CN104233096A - 降低合金成本生产400MPa级热轧带肋钢筋的方法 - Google Patents

Abstract

一种降低合金成本生产400MPa级热轧带肋钢筋的方法，属于冶金技术领域。使用Cr、Ni元素代替部分Mn元素来保证400MPa级热轧带肋钢筋的强度，Cr元素一部分来源于铁水，不足部分使用高碳铬铁配加，Ni元素全部来源于铁水。转炉冶炼所使用的铁水中Cr含量为0.25～0.40％，Ni含量为0.10～0.20％，出钢过程中采用低品位碳化硅进行预脱氧，使用中品位碳化硅代替部分硅铁、增碳剂进行脱氧合金化。连铸浇注所得铸坯供线材轧制400MPa级相应规格热轧带肋钢筋的方法。这种方法能够在保障各工序产品质量以及工艺顺行的前提下，有效降低生产400MPa级热轧带肋钢筋的合金成本。

Description

降低合金成本生产400MPa级热轧带肋钢筋的方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别是提供了一种降低合金成本生产400MPa级热轧带肋钢筋的方法，提高吨钢经济效益。

背景技术

小规格(Φ8mm、Φ10mm)400MPa级热轧钢筋在国民经济建设发展中占据着重要的地位，广泛应用于建筑行业。常规热轧带肋钢筋生产工艺只能通过配加大量的合金元素，甚至需要添加价格昂贵的微合金化元素(钒、铌)元素来满足国标要求的各项指标，导致合金成本较高。

残余元素Cr、Ni含量较高的非主流矿应用于冶炼需要控制残余元素的含量的钢种受到限制。但Cr、Ni属于对提高强度有益元素，烧结矿中配加一定含量的Cr、Ni元素，所得铁水用于冶炼对强度有要求的钢种，这对降低合金成本有着重要意义。

综上所述在现有情况下寻找一种新的热轧带肋钢筋合金化方法，以降低吨钢合金升本，提高经济效益具有良好的可行性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低合金成本生产400MPa级热轧带肋钢筋的方法，以此工艺生产的Φ8mm、Φ10mm热轧带肋钢筋满足GB 1499.2-2007中要求，能有效降低吨钢合金成本，克服了热轧带肋钢筋合金成本高的难点。

本发明所采用的技术方案是：使用Cr、Ni元素代替部分Mn元素来保证400MPa级热轧带肋钢筋的强度，Cr元素一部分来源于铁水，不足部分使用高碳铬铁配加，Ni元素全部来源于铁水。转炉冶炼所使用的铁水中Cr含量为0.25～0.40％，Ni含量为0.10～0.20％，出钢过程中采用低品位碳化硅进行预脱氧，使用中品位碳化硅代替部分硅铁、增碳剂进行脱氧合金化。连铸浇注所得铸坯供线材轧制400MPa级相应规格热轧带肋钢筋的方法。这种方法能够在保障各工序产品质量以及工艺顺行的前提下，有效降低生产400MPa级热轧带肋钢筋的合金成本。

本发明的包括炼铁—炼钢—连铸—轧制。在工艺步骤中控制的技术参数如下：

1.炼铁

炼铁工序采用本领域的常规技术冶炼所得铁水中各化学成分含量按重量百分数范围为：Si：0.20～0.50％，P:≤0.140％，S：≤0.040％，Mn：0.30～0.40％，Cr：0.25～0.40％，Ni：0.10～0.20％；余量为Fe、C及不可避免的残余元素。

2.炼钢

化学成分满足上述要求的铁水经顶吹或顶底复吹转炉冶炼热轧钢筋，吹炼该钢种方法与本领域的常规技术相同。

出钢过程中预脱氧所使碳化硅品位为48-50％，加入量为0.35kg/吨钢；合金化所使碳化硅品位为78-82％，加入量为3kg/吨钢，按照增加0.085％C，增加0.12％Si考虑。使用硅锰合金、硅铁合金、增碳剂、高碳铬铁调整各元素化学成分含量，Ni含量为转炉吹炼终点残余含量。根据目标成分中限以及冶炼终点成分计算硅锰合金、硅铁合金、高碳铬铁的所需加入量，称量后加入合金料斗。合金料斗中各种物料存放层次(从下到上)依次为：合金化用碳化硅、硅铁合金、硅锰合金、高碳铬铁合金。增碳剂出钢过程中直接加入钢包。

转炉出钢1/5后加入预脱氧用碳化硅，待出钢到2/5时加入合金料斗中物料，同时加入增碳剂。出钢过程全程底吹氩气，钢包吹氩站取样，根据各元素含量情况进行微调成分。软吹氩搅拌8～12min，镇静3～5min。

其余工艺与本领域的常规技术相同.

