钢制品以及生产该钢制品的方法
【专利说明】钢制品从及生产该钢制品的方法
[0001] 本发明设及用于采矿、建筑及通用制造行业中的钢制品。
[0002] 本发明还设及生产该钢制品的方法。
[0003] 所述的钢可W是W下任一种：低碳钢、中碳钢和低合金高强度钢（其在钢铁行业 中也被描述为非调质钢）。
[0004] 在本文中，术语"低碳钢"被理解成意指运样的钢，其包括：Wt. % (质量百分比） 为3%的C;作为额外添加元素（deliberateadditions)添加至该钢的其他元素，如Si和 Mn;残留/偶然杂质；W及其余成分化alance)Fe。 阳0化]在本文中，术语"中碳钢"被理解成意指运样的钢，其包括：Wt. %为0.3-2. 0%的C;作为额外添加元素添加至该钢的其他元素，如Si和Mn;残留/偶然杂质；W及其余成分 Fe〇
[0006] 术语"残留/偶然杂质"包含可W很小含量存在的元素，如化、Sn、Mo、Al、化、Ni、 和化，运些元素的存在并非因对运些元素特定地进行添加，而是因标准的实际制钢过程。例 如，运些元素的存在可W是因为使用废钢来生产低合金高强度钢、低碳钢和中碳钢。
[0007] 在本文中，术语"低合金高强度钢"被理解成意指运样的钢，其具有如下WWt. %计 的通常成分：
[0008] 0:0.07-0.30%;
[0009] Si :0.9%或者更小；
[0010] Mn :2.0% 或者更小； W11] Mo :0. 35%或者更小；
[0012] Ti :0.1 %或者更小；
[0013] V:0.1 %或者更小；
[0014] Nb :0.1 % 或者更小；
[0015] Cu :0.1 %或者更小；
[0016] N:0.02%或者更小；
[0017] S:0.05%或者更小； 阳〇1引 Al:0. 05%或者更小；
[0019] 残留/偶然杂质：1. 0%或者更小；化及
[0020] Fe:其余成分。
[0021] 低合金高强度钢语境下的术语"残留/偶然杂质"应如上所述的那样被理解成与 低碳钢和中碳钢相关。上文列表中的元素如Cu和Mo的含量是总体含量，也就是运些元素 作为额外添加元素和残留/偶然杂质的总体的含量。
[0022] 所述钢制品可W是任何适合的制品。
[0023] 所述钢制品可W是线材、杆材、棒材、或者带材。
[0024] 所述钢制品可W呈由线材、杆材、棒材、和带材中任一种制成的钢制品形式。
[00巧]所述钢制品可W包括任何制品，包括但不限于：用于混凝±施工的钢筋；用于混 凝±施工和采矿行业的钢筋网（reinforcementmesh)，其通过将间隔开的平行的直线材和 间隔开的平行的交叉线材焊接在一起而制成；由钢带材制成的管；用于将任何长型制品如 钢筋联接在一起的联接件；连续螺线材；用于钢筋笼的扎线（Iiga化re)，该钢筋笼用于混 凝±柱和混凝±梁；由钢棒材制成的紧固件（包括螺钉、螺栓等）；由钢棒材制成的错杆； W及用于混凝±施工、建筑、采矿或者制造行业中受拉或受压或受剪或受弯的其他钢制品。 [00%] 本发明基于W下重要发现：可W通过对经机械加工（例如，如通过冷社进行冷成 型）的钢进行加热来进行该钢的处理（在下文中称为"热处理"）并且可W: (a)保持或者 增大该钢的塑性（例如，该塑性W延伸率测量，并在说明书中关于延伸率时被描述，并且当 提到加强钢时W术语Agt(均匀延伸率）称呼，且通常表示为Agtf。.5%>);化）保持或者增大 该钢的屈服应力灯巧（对于加强钢而言，通常表示为保证应力（P巧）；W及（C)保持或者增 大该钢的抗拉强度灯巧。运是个重要发现，因为冶金学教导：对经过机械加工的钢进行热 处理，导致该钢的塑性增大、屈服应力减小、W及抗拉强度减小。
