CN102839318A - Hrb600钢筋及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种HRB600钢筋及其生产方法，该钢筋按重量百分比由以下成分组成：C：0.21~0.25%、Mn：1.40~1.80%、Si：0.65~0.85%、V：0.08~0.12%、S≤0.020%、P≤0.025%、N：0.016~0.024%；其余为Fe和不可避免的杂质。其生产方法包括冶炼工序、精炼工序、连铸工序和轧制工序，在所述冶炼工序中采用钒氮微合金化，并且在所述精炼工序中向钢水中加入微氮合金进行增氮处理，以使HRB600钢筋按重量百分比含有0.08~0.12%的V和0.016~0.024%的N。该钢筋具有高屈服强度、高抗拉强度，高延伸率，而且微合金元素V的用量少，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢筋及其冶炼方法，尤其是一种HRB600钢筋及其生产方法，该钢筋的屈服强度可达到600MPa。
背景技术
热轧带肋钢筋是钢筋混凝土建筑结构的主要增强材料，在结构中承载着拉、压应力和应变等负载的应力应变，尤其是随着国民经济的发展，高层、大跨度、抗震、耐低温、耐火等多功能建筑结构的出现，要求钢筋具有更高的强度、韧性和较好的焊接性能等综合性能。目前，世界主要工业国家已淘汰了强度级别335MPa的带肋钢筋，如美国多采用屈服强度级别在400MPa以上的钢筋，而欧美各国基本上都采用500MPa级钢筋，并在研发600MPa热轧带肋钢筋。相比335MPa级别的钢筋，400MPa、500MPa、600MPa的钢筋强度高、延伸好、安全储备量大、抗震性能好、节省钢材用量，因此屈服强度为600MPa的钢筋是一种更节约、更高效的新型建筑材料。另外，近年来国家积极倡导建设节约型社会，十分重视高强度级别钢筋的研发应用推广。所以有必要研发一种HRB600热轧带肋钢筋。
目前，对HRB600热轧带肋钢筋的报道较少，一般是以微合金化的方式进行，即在HRB335成分的基础上，加入大量V、Nb等微合金强化元素，利用这些元素在钢种形成和析出的碳氮化物、碳化物，起到沉淀强化和细化晶粒的作用，从而提高钢筋的强度，其中，承钢和济钢报道了有关HRB600的成功开发，其中微合金元素V的含量达到了0.17%~0.20%，造成了合金元素的严重浪费。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种HRB600钢筋，其具有高屈服强度、高抗拉强度以及高延伸率，而且V的用量较低，很大程度上降低了生产成本。
本发明的另一目的在于提供上述HRB600钢筋的生产方法。
本发明对钢种成分进行了优化设计。一方面对钢中碳、硅、锰主要元素进行合理调整，实现优化配置；另一方面采用微合金化技术，向钢中加入适量钒氮合金，充分利用钒的沉淀强化作用提高钢筋的强度和韧性。同时降低钢中磷、硫杂质及其它杂质含量，使钢水洁净度高。再加入增氮剂即微氮合金来适当提高钢水中N含量，增加细小弥散的V(CN)析出项，充分发挥微合金第二相析出强化作用，达到高强度、高塑性的目的。
为了解决现有技术中遇到的问题，本发明提供的HRB600钢筋（又称为富氮钒微合金化600MPa高强度热轧带肋钢筋）按重量百分比由以下成分组成：C：0.21~0.25%、Mn：1.40~1.80%、Si：0.65~0.85%、V：0.08~0.12%、S≤0.020%、P≤0.025%、N：0.016~0.024%；其余为Fe和不可避免的杂质。该钢筋的屈服强度Rel≥600MPa，抗拉强度Rm≥740MPa，延伸率A≥15%。
本发明提供的上述HRB600钢筋的生产方法之一的技术方案如下：包括冶炼工序、精炼工序、连铸工序和轧制工序，在所述冶炼工序中采用钒氮微合金化，并且在所述精炼工序中向钢水中加入微氮合金进行增氮处理，以使最终获得的HRB600钢筋按重量百分比含有0.08~0.12%的V和0.016~0.024%的N。
