CN105441631A

CN105441631A - 一种多元素氮化合金包芯线及其应用和hrb500e高强度抗震钢的生产方法

Info

Publication number: CN105441631A
Application number: CN201510998600.6A
Authority: CN
Inventors: 陈来祥
Original assignee: MAANSHAN ZHONGKE METALLURGICAL MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: MAANSHAN ZHONGKE METALLURGICAL MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2016-03-30

Abstract

本发明公开了一种多元素氮化合金包芯线及其应用和HRB500E高强度抗震钢的生产方法，属于合金材料应用技术领域。本发明的多元素氮化合金包芯线的线芯包括以下组成成分(以质量分数计)：N：17～26％，V：21～47％，Si：14～35％，B：0.6～6.5％，Ti：0.3～5.0％，Cr：0.01～3.0％，Nb：0～4.5％，Mn：0.5～8％，C≤1.6％，P≤0.10％，S≤0.10％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明的多元素氮化合金能保证在HRB500E高强度抗震钢精炼过程中有足够的N含量，使其V和B充分地与N(C)化合形成析出沉淀强化作用；另外调整Si、Mn、Ti、Cr、Nb元素的含量，达到最佳的正相关强化效果，设计筛选验证对钢性能强化效果影响因素变量最小的微合金化工艺，具有强化效果最充分、工艺稳定性好、目标钢种命中率高等优点。

Description

一种多元素氮化合金包芯线及其应用和HRB500E高强度抗震钢的生产方法

技术领域

本发明属于合金材料应用技术领域，更具体地说，涉及一种氮化合金包芯线及其应用和HRB500E高强度抗震钢的生产方法。

背景技术

我国热轧带肋钢筋按屈服强度等级分类有三个牌号，分别为HRB335、HRB400、HRB500，抗震钢筋在牌号后加E，热轧带肋钢筋按照棒材生产和高线生产的设备不同，分为直条和盘卷两种类型，盘卷的钢筋简称盘螺。HRB500、HRB500E属于高强钢筋，用它代替HRB335、HRB335E钢筋，可节省钢材24％左右，用它代替HRB400、HRB400E钢筋，可节省钢材10％左右。为了适应建筑行业飞速发展的需求，加快建筑用钢材的更新换代，HRB500高强度钢筋得到广泛的研制和推广应用。

抗震钢筋要求具有良好的强度和塑韧性，使钢筋从变形到断裂的时间间隔变长，从而能有效地实现“建筑结构发生变形到倒塌时间间隔尽可能延长”、“牺牲局部保整体”的抗震设计目的。而现有VN合金微合金化技术要满足HRB500E热轧带肋钢筋的强屈比和屈屈比要求存在很大的难度，因为对于500MPa高强度热轧带肋钢筋，要获得高的抗拉强度和屈服强度，大都是通过微合金化或控轧控冷技术细化晶粒来实现的。但是单纯的细晶强化作用提高钢的屈服强度的效果要大于其抗拉强度，这将降低钢筋的强屈比提高钢筋的屈屈比，从而不能同时满足抗震钢筋对强屈比和屈屈比的要求。针对上述不足之处，中国专利申请号为201210375269.9，申请公布日为2013年1月16日的专利申请文件公开了一种高强抗震HRB500E热轧带肋钢筋的生产工艺及其钢筋，通过化学成分的优化设计对HRB500E热轧带肋钢筋进行微合金化处理，并相应地调整轧制前的加热炉加热制度，充分发挥V-N合金在钢中的沉淀强化、细化晶粒作用主要提高钢筋的屈服强度和韧性以及微合金化元素Mo对组织相变的影响主要提高钢筋抗拉强度，使HRB500E热轧带肋钢筋的抗拉强度、屈服强度和韧性获得较好的配合，达到高强抗震的目的。中国专利申请号为200910218248.4，申请公布日为2010年6月2日的专利申请文件公开了一种HRB500E钒氮高强度抗震钢筋及其生产方法，由下列质量比的化学成分组成：C：0.21～0.25wt％、Si：0.45～0.65wt％、Mn：1.35～1.55wt％、V：0.055～0.070wt％、N：0.0145～0.0165wt％、S≤0.045wt％、P≤0.045wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物，该发明通过降钒增氮，并控制合适的开轧温度、终轧温度、轧制速度、轧制道次和时间，使钒的沉淀析出强化效果得到充分发挥，使钢筋强度明显提高。

