CN100412219C - 一种ⅲ级螺纹钢筋生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种20MnSiIII级螺纹钢筋生产方法，将高炉铁水和废钢加入氧气转炉或电炉内，吹氧熔炼或供电熔化，在炼钢后期向炉内加入锰矿石与还原剂，当钢水中硫、磷满足20MnSi冶炼标准要求时挡渣出钢。出钢时向钢包中顺次加入脱氧剂、硅锰铁合金或锰铁合金与硅铁合金，再加入增氮剂，使钢中氮含量在0.008-0.035%之间，同时加入含氮化物形成元素的合金。以吹气强度0.01-0.10m3/t钢·min、吹气时间2-9min对钢水进行吹氩气或氮气操作。开轧温度为1050-1300℃，穿水冷却，冷却速度控制在1.5-1.5℃/秒。用此方法生产的20MnSiIII级螺纹钢筋的力学性能达到钢筋标准和建筑的要求，与使用钒微合金化相比，吨钢成本降低260元左右，与使用纯铌微合金相比，吨钢成本降低8-18元。
Description
技术领域
本发明涉及一种微合金钢生产方法，尤其涉及一种钢筋混凝土用20MnSi热轧带筋III级螺纹钢筋的生产方法。
背景技术
螺纹钢筋主要用于钢筋混凝土工程建筑领域，要求螺纹钢筋具有良好的使用性能，如焊接性能、冷变成形性能及抗震性能等。目前生产20MnSiIII级螺纹钢筋有如下四种典型工艺：
①微合金化工艺：即在钢水中添加微量合金化元素如钒(V)、铌(Nb)等，通过钢水微合金化以满足其力学性能要求。此工艺技术为成熟工艺，是目前最为通用的生产20MnSiIII级螺纹钢筋的技术，用此工艺技术生产的20MnSiIII级螺纹钢筋性能稳定，使用性能良好，受到用户青睐；但问题是需要使用价格波动较大和昂贵的战略元素钒、铌，合金成本高，资源浪费大。
②控轧控冷工艺：利用轧后钢材余热进行热处理，以达到III级螺纹钢筋的力学性能要求。此工艺使用的合金元素少，几乎不使用昂贵的战略元素钒、铌，合金成本低；但该工艺技术从铸坯到轧制成品要求精确控制各工序的温度，控制难度大，因此钢筋的力学性能波动较大。另外，它的使用性能(如焊接性能、冷弯性能)较差。
③微合金化加控轧控冷工艺：此工艺较为成熟，钢筋生产成本较纯微合金化工艺低，但此工艺没有克服控轧控冷工艺的缺点，另外还需增加一套控轧控冷设备或系统，设备投资大。
④形变诱导相变、细晶轧制工艺。此工艺为生产III级螺纹钢筋的新工艺，采用Q235成分控制，合金成本很低；但问题是需要采用低温轧制，需要对现行工艺进行改造或增大轧机能力，设备投资大，生产过程中轧辊消耗高，电耗也高，生产成本高，同时存在焊接问题。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种可降低生产成本、稳定螺纹钢筋性能的20MnSiIII级螺纹钢筋生产方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
①用氧气转炉或电炉进行冶炼，将高炉铁水和废钢兑入炼钢炉内，吹氧或通电熔炼，并进行造渣操作，取样分析，当钢水中的硫、磷成分达到要求时向炉内加入锰矿石2-10kg/t钢、还原剂1-6kg/t钢，转炉继续顶吹0-2min、底吹1-3min，取优点成分样分析。成分合格后，挡渣出钢。
②在转炉出钢过程中向钢包钢水中加入脱氧剂及硅锰铁合金或锰铁合金或硅铁合金，同时加入增氮剂如硅氮合金或锰氮合金等，将钢水中氮含量控制在0.008-0.035％之间，以及向钢包钢水中加入含氮化物形成元素的合金。
③出钢过程进行挡渣操作，对钢包中钢水进行底吹或顶吹氩气或氮气，吹气强度为0.01-0.10m3/t钢·min，吹气时间为2-9min。
④轧材，开轧温度控制在1050-1300℃，轧后采用穿水冷却，冷却速度为1.5-2.5℃/秒。
采用如上技术方案提供的一种20MnSiIII级螺纹钢筋生产方法，与现有技术相比获得的有益效果在于：
①少使用或不使用昂贵的钒、铌元素，利用自然界中的氮资源作为螺纹钢的强化元素并辅以其他微量含氮化物形成元素的合金，生产20MnSiIII级螺纹钢筋合金成本降低20-30％；