所冶炼的400MPa级热轧带肋钢筋成分按重量百分比计为：

Φ8mm规格：C:0.21～0.24％，Si：0.40～0.50％，Mn：0.90～1.00％，P：≤0.040％，S：≤0.040％，Cr：0.30～0.40％，Ni：0.10～0.20％；余量为Fe及不可避免的杂质。

Φ10mm规格：C：0.21～0.24％，Si：0.45～0.55％，Mn：1.0～1.10％，P：≤0.040％，S：≤0.040％，Cr：0.30～0.40％，Ni：0.10～0.20％；余量为Fe及不可避免的杂质。

3.连铸

上述满足各规格钢筋化学成分要求的钢水经连铸机浇注后得到铸坯。连铸工艺与本领域常规工艺相同。

4.轧制

所得铸坯经高线轧制后得到对应规格400MPa级带肋钢筋产品。轧制工艺与本领域的现有常规技术相同。

对各环节关键技术参数选择的原因如下：

A.本发明中之所以选择使用Cr元素代替部分Mn元素来保证钢筋的强度是因为在400MPa热轧带肋钢筋中，相对于锰元素，铬元素是更强的碳化物形成元素，更能阻碍碳的扩散，因而可提高奥氏体的稳定性，降低临界冷却速度，提高淬透性，促进产生贝氏体组织，同时铬元素能阻碍奥氏体晶粒长大，起到细化晶粒的作用。

B.本发明中控制钢筋化学成分Cr元素含量按重量百分比(％)范围为0.30～0.40％是因为钢水中铬低于0.30％依靠其获得强化组织不明显，对提高性能效果有限。Cr％含量过高需要增加高碳铬铁的加入量，以增加化学成分Cr％含量来降低Mn％含量吨钢合金成本不经济。

C.本发明中控制铁水中Cr的含量按重量百分比(％)最高值为0.40％是因为Cr能显著降低P的活度，并且呈正比态势，铁水中Cr含量过高会使转炉脱磷效果降低。同时冶炼此钢种铁水中Cr的收得率一般为60％左右，铁水中Cr％含量增加会使铁水吹损量增加，而且铁水中Cr元素氧化导致渣量(即Cr203)上升，导致钢铁料消耗升高。综合考虑各种影响因素确定铁水中Cr含量上限控制在0.40％。控制铁水中Cr含量下限为0.25％目的是降低为满足钢水目标成分高碳铬铁合金的加入量。

D.本发明中控制铁水中Ni的含量按重量百分比(％)范围为0.10-0.20％目的是为了多使用Cr％含量较高的低价非主流矿，以保证铁水中的Cr％含量。虽然Ni元素也是对提高钢筋力学性能指标有益元素，提高铁水中Ni％含量可进一步降低合金消耗，但低价非主流含Cr、Ni矿含铁品位一般较低，若同时考虑铁水中的Cr％、Ni％含量势必会降低高炉的入炉品位，导致高炉冶炼经济效果变差，影响铁水成本。

E.本发明预脱氧所使碳化硅品位为48-52％，合金化所使碳化硅品位为78-82％是因为碳化硅按含SiC量进行分级，SiC含量越高，价格也越贵。碳化硅制造工艺是在真空条件下气相生成,其中铝、铁、钙等元素是以碳化物和硅化物的形式存在，低品位碳化硅中碳化物和硅化物含量高能有良好的脱氧效果而且价格较低。碳化硅品位低、杂质含量高而且合金化过程加入量大会给钢水纯净度带来影响，品味过高碳化硅价格高，将其用于合金化不经济。

F.本发明之所以使用碳化硅进行合金化是因为碳化硅的价格优势以及脱氧效果均高于硅铁。出钢量至1/5时加入低品位碳化硅进行预脱氧，待出钢量至2/5时方可加入其它物料目的是利用钢包内氧高的优势增加碳化硅的脱氧效果，降低钢包中的游离氧，以便提高后续加入物料中合金元素的收得率。增碳剂随后加物料加入目的是为了稳定增碳操作。控制预脱氧用碳化硅的加入量为0.35kg/吨钢目的是为了保证碳化硅的脱氧效率，同时减少杂质的带入量。控制合金化用碳化硅的加入量3kg/吨钢是为了减少出钢过程温降。虽然提高吨钢合金化用碳化硅加入量可以进一步降低硅铁合金以及增碳剂的加入量进一步降低合金成本但是需要提高转炉出钢温度，这样会增加炉况维护费用使转炉炉龄经济效果变差。