优选地，在所述冶炼工序中，控制炉渣碱度为2.8-3.2，终点碳含量0.10wt%-0.16wt%。在所述精炼工序中，待炉渣变白后加入微氮合金；白渣或黄白渣保持15-30min，软吹时间为8-20min；脱氧剂采用碳化硅或复合脱氧剂；在所述精炼工序中，钢水进站温度为1560-1570℃，钢水出站温度为1600-1620℃，精炼时间为20-30min。
本发明提供的上述HRB600钢筋的生产方法之二的技术方案较第一种生产方法简单些，具体如下：包括冶炼工序、连铸工序和轧制工序，在所述冶炼工序中，采用钒氮微合金化并且加入微氮合金进行增氮处理，以使最终获得的HRB600钢筋按重量百分比含有0.08~0.12%的V和0.016~0.024%的N。
上述两种方法在所述连铸工序中，中间包钢水温度均为1515-1530℃；正常拉速均为2.0-2.5m/min；中间包液面高度均为700-800mm；连铸机均实行全保护浇铸。
本发明的有益效果：本发明通过富氮和钒微合金化处理生产出了高屈服强度、高抗拉强度，高延伸率的高强度热轧钢筋，可以节省钢材，降低建造成本，增加结构强度加大安全储备量，增加建筑安全性。此外，微合金元素V的用量少，大幅度的降低了生产成本，本发明的HRB600钢筋的钒含量比同级别的屈服强度的钢筋中的钒的含量减少了30~40%左右，比如山东石横开发的600MPa锚杆，钒含量为0.14-0.16%，按中限计算，本发明可节约钒33.33%。另外，本发明方法简单，容易实现大规模生产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明，但本发明并不限于此。以下百分比均为重量百分比。
本发明提供的HRB600钢筋按重量百分比由以下成分组成：C：0.21~0.25%、Mn：1.40~1.80%、Si：0.65~0.85%、V：0.08~0.12%、S≤0.020%、P≤0.025%、N：0.016~0.024%；其余为Fe和不可避免的杂质。
所述HRB600钢筋优选按重量百分比由下列元素组成：C：0.21~0.25%、Mn：1.60~1.80%、Si：0.75~0.80%、V：0.08~0.12%、S≤0.020%、P≤0.025%、N：0.016~0.024%，其余为Fe和不可避免的杂质。
所述的HRB600钢筋，其屈服强度Rel≥600MPa，抗拉强度Rm≥740MPa，延伸率A≥15%（以上力学性能参数均基于GB/T228.1来测定）。
本发明提供的上述HRB600钢筋的生产方法的技术方案如下：包括冶炼工序、精炼工序、连铸工序和轧制工序；其中：
冶炼工序包括采用转炉或电炉冶炼钢水、钢包合金化和钢包底吹氩，在钢包合金化步骤中，使钢水的N含量达到0.014~0.022%，V的含量达到0.08~0.12%，比如可加入钒氮合金来进行合金化；优选地，转炉控制炉渣碱度为2.8-3.2，以保证过程渣化好，终渣化透；优选地，终点碳含量0.10%-0.16%。
在精炼工序中，待炉渣变白后加入微氮合金（如氮化硅、氮化硅锰等）进行增氮处理，以控制钢水中的N含量为0.016~0.024%，V含量为0.08~0.12%。优选地，白渣或黄白渣保持15-30min，软吹时间8-20min；优选地，脱氧剂采用碳化硅或复合脱氧剂（购自山东章丘市川达有限责任公司或甘肃泰盛物资集团有限责任公司龙泉碳化硅分公司）；优选地，钢水进站温度为1560-1570℃，钢水出站温度为1600-1620℃，精炼时间20-30min。
优选地，在连铸工序中，中间包钢水温度：1515-1530℃；正常拉速：2.0-2.5m/min；中间包液面高度≥700mm，优选为700-800mm；连铸机实行全保护浇铸。
本发明提供的上述HRB600钢筋的生产方法的另一技术方案为：包括冶炼工序、连铸工序和轧制工序；其中：
