鋼制品以及生產(chǎn)該鋼制品的方法
【專利說明】鋼制品從及生產(chǎn)該鋼制品的方法
[0001] 本發(fā)明設(shè)及用于采礦、建筑及通用制造行業(yè)中的鋼制品。
[0002] 本發(fā)明還設(shè)及生產(chǎn)該鋼制品的方法。
[0003] 所述的鋼可W是W下任一種：低碳鋼、中碳鋼和低合金高強度鋼（其在鋼鐵行業(yè) 中也被描述為非調(diào)質(zhì)鋼）。
[0004] 在本文中，術(shù)語"低碳鋼"被理解成意指運樣的鋼，其包括：Wt. % (質(zhì)量百分比） 為3%的C;作為額外添加元素（deliberateadditions)添加至該鋼的其他元素，如Si和 Mn;殘留/偶然雜質(zhì)；W及其余成分化alance)Fe。 陽0化]在本文中，術(shù)語"中碳鋼"被理解成意指運樣的鋼，其包括：Wt. %為0.3-2. 0%的C;作為額外添加元素添加至該鋼的其他元素，如Si和Mn;殘留/偶然雜質(zhì)；W及其余成分 Fe〇
[0006] 術(shù)語"殘留/偶然雜質(zhì)"包含可W很小含量存在的元素，如化、Sn、Mo、Al、化、Ni、 和化，運些元素的存在并非因?qū)\些元素特定地進行添加，而是因標(biāo)準的實際制鋼過程。例 如，運些元素的存在可W是因為使用廢鋼來生產(chǎn)低合金高強度鋼、低碳鋼和中碳鋼。
[0007] 在本文中，術(shù)語"低合金高強度鋼"被理解成意指運樣的鋼，其具有如下WWt. %計 的通常成分：
[0008] 0:0.07-0.30%;
[0009] Si :0.9%或者更??；
[0010] Mn :2.0% 或者更??； W11] Mo :0. 35%或者更小；
[0012] Ti :0.1 %或者更??；
[0013] V:0.1 %或者更小；
[0014] Nb :0.1 % 或者更小；
[0015] Cu :0.1 %或者更??；
[0016] N:0.02%或者更?。?br>[0017] S:0.05%或者更??； 陽〇1引 Al:0. 05%或者更小；
[0019] 殘留/偶然雜質(zhì)：1. 0%或者更小；化及
[0020] Fe:其余成分。
[0021] 低合金高強度鋼語境下的術(shù)語"殘留/偶然雜質(zhì)"應(yīng)如上所述的那樣被理解成與 低碳鋼和中碳鋼相關(guān)。上文列表中的元素如Cu和Mo的含量是總體含量，也就是運些元素 作為額外添加元素和殘留/偶然雜質(zhì)的總體的含量。
[0022] 所述鋼制品可W是任何適合的制品。
[0023] 所述鋼制品可W是線材、桿材、棒材、或者帶材。
[0024] 所述鋼制品可W呈由線材、桿材、棒材、和帶材中任一種制成的鋼制品形式。
[00巧]所述鋼制品可W包括任何制品，包括但不限于：用于混凝±施工的鋼筋；用于混 凝±施工和采礦行業(yè)的鋼筋網(wǎng)（reinforcementmesh)，其通過將間隔開的平行的直線材和 間隔開的平行的交叉線材焊接在一起而制成；由鋼帶材制成的管；用于將任何長型制品如 鋼筋聯(lián)接在一起的聯(lián)接件；連續(xù)螺線材；用于鋼筋籠的扎線（Iiga化re)，該鋼筋籠用于混 凝±柱和混凝±梁；由鋼棒材制成的緊固件（包括螺釘、螺栓等）；由鋼棒材制成的錯桿； W及用于混凝±施工、建筑、采礦或者制造行業(yè)中受拉或受壓或受剪或受彎的其他鋼制品。 [00%] 本發(fā)明基于W下重要發(fā)現(xiàn)：可W通過對經(jīng)機械加工（例如，如通過冷社進行冷成 型）的鋼進行加熱來進行該鋼的處理（在下文中稱為"熱處理"）并且可W: (a)保持或者 增大該鋼的塑性（例如，該塑性W延伸率測量，并在說明書中關(guān)于延伸率時被描述，并且當(dāng) 提到加強鋼時W術(shù)語Agt(均勻延伸率）稱呼，且通常表示為Agtf。.5%>);化）保持或者增大 該鋼的屈服應(yīng)力燈巧（對于加強鋼而言，通常表示為保證應(yīng)力（P巧）；W及（C)保持或者增 大該鋼的抗拉強度燈巧。運是個重要發(fā)現(xiàn)，因為冶金學(xué)教導(dǎo)：對經(jīng)過機械加工的鋼進行熱 處理，導(dǎo)致該鋼的塑性增大、屈服應(yīng)力減小、W及抗拉強度減小。
