CN107385342A - 一种大规格高强度钢筋及其制造工艺 - Google Patents

一种大规格高强度钢筋及其制造工艺 Download PDF

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张东升
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丁云江
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Abstract

本发明涉及冶金领域，公开了一种大规格高强度钢筋及其制造工艺。大规格高强度钢筋的直径为32～40mm，其成分包括C：0.21～0.25wt％，Si：0.50～0.70wt％，(Mn+Cr)：1.38～1.72wt％，P：≤0.045wt％，S：≤0.045wt％，(V+Nb)：0.085～0.13wt％，余量为杂质和Fe；其中Nb含量不超过0.025wt％。大规格高强度钢筋的制造工艺，包括冶炼步骤、脱氧合金化操作、浇铸步骤以及轧钢步骤，其中脱氧合金化操作将钢水成分调整为成品中各元素含量。通过加入V和/或铌使得钢筋在大规格下依然能够保持较高的强度，且成分均匀。

Description

一种大规格高强度钢筋及其制造工艺
技术领域
本发明涉及冶金领域，且特别涉及一种大规格高强度钢筋及其制造工艺。
背景技术
钢筋是建筑领域广泛运用的材料，其使用的环境决定了其需要具备一定的力学性能，使用者通常对钢筋的屈服强度、抗拉强度延伸率等有所要求。现有技术中，在制造大断面的钢筋时，往往由于表心的成分不均、组织不均导致大规格钢筋难以达到较高强度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大规格高强度钢筋，其具有较高抗拉强度、屈服强度。
本发明的另一目的在于提供一种大规格高强度钢筋的制造工艺，以制造出具有较高强度的大规格高强度钢筋。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提供一种大规格高强度钢筋，大规格高强度钢筋的直径为32～40mm，其成分包括C：0.21～0.25wt％，Si：0.50～0.70wt％，(Mn+Cr)：1.38～1.72wt％，P：≤0.045wt％，S：≤0.045wt％，(V+Nb)：0.085～0.13wt％，余量为杂质和Fe；其中Nb含量不超过0.025wt％。
在本发明的一种实施例中，上述大规格高强度钢筋的直径为32～36mm，其成分包括C：0.21～0.25wt％，Si：0.50～0.70wt％，Mn：1.20～1.40wt％，Cr：0.18～0.22wt％，P：≤0.045wt％，S：≤0.045wt％，V：0.10～0.12wt％，余量为杂质和Fe。
在本发明的一种实施例中，上述大规格高强度钢筋的直径为38～40mm，其成分包括C：0.21～0.25wt％，Si：0.50～0.70wt％，Mn：1.30～1.50wt％，Cr：0.18～0.22wt％，P：≤0.045wt％，S：≤0.045wt％，V：0.11～0.13wt％，余量为杂质和Fe。
本发明提供一种制造上述大规格高强度钢筋的制造工艺，包括：
冶炼步骤：将包含铁水的原料冶炼为钢水；
脱氧合金化操作：对冶炼步骤所得到的钢水进行脱氧合金化，将钢水的成分调整为C：0.21～0.25wt％，Si：0.50～0.70wt％，(Mn+Cr)：1.38～1.72wt％，P：≤0.045wt％，S：≤0.045wt％，(V+Nb)：0.085～0.13wt％，余量为杂质和Fe，其中Nb含量不超过0.025wt％；
