CN102321849A

CN102321849A - 一种含镍铬合金钢的制备方法

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Publication number: CN102321849A
Application number: CN201110260490A
Authority: CN
Inventors: 柯雪利; 王长城
Original assignee: GANGXI SHENGLONG METALLURGICAL CO Ltd
Current assignee: GANGXI SHENGLONG METALLURGICAL CO Ltd
Priority date: 2011-09-05
Filing date: 2011-09-05
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2031-09-05
Also published as: CN102321849B

Abstract

本发明涉及一种含镍铬合金钢的制备方法，包括矿石烧结、烧结矿冶炼、精炼及铸造，所述含铁矿料按重量由10～100％的红土镍矿和0～90％的铁矿石组成。本发明还涉及了由上述制备方法得到的合金钢以及由所述合金钢进一步经轧制得到的合金钢钢筋。本发明利用了廉价的红土镍矿资源替代全部或部分铁矿石资源用以制备合金钢及钢筋，不仅使红土镍矿中大量的铁得到了有效利用，更是充分地利用了红土镍矿中的镍、铬等元素，简化了生产工艺，降低了成本，并明显提高了钢材的各项性能。

Description

一种含镍铬合金钢的制备方法

技术领域

本发明涉及合金钢冶炼领域，具体涉及一种含有镍铬的中、低合金钢及其制备方法。

背景技术

目前，我国铁矿资源逐步减少，钢铁产能大幅度扩张，钢铁生产的铁矿资源大部分依靠进口，成本高昂。随着城市化进程的加快，建筑物的安全性越来越受到重视。国内现有的建筑行业多采用HRB335、HRB400型号的热轧带肋钢筋，但这些型号钢筋的强度、抗震型标准远远低于国外普遍使用的HRB500甚至更高的钢筋。国内关于高强度钢筋的研究主要集中在微量元素的添加上，如中国专利CN101717898A公开了一种含有硼氮微合金的HRB500E高强度抗震钢筋；中国专利CN101696484A公开了一种含有钒、铬的HRB400热轧带肋钢筋。但这些技术中需添加昂贵的合金调整钢水中微量元素的含量，而且铁矿石价格逐年攀升，导致了整个钢筋的制造成本居高不下。

红土镍矿中含有镍、铬等有价金属，其中也含有大量的铁。在国内，近年采用火法冶炼红土镍矿生产镍铁，作为炼钢的铁源开始受到重视。红土镍矿中大量的低品位和超低品位的镍矿，如含镍1.5％以下、含铁30％-50％，特别是含镍≤1％、含铁45％-50％的低品位红土镍矿，其中所含的各种元素目前还得不到综合性的利用。

发明内容

为克服现有低品位红土镍矿得不到综合利用的缺陷，本发明的目的是提供一种采用红土镍矿制备含镍铬合金钢的方法。

所述制备方法包括矿石烧结、烧结矿冶炼、精炼及铸造，所述含铁矿料按重量由10～100％的红土镍矿和0～90％的铁矿石组成；优选按重量由10～90％的红土镍矿和10～90％的铁矿石组成。

所述红土镍矿含镍≤1.5％、铁：30～50％、铬：1～2％；优选含镍≤1％、铁：45～50％、铬：1～1.5％。

所述合金钢为中、低合金钢。

所述制备方法进一步包括以下步骤：

(1)将红土镍矿进行脱水预处理；

(2)参配含铁矿料，再进行烧结得到烧结矿；

(3)将所述烧结矿经高炉冶炼得到铁水；

(4)将所述铁水通过转炉或电炉进行精炼，并调节钢水成分；

(5)将所述钢水进入连铸，铸造即得所述合金钢。

上述制备方法中，步骤(1)所述的红土镍矿脱水预处理可以采用吸水剂脱水，或通过烘干设备脱水。吸附剂可以选自生石灰、碳酸钠、碳酸氢钠、高岭土、膨润土、沸石粉等常见的工业吸水剂，加入量为红土镍矿重量的3～15％；所述烘干设备为本领域常见的烘干窑或烘干炉等。脱水可以降低红土镍矿的水分含量和粘度，使其更好地烧结。也可以将两种脱水方式相结合更加有效地进行脱水处理。

步骤(2)中含铁矿料的参配，可根据钢水中需要的镍铬量以及红土镍矿的品种，计算得出铁矿石与红土镍矿的配比量。步骤(2)中烧结的工艺、设备采用目前常规的生产工艺和设备。

