CN104357733B - 一种不锈螺纹钢的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不锈螺纹钢的生产方法，首先确定不锈钢的化学元素成分，按照重量百分比为：碳：0.02～0.12，硅：0.20～0.60，锰：0.80～2.00，镍：8.0～14.0，铬：16.0～25.0，钼：0.10～3.00，铜：0～0.20，硼：0.0002～0.0020，硫：0～0.010，磷：0～0.040，氮：0.10～0.25，其余为Fe和不可避免杂质；然后采用两步工艺流程：第一步：电弧炉初炼→AOD精炼→LF精炼→连铸；第二步：热连轧至成品规格。
Description
技术领域
本发明涉及一种不锈螺纹钢的生产方法，尤其是指奥氏体不锈螺纹钢的成分设计及其制造方法。
背景技术
不锈钢是以铬(Cr≥10.5％)为主要元素，耐气体、水、酸、碱、盐等介质腐蚀的钢种。按钢组织分类，不锈钢主要有：奥氏体不锈钢、体素体不锈钢、双相不锈钢、马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢。
螺纹钢是热轧带肋钢筋的俗称。普通热轧钢筋其牌号由HRB和牌号的屈服点最小值构成。热轧带肋钢筋分为HRB335(20MnSi)、HRB400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)、HRB500等牌号。
不锈螺纹钢是不锈钢加强筋的俗称，主要用于在侵蚀环境中的建筑工程、交通运输、海洋环境、石油石化及其他需要耐腐蚀钢筋材料的领域。
目前，我国螺纹钢多采用碳钢连铸坯直接轧制，典型的钢种为HRB335、HRB400、HRB500等，这种方法生产的优点是工艺简单、生产效率高、成材率较高、制造成本较低等等，但受其钢种特性限制，造成其成品螺纹钢不耐腐蚀，无法满足海洋环境、石油化工等工程质量的要求。而现有的不锈钢因为受钢种特性限制，所制成的螺纹钢筋强度较低(一般屈服强度只有200MPa～400MPa)，无法满足高强度建筑工程构件的要求(如英国螺纹钢标准BS6744-2009中有屈服强度≥500MPa和≥650MPa的级别要求)。
中国专利号CN201310545482.4公开了一种不锈螺纹钢的生产方法，工艺流程包括：开坯、粗轧、中轧、精轧，其特征在于：成品经中轧后，设置穿水冷却装置，精冷却后再进入精轧机，具体步骤为：在成品轧制前增加穿水冷却装置，实现双相螺纹钢成品前控制冷却，冷却流量为35-45m3/小时，压力为0.4-0.6MPa，冷却时间为1-2秒。系双相不锈钢轧制成材技术，而本发明为奥氏体不锈螺纹钢生产技术，两者钢基体组织不同。
中国专利号CN201410006309.1公开了一种消除不锈螺纹钢横肋裂纹的方法，其特征在于：在不锈螺纹钢辊环基圆和横肋交界处加工圆角，使不锈螺纹钢筋在轧制时消除横肋根部棱角和裂纹。而本发明设计的奥氏体不锈钢组织为单一奥氏体相，热加工性能及好，一般无裂纹产生。
但是现有技术都没有公开如何用单一奥氏体相，设计高强度不锈螺纹钢的成分及具体生产工艺。本发明人旨在大量的生产实践中，通过大量的实验，得出优化的配方和参数，从而提供一种耐腐蚀、经济型(低成本)的高质量(高强度、耐腐蚀)的奥氏体不锈螺纹钢冶炼及轧制技术，满足建筑工程、桥梁、石油石化等行业的需要。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明针对目前螺纹钢易腐蚀，易开裂的缺点，提供了一种新的不锈螺纹钢的生产方法。
