CN104894476A - 一种建筑网格用钢盘条及其制备方法 - Google Patents
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- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Abstract
本发明属于钢铁材料制作领域，具体来说涉及一种建筑网格用钢盘条及其生产方法。化学成份按重量百分数计为[C]：0.15～0.20％、[Si]：0.15～0.35％、[Mn]：0.60～0.90％、[Cr]：0.30～0.40％、[P]≤0.040％、[S]≤0.050％，其余为Fe和不可避免的杂质。生产方法包括转炉冶炼、LF精炼、小方坯连铸和轧机轧制。本发明生产的建筑网格用钢盘条，成本低廉，化学成分合格，屈服强度Rel≥360MPa、抗拉强度Rm≥520MPa、伸长率A≥25％，盘条通条性、焊接性能和冷弯性能良好，能避免加工过程中因母材原因引起的断裂，完全满足国外建筑网格用钢客户的需求。
Description
技术领域
本发明属于钢铁材料制作领域，具体来说涉及一种建筑网格用钢盘条及其生产方法。
背景技术
建筑网格用钢广泛用于建筑、桥梁等行业领域，要求具有较高的强度、良好的焊接性、良好的延伸率、良好的耐冷弯性等特点。
建筑用钢在全球钢铁消费市场占有举足轻重的地位，而网格用钢是建筑行业常见的、使用量较大的钢铁材料之一。目前，国外市场上主要用含硼含钒热轧盘条经加工后用作建筑网格用钢的生产，但由于钒铁价格长期居高不下，且含硼热轧盘条易引起表面裂纹，生产的网格用钢不仅会增加生产成本，同时还会影响母材的质量。在我国大力倡导节能减排的背景下，作为资源消耗大户的钢铁业，企业应在保质量的前提下适当控制生产成本。因此，为了拓展国际业务，提高产品市场竞争力，急需开发含铬盘条代替含硼含钒盘条用作建筑网格用钢的生产，由于盘条成份中含有0.30％～0.40％的铬，铬可以细化晶粒，从而进一步提高性能，但若生产过程中采用工艺不当，会对伸长率等其他力学性能指标造成不利影响，同时会加大冷弯性能和焊接性能合格的难度。由于用户经加工后，要求获得良好的力学性能、良好的表面质量、冷弯性和焊接性的最终产品，因而盘条应具有稳定的化学成分、较小的尺寸偏差、洁净的母材、良好的力学性能以及理想的组织。
含铬建筑网格用钢盘条的开发一方面可以减少钒铁和锰铁的加入量，另一方面可以加大炼铁原料矿石的选择范围，具有节能减排、提质降本的现实意义。其关键技术在于确保化学成分和力学性能合格的同时，如何有效避免盘条在用户加工过程中因母材原因引起的断裂，也是目前含铬建筑网格用钢的相关生产厂家所遇到的共同难题。
目前，国内中国专利数据库中涉及热轧钢筋的技术方案较多，但尚无涉及含铬热轧建筑网格用钢盘条的内容。
发明内容
本发明的目的在于针对以上技术难题，通过合理的化学成分、工艺设计和参数选择，提供了一种含铬建筑网格用钢盘条及其生产方法，能确保该钢屈服强度Rel≥360MPa、抗拉强度Rm≥520MPa、伸长率A≥25％，且盘条通条性、焊接性能和冷弯性能良好，最终达到盘条在满足力学性能的同时，避免盘条在加工过程中因母材原因引起断裂的目的。
为了实现上述目的，本发明所涉及的一种建筑网格用钢盘条，其化学成份按重量百分数计为：[C]：0.15～0.20％、[Si]：0.15～0.35％、[Mn]：0.60～0.90％、[Cr]：0.30～0.40％、[P]≤0.040％、[S]≤0.050％，其余为Fe和不可避免的杂质，
优选地，其化学成份按重量百分数计为：[C]：0.16～0.20％、[Si]：0.20～0.30％、[Mn]：0.70～0.80％、[Cr]：0.32～0.37％、[P]≤0.030％、[S]≤0.030％，其余为Fe和不可避免的杂质，
本发明成分设计理由：
C是钢中重要、廉价的强化元素，通过在钢中形成固溶体组织来提高钢的强度，但含量过高会使钢的焊接性能降低。本发明中优选为0.16～0.20％；
Si可以提高钢的强度，但含量过高会使钢的塑性和韧性降低。本发明中一般选择为0.15～0.35％，优选为0.20～0.30％；
Mn可以起到固溶强化的作用，但锰含量过高易诱发偏析，且增加生产成本。为确保强度和控制生产成本，本发明中优选为0.70～0.80％；
Cr可以提高钢的强度，且当Cr含量超过0.30％时具有耐腐蚀的作用，但同时会影响钢的焊接性和组织。本发明中优选为0.32～0.37％；