目前生产HRB500E钢，为提高其强度等性能指标，通常是用氮化钒(V：75～78％，N：12～16％)或氮化钒铁(V：42～57％，N：9～14％)对钢水进行微合金化工艺，预期达到其强化目的。上述方法存在的主要问题和不足之处主要有以下几点：一是钒的有效利用率低，仅有一部分V(约占50～60％)，与N、C形成VN、VC而产生强化作用，一部分V以金属V的形态存在于钢中，而没有明显的强化作用；二是添加的工艺方法较为粗放，一般是在钢水出钢过程中随钢流加入，这样因钢水温度不同，钢水带渣量不同，钢水中氧含量不同等多种因素的变量而导致微合金化效果差异很大；三是添加物的物理状态不一致，一般氮化合金块度为5～60mm的混合颗粒，使其与钢水融合过程中的动力学条件不均衡，而导致强化效果的差异；四是其强化效果不能充分发挥，稳定性差，导致成本升高，钢种命中率降低。因此，必须研究设计合理的HRB500E钢微合金化技术以满足其抗震性能指标，同时要降低微合金化生产成本。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有HRB500E钢生产工艺存在钒的有效利用率低、强化效果不能充分发挥、稳定性差，成本高等问题，本发明提供一种多元素氮化合金包芯线及其应用和HRB500E高强度抗震钢的生产方法。本发明中的多元素氮化合金能保证足够的N含量，使其V充分地与N(C)化合形成析出沉淀强化作用；另外调整Si、Mn、Ti、Cr、B、Nb元素的含量，达到最佳的正相关强化效果，设计筛选验证对钢性能强化效果影响因素变量最小的微合金化工艺，具有强化效果最充分、工艺稳定性好、目标钢种命中率高等优点。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种多元素氮化合金，其组成成分及各组分的质量分数为：N：17～26％，V：21～47％，Si：14～35％，B：0.6～6.5％，Ti：0.3～5.0％，Mn：0.5～8.0％，Cr：0.01～3.0％，Nb：0～4.5％，C≤1.6％，P≤0.10％，S≤0.10％，余量为Fe及不可避免的杂质。

优选地，所述的线芯由上述的多元素氮化合金制备得到，所述的包覆层为光亮钢带。

优选地，所述芯线组分中V和B质量分数之和与N质量分数的比值为1.36～1.97。

上述的多元素氮化合金在HRB500E高强度抗震钢生产工艺中的应用。

上述的氮化合金包芯线在HRB500E高强度抗震钢生产工艺中的应用。

HRB500E高强度抗震钢的生产方法，其步骤为：

1)转炉终点出钢：包括测温、终点成分分析、挡渣出钢、钢水脱氧、钢水合金化工艺；

2)钢水精炼：调整钢水成分和温度，并对钢水实行脱气、除杂净化工艺，然后往钢水中喂入上述的氮化合金包芯线；

3)连铸：将精炼钢水铸成铸坯；

4)铸坯轧制：炉温控制在1210～1260℃，加热保温时间为4～5h，采用控轧控冷工艺，开轧温度1000～1050℃，二次轧制温度880～920℃，终轧温度780～820℃；

5)轧制钢材。

优选地，钢水精炼过程中全程吹氩气，在喂入多元素氮化合金包芯线前后向钢水中吹入氮-氩混合气体，其中氩气的体积分数为50～90％，氮气的体积分数为10～50％，气体流量控制在4～5m³/min，吹入时间控制在9～13min，氩气纯度Ar≥99.5％，氮气纯度N₂≥99％。

优选地，钢水精炼过程中温度控制在1570～1600℃。

优选地，氮化合金包芯线的直径为9～26mm；钢水精炼过程中多元素氮化合金包芯线的喂线量为1.2～2.6kg/ts(即每吨钢水中喂入1.2～2.6kg的多元素氮化合金包芯线)；喂线速度为230～310m/min。

优选地，所述步骤2)中调整钢水成分，使钢水中各元素质量分数为C：0.22～0.25％，Si：0.45～0.60％，Mn：1.35～1.55％，N：0.014～0.022％，Al≤0.010％，V：0.025～0.070％，Ti：0.0015～0.005％，Cr：0.001～0.003％，B：0.0008～0.0017％，Nb：0～0.0013％，P≤0.030％，S≤0.030％。

优选地，所述步骤2)中钢水中H、O含量控制为：H≤3ppm，O≤20ppm。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明针对现有技术中存在的问题，设计筛选成分最合适的多元素氮化合金，首先考虑V+B/N比(V和B元素质量分数之和与N质量分数的比值)，使V、B充分与N结合发挥其强化作用，此外，本发明添加有利于向V传递N并与其结合，同时对钢性能强化起正相关作用的有益元素，如Si、Mn、Ti、Cr、Nb、B等，再次，本发明采用完全不同于现行的工艺方法而是一种新的工艺方法对钢水实行氮化合金微合金化处理；

