CN101775538B

CN101775538B - 一种500MPa级高强抗震钢筋生产工艺

Info

Publication number: CN101775538B
Application number: CN2010101314474A
Authority: CN
Inventors: 吴光亮; 李一为
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2010-03-24
Filing date: 2010-03-24
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2030-03-24
Also published as: CN101775538A

Abstract

本发明公开了一种500MPa级高强抗震钢筋生产工艺，在出钢过程中通过微波场向钢包钢水中吹氮气，使钢水中[N]在0.08-0.012％之间，在冶炼中期加入还原性氧化锰球团，在冶炼后期加入还原性氧化钒和氧化铌球团，在出钢过程中加入锰系合金、硅系合金及增碳剂进行合金微调，使钢水中[Mn]在0.60-1.40％之间，[Si]在0.20-0.60％之间，出钢时加入钒铁和铌铁微调钢中的钒和铌，钢中[V]在0.02-0.055％之间，[Nb]在0.02-0.055％之间，钢水经连铸机浇注成钢坯，通过加热炉加热，加热温度在1050-1250℃之间，开轧温度在950-1150℃之间，终轧温度在950-1050℃之间，轧后冷却速率在15-500℃/秒之间，用此方法生产的钢筋其Rel在530-560MPa之间，Rm在660-730MPa之间，A在18-25％之间，Rm/Rel在1.30-1.45之间，三个月时效，Rel和Rm值波动值小于15MPa，焊接性能良好，具有很好的推广应用前景。

Description

一种500MPa级高强抗震钢筋生产工艺

技术领域

本发明涉及一种低合金钢生产工艺，尤其涉及一种500MPa级高强抗震钢筋生产工艺。

背景技术

目前，低合金钢大多采用碳锰钢系成分设计，采用锰系和硅系铁合金进行锰和硅元素的合金化，采用钒铁或钒氮合金进行钒微合金化，采用铌铁合金进行铌微合金化，其主要成分控制[Mn]在1.2-1.6％之间，[Si]在0.40-0.60％之间，[C]在0.17-0.25％之间，[V]控制在0.06-0.12％之间，[Nb]控制在0.04-0.09％之间，屈服强度(Rel)≥500MPa，抗拉强度≥630MPa，断面收缩率(A)≥16％，主要依靠碳、锰和硅固溶强化和钒与铌析出强化，该钢种存在如下问题是，①硅锰及碳含量较高，合金成本升高；②在凝固和冷却过程中容易产生元素偏析；③碳当量偏高焊接性能较差，钒和铌含量高，合金成本高；④容易出现屈服不明显和混晶现象；⑤抗震性差。另外一种方法是将成分按下限控制，采用低温大变形量轧制，生产出超细晶钢，合金成分可以降低，但该方法存在缺点是，①需要大幅度增加轧机能力；②生产的钢筋不能采用常规焊接，否则焊接区钢筋强度大幅度下降。还有一种方法是将成分控制在下限，采用轧后强制冷却，合金成分也可大幅度降低，但缺陷是，①需增加穿水设备，增加投资；②钢筋性能波动大，时效现象严重；③焊接性能差；④钢筋容易锈蚀，抗震性差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种合金消耗降低，成本节约且钢筋强度级别较高，性能指标有所改善的500MPa级高强抗震钢筋生产工艺。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

①采用碳锰钢成分设计，将钢中[Mn]含量控制在0.60-1.40％之间，[Si]在0.20-0.60％之间，[V]在0.02-0.055％之间，[Nb]在0.02-0.055％之间，[C]在0.15-0.24％之间，[N]在0.006-0.012％之间；

②采用转炉或电炉冶炼，转炉吹氧2-8min后在冶炼中期加入还原性氧化锰球团，顶吹氧气3-8min，同时底吹3-8min，使冶炼终点钢水中[C]在0.15-0.20％之间，[Mn]在0.20-0.40％之间；