[0027]例如，申請人發(fā)現(xiàn)：鋼經(jīng)過機械加工，橫截面面積減小5-30%，在一些情況下橫截 面面積減小達75% ;然后，在溫度范圍為150-750°CW及保持時間為1分鐘至16小時的條 件下，對該鋼進行熱處理；在許多情況下，產(chǎn)生的塑性相對于經(jīng)過機械加工的鋼的塑性，增 大至少25%，且產(chǎn)生的屈服應(yīng)力相對于經(jīng)過機械加工的鋼的屈服應(yīng)力，增大至少5%。
[002引總而言之，申請人發(fā)現(xiàn)：可WW較高的溫度化及較短的時間，或者W較低的溫度W及較長的時間，對經(jīng)過機械加工的鋼進行熱處理，來保持或者增大塑性、屈服應(yīng)力、和抗拉 強度。
[0029]應(yīng)注意的是，本發(fā)明并不限于改變進料鋼或者鋼制品橫截面面積的機械加工，而 是還可延伸至冷加工改變該進料鋼或者鋼制品形狀的情況。
[0030] 一般地，在不限制本發(fā)明范圍的情況下，將具體鋼的化學(xué)組成、工藝路線和特性總 結(jié)于下表中。
[0031]
陽03引特別注意：上表中所稱"HT"意指"熱處理"。
[0033]本發(fā)明基于深入的研發(fā)工作，其主要對相當(dāng)數(shù)目的低碳鋼、中碳鋼、和低合金高強 度鋼試樣進行試驗。運些試樣包括經(jīng)過不同條件下機械加工且W不同溫度和不同時間熱處 理的試樣。將在說明書的后續(xù)部分中對所述的研發(fā)工作進行更詳細的討論。
[0034] 本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)鋼制品的方法，該方法包括對經(jīng)過機械加工的鋼制品進行 熱處理，W及保持或者增大鋼的塑性和保持或者增大鋼的屈服應(yīng)力。
[0035] 本發(fā)明還提供了一種生產(chǎn)鋼制品的方法，該方法包括對經(jīng)過機械加工的鋼制品進 行熱處理，W及保持或者增大鋼的塑性、保持或者增大鋼的屈服應(yīng)力、和保持或者增大鋼的 抗拉強度。
[0036] 本發(fā)明還包括一種經(jīng)過機械加工W及熱處理的鋼制品。該鋼制品可W是上述鋼制 品中的任一種，即線材、桿材、棒材、或者帶材，并且該鋼制品可W是由線材、桿材、棒材、和 帶材中任一種制成的且包括上述具體制品的任何鋼制品。
[0037] 通過本發(fā)明，可W使用同一原材料，如低合金高強度鋼、低碳鋼、和中碳鋼，并且通 過適當(dāng)選擇機械加工、熱處理時間和熱處理溫度，可W產(chǎn)生所需的各種機械特性。
[0038] 就此，本發(fā)明還提供了一種生產(chǎn)鋼制品的方法，其包括：為鋼制品選擇作為原材料 的進料鋼；選擇進料鋼或者由進料鋼制成的鋼制品的機械加工、熱處理時間和熱處理溫度 條件，從而為鋼制品提供所需的機械特性；執(zhí)行機械加工和熱處理步驟，W及保持或者增大 鋼的塑性和保持或者增大鋼的屈服應(yīng)力；W及生產(chǎn)出具有所需機械特性的鋼制品。
[0039] 通過本發(fā)明，可W使用少量或者大量現(xiàn)成鋼材來制造：
[0040] (a)具有高強度（例如，屈服應(yīng)力〉750MPa)W及高塑性（例如，均勻延伸率 Agt〉l. 5% )的棒材、桿材、線材或者網(wǎng)；W及
[0041] 化）具有中強度（例如，屈服應(yīng)力巧OOMPa)W及高塑性（例如，均勻延伸率 Agt〉l. 5% )的棒材、桿材、線材或者網(wǎng)。 陽0創(chuàng)例如，在受拉時性能相同的情況下，相比通常SOOMPa屈服應(yīng)力的加強鋼，根據(jù)本 發(fā)明的750MPa屈服應(yīng)力類型（a)的鋼可帶來33%的材料節(jié)約。因此，在同一性能的情況下， 加強鋼的直徑比如可從12mm減小至約9. 8mm?；蛘撸捎弥睆綖?2mm且屈服應(yīng)力為750MPa 的棒材可使性能提高50%，因而例如在相同鋼用量的情況下，可W獲得性能更佳的混凝± 柱或者混凝±梁。在相同性能并獲益相應(yīng)職業(yè)健康與安全（也就是處理的制品更輕）的情 況下，由具有相同特性的材料制成且應(yīng)用于采礦的網(wǎng)可帶來至少30%的材料節(jié)約。還能夠 增大塑性也是一種可能益處，盡管并不極為重要。 陽0創(chuàng)此外，例如，在混凝±施工行業(yè)中，能夠制造Agt〉5%的SOOMPa的網(wǎng)，使得例如懸 垂樓板運種要求力矩再分配的應(yīng)用場合所要求的鋼用量減少約20%?，F(xiàn)在澳大利亞的鋼固 定是W每噸計價（$/tonne)費率進行收費的，因此通過減少待固定鋼的用量，可W顯著地 降低加強的安裝成本。對于高強度棒材或者線材的加強，同樣也存在運種成本降低作用。