浇铸步骤：将脱氧合金化操作所得的钢水进行浇铸得到铸坯；
轧钢步骤：将浇铸步骤得到的铸坯进行轧制，轧制规格为直径32～40mm。
在本发明的一种实施例中，上述大规格高强度钢筋的制造工艺的脱氧合金化操作中，调整V是通过在钢水内加入钒氮合金和钒铁合金来实现的。
在本发明的一种实施例中，上述大规格高强度钢筋的制造工艺的脱氧合金化操作中，钢水中0.05wt％的V以钒氮合金的形式加入，其余的V以钒铁合金的形式加入。
在本发明的一种实施例中，上述大规格高强度钢筋的制造工艺的脱氧合金化操作中通过加入Si-Mn合金、Si-Fe合金以及Si-Al-Ca-Ba合金进行钢水成分调整。
在本发明的一种实施例中，上述大规格高强度钢筋的制造工艺的轧钢步骤中，铸坯的开轧温度为1030～1050℃。
在本发明的一种实施例中，上述大规格高强度钢筋的制造工艺的轧钢步骤中包括对轧制后的钢材进行轧后冷却，轧后冷却方式为空冷。
在本发明的一种实施例中，上述大规格高强度钢筋的制造工艺的轧钢步骤包括对浇铸步骤得到的铸坯进行加热，加热段温度1100～1250℃，均热段温度1080～1200℃，出钢温度950～1030℃。
本发明实施例的大规格高强度钢筋及其制造工艺的有益效果是：
该制造工艺在脱氧合金化操作中将钢水的成分调整为C：0.21～0.25wt％，Si：0.50～0.70wt％，(Mn+Cr)：1.38～1.72wt％，P：≤0.045wt％，S：≤0.045wt％，(V+Nb)：0.085～0.13wt％，余量为杂质和Fe，其中Nb含量不超过0.025wt％。钢中的适量的V、Nb等元素，通过形成碳氮化物析出，从而提高强度。同时Nb、V的加入还可抑制C偏析，使成品钢筋的成分更加均匀，组织更加均匀，能够保证钢筋在大断面的情况下，依然具有较均匀的力学性能。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的一种大规格高强度钢筋的制造工艺进行具体说明。
一种大规格高强度钢筋，其直径为32～40mm，其成分包括C：0.21～0.25wt％，Si：0.50～0.70wt％，(Mn+Cr)：1.38～1.72wt％，P：≤0.045wt％，S：≤0.045wt％，(V+Nb)：0.085～0.13wt％，余量为杂质和Fe；其中Nb含量不超过0.025wt％。钢中各成分含量的控制，以及V、Nb元素的加入使得钢中析出的碳氮化物增强了钢筋的整体强度，并使减小成分偏析，组织更加均匀，使大断面的钢筋在其径向上的力学性能差别较小，以满足大规格钢筋的使用要求。进一步地，其中Mn的含量为1.2～1.5wt％，Cr含量为0.18～0.22wt％。
大规格高强度钢筋的制造工艺整体上包括冶炼步骤、脱氧合金化操作、浇铸步骤、轧制步骤以及后续的打捆入库等。
1、冶炼步骤
该步骤包括对含有铁水的原料进行转炉冶炼，根据需要可在原料中加入废钢，废钢用量根据冶炼时的热量进行调整搭配。在本发明的实施例中，转炉选择性地采用35t转炉或100t转炉，转炉容量可以根据需要进行调整。
转炉冶炼后，将钢水导入到钢包，出钢温度控制在1650～1690℃，出吹氩站温度在1565～1605℃。吹氩时钢水裸露部分直径100-200mm，吹氩时间≥5.5min；出钢过程采用双挡渣出钢工艺，开始出钢时用挡渣塞堵好出钢口，防止出钢时涌渣，出钢至4/5时加入挡渣锥挡渣，出钢过程中专人压渣，严禁出钢口下渣；出钢时间≥2.5min。
2、脱氧合金化操作