③冶炼后期加入还原性原氧化钒球团和还原性氧化铌，顶吹氧气1-6min，同时底吹气1-6min，使钢水中[V]在0.01-0.05％之间，[Nb]在0.01-0.05％之间，其他成分满足标准要求时钢水温度＝1685-1693℃出钢；

④在出钢中前期向钢包中加入锰系和硅系合金及增碳剂，使钢水中[C]在0.20-0.25％之间，[Mn]在0.60-1.40％之间，[Si]在0.20-0.60％之间；

⑤在出钢和钢水镇静过程中通过微波场向钢包中的钢水吹氮气使钢水中的[N]含量在0.006-0.012％之间，吹氮气强度为0.02-0.3m³/min.t钢，吹氮气时间控制在3-10min；

⑥在出钢中期加入钒铁和铌铁对钢水中的[V]和[Nb]进行微调，使钢水中的[V]在0.02-0.055％之间，[Nb]在0.02-0.055％之间；

⑦根据所轧钢筋直径与定尺要求，将钢水浇注成不同断面尺寸的钢坯；

⑧钢坯通过热送或冷却后进入加热炉加热，加热温度在1050-1250℃之间，开轧温度在950-1150℃之间，终轧温度在950-1050℃之间，轧后冷却速率在15-500℃/秒之间；

⑨根据铸坯尺寸和钢筋规格设定每个道次的轧制负荷，钢筋经冷却后按用户需求剪切成规定的定尺，检验包装入库。

增碳剂为类石墨、石油焦、碳粉、碳化硅和碳化钙中的一种或几种。

本发明提供的500MPa级高强抗震钢筋生产工艺，在现有钢筋生产装备条件下，以碳锰系成分体系，采用还原性氧化球团直接合金化和采用铁合金微调成分的冶炼工艺，利用微波场电离氮分子，通过底吹氮对钢水进行氮微合金化，低成本生产屈服强度(Rel)≥520MPa，抗拉强度≥630MPa，断面收缩率(A)≥18％，Rm/Rel≥1.29的高强抗震钢筋。用此方法生产的钢筋其Rel在530-560MPa之间，Rm在660-730MPa之间，A在18-25％之间，Rm/Rel在1.30-1.45之间，综合成本较传统方法降低75-100元/吨，三个月时效，Rel和Rm值波动值小于15MPa，焊接性能良好，具有很好的推广应用前景。

采用上述技术方案生产的高强抗震钢筋与传统工艺相比具有如下优点：

①硅锰合金降低15-45％，硅铁降低30-60％，钒铁降低30-70％，铌铁降低30-70％，降低合金消耗，节约成本；

②钢筋强度级别较高，性能指标有所改善，Rm/Rel在1.30-1.45之间，满足抗震要求；

③利用现有装备条件，不需要进行新的设备投入。

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，本发明中所有百分比均为质量百分比。

500MPa级高强抗震钢筋生产工艺可以采用氧气转炉冶炼-连铸-轧制工艺，也可采用电炉冶炼-连铸-轧制工艺。本发明采用氧气转炉冶炼-连铸-轧制工艺进行实施。

将高炉铁水、废钢和生铁块依次加入到转炉内，吹氧熔炼，并加入造渣材料如石灰，转炉吹氧2-8min后加入还原性氧化锰球团，顶吹氧气3-8min，同时底吹3-8min，使冶炼终点钢水中[C]在0.15-0.20％之间，[Mn]在0.20-0.40％之间；冶炼后期加入还原性氧化钒球团和还原性氧化铌，顶吹氧气1-6min，同时底吹气1-6min，使冶炼终点钢水中[V]在0.01-0.05％之间，[Nb]在0.01-0.05％之间，其他成分满足标准要求时钢水温度＝1685-1693℃出钢；所述还原性氧化锰球团为氧化锰矿内配碳后经过低温烧结而成的还原性球团，还原性氧化钒球团为V₂O₅经过内配碳后烧结还原性球团，还原性氧化铌球团为Nb₂O₅经过内配碳烧结还原性球团，增碳剂为类石墨、石油焦、碳粉、碳化硅、碳化钙中的一种或几种。