步骤(4)所述的精炼过程中，可根据钢种的不同添加其他所需要的微量元素，如锰、硅、铌、钒等，由于红土镍矿中也含有如锰等元素，因此，微量元素添加的量根据钢种的碳当量以及钢水的化验成分严格控制，而钢水中镍、铬的量也可以通过常见精炼工艺进行控制，在精炼过程完毕后得到所需要的合金钢的各个成分。

步骤(3)-(5)所述冶炼、精炼、连铸的工艺和设备均采用目前常规的生产工艺和设备。

本发明还提供了一种上述制备方法中任一项技术方案制备的合金钢，按重量由以下成分组成：C：0.1～0.35％；Si：0.3～1.0％；Mn：0.8～1.6％；Ni：0.05～3.0％；Cr：0.05～6.0％；Nb或V：0.0～0.25％；P：≤0.02％；S：≤0.02％；余量为Fe和不可避免的微量杂质。

上述合金钢优选按重量由以下成分组成：C：0.15～0.3％；Si：0.3～0.5％；Mn：0.8～1.5％；Ni：0.05～3.0％；Cr：0.05～3.0％；Nb或V：0.005～0.05％；P：≤0.02％；S：≤0.02％；余量为Fe和不可避免的微量杂质。

所述不可避免的微量杂质中可以包含对合金钢性能有益的一些常见微量元素，如钛元素，通常的合金钢中都会含有微量的钛。而本发明所述的制备方法得到的合金钢中会含有红土镍矿带来的微量钛元素，进一步加强合金钢的强度等性能。

所述合金钢可以用于制造高线、螺纹钢筋、板材等。基于此，本发明进一步提供了一种合金钢钢筋，所述钢筋的制备方法为首先采用前述合金钢的制备方法制备出合金钢坯，再将所得钢坯进行轧制得到所述钢筋。

所述钢筋的轧制工艺可选用现有的轧制工艺，优选热轧形变热处理工艺(TMCP)和控制冷却工艺的组合。

所述钢筋为HRB400热轧带肋钢筋，按重量由以下成分组成：C：0.2～0.25％；Si：0.35～0.5％；Mn：1.10～1.30％；Ni：0.08～0.1％；Cr：0.2～0.25％；P：≤0.02％；S：≤0.02％；余量为Fe和不可避免的微量杂质。

所述钢筋为500Mpa级抗震耐候钢筋，按重量由以下成分组成：C：0.2～0.25％；Si：0.3～0.5％；Mn：1.2～1.4％；Ni：0.2～0.4％；Cr：0.2～0.5％；Nb或V：0.03～0.05％；P：≤0.02％；S：≤0.02％；余量为Fe和不可避免的微量杂质。

所述钢筋为700Mpa级抗震耐候钢筋，按重量由以下成分组成：C：0.2～0.3％；Si：0.3～0.5％；Mn：1.2～1.5％；Ni：2.0～3.0％；Cr：1.0～2.0％；Nb或V：0.03～0.05％；P：≤0.02％；S：≤0.02％；余量为Fe和不可避免的微量杂质。

本发明还提供了红土镍矿在制备合金钢中的用途。

本发明利用了廉价的红土镍矿资源替代部分或全部铁矿石用以制备合金钢，不仅使红土镍矿中大量的铁得到了有效利用，更是充分地利用了红土镍矿中的镍、铬甚至钛等微量元素。红土镍矿中的镍、铬等成分的添加，可以代替常规的一部分锰元素来细化钢材的晶粒，改善了钢材的强度、延伸性和耐腐蚀性。本发明提供的HRB400热轧带肋钢筋和500Mpa级抗震耐候钢筋各项性能明显高于国家标准。本发明提供的700Mpa级抗震耐候钢筋屈服强度大于700MPa，抗张强度TS大于1000MPa，强屈比TS/YS大于1.25，延伸率大于16-18％，均匀延伸率约为7.0～10.0％，耐候性能优于Corten A。

本发明所述的制备方法无需在制备过程中专门添加镍或铬的合金，简化了生产工艺。而且，由于合金钢中镍、铬元素的增加，还可以减少锰元素的添加量，并明显提高了钢材的性能，使其具备高强度、抗腐蚀、耐候等性能，具有很好的经济效益、社会效益和应用前景。

附图说明

图1是本发明所述合金钢钢筋制备的工艺流程图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1HRB400热轧带肋钢筋