[0027]例如，申请人发现：钢经过机械加工，横截面面积减小5-30%，在一些情况下横截 面面积减小达75% ;然后，在溫度范围为150-750°CW及保持时间为1分钟至16小时的条 件下，对该钢进行热处理；在许多情况下，产生的塑性相对于经过机械加工的钢的塑性，增 大至少25%，且产生的屈服应力相对于经过机械加工的钢的屈服应力，增大至少5%。
[002引总而言之，申请人发现：可WW较高的溫度化及较短的时间，或者W较低的溫度W及较长的时间，对经过机械加工的钢进行热处理，来保持或者增大塑性、屈服应力、和抗拉 强度。
[0029]应注意的是，本发明并不限于改变进料钢或者钢制品横截面面积的机械加工，而 是还可延伸至冷加工改变该进料钢或者钢制品形状的情况。
[0030] 一般地，在不限制本发明范围的情况下，将具体钢的化学组成、工艺路线和特性总 结于下表中。
[0031]
阳03引特别注意：上表中所称"HT"意指"热处理"。
[0033]本发明基于深入的研发工作，其主要对相当数目的低碳钢、中碳钢、和低合金高强 度钢试样进行试验。运些试样包括经过不同条件下机械加工且W不同溫度和不同时间热处 理的试样。将在说明书的后续部分中对所述的研发工作进行更详细的讨论。
[0034] 本发明提供了一种生产钢制品的方法，该方法包括对经过机械加工的钢制品进行 热处理，W及保持或者增大钢的塑性和保持或者增大钢的屈服应力。
[0035] 本发明还提供了一种生产钢制品的方法，该方法包括对经过机械加工的钢制品进 行热处理，W及保持或者增大钢的塑性、保持或者增大钢的屈服应力、和保持或者增大钢的 抗拉强度。
[0036] 本发明还包括一种经过机械加工W及热处理的钢制品。该钢制品可W是上述钢制 品中的任一种，即线材、杆材、棒材、或者带材，并且该钢制品可W是由线材、杆材、棒材、和 带材中任一种制成的且包括上述具体制品的任何钢制品。
[0037] 通过本发明，可W使用同一原材料，如低合金高强度钢、低碳钢、和中碳钢，并且通 过适当选择机械加工、热处理时间和热处理溫度，可W产生所需的各种机械特性。
[0038] 就此，本发明还提供了一种生产钢制品的方法，其包括：为钢制品选择作为原材料 的进料钢；选择进料钢或者由进料钢制成的钢制品的机械加工、热处理时间和热处理溫度 条件，从而为钢制品提供所需的机械特性；执行机械加工和热处理步骤，W及保持或者增大 钢的塑性和保持或者增大钢的屈服应力；W及生产出具有所需机械特性的钢制品。
[0039] 通过本发明，可W使用少量或者大量现成钢材来制造：
[0040] (a)具有高强度（例如，屈服应力〉750MPa)W及高塑性（例如，均匀延伸率 Agt〉l. 5% )的棒材、杆材、线材或者网；W及
[0041] 化）具有中强度（例如，屈服应力巧OOMPa)W及高塑性（例如，均匀延伸率 Agt〉l. 5% )的棒材、杆材、线材或者网。 阳0创例如，在受拉时性能相同的情况下，相比通常SOOMPa屈服应力的加强钢，根据本 发明的750MPa屈服应力类型（a)的钢可带来33%的材料节约。因此，在同一性能的情况下， 加强钢的直径比如可从12mm减小至约9. 8mm。或者，采用直径为12mm且屈服应力为750MPa 的棒材可使性能提高50%，因而例如在相同钢用量的情况下，可W获得性能更佳的混凝± 柱或者混凝±梁。在相同性能并获益相应职业健康与安全（也就是处理的制品更轻）的情 况下，由具有相同特性的材料制成且应用于采矿的网可带来至少30%的材料节约。还能够 增大塑性也是一种可能益处，尽管并不极为重要。 阳0创此外，例如，在混凝±施工行业中，能够制造Agt〉5%的SOOMPa的网，使得例如悬 垂楼板运种要求力矩再分配的应用场合所要求的钢用量减少约20%。现在澳大利亚的钢固 定是W每吨计价（$/tonne)费率进行收费的，因此通过减少待固定钢的用量，可W显著地 降低加强的安装成本。对于高强度棒材或者线材的加强，同样也存在运种成本降低作用。