本发明的有益效果是：按照此方法生产的400MPa级热轧钢筋在满足国标要求的前提下可以降低吨钢合金成本，同时可减少吨钢合金物料总加入量，减少出钢脱氧合金化过程温度损失，降低出钢温度高增加炉衬使用寿命。

具体实施方式

以下结合实例以及对比例对本发明进一步说明。

实施例1：各化学成分含量按重量百分比(％)为Si：0.37％，P:0.140％，S：0.040％，Mn：0.30％，Cr：0.35％，Ni：0.12％；余量为Fe、C及不可避免的残余元素的铁水经标称容量为90吨顶底复吹转炉常规工艺吹炼400MPa级带肋钢筋。出钢过程中预脱氧所使碳化硅品位为50％，加入量为0.35kg/吨钢；合金化所使碳化硅品位为80％，袋装，加入量为3kg/吨钢，按照增加0.085％C，增加0.12％Si考虑。使用硅锰合金、硅铁合金、增碳剂、高碳铬铁调整各元素化学成分含量，Ni含量为转炉吹炼终点残余含量。根据目标成分中限以及冶炼终点成分计算硅锰合金、硅铁合金、高碳铬铁的所需加入量，称量后加入合金料斗。合金料斗中各种物料存放层次(从下到上)依次为：合金化用碳化硅、硅铁合金、硅锰合金、高碳铬铁合金。增碳剂出钢过程中直接加入钢包。

转炉出钢1/5后加入预脱氧用碳化硅，待出钢到2/5时加入合金料斗中物料，同时加入增碳剂。出钢过程全程底吹氩气，钢包吹氩站取样，根据各元素含量情况进行微调成分。软吹氩搅拌10min，镇静3min。所得钢水各化学成分含量按重量百分比(％)为C：0.22％，Si：0.45％，Mn：0.95％，P：0.025％，S：0.015％，Cr：0.33％，Ni：0.12％；余量为Fe及不可避免的杂质。经连铸浇铸成160mm×160mm方坯供线材常规工艺轧制Φ8mm钢筋，所得钢筋的力学性能以及组织如表1中序号为“A”的一行所示。硅锰合金以及硅铁合金中Mn和Si元素的收得率如表2中序号为“A”的一行所示。吨钢物料加入量以及出钢过程温降如表3中序号为“A”的一行所示。吨钢物料成本如4中序号为“A”的一行所示。

实施例2：各化学成分含量按重量百分比(％)为Si：0.35％，P:0.138％，S：0.040％，Mn：0.33％，Cr：0.25％，Ni：0.15％；余量为Fe、C及不可避免的残余元素的铁水按照实施例1中的方法所得钢水各化学成分含量按重量百分比(％)为：0.22％，Si：0.42％，Mn：0.92％，P：0.022％，S：0.019％，Cr：0.33％，Ni：0.15％；余量为Fe及不可避免的杂质。经连铸浇铸成160mm×160mm方坯，常规工艺轧制Φ8mm钢筋，所得钢筋的力学性能以及组织如表1中序号为“B”的一行所示。硅锰合金以及硅铁合金中Mn和Si元素的收得率如表2中序号为“B”的一行所示。吨钢物料加入量以及出钢过程温降如表3中序号为“B”的一行所示。吨钢物料成本如4中序号为“B”的一行所示。

实施例3：各化学成分含量按重量百分比(％)为Si：0.37％，P:0.135％，S：0.039％，Mn：0.35％，Cr：0.35％，Ni：0.15％；余量为Fe、C及不可避免的残余元素的铁水按照实施例1中的方法所得钢水各化学成分含量按重量百分比(％)为C：0.22％，Si：0.49％，Mn：1.05％，P：0.023％，S：0.025％，Cr：0.35％，Ni：0.15％；余量为Fe及不可避免的杂质。经连铸浇铸成160mm×160mm方坯，常规工艺轧制Φ10mm钢筋，所得钢筋的力学性能以及组织如表1中序号为“C”的一行所示；硅锰合金以及硅铁合金中Mn和Si元素的收得率如表2中序号为“C”的一行所示；吨钢物料加入量以及出钢过程温降如表3中序号为“C”的一行所示；吨钢物料成本如4中序号为“C”的一行所示。