冶炼工序包括采用转炉或电炉冶炼钢水、钢包合金化和钢包底吹氩，在钢包合金化步骤中，使钢水的N含量达到0.016~0.024%，V的含量达到0.08~0.12%，比如可加入钒氮合金和微氮合金来实现上述目的；优选地，转炉控制炉渣碱度为2.8-3.2，以保证过程渣化好，终渣化透；优选地，终点碳含量0.10%-0.16%。
优选地，在连铸工序中，中间包钢水温度：1515-1530℃；正常拉速：2.0-2.5m/min；中间包液面高度≥700mm，优选为700-800mm；连铸机实行全保护浇铸。
本发明得到的HRB600钢筋的规格为Φ10-50mm。
下面结合具体的实施例对本发明做出更详细的说明。
实施例1
HRB600钢筋的生产包括冶炼工序、精炼工序、连铸工序和轧制工序。其中，
转炉冶炼工序：该炉原料铁水加入量为88.9吨，废钢加入量为4.8吨；吹氧脱碳，供氧时间为15.5分钟；造渣料石灰加入量为4940千克，萤石加入量为156千克，烧结块为769千克；合金化过程中，硅铁合金和锰铁合金加入量为2333千克，钒氮合金为145千克，炉渣碱度为2.8-3.2。
LF精炼工序：钢包到精炼位后，根据温度、渣况进行造渣、脱氧，其中，钢水进站温度1570℃，出站温度1602℃，精炼时间25分钟，复合脱氧剂加入量180千克，炉渣变白后加入微氮合金氮化硅58.5千克，白渣保持20min，成分温度合适后，进行“软吹”操作，软吹时间10分钟。
连铸工序：5号连铸是六机六流的方坯连铸机，在整个过程中间包液面稳定，中间包钢水温度1526℃，拉速稳定在2.1m/min，中间包液面高度为700mm，连铸机实行全保护浇铸。得到的方坯的规格为150mm×150mm。
轧制工序：取上述方坯在1060~1130℃的开轧温度进行轧制，并在980~1030℃的终轧温度进行轧制，轧后自然冷却。从而得到满足性能要求的HRB600钢筋。该钢筋的成分及力学性能参见表1。
实施例2
HRB600钢筋的生产包括冶炼工序、精炼工序、连铸工序和轧制工序。其中，
转炉冶炼工序：该炉原料铁水加入量为89.4吨，废钢加入量为4.9吨；供氧时间为15分钟，造渣料石灰加入量为4950千克，萤石加入量为155千克，烧结块为755千克，合金化过程中，硅铁合金和锰铁合金加入量为2450千克，钒氮合金为150千克，炉渣碱度为2.8-3.2。
LF精炼工序：钢包到精炼位后，根据温度、渣况进行造渣、脱氧，其中，钢水进站温度1560℃，出站温度1610℃，精炼时间25分钟，复合脱氧剂加入量为160千克，炉渣变白后加入微氮合金氮化硅58.5千克，白渣保持25min，成分温度合适后，进行“软吹”操作，软吹时间15分钟。
连铸工序：5号连铸是六机六流的方坯连铸机，在整个过程中间包液面稳定，中间包钢水温度1524℃，拉速稳定在2.1m/min，连铸机实行全保护浇铸。得到的方坯的规格为150mm×150mm。
轧制工序：取上述方坯在1060~1130℃的开轧温度进行轧制，并在980~1030℃的终轧温度进行轧制，轧后自然冷却。从而得到满足性能要求的HRB600钢筋。该钢筋的成分及力学性能参见表1。
实施例3
HRB600钢筋的生产包括冶炼工序、精炼工序、连铸工序和轧制工序。其中，
转炉冶炼工序：该炉原料铁水加入量为90.3吨，废钢加入量为4.7吨；供氧时间为15分钟，造渣料石灰加入量为4788千克，萤石加入量为145千克，烧结块为830千克，在合金化过程中，硅铁合金和锰铁合金加入量为2430千克，钒氮合金为155千克。
LF精炼工序：钢包到精炼位后，根据温度、渣况进行造渣、脱氧，其中，钢水进站温度1560℃，出站温度1620℃，精炼时间29分钟，复合脱氧剂加入量为175千克，炉渣变白后加入微氮合金氮化硅58.5千克，白渣保持30min，成分温度合适后，进行“软吹”操作，软吹时间20分钟。
连铸工序：5号连铸是六机六流的方坯连铸机，在整个过程中间包液面稳定，中间包钢水温度1527℃，拉速稳定在2.1m/min，连铸机实行全保护浇铸。得到的方坯的规格为150mm×150mm。
轧制工序：取上述方坯在1060~1130℃的开轧温度进行轧制，并在980~1030℃的终轧温度进行轧制，轧后自然冷却。从而得到满足性能要求的HRB600钢筋。该钢筋的成分及力学性能参见表1。