[0044] 此外，例如，通过采用W运种方式制造的高抗拉强度（屈服应力为650MPa或者更 大）初性网，可W使例如对地面上的混凝±板或者提拔（tilt-up)混凝±制品进行加强所 需的钢用量减少大约20-25%。
[0045] 上述运些高抗拉强度或者中抗拉强度的制品每一种都具有运样的附加优点：可W 显著地降低制品中的隐含能（溫室气体），并且可能减少柱和梁的混凝±使用，且伴随着降 低运输W及其他的材料处理成本。
[0046] 延伸率是塑性的测量。在本文中，延伸率表示为均匀延伸率一一Agt。术语"均匀 延伸率"在本文中应理解为对钢在达到其最大抗拉强度之前进行弹性和塑性变形的能力的 测量。在说明书中记载的延伸率的数值量是，钢在达到其最大抗拉强度然后回落到该最大 抗拉强度的99. 5%之后，所测量的W百分比计的钢延伸率，表示为Agtf。.5%>。使用该方法， 可确保测量的可靠性。总体延伸率也用作钢制品的塑性的测量，尤其是钢板的塑性的测量。
[0047] 相对于经过机械加工的钢的延伸率，经过热处理的钢的延伸率可增大超过5%。 W48] 经过热处理的钢的延伸率可增大超过10%。 W例经过热处理的钢的延伸率可增大超过15%。
[0050] 经过热处理的钢的延伸率可增大超过20%。
[0051] 经过热处理的钢的延伸率可增大超过30%。
[0052] 经过热处理的钢的延伸率可增大超过50%。
[0053] 经过热处理的钢的延伸率可增大超过100%。
[0054] 经过热处理的钢的延伸率可增大超过150%。 阳化5] 经过热处理的钢的延伸率可增大超过200%。
[0056] 相对于经过机械加工的钢的屈服应力，经过热处理的钢的屈服应力可增大超过 5%。
[0057] 经过热处理的钢的屈服应力可增大超过10%。 阳化引经过热处理的钢的屈服应力可增大超过15%。
[0059] 经过热处理的钢的屈服应力可增大超过20%。 W60] 经过热处理的钢的屈服应力可增大超过30%。
[0061] 经过热处理的钢的屈服应力可增大超过40%。
[0062] 可WW任何适合的溫度执行热处理步骤。存在很多因素，都可能对任何给定情况 下热处理溫度的选择产生影响。一个因素是热处理时间。申请人还发现每种热处理溫度都 具有时间窗口，在该时间窗口中，屈服应力和塑性增大到高于期望最小值的水平。该窗口随 着热处理溫度增大而收窄。另一因素是钢材成分。又一因素是目标特性，如塑性和屈服应 力。
[0063] 可WW低于钢的奥氏体化溫度的溫度执行热处理步骤。应注意，在任何给定情况 下，钢在热处理过程中的实际溫度将会是时间-溫度依赖关系并且取决于钢材成分。因此， 热处理炉的溫度可W高于钢的奥氏体化溫度。 W64] 可WW低于IOOCTC的溫度执行热处理步骤。 W65] 可WW低于800°C的溫度执行热处理步骤。
[0066] 可WW低于750°C的溫度执行热处理步骤。
[0067] 可WW低于700°C的溫度执行热处理步骤。 W側可WW低于600°C的溫度执行热处理步骤。 W例可WW低于550°C的溫度执行热处理步骤。
[0070] 可WW低于500°c的溫度执行热处理步骤。
[0071] 可WW低于450°C的溫度执行热处理步骤。
[0072] 可WW低于400°C的溫度执行热处理步骤。
[0073] 可WW低于300°C的溫度执行热处理步骤。
[0074] 可WW低于250°C的溫度执行热处理步骤。
[0075] 可WW低于200°C的溫度执行热处理步骤。
[0076] 可WW低于150°C的溫度执行热处理步骤。
[0077] 如果将热处理时间选择为足够短从而相对于屈服应力、抗拉强度和塑性的初始