在出钢中前期向钢包中加入锰系和硅系合金及增碳剂，使钢水中[C]在0.20-0.25％之间，[Mn]在0.60-1.40％之间，[Si]在0.20-0.60％之间；在出钢过程中通过微波场向钢包中的钢水吹氮气使钢水中的[N]含量在0.006-0.012％之间，吹氮气强度为0.02-0.3m³/min.t钢，吹氮气时间控制在3-10min；在出钢中期加入钒铁和铌铁对钢水中的[V]和[Nb]进行微调，使钢水中的[V]在0.02-0.055％之间，[Nb]在0.02-0.055％之间；

根据所轧钢筋直径与定尺要求，将钢水浇注成不同断面尺寸的钢坯；钢坯通过热送或冷却后进入加热炉加热，加热温度在1050-1250℃之间，开轧温度在950-1150℃之间，终轧温度在950-1050℃之间，轧后冷却速率在15-500℃/秒之间；根据铸坯尺寸和钢筋规格设定个道次的轧制负荷，钢筋经冷却后按用户需求剪切成规定的定尺，检验包装入库。

实施例1：

在100吨氧气顶底复吹转炉上冶炼高强抗震钢筋，将高炉铁水、废钢和生铁块依次加入到转炉内，吹氧熔炼，并加入造渣材料石灰，转炉吹氧5min后加入还原性氧化锰球团，顶吹氧气4min，同时底吹氮气4min，终点钢水中[C]＝0.16％，[Mn]＝0.22％；冶炼后期加入还原性氧化钒球团和还原性氧化铌，顶吹氧气5.5min，同时底吹气5.5min，使冶炼终点钢水中[V]＝0.016％，[Nb]＝0.045％，[S]＝0.035％，[P]＝0.031％，钢水温度＝1685℃出钢；

在出钢中前期向钢包中加入硅锰和硅铁合金及碳化硅与碳粉，钢水中[C]＝0.20％，[Mn]＝1.0％，[Si]＝0.28％；在出钢过程中通过微波场向钢包中的钢水吹氮气，钢水中的[N]＝0.010％，吹氮气强度为0.20m³/min.t钢，吹氮气时间控制为6.5min；在出钢中期加入钒铁和铌铁对钢水中的[V]和[Nb]进行微调，钢水中的[V]＝0.022％，[Nb]＝0.053％；

将钢水浇注成150X150mm钢坯；钢坯600℃热送进入加热炉加热，加热温度1247℃，开轧温度1142℃，终轧温度1050℃，

轧后冷却速率为230℃/秒；轧制成直径为25mm的钢筋，钢筋剪切成12m定尺，主要力学性能为Rel＝545MPa，Rm＝730MPa，A＝23％，吨钢合金成本较传统工艺降低97.6元。

实施例2：

在60吨氧气顶底复吹转炉上冶炼高强抗震钢筋，将高炉铁水、废钢和生铁块依次加入到转炉内，吹氧熔炼，并加入造渣材料如石灰，转炉吹氧8min后加入还原性氧化锰球团，顶吹氧气6min，同时底吹6min，终点钢水中[C]＝0.19％，[Mn]＝0.29％；冶炼后期加入还原性氧化钒球团和还原性氧化铌，顶吹氧气2min，同时底吹气2min，终点钢水中[V]＝0.047％，[Nb]＝0.015％，[S]＝0.028％，[P]＝0.038％，温度＝1693℃出钢；

在出钢中前期向钢包中加入硅锰和硅铁合金及碳化硅与碳粉，钢水中[C]＝0.25％，[Mn]＝0.70％，[Si]＝0.41％；在出钢过程中通过微波场向钢包中的钢水吹氮气，钢水中的[N]＝0.0071％，吹氮气强度为0.05m³/min.t_钢，吹氮气时间控制为4min；在出钢中期加入钒铁和铌铁对钢水中的[V]和[Nb]进行微调，钢水中的[V]＝0.054％，[Nb]＝0.022％；