(2)本发明设计筛选验证合适的V+B/N比为1.36～1.97，理论上的V/N应是3.64(即V与N完全形成VN化合物二者所需的质量分数比值)，单一的氮化钒或氮化钒铁的V/N比值分别为5.13和4.3，说明其N含量是不够的，同时因钢水的热力学条件和动力学条件的影响，要求实际含N量要远高于理论含N量，所以本发明采取多元素氮化合金来保证HRB500E高强度抗震钢冶炼过程中氮源的供给；

(3)本发明的多元素氮化合金，其成分为(质量分数)N：18～26％，V：23～38％，Si：23～32％，B：3.5～6.5％，Ti：3.3～5.0％，Mn：5.0～8.0％，Cr：0.01～3.0％，Nb：0～1.2％，C≤1.6％，P≤0.10％，S≤0.10％，余量为Fe及杂质，具有以下优点：保证足够的N含量，使其V和B充分地与N(C)化合形成析出沉淀强化作用；另外调整Si、Mn、Ti、Cr、Nb元素的含量，达到最佳的正相关强化效果，使其多元素氮化合金的性价比最大化；

(4)本发明将多元素氮化合金破碎成0.01～4.5mm粉粒状并包覆成包芯线，可以精准地将多元素氮化合金加入到合适的钢水深部使包芯线在较短的时间内熔化，设计筛选验证对钢性能强化效果影响因素变量最小的微合金化工艺，达到强化效果最充分、工艺稳定性好、目标钢种命中率高等目的；

(5)本发明完全弃除现有技术在出钢过程中加入块状氮化合金的工艺，设计并创造最佳的钢水精炼过程，以喂线的方式将多元素氮化合金精准地加入到钢水深部，并在喂线过程中向钢水吹入氩-氮混合气体，在钢水中形成局部富N区，使多元素氮化合金的功效更好地发挥，具有以下优越性：一是保证了精炼钢水的温度、成分、氧含量等稳定在一个合适的范围内，二是多元素氮化合金可以在一个稳定的、合适的热力学条件和动力学条件下与钢水熔合，本发明创新的钢水精炼工艺使得氮化合金强化效果充分，工艺稳定性好，目标钢种命中率高；

(6)本发明的多元素氮化合金成分与HRB500E钢种微合金化强化工艺的要求十分匹配，即充分地保证了N元素的供给又兼顾了各合金元素的正相关性，使其强化效果得到充分发挥，本发明生产的HRB500E钢远远满足抗震性能指标，生产成本低；

(7)本发明工艺稳定性得到突出的体现，钢水强化效果的稳定性得到突出的体现，钢种目标性能的命中率大幅度提高，达到99％以上；本发明使合金元素的利用率大幅度提高，工艺稳定性和强化效果优良，使其综合使用成本与原工艺相比可以降低27％以上；

(8)本发明的钢水精炼工艺保证了精炼钢水温度、成分均匀稳定，在完全达到微合金化要求时加入多元素氮化合金包芯线到钢水的深部，创造了最佳的钢水微合金化工艺所需要的热力学和动力学条件，避免了现有技术在出钢过程中加入时诸多因素变量的影响。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

(1)选择多元素氮化合金，其成分为(均以质量分数计，下同)：N：22％，V：21％，Si：35％，Ti：5.0％，Mn：0.5％，B：3.5％，Cr：1.9％，C：1.6％，P：0.05％，S：0.06％，余量为Fe和微量杂质(不可避免的杂质)，破碎成0.01～4.5mm小颗粒。