准确计算各种合金的加入量，通过加入Si-Mn合金、Si-Fe合金以及Si-Al-Ca-Ba合金来进行脱氧及调整钢水成分，加入顺序为Si-Mn合金、Si-Fe合金、Si-Al-Ca-Ba合金。Si-Al-Ca-Ba合金用于终脱氧，每吨钢加入量为0.8Kg，使夹杂物变性(生成复合夹杂物，这种复合夹杂物熔点低，容易上浮到渣中)上浮到渣中，从而提高钢水洁净度。脱氧合金化操作中还加入V和/或Nb，钢中0.05wt％的V以钒氮合金的方式加入，其余的V以钒铁的方式加入；Nb通过铌铁合金的方式加入。通过Cr-Fe合金配Cr。
脱氧合金化操作终点钢水元素含量为C：0.21～0.25wt％，Si：0.50～0.70wt％，(Mn+Cr)：1.38～1.72wt％，P：≤0.045wt％，S：≤0.045wt％，(V+Nb)：0.085～0.13wt％，余量为杂质和Fe；其中Nb含量不超过0.025wt％。
V、Nb的加入能够使得钢中成分偏析减弱，组织更加均匀，析出的碳氮化物可以有效的增加钢的强度。
3、浇铸步骤
本发明实施例的浇铸步骤采用连铸工艺，中间包长水口及结晶器水口浸入到液面以下，中间包使用覆盖剂，结晶器使用结晶器保护渣覆盖液面，从而实现全保护浇注。中间包使用Al-C质水口，大包采用保温覆盖剂，在浇铸过程中，中间包液面不低于400mm，铸坯拉速为2.0～3.0m/min，铸坯矫直温度950～1050℃，在第一包开浇5min时的中间包钢水温度不低于1540℃，连浇后续炉次的温度为1515-1530℃。
4、轧钢步骤
钢坯加热温度控制：按炉组批，加热段1100-1250℃，均热段1080-1200℃；钢坯加热应均匀，钢坯头、中、尾温差≤50℃，加热过程中防止钢坯出现过热、过烧等现象，炉内为微还原性气氛，若停轧时间在30min以上，需立即降温到900℃保温。开轧温度为1030～1050℃。当钢中具有Nb元素时，保证加热段温度为1200～1250℃，这样有利于Nb的碳氮化物(在钢水冷却过程中形成的)在铸坯加热时溶解，在轧制冷却过程中，以细小的碳氮化物形式析出，提高成品钢筋的强度。
轧后冷却采用空冷的形式，这样缓慢冷却可以使钢筋在径向上具有更均匀的组织，减小了钢筋中的力学性能差异。尤其是在大断面钢筋生产中，采用缓冷的方式让钢筋内外冷却速度相近，防止钢筋表面生成闭环马氏体，使内外组织差异小。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种大规格高强度钢筋及其制造工艺，其包括以下步骤。
S1、冶炼步骤
采用100t转炉将铁水和废钢冶炼为钢水，出钢温度为1650℃，出钢时间3.5min，钢包吹氩时间6.5min，出吹氩站钢水温度为1565℃。
S2、脱氧合金化操作
准确计算各种合金的加入量，依次加入Si-Mn合金、Si-Fe合金以及Si-Al-Ca-Ba合金来进行脱氧及调整钢水成分，再加入钒氮合金及钒铁合金来配V。其中，钢中0.05wt％的V以钒氮合金的方式加入，其余的V以钒铁的方式加入。
脱氧合金化操作终点成分控制为C：0.21wt％，Si：0.50wt％，Mn：1.20wt％，Cr：0.18wt％，P：0.045wt％，S：0.045wt％，V：0.10wt％，余量为杂质和Fe。
S3、浇铸步骤
本实施例中，浇铸断面尺寸为160mm×160mm。铸坯拉速为2.0m/min，铸坯矫直温度950℃，中间包温度为1515℃。
S4、轧钢步骤
在轧钢步骤中，加热段温度为1100℃，均热段温度为1080℃；钢坯加热应均匀，钢坯头、中、尾温差≤50℃，加热过程中防止钢坯出现过热、过烧等现象，炉内为微还原性气氛，若停轧时间在30min以上，需立即降温到900℃保温。开轧温度为1030℃，将铸坯轧制为直径32mm的钢筋。轧后冷却采用空冷，之后剪切、打捆、入库。