本发明的目的是：在不增加轧制成本的基础上解决现有碳钢螺纹钢易腐蚀和现有不锈螺纹钢强度低且轧制过程中易开裂的问题；目的是提高螺纹钢的强度和耐腐蚀性尤其是耐海洋环境腐蚀，从而提高质量和使用寿命进一步降低工程成本。本发明对于跨海大桥提拉索构件尤为有效，大大提高了使用寿命，降低了工程造价和维护成本。
此外，在大量的生产实践中，通过大量的实验，得出优化的配方和参数，从而生产得到的不锈螺纹钢在前述优点的基础上，更是意料不到地得到非常高质量的成品，其各种指标优良，尤其是力学性能远超常规不锈螺纹钢，这超出了本领域技术人员的预期。
本发明开发一种不锈螺纹钢其特征在于钢的化学元素成分(重量％)是：碳：0.02～0.12，硅：0.20～0.60，锰：0.80～2.00，镍：8.0～14.0，铬：16.0～25.0，钼：0.10～3.00，铜：0～0.20，硼：0.0002～0.0020，硫：0～0.010，磷：0～0.040，氮：0.10～0.25，其余为Fe和不可避免杂质。
成分设计理由或原理：
碳：碳是稳定奥氏体的元素，同时碳在不锈钢中与Cr、Mn、Mo等元素形成碳化物强化基体，使钢的强度和硬度大幅提高，但C过高则对韧性及晶间腐蚀不利，因此碳控制为0.02～0.12％可以在获得高强度的同时确保良好的韧性及耐腐蚀性。
锰：锰是奥氏体稳定化元素，增加奥氏体的稳定性，拟制奥氏体的分解。同时，锰可以起到脱氧剂和脱硫剂的作用，可净化钢液，但锰过高会促使晶粒粗大，此外，在提高钢的耐腐蚀性能方面，锰的作用不大，因此控制为0.80～2.00％。
硅：硅是铁素体形成元素，对形成奥氏体有不良的影响，在奥氏体不锈钢中随着硅含量的提高，δ铁素体含量将增加，从而影响钢的性能。但硅固溶于铁素体和奥氏体中，有明显的强化作用。硅降低碳在奥氏体中的溶解度，促使碳化物析出，提高强度和硬度。但硅过高将显著降低钢的塑性和韧度，因此控制为0.20～0.60％可以保证良好的韧性及耐晶间腐蚀性能。
铬：铬是碳化物形成元素，促进了钢的钝化并促使刚保持稳定钝态的结果。同时，铬又是强烈形成并稳定铁素体的元素，溶于奥氏体中强化基体且不降低韧度，缩小奥氏体区，推迟过冷奥氏体转变，增加钢的淬透性。使钢的强度和硬度明显提高，对抗晶间腐蚀和抗氧化能力是有益的。因此，本发明钢设计铬含量为16.0～25.0％。
镍：是形成并稳定奥氏体的元素，改善高铬钢的组织，使不锈钢的耐腐蚀性能及工艺性能获得改善，使钢具有良好的强度和塑性、韧性的配合。但镍是影响不锈钢成本的主要合金元素，因此控制镍含量为8.0～14.0％。
钼：钼是形成铁素体的元素，钼能改善奥氏体不锈钢的高温力学性能，在不锈钢中还能形成沉淀析出相，提高钢的强度。此外，钼的加入可以促使不锈钢表面钝化并能有效拟制氢原子在金属表面形成的点蚀，具有增强不锈钢抗点腐蚀和缝隙腐蚀的能力，因此，控制钼含量为0.10～3.00％。
硼：硼与氧、氮有很强的亲和力，并能与硫、碳化合，亦可与某些金属化合生成硬度较大的硼化物。微量硼加入可改善奥氏体不锈钢热塑性和耐敏化态晶间腐蚀性能，但当硼含量超过一定量时，在钢中形成低熔点的硼化物，降低钢的热加工性能和塑性，因此控制硼含量为0.0002～0.0020％。
氮：是不锈钢中的重要元素，是一种提高奥氏体稳定性的有效元素，除可代替部分镍以节约贵重的镍元素外，还可提高钢的强度和耐腐蚀性能。因此从强塑性和冷热加工性能、疲劳性能及耐高温腐蚀性能考虑，本发明钢加入0.10～0.25％的氮是最合适的含量。
同时，硫、磷、铅、锑、铋在技术条件允许情况下应尽可能降低其含量，以减少原奥氏体晶界处的偏聚，提高韧性。残余元素和其他气体含量控制在相当低含量水平，使钢具有相当高的纯净度，溶于奥氏体中的碳元素与各元素之间达到理想的最佳配比含量，从而使材料具有良好的强度、韧性、耐腐蚀性等综合性能。
本发明的技术方案如下：