将钢水浇注成150X150mm钢坯；钢坯153℃送进入加热炉加热，加热温度1195℃，开轧温度1082℃，终轧温度998℃，轧后冷却速率在462℃/秒；轧制成直径为18mm的钢筋，钢筋剪切成12m定尺，主要力学性能为Rel＝540MPa，Rm＝725MPa，A＝21％，吨钢合金成本较传统工艺降低91.1元。

实施例3：

在120吨氧气顶底复吹转炉上冶炼高强抗震钢筋，将高炉铁水、废钢和生铁块依次加入到转炉内，吹氧熔炼，并加入造渣材料如石灰，转炉吹氧2min后加入还原性氧化锰球团，顶吹氧气3min，同时底吹3min，终点钢水中[C]＝0.17％，[Mn]＝0.38％；冶炼后期加入还原性氧化钒球团和还原性氧化铌，顶吹氧气4min，同时底吹气4min，终点钢水中[V]＝0.033％，[Nb]＝0.031％，[S]＝0.036％，[P]＝0.032％，温度＝1691℃出钢；

在出钢中前期向钢包中加入硅锰和硅铁合金及碳化硅与碳粉，钢水中[C]＝0.21％，[Mn]＝1.370％，[Si]＝0.56％；在出钢过程中通过微波场向钢包中的钢水吹氮气，钢水中的[N]＝0.0115％，吹氮气强度为0.3m³/min.t钢，吹氮气时间控制为9min；在出钢中期加入钒铁和铌铁对钢水中的[V]和[Nb]进行微调，钢水中的[V]＝0.043％，[Nb]＝0.039％；

将钢水浇注成150X150mm钢坯；钢坯以室温送进入加热炉加热，加热温度1063℃，开轧温度987℃，终轧温度990℃，轧后冷却速率在45℃/秒；轧制成直径为36mm的钢筋，钢筋剪切成12m定尺，主要力学性能为Rel＝550MPa，Rm＝730MPa，A＝20％，吨钢合金成本较传统工艺降低83.4元。

实施例4：

在100吨氧气顶底复吹转炉上冶炼高强抗震钢筋，将高炉铁水、废钢和生铁块依次加入到转炉内，吹氧熔炼，并加入造渣材料石灰，转炉吹氧5min后加入还原性氧化锰球团，顶吹氧气8min，同时底吹氮气8min，终点钢水中[C]＝0.15％，[Mn]＝0.20％；冶炼后期加入还原性氧化钒球团和还原性氧化铌，顶吹氧气6min，同时底吹气6min，使冶炼终点钢水中[V]＝0.01％，[Nb]＝0.01％，[S]＝0.035％，[P]＝0.031％，钢水温度＝1685℃出钢；

在出钢中前期向钢包中加入硅锰和硅铁合金及类石墨与石油焦，钢水中[C]＝0.20％，[Mn]＝0.60％，[Si]＝0.20％；在出钢过程中通过微波场向钢包中的钢水吹氮气，钢水中的[N]＝0.012％，吹氮气强度为0.02m³/min.t_钢，吹氮气时间控制为3min；在出钢中期加入钒铁和铌铁对钢水中的[V]和[Nb]进行微调，钢水中的[V]＝0.012％，[Nb]＝0.015％；

将钢水浇注成150X150mm钢坯；钢坯600℃热送进入加热炉加热，加热温度1250℃，开轧温度1150℃，终轧温度1000℃，轧后冷却速率在500℃/秒；轧制成直径为12mm的钢筋，钢筋剪切成12m定尺，主要力学性能为Rel＝540MPa，Rm＝700MPa，A＝18％，吨钢合金成本较传统工艺降低100元。

