯表面质量按YB/T 2011‑2014(连续铸钢方坯和矩形坯)。

[0076] S3:连铸坯加热

[0077] 连铸坯在轧钢加热炉加热均热段温度热装1100℃～1140℃，加热时间热装60～90min；或者连铸坯在轧钢加热炉加热均热段温度冷装1120℃～1160℃，加热时间冷装80～
110min；加热炉为步进梁式侧进侧出三段加热炉、炉膛内预热段、加热段和均热段温度全部
由电脑自动控制和调整。

[0078] 加热制度：钢坯均热温度热坯装炉控制在1100～1140℃，冷坯装炉1120～1160℃。

[0079] 加热工艺：热装坯加热时间60～90min，冷坯加热时间：80～110min。

[0080] S4:轧制钢筋

[0081] 对加热后的连铸坯进行连续轧制，控制开轧温度980℃～1020℃，根据盘条尺寸规格，终轧温度960℃～1000℃，得到轧制后的钢筋，将轧制钢筋在空气中通过风机吹扫冷却，
得到300MPa级热轧光圆耐火钢筋。

[0082] 根据盘条性能的要求，开轧温度、进精轧温度、终轧温度分别设定为1050±20℃、980～1020℃和980～1020℃℃；根据不同规格吐丝温度控制在960～1000℃，风机开启，其
余关闭。

[0083] 本实施例HPB300FR热轧光圆耐火钢筋冶炼成分见表2所示。

[0084] 表2热轧光圆耐火钢筋盘条化学成分/％

[0085]

[0086] 通过以上冶炼成分设计，在现场进行耐火钢筋冶炼和轧钢试验，现场试验分别进行了转炉炼钢和LF炉精炼。转炉炼钢精炼后连铸坯规格为160mm×160mm方坯。轧制
HPB300FR级Φ6mm、Φ10mm光圆耐火钢筋盘条，加热温度1120℃，加热时间90min，开轧温度
1040℃，吐丝温度980℃，控冷线风机全关闭，取样后室温力学性能见表3。

[0087] 表3热轧光圆耐火钢筋盘条室温拉伸力学性能

[0088]

[0089]

[0090] 从表3结果看，Φ6mm光圆耐火钢筋盘条室温屈服强度平均值374MPa，抗拉强度平均569MPa，满足HPB300FR级别要求；强屈比平均值1.52，也远高于1.25要求；断后伸长率平
均值28.2％，高于要求的不小于25％；最大力总延伸平均值13.5％，高于要求的不小于
10％。Φ10mm光圆耐火钢筋盘条室温屈服强度平均值364MPa，抗拉强度平均540MPa，满足
HPB300FR级别要求；强屈比平均值1.48，也远高于1.25要求；断后伸长率平均值29.7％，高
于要求的不小于25％；最大力总延伸平均值15.8％，高于要求的不小于10％。热轧光圆耐火
钢筋微观组织由铁素体+珠光体+贝氏体组成。

[0091] 热轧光圆耐火钢筋盘条600℃高温拉伸力学性能结果见表4所示。

[0092] 表4热轧光圆耐火钢筋盘条600℃高温拉伸力学性能

[0093]

[0094] 由表4可知，Φ6mm光圆钢筋盘条600℃高温拉伸屈服强度平均值263MPa，满足HPB300FR级别大于或等于200MPa要求；断后伸长率平均值38.7％。Φ10mm光圆钢筋盘条600
℃高温拉伸屈服强度平均值267MPa，满足HPB300FR级别大于或等于200MPa要求；断后伸长
率平均值33.2％。

[0095] 从以上现场试验HPB300FR结果看，热轧光圆耐火钢筋室温性能和600℃高温性能均达到要求，对于不同规格产品需要对成分进一步优化。