实施例4：各化学成分含量按重量百分比(％)为Si：0.35％，P:0.138％，S：0.040％，Mn：0.33％，Cr：0.25％，Ni：0.16％；余量为Fe、C及不可避免的残余元素的铁水按照实施例1中的方法所得钢水各化学成分含量按重量百分比(％)为所得钢水各化学成分含量按重量百分比(％)为C：0.23％，Si：0.53％，Mn：1.02％，，P：0.027％，S：0.028％，Cr：0.37％，Ni：0.16％；余量为Fe及不可避免的杂质。经连铸浇铸成160mm×160mm方坯，常规工艺轧制Φ10mm钢筋，所得钢筋的力学性能以及组织如表1中序号为“D”的一行所示。硅锰合金以及硅铁合金中Mn和Si元素的收得率如表2中序号为“D”的一行所示。吨钢物料加入量以及出钢过程温降如表3中序号为“D”的一行所示。吨钢物料成本如4中序号为“D”的一行所示。

对比例中400MPa级热轧带肋钢筋的各化学成分含量按重量百分比(％)为:

Φ8mm规格：

C：0.21～0.24％，Si：0.40～0.50％，Mn：1.40～1.50％，P：≤0.040％，S：≤0.040％，Cr：≤0.10％，Ni：≤0.10％；余量为Fe及不可避免的杂质。

Φ10mm规格：

C：0.21～0.24％，Si：0.45～0.55％，Mn：1.45～1.55，P：≤0.040％，S：≤0.040％，Cr：≤0.10％，Ni：≤0.10％；余量为Fe及不可避免的杂质。

对比例中冶炼用铁水的各化学成分含量按重量百分比(％)为Si：≤0.50％，P:≤

0.140％，S：≤0.040％，Mn：0.30～0.40％，Cr：≤0.15％，Ni：≤0.10％；余量

为Fe、C及不可避免的残余元素。

对比例1:各化学成分含量按重量百分比(％)为Si：0.40％，P:0.137％，S：0.035％，Mn：0.30％，Cr：0.10％，Ni：0.05％；余量为Fe、C及不可避免的残余元素的铁水经顶底复吹转炉常规工艺吹炼，出钢脱氧合金化过程中使用硅锰合金调整钢种Mn％含量要求至目标范围，钢水中Si％、C％含量不足控制范围部分使用硅铁合金、增碳剂调整至目标成分要求，Cr％、Ni％含量为转炉吹炼终点残余含量。合金化物料硅锰合金、硅铁合金依次加入料斗。转炉出钢1/5后加入合金料斗中其它种类物料，同时加入增碳剂配C％。出钢过程全程底吹氩气，根据各元素含量情况进行微调成分。软吹氩搅拌10min，镇静3min。所得钢水各化学成分含量按重量百分比(％)为C：0.22％，Si：0.45％，Mn：1.40％，P：0.026％，S：0.021％，Cr：0.06％，Ni：0.05％；余量为Fe及不可避免的杂质。经连铸常规工艺浇铸成160mm×160mm方坯，常规工艺轧制Φ8mm钢筋，所得钢筋的力学性能以及组织如表1中序号为“E”的一行所示。硅锰合金以及硅铁合金中Mn和Si元素的收得率如表2中序号为“E”的一行所示。。吨钢物料加入量以及出钢过程温降如表3中序号为“E”的一行所示。吨钢物料成本如4中序号为“E”的一行所示。

对比例2:各化学成分含量按重量百分比(％)为Si：0.33％，P:0.134％，S：0.032％，Mn：0.32％，Cr：0.10％，Ni：0.05％；余量为Fe、C及不可避免的残余元素的铁水按照对比例1中的方法所得钢水各化学成分含量按重量百分比(％)为C：0.24％，Si：0.47％，Mn：1.48％，P：0.032％，S：0.030％，Cr：0.05％，Ni：0.02％；余量为Fe及不可避免的杂质。经连铸常规工艺浇铸成160mm×160mm方坯，常规工艺轧制Φ8mm钢筋，所得钢筋的力学性能以及组织如表1中序号为“F”的一行所示。硅锰合金以及硅铁合金中Mn和Si元素的收得率如表2中序号为“F”的一行所示。。吨钢物料加入量以及出钢过程温降如表3中序号为“F”的一行所示。吨钢物料成本如4中序号为“F”的一行所示。