②20MnSiIII级螺纹钢筋力学性能均匀稳定，能满足焊接性能与冷弯性能要求；
③不需增加设备投资工艺，操作简单。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。
所述20MnSiIII级螺纹钢筋生产方法可以采用氧气转炉冶炼工艺，亦可采用电炉冶炼工艺。本发明以100吨氧气顶底复合吹炼转炉冶炼工艺来描述，亦可采用公称容量大于或小于100吨的转炉进行冶炼。
将高炉铁水加入转炉内，同时向炉内加入废钢，吹氧熔炼，加造渣剂如石灰进行冶炼，取样分析。当钢水中的硫[S]、磷[P]成分满足20MnSi要求时向转炉内加入锰矿石，其加入量为2.0-10.0kg/t钢，且锰矿石的锰含量大于20％。同时还向转炉内加入还原剂，其加入量为1.0-6.0kg/t钢，所述还原剂可选自碳粉、类石墨、碳化硅、硅铁、硅钙、碳化钙中的一种或几种的组合，其组合比可选自1∶1或1∶1∶1等。向转炉内加入锰矿石和还原剂的目的在于提高炉内终点钢水的残锰含量和降低终点钢水氧含量，使炉内终点钢水中锰[Mn]含量大于0.25％、碳含量[C]大于0.1％。转炉继续顶吹0-2min、底吹1-3min，取优点成分样分析，成分合格后挡渣出钢。在出钢过程中对钢水进行脱氧合金化处理，即向钢包钢水中顺次加入脱氧剂、硅锰铁(Fe-Si-Mn)合金或与其相当的锰铁合金(Fe-Mn)和硅铁合金(Fe-Si)、增氮剂、含氮化物形成元素的合金。所述脱氧剂可选自碳化硅、铝、硅铝铁合金、硅钙钡合金、硅铝钡合金、硅铝钙钡合金中的一种或几种的组合，其组合比可选自1∶1或1∶1∶1等。脱氧剂的加入量为0.2-1.5kg/t钢，而硅锰铁合金的加入量为18.0-22.0kg/t钢，如选取锰铁合金和硅铁合金，其加入量与加入硅锰铁合金后钢水中锰、硅合金含量相当；而增氮剂可选自硅氮合金、锰氮合金、钛氮合金、铌氮合金、钒氮合金、硼氮合金中的一种，增氮剂的加入量为0.2-0.8kg/t钢；使钢水中氮含量[N]为0.008-0.035％；同时向钢包钢水中加入含氮化物形成元素的合金，含氮化物形成元素的合金可选自硼铁合金、钛铁合金、铝、铌铁合金、钒铁合金中的一种，含氮化物形成元素的合金的加入量为0.1-3.0kg/t钢。
出钢过程进行挡渣操作，防止转炉内的残渣进入钢包引起钢水回磷(P)或回硫(S)以及影响合金回收率。
对钢包中的钢水进行顶吹或底吹氩气或氮气操作，吹气强度为0.01-0.10m3/t钢·min，吹气时间为2-9min。
根据所轧20MnSiIII级螺纹钢筋的公称直径及定尺要求确定连铸坯的断面尺寸。
轧材，开轧温度为1050-1300℃，轧后采用穿水冷却，冷却速度为1.5-2.5℃/秒。
实施例1
将95吨高炉铁水加入100吨转炉，向炉内加入废钢10t，吹氧熔炼，加入造渣料如石灰进行冶炼，取样分析。当钢水中的[S]、[P]成分满足20MnSi冶炼标准要求时向转炉炉内加入8.0kg/t钢锰矿石，同时向转炉炉内加入4.0kg/t钢还原剂如碳粉，转炉停止顶吹，底吹1min，取样分析.当钢水的成分合符冶炼标准要求且钢水中[C]≥0.1％、[Mn]≥0.25％时出钢。在出钢过程中向钢包内钢水中顺次加入0.9kg/t钢脱氧剂如碳化硅、20.0kg/t钢硅锰铁合金及0.45kg/t钢增氮剂如硅氮合金，使钢水中氮含量[N]＝0.015％。同时向钢包钢水内加入2.0kg/t钢含氮化物形成元素的合金如硼铁合金。挡渣出钢操作，对钢包中钢水进行顶吹氩气操作，吹氩气强度为0.07m3/t钢·min，吹氩气时间为5min。开轧温度为1200℃，穿水冷却，冷却速度为2.0℃/秒。用此工艺生产的20MnSiIII级螺纹钢筋，钢材成品成分为：C＝0.22％，Mn＝1.31％，Si＝0.48％，N＝0.015％，其屈服强度(6s)＝455MPa，抗拉强度(6b)＝625MPa，延伸率(δ5)＝24％，与使用钒微合金化相比，综合成本降低260元/t钢，与使用纯铌微合金化相比，成本降低18元/t钢。
实施例2