上述不锈螺纹钢的生产方法，采用两步工艺流程：第一步：电弧炉EAF初炼→AOD精炼→LF精炼→连铸；第二步：连铸坯加热→直接轧制到成品规格。
具体而言：
第一步：电弧炉初炼→AOD精炼→LF精炼→连铸
在20～60吨的电弧炉中进行钢液初炼；相应吨位的氩氧精炼炉精炼；连铸浇注；生产150方至220方的合格连铸方坯；连铸坯精整。
按本技术要求控制成分含量，连铸坯应进行点磨或全剥皮精整。
第二步，热连轧至成品规格
精整后的连铸坯冷送至轧机进行轧制，按成品规格不同开选用220mm×220mm、160mm×160mm或150mm×150mm方坯，热连轧至成品规格。
所述连铸坯加热工艺：均热1180±20℃，加热保温时间不低于2.5小时，开轧温度不低于1080℃；
所述轧制工艺：经5机架粗轧机，再经4机架550、4机架450、6机架380预精轧机，飞剪切头尾后进6机架320，最后进8机架精轧机轧制到成品规格。
粗轧温度不低于1000℃，进精轧温度不低于950℃，终轧温度不低于850℃。
冷却方式：红钢强风冷却，定尺锯切后上冷床缓冷并收集。
综上所述，一种不锈螺纹钢的轧制方法，其特征在于按照常规电弧炉熔炼、精炼工艺及给定的合金元素比例，采用连铸连轧工艺生产；经过粗中轧、精轧后成材。
本发明的有益之处在于：
1、质量好。采用本发明技术生产的不锈螺纹钢强度可以达到屈服Rp0.2≥500MPa，满足BS6744-2009混凝土用不锈钢棒加强筋棒材标准中Grade500的要求(Rp0.2≥500MPa)，抗拉强度最大可达到Rm:700MPa～850MPa，大大超过了不锈钢棒材标准GB/T1220-2007中奥氏体钢强度的要求(Rm≥685MPa，Rp0.2≥345MPa)。
2、热加工性能好。采用本发明技术生产不锈螺纹钢，冶炼和轧制过程中热塑性较好，不易产生裂纹等热加工缺陷。
3、成本低。采用本发明技术生产的不锈螺纹钢无需通过后道冷加工来依靠加工硬化提高强度，同时冶炼和轧制生产成本未明显增加。由于采用了特有的低温短时固溶工艺，尽一步降低了热处理加工成本和效率。由于强度大幅提高，降低了工程的材料成本。更为重要的是，使用本技术生产的不锈螺纹加强钢筋，施工成本无明显增加而因为使用寿命高等优点将使后期维护成本明显下降。
附图说明
附图1为本发明的工艺流程示意图。
附图2本发明与常规方法生产的不锈螺纹钢高倍组织对比。可见，采用本发明生产的不锈螺纹钢棒材的高倍组织与常规方法生产的不锈螺纹钢棒材的高倍组织无明显差异。
具体实施方式
实施例1
实施例1-3采用不同的不锈钢配方，不同的具体实施工艺参数，按照如下同样的两步法工艺流程生产不锈螺纹钢：
第一步：冶炼
电炉返回钢熔炼，出钢温度不低于1580℃，出钢量25.0～25.8t，钢包内渣量控制在150Kg以内。
AOD精炼兑钢后测温取样，吹氧脱碳。加入石灰800kg、镁砂50kg。当温度≥1680℃时加入合金。随后加入石灰1000～1200kg，吹氧脱碳至0.20～0.30％时，测温取样，加入石灰1000～1200kg。底吹气全程吹氮。终点碳控制0.03％～0.08％。
LF精炼钢包就位即通电升温，微调成分至成品要求成分范围，钢水弱搅拌时间大于10分钟。
连铸开浇温度为液相线温度加60～80℃。连铸浇铸150mm×150mm方连铸坯，坯长9000mm。
第二步：轧制
加热工艺：加热工艺采取800℃进炉保温，以不大于100℃/h的速度升温至1160℃～1200℃后保温2.5小时。
轧制工艺：开轧温度不低于1080℃；终轧温度不低于850℃，强风冷却，定尺锯切后冷床缓冷并收集。
所得到的螺纹钢可选择性的经热处理后进行酸洗。所述成品固溶工艺条件为：1000±50℃保温20±10分钟后，以不低于980±25℃的温度快速水冷到常温。