生产过程如下：

(1)选用含镍1.0％、铬1.2％、铁50％的红土镍矿，先经过烘干设备烘干备用；

(2)将烘干后的红土镍矿与含铁61％的铁矿石按照重量比例1.5∶8.5进行参配，按照重量加入含铁矿料90％，生石灰5％，煤粉5％进行配料，控制水分为9.5～10wt％，混匀、造球，然后进行布料、烧结，烧结机点火炉温度控制在1050～1100℃，废气温度控制在130～150℃，风箱负压控制在-12kpa～-13kpa，得到烧结矿；

(3)将烧结矿进行高炉冶炼，得到的铁水含镍0.12％、铬0.3％；

(4)将铁水通过电炉进行精炼，添加硅锰合金调节钢水成分，得到钢水；

(5)将钢水进入连铸，铸造得合金钢钢坯；

(6)将所得的合金钢钢坯通过热轧形变热处理和控制冷却工艺，热处理过程中钢坯的加热温度为900±50℃，钢坯的开轧温度保持在850～950℃，经过粗、中轧机组大压下，轧机最大延伸系数μ为1.43；然后所得轧件通过预穿水冷进行降温，预穿水后的温度为850～950℃；钢材经过预穿水段后进入精轧机组，然后进入穿水冷却段使轧件表面的温度迅速降低，穿水冷却段的节数为1～5节，水压为0.8～1.2Mpa，使钢材上冷床的表面温度控制在550～650℃；钢材上冷床进行空冷，芯部余热释放，完成自身回火处理后即得高强度、抗震、耐候、可焊接的HRB400热轧带肋钢筋，规格∮16mm。

具体成分见表1

表1

元素

C

Mn

Si

P

S

Ni

Cr

Fe及不可避免杂质

百分含量

0.21

1.21

0.38

0.017

0.013

0.086

0.227

余量

按照碳当量计算公式Ceq＝C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15计算所得碳当量为0.45，符合GB1499.1的规定。

实施例2HRB400热轧带肋钢筋

生产过程如下：

(1)选用含镍1.0％、铬1.5％、铁50％的红土镍矿，先经过烘干设备烘干备用；

(2)将烘干后的红土镍矿与含铁61％铁矿石按照重量比例1.5∶8.5进行烧结；

(3)将烧结矿进行高炉冶炼，得到的铁水含镍0.15％、铬0.45％；

其余步骤及工艺同实施例1。

具体成分见表2

表2

元素

C

Mn

Si

P

S

Ni

Cr

Fe及不可避免杂质

百分含量

0.20

1.26

0.39

0.016

0.014

0.087

0.230

余量

按照碳当量计算公式Ceq＝C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15计算所得碳当量符合GB1499.1的规定。

对比例1

完全采用铁矿石，并且不额外添加镍、铬元素，生产同样规格的HRB400热轧带肋钢筋，与实施例1、2的对比结果如下表：

表3

由表3可以看出，本发明所述HRB400热轧带肋钢筋整体力学性能、工艺性能明显高于传统方式生产的钢材。而且廉价的红土镍矿每吨钢降低约60元的铁矿石成本，随着红土镍矿中镍、铬元素的加入，每吨钢还可每吨节约4kg硅锰合金，约吨钢节约合金料成本30元左右。

实施例3HRB500高强度500MPa抗震耐候钢筋

生产过程如下：

(1)选用含镍0.8％、铬1.1％、铁50％的红土镍矿，先经过烘干设备烘干备用；

(2)将烘干后的红土镍矿与含铁61％铁矿石按照重量比例7∶3进行参配，按照重量加入含铁矿料90％，生石灰5％，煤粉5％，进行配料，控制水分为9.5～10wt％，混匀、造球，然后进行布料、烧结，烧结机点火炉温度控制在1050～1100℃，废气温度控制在130～150℃，风箱负压控制在-12kpa～-13kpa，得到烧结矿；