对比例3:各化学成分含量按重量百分比(％)为Si：0.35％，P:0.138％，S：0.040％，Mn：0.33％，Cr：0.10％，Ni：0.06％；余量为Fe、C及不可避免的残余元素的铁水按照对比例1中的方法所得钢水各化学成分含量按重量百分比(％)为C：0.22％，Si：0.49％，Mn：1.50％，P：0.030％，S：0.030％，Cr：0.06％，Ni：0.06％；余量为Fe及不可避免的杂质。经连铸常规工艺浇铸成160mm×160mm方坯，常规工艺轧制Φ10mm钢筋，所得钢筋的力学性能以及组织如表1中序号为“G”的一行所示。硅锰合金以及硅铁合金中Mn和Si元素的收得率如表2中序号为“G”的一行所示。。吨钢物料加入量以及出钢过程温降如表3中序号为“G”的一行所示。吨钢物料成本如4中序号为“G”的一行所示。

对比例4:各化学成分含量按重量百分比(％)为Si：0.35％，P:0.138％，S：0.040％，Mn：0.33％，Cr：0.12％，Ni：0.06％；余量为Fe、C及不可避免的残余元素的铁水按照对比例1中的方法所得钢水各化学成分含量按重量百分比(％)为C：0.21％，Si：0.52％，Mn：1.53％，P：0.030％，S：0.030％，Cr：0.06％，Ni：0.06％；余量为Fe及不可避免的杂质。经连铸常规工艺浇铸成160mm×160mm方坯，常规工艺轧制Φ10mm钢筋所得钢筋的力学性能以及组织如表1中序号为“H”的一行所示。硅锰合金以及硅铁合金中Mn和Si元素的收得率如表2中序号为“H”的一行所示。。吨钢物料加入量以及出钢过程温降如表3中序号为“H”的一行所示。吨钢物料成本如4中序号为“H”的一行所示。

表1

序号	抗拉强度	屈服强度	延伸率	冷弯	组织
						A	637MPa	439MPa	22.50％	合格	铁素体+珠光体+贝氏体(40％)
B	645MPa	440MPa	23.00％	合格	铁素体+珠光体+贝氏体(40％)
						C	655MPa	451MPa	21.50％	合格	铁素体+珠光体+贝氏体(40％)
D	648MPa	447MPa	22.00％	合格	铁素体+珠光体+贝氏体(40％)
						E	654MPa	442MPa	22.00％	合格	铁素体+珠光体+贝氏体(5％)
F	668MPa	456MPa	21.00％	合格	铁素体+珠光体+贝氏体(5％)
						G	648MPa	439MPa	21.50％	合格	铁素体+珠光体+贝氏体(5％)
H	642MPa	453MPa	20.50％	合格	铁素体+珠光体+贝氏体(5％)

表2

表3

表4

Claims (1)

1.一种降低合金成本生产400MPa级热轧带肋钢筋的方法，包括炼铁—炼钢—连铸—轧制；其特征在于,在工艺步骤中控制的技术参数如下：

冶炼所得铁水中各化学成分含量按重量百分数范围为：Si：0.20～0.50％，P:≤0.140％，S：≤0.040％，Mn：0.30～0.40％，Cr：0.25～0.40％，Ni：0.10～0.20％；余量为Fe、C及不可避免的残余元素；

出钢过程中预脱氧所使碳化硅品位为48-52％，加入量为0.35kg/吨钢；合金化所使碳化硅品位为78-82％，加入量为3kg/吨钢，按照增加0.085％C，增加0.12％Si考虑；使用硅锰合金、硅铁合金、增碳剂、高碳铬铁调整各元素化学成分含量，Ni含量为转炉吹炼终点残余含量；根据目标成分中限以及冶炼终点成分计算硅锰合金、硅铁合金、高碳铬铁的所需加入量，称量后加入合金料斗；合金料斗中各种物料存放层次从下到上依次为：合金化用碳化硅、硅铁合金、硅锰合金、高碳铬铁合金；增碳剂出钢过程中直接加入钢包；

转炉出钢1/5后加入预脱氧用碳化硅，待出钢到2/5时加入合金料斗中物料，同时加入增碳剂；出钢过程全程底吹氩气，钢包吹氩站取样，根据各元素含量情况进行微调成分；软吹氩搅拌8～12min，镇静3～5min；

所冶炼的400MPa级热轧带肋钢筋成分按重量百分比计为：

Φ8mm规格：C:0.21～0.24％，Si：0.40～0.50％，Mn：0.90～1.00％，P：≤0.040％，S：≤0.040％，Cr：0.30～0.40％，Ni：0.10～0.20％；余量为Fe及不可避免的杂质；

Φ10mm规格：C：0.21～0.24％，Si：0.45～0.55％，Mn：1.0～1.10％，P：≤0.040％，S：≤0.040％，Cr：0.30～0.40％，Ni：0.10～0.20％；余量为Fe及不可避免的杂质。