实施例4
HRB600钢筋的生产包括冶炼工序、连铸工序和轧制工序。其中，
转炉冶炼工序：该炉原料铁水加入量为88.9吨，废钢加入量为4.8吨；吹氧脱碳，供氧时间为15.5分钟；造渣料石灰加入量为4940千克，萤石加入量为156千克，烧结块为769千克；合金化过程中，硅铁合金和锰铁合金加入量为2333千克，钒氮合金为145千克，微氮合金氮化硅为58.5千克，炉渣碱度为2.8-3.2。
连铸工序：5号连铸是六机六流的方坯连铸机，在整个过程中间包液面稳定，中间包钢水温度1526℃，拉速稳定在2.1m/min，中间包液面高度为700mm，连铸机实行全保护浇铸。得到的方坯的规格为150mm×150mm。
轧制工序：取上述方坯在1060~1130℃的开轧温度进行轧制，并在980~1030℃的终轧温度进行轧制，轧后自然冷却。从而得到满足性能要求的HRB600钢筋。该钢筋的成分及力学性能参见表1。
表1为本发明钢筋的部分成分含量（wt%）和力学性能
通过以上实施例可以看出，根据本发明方法生产的HRB600钢筋高具有优异的屈服强度、抗拉强度和延伸率。
Claims (11)
1.一种HRB600钢筋，其特征在于，按重量百分比由下列元素组成：C：0.21~0.25%、Mn：1.40~1.80%、Si：0.65~0.85%、V：0.08~0.12%、S≤0.020%、P≤0.025%、N：0.016~0.024%、其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的HRB600钢筋，其特征在于，所述HRB600钢筋按重量百分比由下列元素组成：C：0.21~0.25%、Mn：1.60~1.80%、Si：0.75~0.80%、V：0.08~0.12%、S≤0.020%、P≤0.025%、N：0.016~0.024%、其余为Fe和不可避免的杂质。
3.权利要求1或2所述的HRB600钢筋的生产方法，包括冶炼工序、精炼工序、连铸工序和轧制工序，其特征在于，在所述冶炼工序中采用钒氮微合金化，并且在所述精炼工序中向钢水中加入微氮合金进行增氮处理，以使最终获得的HRB600钢筋按重量百分比含有0.08~0.12%的V和0.016~0.024%的N。
4.根据权利要求3所述的HRB600钢筋的生产方法，其特征在于，在所述冶炼工序中，控制炉渣碱度为2.8-3.2，终点碳含量0.10wt%-0.16wt%。
5.根据权利要求3所述的HRB600钢筋的生产方法，其特征在于，在所述精炼工序中，待炉渣变白后加入微氮合金。
6.根据权利要求3所述的HRB600钢筋的生产方法，其特征在于，在所述精炼工序中，白渣或黄白渣保持15-30min，软吹时间为8-20min。
7.根据权利要求3所述的HRB600钢筋的生产方法，其特征在于，在所述精炼工序中，脱氧剂采用碳化硅或复合脱氧剂。
8.根据权利要求3所述的HRB600钢筋的生产方法，其特征在于，在所述精炼工序中，钢水进站温度为1560-1570℃，钢水出站温度为1600-1620℃，精炼时间为20-30min。
9.权利要求1或2所述的HRB600钢筋的生产方法，其特征在于，包括冶炼工序、连铸工序和轧制工序，其特征在于，在所述冶炼工序中，采用钒氮微合金化并且加入微氮合金进行增氮处理，以使最终获得的HRB600钢筋按重量百分比含有0.08~0.12%的V和0.016~0.024%的N。
10.根据权利要求3或9所述的HRB600钢筋的生产方法，其特征在于，在所述连铸工序中，中间包钢水温度为1515-1530℃；正常拉速为2.0-2.5m/min；中间包液面高度为700-800mm；连铸机实行全保护浇铸。
11.根据权利要求3或9所述的HRB600钢筋的生产方法，其特征在于，所述微氮合金为氮化硅或氮化硅锰。
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