P、S为钢中的有害元素，本发明中优选为P≤0.030％、S≤0.030％。
本发明提供了一种上述建筑网格用钢盘条的生产方法，包括转炉冶炼工序、LF炉精炼工序、连铸工序和轧制工序步骤，具体操作如下：
(1)转炉冶炼过程采用低拉碳操作，转炉出钢[C]：0.08～0.15％，出钢[P]≤0.020％，出钢1/4时随钢流依次顺序加入电石、铝饼、合金、石灰和萤石，出钢过程采用挡渣操作，出钢时间为3～5min，
作为优选，步骤(1)所述的炼钢原料为生铁和铁水，铁水要求[Si]:0.20％～0.80％、[P]≤0.14％、[S]≤0.030％，温度T≥1280℃，生铁占原料总重的10％～15％，总装入量135～138t/炉，转炉冶炼15～18min，出钢温度为1620～1660℃，出钢采用挡渣操作，下渣量不超过50mm，
作为优选，步骤(1)中所述的合金为硅锰、硅铁和高碳铬铁，其中加入量电石为0.8～1.2kg/t、铝饼0.8～1.0kg/t、硅锰8.7～9.5kg/t、硅铁1.0～1.5kg/t、高碳铬铁5.6～6.1kg/t和石灰700～800kg/炉，萤石100～150kg/炉，尽可能在转炉炉后加足合金量；
(2)精炼过程视炉渣情况，加入适量电石进行钢渣界面脱氧，全程底吹氩搅拌，出站前喂入硅钙线，出站后进行钢包底软吹氩操作，确保渣面蠕动，钢液不裸露，
进一步地，步骤(2)中所述电石加入量为0.8～1.0kg/t，所述全程底吹氩搅拌压力0.8～1.0MPa，流量200～300NL/min，精炼时间≥25min，出站前喂入硅钙线80～200m/炉，出站后进行钢包底软吹氩操作，底吹氩气流量50～80NL/min，确保渣面蠕动，钢液不裸露，软吹氩时间≥8分钟；严格的底吹氩、喂丝工艺，以实现快速脱氧、脱硫，均匀钢水成分，有效去除钢中夹杂物含量，精炼炉加盖，确保炉内还原性气氛；
(3)连铸全程保护浇注，采用锥度为1.8的结晶器铜管，结晶器采用非正弦振动，并使用结晶器保护渣，
作为优选：步骤(3)中，所述连铸全程保护浇铸，其中大包长水口氩封保护，中包上水口内装，中包使用碱性覆盖剂和碳化稻壳双层覆盖，所述结晶器保护渣使用西保专用低碳钢保护渣(河南省西保冶材集团有限公司；牌号为：低碳钢保护渣)碱度为R＝0.85～1.00，熔点1070～1170℃，粘度为0.4～0.6Pa.S/1300℃；每隔3小时测量一次液渣层厚度，确保液渣层深度为7～10mm，
进一步地，步骤(3)中，所述的非正弦振动频率为120±40Hz，偏斜率15％，振幅±3mm，一冷水流量为1850±100L/min，确保一冷水温差6.5～8.5℃；中包水口采用AlC质水口，水口直径≥Φ30mm，水口插入深度为90～120mm，水口使用时间6～6.5h进行更换；
(4)软吹后吊包温度(参考)：开浇炉次1600～1615℃、连浇炉次1580～1600℃；连浇炉次实行低过热度浇铸，过热度20～30℃，拉速1.85±0.05m/min，连铸过程基本实现“恒拉速”浇注，可有效防止因钢水大翻引起的结晶器卷渣，结晶器采用电磁搅拌连续搅拌模式，搅拌电流210±10A，频率5±0.5Hz，二冷采用中强冷配水模式，
步骤(4)中，所述的二冷采用中强冷模式，比水量0.8L/kg，二冷为气雾冷却，足辊段为全水冷却，且确保矫直段温度大于960℃；
(5)轧钢采用低吐丝温度、风冷工艺进行轧制，除磷水压不小于14MPa，均热段炉温1040～1120℃，开轧温度960±20℃，吐丝温度850±10℃，入口段辊道速度33～38m/min，风机开启4台，风量为风机最大风量的60％-70％，保温罩打开，
采用的风机型号为：GXKL-D3300，每台风机最大风量为200000m3/h。
本发明的有益效果在于：通过合理设计化学成分、严格执行标准化操作和生产方法中各工艺参数，本发明生产含铬建筑网格用钢盘条，通过一系列协同措施，解决了钢盘条在强度与晶相组织上的矛盾，确保该钢屈服强度Rel≥360MPa、抗拉强度Rm≥520MPa、伸长率A≥25％，焊接性能、冷弯性能良好，且从金相组织和力学性能的检验可以看出盘条的通条性能良好，能够保证盘条在满足化学成分和力学性能的同时，避免盘条在加工过程中因母材原因引起的断裂目的，完全符合国外建筑网格用钢客户的需求。同时，本发明可以节约钒铁、锰合金资源，降低了生产成本，且易于生产操作，生产效率高，具有显著的经济效益和社会效益。
具体实施方式
生产工艺简述如下：