固溶工艺为本发明特有的低温短时固溶工艺，可见与常规固溶工艺相比，由于降低了固溶温度同时缩短了固溶时间，热处理成本明显降低。
表1为实施例1-3的不锈螺纹钢具体成分组成。
表1实施例1-3的不锈钢具体成分
表2为实施例1-3的具体实施过程工艺参数。
表2实施例1-3的具体实施过程工艺参数
表3为实施例1-3轧制孔型参数。
表3本发明轧制孔型参数
表4为实施例1-3生产得到的不锈螺纹钢与现有技术常规不锈螺纹钢的低倍组织对比。
表4本发明与常规方法生产的不锈螺纹钢低倍组织对比
| 低倍评级 | 锭型偏析 | 一般疏松 | 中心疏松 |
| 常规不锈螺纹钢 | 1.0 | 1.5 | 1.0 |
| 实施例1 | 1.0 | 1.5 | 1.0 |
| 实施例2 | 0.5 | 1.0 | 1.0 |
| 实施例3 | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
此检测数据只针对上述检测样品。
可见，采用本发明生产的不锈螺纹钢棒材的低倍评级与常规方法生产的不锈螺纹钢棒材的低倍评级无明显差异。
表5为实施例1-3生产得到的不锈螺纹钢与现有技术常规不锈螺纹钢的力学性能对比。
表5本发明与常规方法生产的不锈螺纹钢力学性能对比
| 力学性能 | Rm,MPa | Rp0.2,MPa | A,％ | Z,％ |
| 常规不锈螺纹钢 | 525 | 230 | 43 | 625 --> |
| 实施例1 | 680 | 515 | 45 | 63 |
| 实施例2 | 715 | 530 | 48 | 66 |
| 实施例3 | 820 | 660 | 42 | 61 |
此检测数据只针对上述检测样品。
从以上数据可以看到，本发明工艺生产得到的不锈螺纹钢，各项力学指标都相对现有技术有极大的提高，采用本发明生产的不锈螺纹钢棒材的塑性未降低而强度性能明显提高。尤其是实施例3的指标，更是远远超出预期。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种不锈螺纹钢的生产方法，其特征在于其步骤如下：
（1）确定不锈钢的化学元素成分，按照重量百分比为：碳：0.02~0.12，硅：0.20~0.60，锰：0.80~2.00，镍：8.0~14.0，铬：16.0~25.0，钼：0.10~3.00，铜：0~0.20，硼：0.0002~0.0020，硫：0~0.010，磷：0~0.040，氮：0.10~0.25，其余为Fe和不可避免杂质；
（2）冶炼：在20~60吨的电弧炉中进行钢液初炼；相应吨位的氩氧精炼炉精炼；连铸浇注；生产150方至220方的合格连铸方坯；连铸坯精整；所述连铸坯应进行点磨精整；
（3）热连轧至成品规格：精整后的连铸坯冷送至轧机进行轧制，按成品规格不同可选用220mm×220mm、160mm×160mm或150mm×150mm方坯，热连轧至成品规格，然后进行固溶得到成品；
所述轧制工艺为：经5机架粗轧机，再经4机架550、4机架450、6机架380预精轧机，飞剪切头尾后进6机架320，最后进8机架精轧机轧制到成品规格；
轧制工艺中的冷却方式为：红钢强风冷却，定尺锯切后上冷床缓冷并收集；
所述连铸坯加热工艺：均热1180±20℃，加热保温时间不低于2.5小时，开轧温度不低于1080℃；粗轧温度不低于1000℃，进精轧温度不低于950℃，终轧温度不低于850℃。
2.权利要求1所述的生产方法生产得到的不锈螺纹钢。
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