(3)将烧结矿进行高炉冶炼，得到的铁水含镍0.68％、铬0.62％；

(4)将铁水通过电炉进行精炼，在精炼过程中添加硅锰合金和铌合金，得到钢水；

(5)将钢水进入连铸，铸造得合金钢钢坯；

(6)将所得的合金钢钢坯通过热轧形变热处理和控制冷却工艺，热处理过程中钢坯的加热温度为900±50℃，钢坯的开轧温度保持在850～950℃，经过粗、中轧机组大压下，轧机最大延伸系数μ为1.43；然后轧件通过预穿水冷进行降温，预穿水后的温度为850～950℃；钢材经过预穿水段后进入精轧机组，然后进入穿水冷却段使轧件表面的温度迅速降低，穿水冷却段的节数为1～5节，水压为0.8～1.2Mpa，使钢材上冷床的表面温度控制在550～650℃；钢材上冷床进行空冷，芯部余热释放，完成自身回火处理后即得从而轧制得到高强度、抗震、耐候的HRB500钢筋，规格∮22mm。

具体成分见表4

表4

元素	C	Mn	Si	P	S	Ni	Nb	Cr	Fe及不可避免杂质
										百分含量	0.24	1.26	0.48	0.019	0.015	0.38	0.035	0.39	余量

按照碳当量计算公式Ceq＝C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15计算所得碳当量为0.55，符合GB1499.1的规定。

实施例4HRB500高强度500MPa抗震耐候钢筋

生产过程如下：

(2)将烘干后的红土镍矿与含铁61％铁矿石按照重量比例7∶3进行烧结；

(3)将烧结矿进行高炉冶炼，得到的铁水含镍0.7％、铬0.65％；

步骤(4)-(6)同实施例3。

具体成分见表5

表5

元素	C	Mn	Si	P	S	Ni	Nb	Cr	Fe及不可避免杂质
										百分含量	0.22	1.35	0.47	0.018	0.015	0.34	0.035	0.37	余量

按照碳当量计算公式所得碳当量符合GB1499.1的规定。

对比例2

完全采用铁矿石，并且不额外添加镍、铬元素，生产同样规格的HRB500钢筋，与实施例3、4的对比结果如下表：

表6

由表6可以看出，本发明所述HRB500抗震耐候钢筋整体力学性能、工艺性能明显高于传统方式生产的钢材。而且廉价的红土镍矿每吨钢降低约280元的铁矿石成本，随着红土镍矿中镍、铬元素的加入，每吨钢还可每吨节约5kg硅锰合金，约吨钢节约合金料成本38元左右。

实施例5高强度抗震、耐候的700MPa级钢筋

生产过程如下：

(1)选用含镍1.5％、铬1.5％、铁40％的红土镍矿，先经过烘干设备烘干备用；

(2)将烘干后的红土镍矿与含铁61％铁矿石按照重量比例8∶2进行参配，按照重量加入含铁矿料90％，生石灰5％，煤粉5％，进行配料，控制水分为9.5～10wt％，混匀、造球，然后进行布料、烧结，烧结机点火炉温度控制在1050～1100℃，废气温度控制在130～150℃，风箱负压控制在-12kpa～-13kpa，得到烧结矿；

(3)将烧结矿进行高炉冶炼，得到的铁水含镍2.7％、铬2.8％；

(4)将铁水通过电炉进行精炼，在精炼过程中添加硅锰合金和钒合金，得到钢水；

(5)将钢水进入连铸，铸造得合金钢钢坯；

(6)将所得的合金钢钢坯通过热轧形变热处理和控冷工艺，热处理过程中钢坯的加热温度为1000±100℃，钢坯的开轧温度保持在900～950℃，经过粗、中轧机组大压下，轧机最大延伸系数μ为1.29；然后轧件通过强制风冷进行降温，风冷后的温度为850～950℃；获得贝氏体为基体的复相组织和弥散分布的VCN析出相，实现复合强塑化，钢材经过冷却段后进入精轧机组，然后进入穿水冷却段使轧件表面的温度迅速降低，所述穿水冷却段的节数为1～5节，水压为0.8～1.2Mpa，使钢材上冷床的表面温度控制在550～650℃；钢材上冷床进行空冷，芯部余热释放，完成自身回火处理后即得到钢筋性能相当于国外YS700级高强度、抗震、耐候热轧钢筋。

具体成分见表7

表7

元素	C	Mn	Si	P	S	V	Cr	Ni	Fe及不可避免杂质
										百分含量	0.25	1.22	0.35	0.02	0.013	0.034	1.51	2.52	余量

性能指标：屈服强度YS为775-800MPa，抗张强度TS为1100-1250MPa，强屈比TS/YS为1.3-1.6，延伸率20-22％，均匀延伸率7.5～9.5％，耐候性能优于Corten A。