实施例2
本实施例提供一种大规格高强度钢筋及其制造工艺，其包括以下步骤。
S1、冶炼步骤
采用100t转炉将铁水和废钢冶炼为钢水，出钢温度为1655℃，出钢时间3.5min，吹氩时间7.0min，出吹氩站温度为1570℃。
S2、脱氧合金化操作
准确计算各种合金的加入量，依次加入Si-Mn合金、Si-Fe合金以及Si-Al-Ca-Ba合金来进行脱氧及调整钢水成分，再加入钒氮合金及钒铁合金来配V。其中，钢中0.05wt％的V以钒氮合金的方式加入，其余的V以钒铁的方式加入。
脱氧合金化操作终点成分控制为C：0.23wt％，Si：0.60wt％，Mn：1.30wt％，Cr：0.20wt％，P：0.040wt％，S：0.040wt％，V：0.11wt％，余量为杂质和Fe。
S3、浇铸步骤
本实施例中，浇铸断面尺寸为160mm×160mm。铸坯拉速为3.0m/min，铸坯矫直温度970℃，中间包温度为1525℃。
S4、轧钢步骤
在轧钢步骤中，加热段温度为1150℃，均热段温度为1120℃；钢坯加热应均匀，钢坯头、中、尾温差≤50℃，加热过程中防止钢坯出现过热、过烧等现象，炉内为微还原性气氛，若停轧时间在30min以上，需立即降温到900℃保温。开轧温度为1040℃，将铸坯轧制为直径36mm的钢筋。轧后冷却采用空冷，之后剪切、打捆入库。
实施例3
本实施例提供一种大规格高强度钢筋及其制造工艺，其包括以下步骤。
S1、冶炼步骤
采用35t转炉将铁水和废钢冶炼为钢水，出钢温度为1690℃，出钢时间2.5min，吹氩时间5.5min，出吹氩站温度为1605℃。
S2、脱氧合金化操作
准确计算各种合金的加入量，依次加入Si-Mn合金、Si-Fe合金以及Si-Al-Ca-Ba合金来进行脱氧及调整钢水成分，再加入钒氮合金及钒铁合金来配V。其中，钢中0.05wt％的V以钒氮合金的方式加入，其余的V以钒铁的方式加入。
脱氧合金化操作终点成分控制为C：0.25wt％，Si：0.70wt％，Mn：1.50wt％，Cr：0.22wt％，P：0.040wt％，S：0.040wt％，V：0.13wt％，余量为杂质和Fe。
S3、浇铸步骤
本实施例中，浇铸断面尺寸为150mm×150mm。铸坯拉速为3.0m/min，铸坯矫直温度970℃，中间包温度为1525℃。
S4、轧钢步骤
在轧钢步骤中，加热段温度为1150℃，均热段温度为1120℃；钢坯加热应均匀，钢坯头、中、尾温差≤50℃，加热过程中防止钢坯出现过热、过烧等现象，炉内为微还原性气氛，若停轧时间在30min以上，需立即降温到900℃保温。开轧温度为1040℃，将铸坯轧制为直径40mm的钢筋。轧后冷却采用空冷，之后剪切、打捆、入库。
实施例4
本实施例提供一种大规格高强度钢筋及其制造工艺，其包括以下步骤。
S1、冶炼步骤
采用35t转炉将铁水和废钢冶炼为钢水，出钢温度为1690℃，出钢时间2.5min，吹氩时间5.5min，出吹氩站温度为1605℃。
S2、脱氧合金化操作
准确计算各种合金的加入量，依次加入Si-Mn合金、Si-Fe合金以及Si-Al-Ca-Ba合金来进行脱氧及调整钢水成分，再加入钒氮合金及钒铁合金来配V。其中，钢中0.05wt％的V以钒氮合金的方式加入，其余的V以钒铁的方式加入。通过加入铌铁来配Nb。
脱氧合金化操作终点成分控制为C：0.25wt％，Si：0.70wt％，Mn：1.50wt％，Cr：0.22wt％，P：0.040wt％，S：0.040wt％，V：0.105wt％，Nb：0.025wt％余量为杂质和Fe。
S3、浇铸步骤
本实施例中，浇铸断面尺寸为150mm×150mm。铸坯拉速为2.0m/min，铸坯矫直温度1050℃，中间包温度为1530℃。