(2)选择光亮钢带，其成分为：C：0.06％、Si≤0.01％、Mn：0.035％、P：0.018％、S：0.021％、Al：0.06％，厚度为0.75mm。

(3)将步骤(1)中的加工料和步骤(2)中的钢带用包芯线机组包覆成φ13mm包芯线。

(4)将步骤(3)加工形成的多元素氮化合金包芯线用于转炉炼钢钢水精炼过程中。

(5)选择公称容量120吨的转炉，冶炼钢种为HRB500E，其精炼工艺为：(a)转炉终点出钢(钢水温度控制在1680～1690℃；钢水成分控制C：0.07～0.12％、P≤0.025％、S≤0.025％、O≤0.010％；在终点出钢过程中，用耐火材料制成的挡渣塞将钢水和渣子分离，使其熔渣不要随钢水流入钢包中；用Ca-Al合金作为脱氧剂，钢中氧脱至45ppm以下；用硅铁(75Si)锰铁(65Mn)和硅锰合金(65Mn17Si)进行钢水合金化，用石油焦增碳剂(C≥98％)对钢水增碳)；(b)钢水精炼(钢水基本成分调整，使其C：0.22～0.25％、Si：0.45～0.60％、Mn：1.35～1.55％、P≤0.030％、S≤0.030％、Al≤0.010％，钢水温度调整使其温度控制在1570～1590℃，并对钢水实行脱气、除夹杂等钢水净化精炼工艺，使其钢中(H、O)含量为：H≤4ppm，O≤20ppm)；(c)精炼钢水中喂入多元素氮化合金包芯线(喂线量1.2kg/ts，喂线速度230m/min)；(d)精炼钢水实行全过程吹氩，并在喂入多元素氮化合金包芯线前后从钢包底部通过耐火材料制成的透气元件吹入氩-氮混合气体(氩气的体积分数为50％)，混合气体吹入时间9分钟，流量4m³/min，(使其钢水温度和成分均匀化，并进行钢水测温和成分微调：C：0.22％、Si：0.55％、Mn：1.42％、V：0.025％、Ti：0.0015％、Al：0.010％、B：0.0012％、Cr：0.002％、N：0.022％、P：0.030％、S：0.023％；温度：1590℃)；(e)精炼钢水进入连铸工段铸成铸坯(200mm×260mm矩形坯)。

(6)铸坯轧制

炉温控制在1220～1260℃，加热保温时间为4h，采用控轧控冷工艺，开轧温度1030～1050℃，二次轧制温度880～900℃，终轧温度780～810℃。本实施例的轧制工艺主要体现在特定地加热温度和控轧控冷工艺条件，使其每次轧制变性后，奥氏体发生重复再结晶而得到充分细化，多元素氮化合金非常弥散地、均匀地在奥氏体向铁素体转变的相界面上析出和有效地阻碍奥氏体晶界的迁移并有效阻止铁素体晶粒长大细化晶粒，从而产生强烈的沉淀强化作用。同时改善了钢的韧塑性。

(7)轧制钢材(φ25圆钢)性能检测(离散度小)，屈服强度(R_el)为576Mpa，抗拉强度(R_m)为791Mpa，伸长率(A)为25.7％。

对本实施例冶炼的HRB500E型钢种进行焊接性能测试，焊接后，再进行拉伸试验，强度基本不变，试样拉伸断口均在远离焊接头的母材上为延性断口。原工艺情况是韧塑性降低，其断口非完全延性断口，时效性能：本实施例中的HRB500E钢材，自然时效一周后R_el下降6Mpa，1个月后下降9Mpa，3个月后下降14Mpa，趋势变平。R_m自然时效一周后下降2Mpa，1个月后下降8Mpa，其后基本不变。伸长率自然时效后上升2.6％，时效后屈强比更趋合理，有利于抗震性能的改善。金相组织及夹杂物：金相组织为铁素体+珠光体，其铁素体晶粒度级别达到11级，在较宽的终冷温度下不形成贝氏体，冲击韧性好，其夹杂物级别为0.5～1.0级。本实施例的综合使用成本比原工艺成本降低29％。

本实施例中的多元素氮化合金采用下述方法制备得到：

(1)选择原材料，硅铁、钒铁、金属锰、铬铁、钛铁和硼铁并分别破碎成粒度≤10mm；然后磨粉，其细粉细度≤0.15mm；选用的钒铁的各组分质量分数为V：75％，C：0.75％，Si：2.5％，Al：3.0％，P：0.1％，S：0.08％，余量为Fe和微量Ca、Mg等不可避免的杂质；硅铁的各组分质量分数为Si：72％，Mn：0.5％，Cr：0.5％，P：0.1％，S：0.1％，余量为Fe和微量C、Al、Ca、Mg等不可避免的杂质；金属锰的各组分质量分数为：Mn：98.3％，Fe：1.1％，Si：0.3％，C：0.09％，P：0.03％，S：0.02％，和微量Ca、Mg等不可避免的杂质；铬铁的各组分质量分数为Cr：52％，C：0.6％，Si：2.7％，P：0.05％，S：0.04％，余量为Fe；钛铁的各组分质量分数为Ti：72％，Al：3.0％，Si：1.0％，P：0.04％，S：0.03％，Mn：1.5％，C≤0.30％，余量为Fe；硼铁的各组分质量分数为B：14％，C：2.3％，Si：6.6％，Al：1.3％，P：0.14％，S：0.09％，余量为Fe；以上分数为质量分数。