实施例6高强度、抗震、耐候的700MPa级钢筋

生产过程如下：

(1)选用含镍1.5％、氧化铬1.2％、铁50％的红土镍矿，先经过烘干设备烘干备用；

(2)按照重量加入烘干后的红土镍矿90％，生石灰5％，煤粉5％，进行配料，并使水分最终为9.5～10wt％，混匀、造球，然后进行布料、烧结，烧结机点火炉温度控制在1050～1100℃，废气温度控制在130～150℃，风箱负压控制在-12kpa～-13kpa，得到烧结矿；

(3)将烧结矿进行高炉冶炼，得到的铁水含镍2.8％、铬2.2％；

(5)将钢水进入连铸，铸造得合金钢钢坯；

具体成分见表8

表8

元素	C	Mn	Si	P	S	V	Cr	Ni	Fe及不可避免杂质
										百分含量	0.24	1.21	0.35	0.019	0.015	0.039	1.55	2.57	余量

性能指标：屈服强度YS为785-800MPa，抗张强度TS为1080-1220MPa，强屈比TS/YS为1.3-1.5，延伸率20-21％，均匀延伸率7.5～10.0％，耐候性能优于Corten A。

虽然上文中已经用一般性说明、具体实施方式及实验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种含镍铬合金钢的制备方法，包括含铁矿料烧结、烧结矿冶炼、精炼及铸造，其特征在于，所述含铁矿料按重量由10～100％的红土镍矿和0～90％的铁矿石组成；优选按重量由10～90％的红土镍矿和10～90％的铁矿石组成。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述红土镍矿按重量含镍≤1.5％、铁：30～50％、氧化铬：1～2％；优选含镍≤1％、铁：45～50％、铬：1～1.5％。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将红土镍矿进行脱水预处理；

(2)参配含铁矿料，再进行烧结得到烧结矿；

(3)将所述烧结矿经高炉冶炼得到铁水；

(4)将所述铁水通过转炉或电炉进行精炼，并调节钢水成分；

(5)将所述钢水进入连铸，铸造即得所述合金钢。

4.权利要求1-3任一项所述方法制备的合金钢，其特征在于，按重量由以下成分组成：C：0.1～0.35％；Si：0.3～1.0％；Mn：0.8～1.6％；Ni：0.05～3.0％；Cr：0.05～6.0％；Nb或V：0.0～0.25％；P：≤0.02％；S：≤0.02％；余量为Fe和不可避免的微量杂质；优选按重量由以下成分组成：C：0.15～0.3％；Si：0.3～0.5％；Mn：0.8～1.5％；Ni：0.05～3.0％；Cr：0.05～3.0％；Nb或V：0.005～0.05％；P：≤0.02％；S：≤0.02％；余量为Fe和不可避免的微量杂质。

5.一种含镍铬的合金钢钢筋，其特征在于，所述钢筋的制备方法为：首先按照权利要求1-3任一项所述的方法制备出合金钢坯，再将所得钢坯进行轧制得到所述钢筋。

6.根据权利要求5所述的钢筋，其特征在于，所述钢筋为HRB400热轧带肋钢筋，按重量由以下成分组成：C：0.2～0.25％；Si：0.35～0.5％；Mn：1.10～1.30％；Ni：0.08～0.1％；Cr：0.2～0.25％；P：≤0.02％；S：≤0.02％；余量为Fe和不可避免的微量杂质。

7.根据权利要求5所述的钢筋，其特征在于，所述钢筋为HRB500钢筋，按重量由以下成分组成：C：0.2～0.25％；Si：0.3～0.5％；Mn：1.2～1.4％；Ni：0.2～0.4％；Cr：0.2～0.5％；Nb或V：0.03～0.05％；P：≤0.02％；S：≤0.02％；余量为Fe和不可避免的微量杂质。

8.根据权利要求5所述的钢筋，其特征在于，所述钢筋为700Mpa级钢筋，按重量由以下成分组成：C：0.2～0.3％；Si：0.3～0.5％；Mn：1.2～1.5％；Ni：2.0～3.0％；Cr：1.0～2.0％；Nb或V：0.03～0.05％；P：≤0.02％；S：≤0.02％；余量为Fe和不可避免的微量杂质。

9.红土镍矿在制备合金钢中的用途。

10.根据权利要求9所述的用途，其特征在于，所述红土镍矿按重量含镍≤1.5％、铁：30～50％、铬：1～2％；优选含镍≤1％、铁：45～50％、铬：1～1.5％。