[0044] 此外，例如，通過采用W運種方式制造的高抗拉強度（屈服應(yīng)力為650MPa或者更 大）初性網(wǎng)，可W使例如對地面上的混凝±板或者提拔（tilt-up)混凝±制品進行加強所 需的鋼用量減少大約20-25%。
[0045] 上述運些高抗拉強度或者中抗拉強度的制品每一種都具有運樣的附加優(yōu)點：可W 顯著地降低制品中的隱含能（溫室氣體），并且可能減少柱和梁的混凝±使用，且伴隨著降 低運輸W及其他的材料處理成本。
[0046] 延伸率是塑性的測量。在本文中，延伸率表示為均勻延伸率一一Agt。術(shù)語"均勻 延伸率"在本文中應(yīng)理解為對鋼在達到其最大抗拉強度之前進行彈性和塑性變形的能力的 測量。在說明書中記載的延伸率的數(shù)值量是，鋼在達到其最大抗拉強度然后回落到該最大 抗拉強度的99. 5%之后，所測量的W百分比計的鋼延伸率，表示為Agtf。.5%>。使用該方法， 可確保測量的可靠性?？傮w延伸率也用作鋼制品的塑性的測量，尤其是鋼板的塑性的測量。
[0047] 相對于經(jīng)過機械加工的鋼的延伸率，經(jīng)過熱處理的鋼的延伸率可增大超過5%。 W48] 經(jīng)過熱處理的鋼的延伸率可增大超過10%。 W例經(jīng)過熱處理的鋼的延伸率可增大超過15%。
[0050] 經(jīng)過熱處理的鋼的延伸率可增大超過20%。
[0051] 經(jīng)過熱處理的鋼的延伸率可增大超過30%。
[0052] 經(jīng)過熱處理的鋼的延伸率可增大超過50%。
[0053] 經(jīng)過熱處理的鋼的延伸率可增大超過100%。
[0054] 經(jīng)過熱處理的鋼的延伸率可增大超過150%。 陽化5] 經(jīng)過熱處理的鋼的延伸率可增大超過200%。
[0056] 相對于經(jīng)過機械加工的鋼的屈服應(yīng)力，經(jīng)過熱處理的鋼的屈服應(yīng)力可增大超過 5%。
[0057] 經(jīng)過熱處理的鋼的屈服應(yīng)力可增大超過10%。 陽化引經(jīng)過熱處理的鋼的屈服應(yīng)力可增大超過15%。
[0059] 經(jīng)過熱處理的鋼的屈服應(yīng)力可增大超過20%。 W60] 經(jīng)過熱處理的鋼的屈服應(yīng)力可增大超過30%。
[0061] 經(jīng)過熱處理的鋼的屈服應(yīng)力可增大超過40%。
[0062] 可WW任何適合的溫度執(zhí)行熱處理步驟。存在很多因素，都可能對任何給定情況 下熱處理溫度的選擇產(chǎn)生影響。一個因素是熱處理時間。申請人還發(fā)現(xiàn)每種熱處理溫度都 具有時間窗口，在該時間窗口中，屈服應(yīng)力和塑性增大到高于期望最小值的水平。該窗口隨 著熱處理溫度增大而收窄。另一因素是鋼材成分。又一因素是目標(biāo)特性，如塑性和屈服應(yīng) 力。
[0063] 可WW低于鋼的奧氏體化溫度的溫度執(zhí)行熱處理步驟。應(yīng)注意，在任何給定情況 下，鋼在熱處理過程中的實際溫度將會是時間-溫度依賴關(guān)系并且取決于鋼材成分。因此， 熱處理爐的溫度可W高于鋼的奧氏體化溫度。 W64] 可WW低于IOOCTC的溫度執(zhí)行熱處理步驟。 W65] 可WW低于800°C的溫度執(zhí)行熱處理步驟。
[0066] 可WW低于750°C的溫度執(zhí)行熱處理步驟。
[0067] 可WW低于700°C的溫度執(zhí)行熱處理步驟。 W側(cè)可WW低于600°C的溫度執(zhí)行熱處理步驟。 W例可WW低于550°C的溫度執(zhí)行熱處理步驟。
[0070] 可WW低于500°c的溫度執(zhí)行熱處理步驟。
[0071] 可WW低于450°C的溫度執(zhí)行熱處理步驟。
[0072] 可WW低于400°C的溫度執(zhí)行熱處理步驟。
[0073] 可WW低于300°C的溫度執(zhí)行熱處理步驟。
[0074] 可WW低于250°C的溫度執(zhí)行熱處理步驟。
[0075] 可WW低于200°C的溫度執(zhí)行熱處理步驟。
[0076] 可WW低于150°C的溫度執(zhí)行熱處理步驟。
[0077] 如果將熱處理時間選擇為足夠短從而相對于屈服應(yīng)力、抗拉強度和塑性的初始