(2)将(1)加工得到的原料细粉进行配比，然后加2％(质量分数)结合剂充分混匀并用强力压球机在压力大于100Mpa的压力下压块；结合剂由聚硼硅氧烷31％、硼砂19％、聚合树脂24％、羧甲基纤维素11％、丁基硬脂酸盐9％和聚乙烯醇6％组成，以上分数为质量分数；

(3)将(2)制成的球块料放入真空炉内加热，控制温度在680～750℃范围内，同时炉膛内充入Ar-N混合气体(Ar气体积分数为90％，N气体积分数10％)，预处理4.5h。

(4)将预处理好的块料放入氮化炉内进行氮化处理，氮化处理过程中通入氮气，控制氮化炉内压力0.15Mpa，炉内第一阶段升温至900～1000℃，保温4h，第二阶段升温至1150～1200℃，保温9h，第三阶段升温至1300～1350℃，保温6h，再加热到1450～1530℃，保温12h，最后随炉缓冷至300℃以下，获得成分：N：22％，V：21％，Si：35％，Mn：0.5％，Ti：5.0％，B：3.5％，Cr：1.9％，C：1.6％，P：0.05％，S：0.06％，余量为Fe和微量杂质的多元素氮化合金。

实施例2

(1)选择多元素氮化合金，其成分为(均以质量分数计，下同)：N：17％，V：47％，Si：14％，Ti：3.6％，B：6.5％，Mn：4.1％，Nb：0.7％，Cr：0.01％，C：0.6％，P：0.10％，S：0.07％，余量为Fe和微量杂质破碎成0.01～4.5mm小颗粒。

(2)选择光亮钢带，其成分为：C：0.06％、Si≤0.01％、Mn：0.032％、P：0.02％、S：0.019％、Al：0.062％，厚度为0.30mm。

(3)将步骤(1)中的加工料和步骤(2)中的钢带用包芯线机组包覆成φ9mm包芯线。

(5)选择公称容量180吨的转炉，冶炼钢种为HRB500E，其精炼工艺为：(a)转炉终点出钢(钢水温度控制在1680～1690℃；钢水成分控制：C：0.07～0.12％、P≤0.025％、S≤0.025％、O≤0.010％；在终点出钢过程中，用耐火材料制成的挡渣塞将钢水和渣子分离，使其熔渣不要随钢水流入钢包中；用硅钙合金作为脱氧剂，钢中氧脱至45ppm以下；用硅铁(75Si)、锰铁(65Mn)和硅锰合金(65Mn17Si)进行钢水合金化，用煅烧煤增碳剂(C≥93％)对钢水增碳)；(b)钢水精炼(钢水基本成分调整，使其C：0.22～0.25％、Si：0.45～0.60％、Mn：1.35～1.55％、P≤0.03％、S≤0.03％、Al≤0.01％，钢水温度调整使其温度控制在1580～1600℃，并对钢水实行脱气、除夹杂等钢水净化精炼工艺，使其钢中(H、O)含量为：H≤4ppm，O≤20ppm；(c)精炼钢水中喂入多元素氮化合金包芯线(喂线量2.2kg/ts，喂线速度280m/min)；(d)精炼钢水实行全过程吹氩，并在喂入多元素氮化合金包芯线前后从钢包底部通过耐火材料制成的透气元件吹入氩-氮混合气体(氩气的体积分数为90％)，混合气体吹入时间13分钟，流量5m³/min，(使其钢水温度和成分均匀化，并进行钢水测温和成分微调：C：0.24％、Si：0.45％、Mn：1.57％、V：0.007％、Ti：0.005％、Al：0.007％、B：0.0017％、Nb：0.0006％、N：0.014％、P：0.025％、S：0.030％，温度：1593℃)；(e)精炼钢水进入连铸工段铸成铸坯(220mm×220mm方坯)。

(6)铸坯轧制

炉温控制在1220～1250℃，加热保温时间为4.5h，采用控轧控冷工艺，开轧温度1020～1040℃，二次轧制温度890～910℃，终轧温度790～810℃。本实施例的轧制工艺主要体现在特定地加热温度和控轧控冷工艺条件，使其每次轧制变性后，奥氏体发生重复再结晶而得到充分细化，多元素氮化合金非常弥散地、均匀地分布在奥氏体铁素体中和铁素体区，产生强烈的沉淀强化作用，同时改善了钢的韧塑性。