120t转炉冶炼→LF钢包精炼→小方坯连铸(160*160mm2)→摩根轧机轧制。
实施例1(炉号715010033)
(1)转炉加入生铁和铁水原料，其中，入炉铁水：Si：0.51％、P：0.104％、S：0.022％，温度T＝1305℃，生铁占原料总量的13％；总装入量137t/炉；
(2)转炉冶炼过程中实行低枪位吹炼操作，转炉冶炼16min；出钢终点[C]＝0.12％，终点[P]＝0.015％，出钢温度1630℃，出钢1/4时随钢流依次顺序加入电石120kg/炉、铝饼100kg/炉、硅铁1.3kg/t、硅锰合金9.0kg/t、高碳铬铁5.8kg/t、石灰750kg/炉和萤石110kg/炉，出钢时间为4.2分钟，出钢过程中采用挡渣操作，下渣量小于50mm；
(3)精炼过程采用电石进行钢渣界面脱氧，加入105kg/炉。精炼时间32分钟，精炼全程底吹氩搅拌，压力0.9MPa，流量260NL/min，出精炼位前喂纯钙线100m/炉，精炼出站后，进行钢包底软吹氩操作，软吹时间15分钟，流量60NL/min，渣面蠕动，无钢水裸露现象；
(4)连铸全程保护浇注，大包长水口氩封保护，中包上水口内装，使用碱性覆盖剂和碳化稻壳双层覆盖，结晶器使用西保专用的低碳钢保护渣，(碱度R＝0.91，熔点1120℃，粘度0.5(Pa.s/1300℃)，浸入式水口插入深度98mm，水口使用时间6小时更换，选用锥度为1.8的结晶器铜管，结晶器采用非正弦振动，频率120Hz，偏斜率15％，振幅±3mm，每隔3小时测量一次液渣层厚度，液渣层深度为8mm；
(5)软吹后吊包温度1585℃，过热度为24℃，拉速1.86m/min，二冷采用中强冷配水模式，比水量0.8L/kg，二冷为气雾冷却，足辊段为全水冷却；结晶器采用电磁搅拌，搅拌参数210A/5Hz，连续搅拌模式，连铸坯矫直段温度大于960℃。
(6)轧制时除磷水压16MPa，均热段炉温1080℃，开轧温度961℃，吐丝温度849℃，入口段辊道速度35m/min，风机开启4台，风量为风机最大风量的65％，保温罩打开，
采用的风机型号为：GXKL-D3300，每台风机最大风量为200000m3/h。
实施例2(炉号715010034)
转炉总装入量136t/炉，出钢终点[C]＝0.14％，其余操作与实施例1相同。
实施例3(炉号715010035)
过热度为25℃，拉速1.85m/min，其余操作与实施例1相同。
实施例4(炉号715010036)
入炉铁水：Si：0.47％、P：0.112％、S：0.019％，温度T＝1313℃，其余操作与实施例1相同。
实施例5(炉号715010037)
钢包软吹时间12分钟，轧制均热段炉温：1079℃，开轧温度：960℃，吐丝温度850℃，其余操作与实施例1相同。
对比例1
将实施例1步骤(2)中随钢流依次顺序加入的电石、铝饼、硅铁、硅锰合金、低碳铬铁、石灰和萤石的添加顺序修改为依次顺序加入铝饼、电石、硅铁、硅锰合金、低碳铬铁、石灰和萤石，其他条件同实施例1。
对最终制得的钢材进行夹杂物的检测，经检测B细类夹杂物存在3.0级情况，远超过本发明实施例中制备的钢材的夹杂物级别，用户在加工过程中会出现断裂现象。
脱氧材料中若先加铝饼，再加入电石，铝饼优先与钢液中的氧反应生成氧化铝，在后续的过程中，可能是钢水中未能上浮的氧化铝或钙铝复合产物残留在钢液中，造成盘条的夹杂物超标；而先加电石脱氧后的产物为CO，离开钢液体系，对钢液没有污染，后续加入铝饼是为了实现深度脱氧。
对比例2
将实例1步骤(6)中风机开启4台，风量为风机最大风量的65％，保温罩打开修改为“风机开启4台，风量为风机最大风量的55％”，其他条件同实施实例1。对最终制得的钢材进行力学性能检测，经检测屈服强度Rel：275～315MPa；抗拉强度Rm：460～480MPa，远低于本发明实施例中制备的钢材的力学性能。
对比例3
将实例1步骤(6)中风机开启4台，风量为风机最大风量的65％修改为“风机开启4台，风量为风机最大风量的75％”，其他条件同实施实例1。对最终制得的钢材进行金相组织检测，经检测金相组织中均存在马氏体组织，用户加工过程中出现断裂现象。
对比例4
将实例1步骤(4)中结晶器使用西保专用的低碳钢保护渣，(碱度R＝0.91，熔点1120℃，粘度0.5(Pa.s/1300℃)修改为西峡冶材专用的低碳钢保护渣，(碱度R＝1.05，熔点1153℃，粘度0.875(Pa.s/1300℃)，其他条件同实施实例1。对最终制得的连铸坯进行检查，连铸坯质量不理想，表面存在渣沟、细小裂纹等缺陷，对最终制得的钢材进行表面质量检验，盘条表面存在多处小裂纹，用户加工过程中出现断裂现象。