S4、轧钢步骤
在轧钢步骤中，加热段温度为1250℃，均热段温度为1200℃；钢坯加热应均匀，钢坯头、中、尾温差≤50℃，加热过程中防止钢坯出现过热、过烧等现象，炉内为微还原性气氛，若停轧时间在30min以上，需立即降温到900℃保温。开轧温度为1050℃，将铸坯轧制为直径40mm的钢筋。轧后冷却采用空冷，之后剪切、打捆入库。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种大规格高强度钢筋，其特征在于，所述大规格高强度钢筋的直径为32～40mm，其成分包括C：0.21～0.25wt％，Si：0.50～0.70wt％，(Mn+Cr)：1.38～1.72wt％，P：≤0.045wt％，S：≤0.045wt％，(V+Nb)：0.085～0.13wt％，余量为杂质和Fe；其中Nb含量不超过0.025wt％。
2.根据权利要求1所述的大规格高强度钢筋，其特征在于，所述大规格高强度钢筋的直径为32～36mm，其成分包括C：0.21～0.25wt％，Si：0.50～0.70wt％，Mn：1.20～1.40wt％，Cr：0.18～0.22wt％，P：≤0.045wt％，S：≤0.045wt％，V：0.10～0.12wt％，余量为杂质和Fe。
3.根据权利要求1所述的大规格高强度钢筋，其特征在于，所述大规格高强度钢筋的直径为38～40mm，其成分包括C：0.21～0.25wt％，Si：0.50～0.70wt％，Mn：1.30～1.50wt％，Cr：0.18～0.22wt％，P：≤0.045wt％，S：≤0.045wt％，V：0.11～0.13wt％，余量为杂质和Fe。
4.一种制造如权利要求1～3中任一项所述的大规格高强度钢筋的制造工艺，其特征在于，包括：
冶炼步骤：将包含铁水的原料冶炼为钢水；
脱氧合金化操作：对所述冶炼步骤所得到的钢水进行脱氧和成分调整，将钢水的成分调整为C：0.21～0.25wt％，Si：0.50～0.70wt％，(Mn+Cr)：1.38～1.72wt％，P：≤0.045wt％，S：≤0.045wt％，(V+Nb)：0.085～0.13wt％，余量为杂质和Fe，其中Nb含量不超过0.025wt％；
浇铸步骤：将所述脱氧合金化操作所得的钢水进行浇铸得到铸坯；
轧钢步骤：将所述浇铸步骤得到的铸坯进行轧制，轧制规格为直径32～40mm。
5.根据权利要求4所述的大规格高强度钢筋的制造工艺，其特征在于，所述脱氧合金化操作中的调整V是通过在钢水内加入钒氮合金和钒铁合金来实现的。
6.根据权利要求5所述的大规格高强度钢筋的制造工艺，其特征在于，所述脱氧合金化操作中，钢水中0.05wt％的V以钒氮合金的形式加入，其余的V以钒铁合金的形式加入。
7.根据权利要求4所述的大规格高强度钢筋的制造工艺，其特征在于，所述脱氧合金化操作中通过加入Si-Mn合金、Si-Fe合金以及Si-Al-Ca-Ba合金进行钢水成分调整。
8.根据权利要求4所述的大规格高强度钢筋的制造工艺，其特征在于，所述轧钢步骤中，铸坯的开轧温度为1030～1050℃。
9.根据权利要求4所述的大规格高强度钢筋的制造工艺，其特征在于，所述轧钢步骤中包括对轧制后的钢材进行轧后冷却，所述轧后冷却方式为空冷。
10.根据权利要求4所述的大规格高强度钢筋的制造工艺，其特征在于，所述轧钢步骤包括对所述浇铸步骤得到的铸坯进行加热，加热段温度1100～1250℃，均热段温度1080～1200℃，出钢温度950～1030℃。
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