将95吨高炉铁水加入100吨转炉，向炉内加入废钢10吨，吹氧熔炼，加入造渣料如石灰进行冶炼，取样分析。当钢水的[S]、[P]成分满足20MnSi冶炼标准要求时向转炉内加入2.0kg/t钢锰矿石，同时向转炉炉内加入1.0kg/t钢还原剂如硅铁，转炉继续顶吹1.0min、底吹2.0min，取优点成分样分析，当钢水的成分合符标准要求且钢水中[C]≥0.1％、[Mn]≥0.25％时出钢。在出钢过程中，向钢包钢水中顺次加入1.5kg/t钢脱氧剂如硅铝铁合金、22.0kg/t钢硅锰铁合金及0.2kg/t钢增氮剂如锰氮合金，使钢中氮含量[N]＝0.008％。同时向钢包钢水内加入0.1kg/t钢含氮化物形成元素的合金如钒铁合金。挡渣出钢操作，对钢包中钢水进行底吹氩气操作，吹氩气强度为0.10m3/t钢·min，吹氩气时间为2min。轧材，开轧温度为1050℃，穿水冷却冷却速度为2.5℃/秒。用此工艺生产的20MnSiIII级螺纹钢筋，钢材成品成分为：C＝0.17％、Mn＝1.42％、Si＝0.60％、N＝0.008％，其屈服强度(бs)＝440MPa，抗拉强度(бb)＝590MPa，延伸率(δ5)＝20％，与使用钒微合金化相比，综合成本降低240元/t钢，与使用纯铌微合金化相比，成本降低12元/t钢。
实施例3
将90吨高炉铁水加入100吨转炉，向炉内加入废钢15吨，吹氧熔炼，加入造渣料如石灰进行冶炼，取样分析。当钢水的[S]、[p]成分满足20MnSi冶炼标准时向转炉内加入10.0kg/t钢锰矿石，同时向转炉内加入6.0kg/t钢还原剂如碳化硅，转炉继续顶吹2.0min、底吹3.0min。取优点成分样分析，当钢水中成分合符标准要求且钢水中[C]≥0.1％、[Mn]≥0.25％时出钢。在出钢过程中向钢包钢水中顺次加入0.2kg/t钢脱氧剂如硅铝钡合金、18.0kg/t钢硅锰铁合金及0.8kg/t钢增氮剂如锰氮合金，使钢中氮含量[N]＝0.035％。同时向钢包钢水内加入3.0kg/t钢含氮化物形成元素的合金如钛铁合金。挡渣出钢操作，对钢包中钢水进行顶吹氮气操作，吹氮气强度为0.01m3/t钢·min，吹氮气时间为9min。轧材，开轧温度为1300℃，穿水冷却，冷却速度为1.5℃/秒。用此工艺生产的20MnSiIII级螺纹钢筋，钢材成品成分为：C＝0.20％、Mn＝1.45％、Si＝0.55％、N＝0.035％，其屈服强度(бs)＝460MPa，抗拉强度(бb)＝640MPa，延伸率(δ5)＝21％，与使用钒微合金化相比，综合成本降低200元/t钢，与使用纯铌微合金化相比，成本降低8元/t钢。
Claims (1)
1. 一种III级螺纹钢筋生产方法，将高炉铁水和废钢加入转炉内，吹氧熔炼，加造渣剂进行冶炼，取样分析，其特征在于：当钢水的硫、磷成分满足20MnSi冶炼标准要求时向转炉内加入2.0-10.0kg/t钢锰含量大于20％的锰矿石，同时向转炉内加入1.0-6.0kg/t钢还原剂，转炉继续顶吹0-2min、底吹1-3min，取样分析，成分合格后挡渣出钢，出钢过程中向钢包钢水中顺次加入0.2-1.5kg/t钢脱氧剂、18.0-22.0kg/t钢硅锰铁合金，再加入0.2-0.8kg/t钢增氮剂，使钢中氮含量为0.008-0.035％；同时向钢包钢水中加入0.1-3.0kg/t钢含氮化物形成元素的合金；出钢过程进行挡渣操作，防转炉残渣进入钢包；对钢包中的钢水进行底吹或顶吹氩气或氮气操作，吹气强度为0.01-0.10m3/(t钢·min)，吹气时间为2-9min；轧材，开轧温度为1050-1300℃，穿水冷却，冷却速度为1.5-2.5℃/秒；其中
还原剂选自：碳粉、类石墨、碳化硅、硅铁、硅钙、碳化钙中的一种，
脱氧剂选自：碳化硅、铝、硅铝铁合金、硅钙钡合金、硅铝钡合金、硅铝钙钡合金中的一种，
增氮剂选自：硅氮合金、钛氮合金、锰氮合金、铌氮合金、钒氮合金、硼氮合金中的一种，
含氮化物形成元素的合金选自：硼铁合金、钛铁合金、钒铁合金中的一种，
造渣剂选自：石灰。
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