对比例5
将实例1步骤(4)和步骤(5)中“结晶器采用非正弦振动，结晶器采用电磁搅拌，搅拌参数210A/5Hz”修改为“结晶器采用正弦振动，结晶器采用电磁搅拌，搅拌参数180A/7Hz”，其他条件同实施实例1。
对最终制得的钢材进行金相组织检测，经检测金相组织中均存在马氏体组织，用户加工过程中出现断裂现象。
实施例1-5所制得的SAE1018Cr的成品化学成分、铸坯低倍质量、非金属夹杂物、气体含量、性能和金相组织分别见表1、表2、表3、表4和表5所示(其中表1～5中各项测试的测试标准如下：成品化学成分：GB/T4336-2002碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法(常规法)；铸坯低倍质量：YB/T 153优质碳素结构钢和合金结构钢连铸方坯低倍组织缺陷评级图；非金属夹杂物：GB/T10561-2005钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法；气体含量：GB/T 11261-2006钢铁氧含量的测定脉冲加热多气熔融红外吸收法、GB/T 20124-2006钢铁氮含量的测定惰性气体熔融热导法；力学性能：GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法；冷弯性能：GB/T232金属材料弯曲试验方法；金相组织：GB/T13298-1991金属显微组织检验方法。)：
表1 实例1-5所制备的钢的成品化学成分(wt/％)
| 炉号 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Cu | Al | As |
| 715010033 | 0.18 | 0.25 | 0.74 | 0.017 | 0.008 | 0.33 | 0.01 | 0.01 | 0.005 | 0.001 |
| 715010034 | 0.18 | 0.26 | 0.75 | 0.018 | 0.010 | 0.33 | 0.01 | 0.01 | 0.005 | 0.001 |
| 715010035 | 0.18 | 0.25 | 0.74 | 0.017 | 0.009 | 0.34 | 0.01 | 0.01 | 0.005 | 0.001 |
| 715010036 | 0.17 | 0.26 | 0.76 | 0.018 | 0.007 | 0.33 | 0.01 | 0.01 | 0.005 | 0.001 |
| 715010037 | 0.18 | 0.24 | 0.75 | 0.017 | 0.011 | 0.34 | 0.01 | 0.01 | 0.006 | 0.001 |
表2 SAE1018Cr铸坯低倍质量
表3 SAE1018Cr非金属夹杂物级别(针对实例1-5所制备的钢所进行的测试。)
| 炉号 | A(细) | A(粗) | B(细) | B(粗) | C(细) | C(粗) | D(细) | D(粗) | DS |
| 715010033 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 0.5 | 0.0 |
| 715010034 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 0.5 | 0.0 |
| 715010035 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 0.5 | 0.0 |
| 715010036 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 0.5 | 0.0 |
| 715010037 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 0.5 | 0.0 |
表4 SAE1018Cr成品气体含量(针对实例1-5制备得到钢进行的测试。)
表5 SAE1018Cr性能和金相组织(针对实例1-5制备得到钢进行的测试。)
Claims (9)