实施例5：

在120吨氧气顶底复吹转炉上冶炼高强抗震钢筋，将高炉铁水、废钢和生铁块依次加入到转炉内，吹氧熔炼，并加入造渣材料如石灰，转炉吹氧7min后加入还原性氧化锰球团，顶吹氧气7min，同时底吹7min，终点钢水中[C]＝0.20％，[Mn]＝0.40％；冶炼后期加入还原性氧化钒球团和还原性氧化铌，顶吹氧气1min，同时底吹气1min，终点钢水中[V]＝0.05％，[Nb]＝0.01％，[S]＝0.036％，[P]＝0.032％，温度＝1691℃出钢；

在出钢中前期向钢包中加入硅锰和硅铁合金及碳化钙，钢水中[C]＝0.21％，[Mn]＝1.40％，[Si]＝0.60％；在出钢过程中通过微波场向钢包中的钢水吹氮气，钢水中的[N]＝0.006％，吹氮气强度为0.4m³/min.t_钢，吹氮气时间控制为10min；在出钢中期加入钒铁和铌铁对钢水中的[V]和[Nb]进行微调，钢水中的[V]＝0.055％，[Nb]＝0.02％；

将钢水浇注成150X150mm钢坯；钢坯以室温送进入加热炉加热，加热温度1050℃，开轧温度950℃，终轧温度950℃，轧后冷却速率在15℃/秒；轧制成直径为40mm的钢筋，钢筋剪切成12m定尺，主要力学性能为Rel＝530MPa，Rm＝660MPa，A＝25％，吨钢合金成本较传统工艺降低75元。

Claims

1.一种500MPa级高强抗震钢筋生产工艺，将高炉铁水和废钢及生铁块加入到转炉或电炉内，吹氧冶炼，加入造渣料，待转炉钢水C、S、P达到冶炼标准要求，进行出钢操作，其特征在于：转炉吹氧2-8min后在冶炼中期加入还原性氧化锰球团，顶吹氧气3-8min，同时底吹3-8min，使钢水中C在0.15-0.20％之间，Mn在0.30-0.40之间；冶炼后期加入还原性氧化钒球团和还原性氧化铌，顶吹氧气1-6min，同时底吹气1-6min，使钢水中V在0.01-0.05％之间，Nb在0.01-0.05％之间，其他成分满足标准要求时钢水温度＝1685-1693出钢；在出钢中前期向钢包中加入锰系和硅系合金及增碳剂，所述的增碳剂为类石墨、石油焦、碳粉、碳化硅和碳化钙中的一种或几种，使钢水中C在0.20-0.25％之间，Mn在0.60-1.40％之间，Si在0.20-0.60％之间；在出钢过程中通过微波场向钢包中的钢水吹氮气，使钢水中的N含量在0.006-0.012％之间，吹氮气强度为0.02-0.4m³/min.t_钢，吹氮气时间控制在3-10min；在出钢中期加入钒铁和铌铁对钢水中的V和Nb进行微调，使钢水中的V在0.02-0.055％之间，Nb在0.02-0.055％之间；钢水经连铸机浇注成钢坯，通过加热炉加热，加热温度在1050-1250℃之间，开轧温度在950-1150℃之间，终轧温度在950-1050℃之间，轧后冷却速率在15-500℃/秒之间。

2.根据权利要求1所述的500MPa级高强抗震钢筋生产工艺，其特征在于：所述的还原性氧化锰球团为氧化锰矿经内配碳在低温下烧结而成的还原性球团。

3.根据权利要求1所述的500MPa级高强抗震钢筋生产工艺，其特征在于：所述的还原性氧化钒球团为V₂O₅经内配碳在低温下烧结而成的还原性球团。

4.根据权利要求1所述的500MPa级高强抗震钢筋生产工艺，其特征在于：所述的还原性氧化铌球团为Nb₂O₅经内配碳在低温下烧结而成的还原性球团。