(7)轧制钢材(圆钢)性能检测，屈服强度(R_el)为557Mpa，抗拉强度(R_m)为762Mpa，伸长率(A_gt)为26.9％。

对本实施例冶炼的HRB500E型钢种进行焊接性能测试，焊接后，再进行拉伸试验，强度基本不变，试样拉伸断口均在远离焊接头的母材上为延性断口。原工艺情况是韧塑性降低，其断口非完全延性断口，时效性能：本实施例中的HRB500E钢材，自然时效1个月后R_el下降11Mpa，3个月后下降13Mpa，趋势变平。R_m自然时效一周后下降3Mpa，1个月后下降10Mpa，其后基本不变。伸长率自然时效后上升2.3％，时效后屈强比更趋合理，有利于抗震性能的改善。金相组织及夹杂物：金相组织为铁素体+珠光体，其铁素体晶粒度级别达到11级，在较宽的终冷温度下不形成贝氏体，冲击韧性好，其夹杂物级别为0.5～1.0级。本实施例的综合使用成本原工艺成本降低32％。

本实施例中的多元素氮化合金采用下述方法制备得到：

(1)选择原材料，硅铁、钒铁、金属锰、钛铁、硼铁和铌铁并分别破碎成粒度≤10mm；然后磨粉，其细粉细度≤0.15mm；选用的钒铁的各组分质量分数为V：75％，C：0.75％，Si：2.5％，Al：3.0％，P：0.1％，S：0.08％，余量为Fe和微量Ca、Mg等不可避免的杂质；硅铁的各组分质量分数为Si：72％，Mn：0.5％，Cr：0.5％，P：0.1％，S：0.1％，余量为Fe和微量C、Al、Ca、Mg等不可避免的杂质；钛铁的各组分质量分数为Ti：72％，Al：3.0％，Si：1.0％，P：0.04％，S：0.03％，Mn：1.5％，C≤0.30％，余量为Fe；金属锰的各组分质量分数为：Mn：98.3％，Fe：1.1％，Si：0.3％，C：0.09％，P：0.03％，S：0.02％，和微量Ca、Mg等不可避免的杂质；硼铁的各组分质量分数为B：19％，C：1.2％，Si：5.8％，Al：1.4％，S：0.07％，P：0.11％，余量为Fe；铌铁的各组分质量分数为Nb：48％，C：0.03％，Si：6.5％，Al：1.8％，S：0.02％，P：0.035％，余量为Fe；以上分数为质量分数。

(2)将(1)加工得到的原料细粉进行配比，然后加2％(质量分数)结合剂充分混匀并用强力压球机在压力大于100Mpa的压力下压块；结合剂由聚硼硅氧烷27％、硼砂21％、聚合树脂19％、羧甲基纤维素17％、丁基硬脂酸盐7％和聚乙烯醇9％组成，以上分数为质量分数；

(3)将(2)制成的球块料放入真空炉内加热，控制温度在680～750℃范围内，同时炉膛内充入Ar-N混合气体(Ar气体积分数为80％，N气体积分数20％)，预处理4h。

(4)将预处理好的块料放入氮化炉内进行氮化处理，氮化处理过程中通入氮气，控制氮化炉内压力0.15Mpa，炉内第一阶段升温至900～1000℃，保温4h，第二阶段升温至1150～1200℃，保温9h，第三阶段升温至1300～1350℃，保温6h，再加热到1450～1530℃，保温12h，最后随炉缓冷至300℃以下，获得成分：N：17％，V：47％，Si：14％，Mn：4.1％，Ti：3.6％，B：6.5％，Nb：0.7％，Cr：0.01％，C：0.6％，P：0.10％，S：0.07％，余量为Fe和微量杂质的多元素氮化合金。

实施例3

(1)选择多元素氮化合金，其成分为：N：26％，V：28.9％，Si：19.1％，B：0.6％，Ti：0.3％，Mn：8.0％，Nb：4.5％，Cr：3.0％，C：0.9％，P：0.05％，S：0.10％，余量为Fe和微量杂质，破碎成0.01～4.5mm小颗粒。