1.一种建筑网格用钢盘条，其特征在于：所述的建筑网格用钢盘条的化学成份按重量百分数计为，[C]0.15～0.20％、[Si]0.15～0.35％、[Mn]0.60～0.90％、[Cr]0.30～0.40％、[P]≤0.040％、[S]≤0.050％，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的建筑网格用钢盘条，其特征在于：所述的建筑网格用钢盘条的化学成份按重量百分数计为，[C]0.16～0.20％、[Si]0.20～0.30％、[Mn]0.70～0.80％、[Cr]0.32～0.37％、[P]≤0.030％、[S]≤0.030％，其余为Fe和不可避免的杂质。
3.如权利要求1所述的建筑网格用钢盘条的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括转炉冶炼工序、LF炉精炼工序、连铸工序和轧制工序，具体操作为，
(1)转炉冶炼工序采用低拉碳操作，转炉出钢[C]0.08～0.15％，出钢[P]≤0.020％，出钢1/4时随钢流依次顺序加入电石、铝饼、合金、石灰和萤石，出钢过程采用挡渣操作，出钢时间为3～5min；
(2)LF炉精炼工序，全程采用底吹氩搅拌，出站前喂入硅钙线，出站后进行钢包底软吹氩操作，确保渣面蠕动，钢液不裸露；
(3)连铸工序全程保护浇注，开浇炉次1600～1615℃、连浇炉次1580～1600℃，连浇炉次实行低过热度浇铸，过热度20～30℃，拉速1.85±0.05m/min，
采用锥度为1.8的结晶器铜管，结晶器采用非正弦振动，并使用结晶器保护渣，二冷采用中强冷配水模式；
(4)轧制工序采用低吐丝温度、风冷工艺进行轧制，除磷水压不小于14MPa，均热段炉温1040～1120℃，开轧温度960±20℃，吐丝温度850±10℃，入口段辊道速度33～38m/min，风机开启4台，风量为风机最大风量的60％-70％，保温罩打开。
4.如权利要求3所述的建筑网格用钢盘条的制备方法，其特征在于：步骤(1)中采用的炼钢原料为生铁和铁水，铁水要求[Si]0.20％～0.80％、[P]≤0.14％、[S]≤0.030％，温度T≥1280℃，生铁占所述炼钢原料总重的10％～15％，所述炼钢原料的总装入量135～138t/炉，转炉冶炼15～18min，出钢温度为1620～1660℃。
5.如权利要求3所述的建筑网格用钢盘条的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的合金为硅锰、硅铁和高碳铬铁，其中，相对于所述炼钢原料的加入量，电石为0.8～1.2kg/t、铝饼0.8～1.0kg/t、硅锰8.7～9.5kg/t、硅铁1.0～1.5kg/t、高碳铬铁5.6～6.1kg/t、石灰700～800kg/炉，萤石100～150kg/炉，在转炉炉后加足合金量。
6.如权利要求3所述的建筑网格用钢盘条的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，全程底吹氩搅拌压力0.8～1.0MPa，流量200～300NL/min，精炼时间≥25min，出站前喂入80～200m/炉的硅钙线，出站后进行钢包底软吹氩操作，所述软吹氩流量50～80NL/min，所述软吹氩时间≥8分钟。
7.如权利要求3所述的建筑网格用钢盘条的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，连铸全程保护浇铸过程中，大包长水口氩封保护，中包上水口内装，中包使用碱性覆盖剂和碳化稻壳双层覆盖，所述结晶器保护渣使用西保专用低碳钢保护渣，碱度为R＝0.85～1.00，熔点1070～1170℃，粘度为0.4～0.6Pa.S/1300℃；每隔3小时测量一次液渣层厚度，确保液渣层深度为7～10mm。
8.如权利要求3所述的建筑网格用钢盘条的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的非正弦振动频率为120±40Hz，偏斜率15％，振幅±3mm。
9.如权利要求3所述的建筑网格用钢盘条的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的中强冷配水模式中，比水量0.8L/kg，二冷为气雾冷却，足辊段为全水冷却，确保矫直段温度大于960℃。
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