(2)选择光亮钢带，其成分为：C：0.07％、Si≤0.01％、Mn：0.03％、P：0.02％、S：0.023％、Al：0.07％，厚度为0.56mm。

(3)将步骤(1)中的加工料和步骤(2)中的钢带用包芯线机组包覆成φ26mm包芯线。

(5)选择公称容量220吨的转炉，冶炼钢种为HRB500E，其精炼工艺为：(a)转炉终点出钢(钢水温度控制在1680～1690℃；钢水成分控制：C：0.07～0.12％，P≤0.025％、S≤0.025％、O≤0.010％；在终点出钢过程中，用耐火材料制成的挡渣塞将钢水和渣子分离，使其熔渣不要随钢水流入钢包中；用硅铝锰合金作为脱氧剂，钢中氧脱至45ppm以下；用硅铁(75Si)、锰铁(65Mn)和硅锰合金(65Mn17Si)进行钢水合金化，用石墨增碳剂(C≥98.5％)对钢水增碳)；(b)钢水精炼(钢水基本成分调整，使其C：0.22～0.25％、Si：0.45～0.60％、Mn：1.35～1.55％、P≤0.03％、S≤0.03％、Al≤0.01％，钢水温度调整使其温度控制在1580～1600℃，并对钢水实行脱气、除夹杂等钢水净化精炼工艺，使其钢中(H、O)含量为：H≤4ppm，O≤20ppm)；(c)精炼钢水中喂入多元素氮化合金包芯线(喂线量2.6kg/ts，喂线速度310m/min)；(d)精炼钢水实行全过程吹氩，并在喂入多元素氮化合金包芯线前后从钢包底部通过耐火材料制成的透气元件吹入氩-氮混合气体(氩气的体积分数为70％)，混合气体吹入时间11分20秒，流量4.5m³/min，(使其钢水温度和成分均匀化，并进行钢水测温和成分分析：C：0.25％、Si：0.60％、Mn：1.35％、V：0.031％、B：0.0008％、Ti：0.002％、Al：0.006％、Nb：0.0013％、Cr：0.003％、N：0.017％、P：0.026％、S：0.019％)，温度：1590℃；(e)精炼钢水进入连铸工段铸成铸坯(240mm×240mm方坯)。

(6)铸坯轧制

炉温控制在1210～1240℃，加热保温时间为5h，采用控轧控冷工艺，开轧温度1000～1020℃，二次轧制温度900～920℃，终轧温度800～820℃。本实施例的轧制工艺主要体现在特定地加热温度和控轧控冷工艺条件，使其每次轧制变性后，奥氏体发生重复再结晶而得到充分细化，多元素氮化合金非常弥散地、均匀地分布在奥氏体铁素体中和铁素体区，产生强烈的沉淀强化作用，同时改善了钢的韧塑性。

(7)轧制钢材(φ25圆钢)性能检测(离散度小)，屈服强度(R_el)为569Mpa，抗拉强度(R_m)为783Mpa，伸长率(A_gt)为29.5％。

对本实施例冶炼的HRB500E型钢种进行焊接性能测试，焊接后，再进行拉伸试验，强度基本不变，试样拉伸断口均在远离焊接头的母材上为延性断口。原工艺情况是韧塑性降低，其断口非完全延性断口，时效性能：本实施例中的HRB500E钢材，自然时效一周后R_el下降6Mpa，1个月后下降11Mpa，3个月后下降14Mpa，趋势变平。R_m自然时效一周后下降3Mpa，1个月后下降7Mpa，3个月后下降9Mpa，其后基本不变。伸长率自然时效后上升1.7％，时效后屈强比更趋合理，有利于抗震性能的改善。金相组织及夹杂物：金相组织为铁素体+珠光体，其铁素体晶粒度级别达到11级，在较宽的终冷温度下不形成贝氏体，冲击韧性好，其夹杂物级别为0.5～1.0级。本实施例的综合使用成本比原工艺成本降低27％。

本实施例中的多元素氮化合金采用下述方法制备得到：

(1)选择原材料，硅铁、钒铁、锰铁、钛铁、铬铁、硼铁和铌铁并分别破碎成粒度≤10mm；然后磨粉，其细粉细度≤0.15mm；选用的钒铁的各组分质量分数为V：75％，C：0.75％，Si：2.5％，Al：3.0％，P：0.1％，S：0.08％，余量为Fe和微量Ca、Mg等不可避免的杂质；硅铁的各组分质量分数为Si：72％，Mn：0.5％，Cr：0.5％，P：0.1％，S：0.1％，余量为Fe和微量C、Al、Ca、Mg等不可避免的杂质；钛铁的各组分质量分数为Ti：72％，Al：3.0％，Si：1.0％，P：0.04％，S：0.03％，Mn：1.5％，C≤0.30％，余量为Fe；锰铁的各组分质量分数为：Mn：98.3％，Fe：1.1％，Si：0.3％，C：0.09％，P：0.03％，S：0.02％，余量为Fe和微量Al、Ca、Mg等不可避免的杂质；铬铁的各组分质量分数为Cr：60％，C：0.7％，Si：2.2％，P：0.05％，S：0.03％，余量为Fe；硼铁的各组分质量分数为B：14％，C：1.9％，Si：7.1％，Al：0.9％，S：0.08％，P：0.12％，余量为Fe；铌铁的各组分质量分数为Nb：55％，C：0.04％，Si：7.2％，Al：1.3％，S：0.02％，P：0.03％，余量为Fe；以上分数为质量分数。

(2)将(1)加工得到的原料细粉进行配比，然后加2％(质量分数)结合剂充分混匀并用强力压球机在压力大于100Mpa的压力下压块；结合剂由聚硼硅氧烷33％、硼砂16％、聚合树脂21％、羧甲基纤维素15％、丁基硬脂酸盐10％和聚乙烯醇5％组成，以上分数为质量分数；

(3)将(2)制成的球块料放入真空炉内加热，控制温度在680～750℃范围内，同时炉膛内充入Ar-N混合气体(Ar气体积分数为85％，N气体积分数15％)，预处理3.5h。

(4)将预处理好的块料放入氮化炉内进行氮化处理，氮化处理过程中通入氮气，控制氮化炉内压力0.15Mpa，炉内第一阶段升温至900～1000℃，保温4h，第二阶段升温至1150～1200℃，保温9h，第三阶段升温至1300～1350℃，保温6h，再加热到1450～1530℃，保温12h，最后随炉缓冷至300℃以下，获得成分：N：26％，V：28.9％，Si：19.1％，Mn：8.0％，Ti：0.3％，Cr：3.0％，Nb：4.5％，B：0.6％，C：0.9％，P：0.05％，S：0.10％，余量为Fe和微量杂质的多元素氮化合金。

Claims

1.一种多元素氮化合金，其特征在于：其组成成分及各组分的质量分数为：N：17～26％，V：21～47％，Si：14～35％，B：0.6～6.5％，Ti：0.3～5.0％，Mn：0.5～8.0％，Cr：0.01～3.0％，Nb：0～4.5％，C≤1.6％，P≤0.10％，S≤0.10％，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.一种多元素氮化合金包芯线，包括线芯和包覆层，其特征在于：所述的线芯由权利要求1中所述的多元素氮化合金制备得到，所述的包覆层为光亮钢带。

3.权利要求1中所述的多元素氮化合金在HRB500E高强度抗震钢生产工艺中的应用。

4.权利要求2中所述的氮化合金包芯线在HRB500E高强度抗震钢生产工艺中的应用。

5.HRB500E高强度抗震钢的生产方法，其步骤为：

2)钢水精炼：调整钢水成分和温度，并对钢水实行脱气、除杂净化工艺，然后往钢水中喂入权利要求2中所述的多元素氮化合金包芯线；

3)连铸：将精炼钢水铸成铸坯；

5)轧制钢材。

6.根据权利要求5所述的HRB500E高强度抗震钢的生产方法，其特征在于：钢水精炼过程中全程吹氩气，在喂入多元素氮化合金包芯线前后向钢水中吹入氮-氩混合气体，其中氩气的体积分数为50～90％，氮气的体积分数为10～50％，气体流量控制在4～5m³/min。

7.根据权利要求5所述的HRB500E高强度抗震钢的生产方法，其特征在于：钢水精炼过程中温度控制在1570～1600℃。

8.根据权利要求5所述的HRB500E高强度抗震钢的生产方法，其特征在于：氮化合金包芯线的直径为9～26mm；钢水精炼过程中多元素氮化合金包芯线的喂线量为1.2～2.6kg/ts；喂线速度为230～310m/min。

9.根据权利要求5所述的HRB500E高强度抗震钢的生产方法，其特征在于：所述步骤2)中调整钢水成分，使钢水中各元素质量分数为C：0.22～0.25％，Si：0.45～0.60％，Mn：1.35～1.55％，V：0.025～0.070％，B：0.0008～0.0017％，Ti：0.0015～0.005％，N：0.014～0.022％，Nb：0～0.0013％，Al≤0.010％，P≤0.030％，S≤0.030％，Cr：0.001～0.003％。

10.根据权利要求书5所述的HRB500E高强度抗震钢的生产方法，其特征在于：钢中H、O含量控制为：H≤4ppm，O≤20ppm。