CN108866423A - 一种螺纹钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及钢铁冶炼领域，提供一种螺纹钢及其制备方法，用于提高螺纹钢的强度。本发明提供的一种螺纹钢及其制备方法，依次包括电炉冶炼、炉外精炼、连铸、热轧、冷却、切割和平头工序，所述的电炉冶炼工序中，将生铁、铜锭和钒锭共熔搅拌，电炉冶炼到炉外精炼的过程中加入硅铁和锰铁合金，在炉外精炼工序中加入磷铁，所述的生铁900~1000质量份，所述的铜锭2~4质量份，所述的钒锭0.4~0.8质量份，所述的硅铁2.5~5质量份，所述的锰铁合金35~45质量份，所述的磷铁10~25质量份。将C、Mn、V、Cu同Fe复配制成的合金，可以有效的提高螺纹钢的强度，同时并不会影响螺纹钢的韧性。

Description

一种螺纹钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼领域，具体涉及一种螺纹钢及其制备方法。
背景技术
螺纹钢是重要的建筑材料，广泛用于房屋、桥梁、道路等土建工程建设，我国是螺纹钢生产大国，2010年产量为1.31亿吨，占全球产量的70％以上。目前我国正处于现代化建设的高峰期，房屋和基础设施建设蓬勃发展，有力支撑了社会的现代化步伐。然而，大规模的建设中也存在一些不容忽视的问题。为提高建筑物寿命、减少资源浪费，必须从多个方面入手，提高建筑材料的强度便是其中的重要一环.
在螺纹钢受到外部冲击时，材料的韧性大小和抗冲击能力非常关键，如果韧性较差，抗冲击能力较小，则会对材料的质构产生破坏性影响。此时，如果材料具有非常高的冲击韧性，则可以避免上述危害的产生。
现有技术中，在螺纹钢生产原料中加入少量钒，不超过0.1%，可以显著的提高钢材的硬度，但是过量的钒的加入会影响钢材的韧性，如何在加入少量钒的条件下提高螺纹钢的强度是亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明解决的技术问题为提高螺纹钢的强度，提供一种螺纹钢及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种螺纹钢制备方法，依次包括电炉冶炼、炉外精炼、连铸、热轧、冷却、切割和平头工序，所述的电炉冶炼工序中，将生铁、铜锭和钒锭共熔搅拌，电炉冶炼到炉外精炼的过程中加入硅铁和锰铁合金，在炉外精炼工序中加入磷铁，所述的生铁900~1000质量份，所述的铜锭2~4质量份，所述的钒锭0.4~0.8质量份，所述的硅铁2.5~5质量份，所述的锰铁合金35~45质量份，所述的磷铁10~25质量份。
C是钢材中最基本的强化元素，C含量每增加0.01%，钢的抗拉强度增加约10MPa；Mn主要用于增加钢材强度，同时降低矿石中S损害；V、Cu可提高钢材的韧性，通过碳粉、磷铁、硅铁、锰铁合金、镍锭、铜锭同生铁冶炼来提高钢材的耐腐蚀效果。
将C、Mn、V、Cu同Fe复配制成的合金，可以有效的提高螺纹钢的强度，同时并不会影响螺纹钢的韧性。
优选地，所述的生铁950~1000质量份，所述的铜锭3~4质量份，所述的钒锭0.6~0.8质量份，所述的硅铁3~5质量份，所述的锰铁合金40~45质量份，所述的磷铁15~25质量份。
优选地，所述的生铁950~1000质量份，所述的铜锭3~4质量份，所述的钒锭0.6~0.8质量份，所述的硅铁3~5质量份，所述的锰铁合金40~45质量份，所述的磷铁15~25质量份。
优选地，所述的钒锭为改性钒锭。改性V可以显著的提高钢材强度。
优选地，所述的改性钒锭的改性方法为：制备基体，取五氧化二钒75~85质量份、三氧化二铝3~5质量份、去离子水40~60质量份、氯化钠5~8质量份，混匀后压制成型，干燥后高温烧结成阴极块；以石墨块为阳极，氯化钠熔盐为电解质，阴极块为阴极，进行熔盐电解；电解完成后，将阴极块提离熔盐，对其清洗、干燥得到基体；取活性炭2~4质量份、三氧化二铝3~5质量份、硅酸钠0.2~1质量份，基体75~85质量份；所述的活性炭、三氧化二铝、硅酸钠、基体混合均匀后，在无氧条件下于1100~1200℃通入N2反应3~5h，所述的N2流量为0.1~3m³/h·Kg，得到改性钒。
熔盐电解制得的基体是较为纯净的钒合金，电解后的阴极块呈多孔状，之后在氮气环境下熔融反应，制得改性V为钒铝氮的合金，该合金可以有效的提高螺纹钢的硬度，不会影响钢材的韧性，同时为了改善钢材的强度，V的添加量一般在0.1%左右，此时V的量添加过多，会显著的降低钢材韧性，过少则无法提供足够的强度支持，改性后的V的添加量不用超过0.1%即可显著的提高的钢材的强度，同时不影响钢材的韧性。
优选地，所述的改性钒锭的改性方法为：制备基体，取五氧化二钒80~85质量份、三氧化二铝4~5质量份、去离子水50~60质量份、氯化钠6~8质量份，混匀后压制成型，干燥后高温烧结成阴极块；以石墨块为阳极，氯化钠熔盐为电解质，阴极块为阴极，进行熔盐电解；电解完成后，将阴极块提离熔盐，对其清洗、干燥得到基体；取活性炭3~4质量份、三氧化二铝4~5质量份、硅酸钠0.5~1质量份，基体80~85质量份；所述的活性炭、三氧化二铝、硅酸钠、基体混合均匀后，在无氧条件下于1150~1200℃通入N2反应4~5h，所述的N2流量为1.5~3m³/h·Kg，得到改性钒。。
优选地，所述的改性钒锭的改性方法为：制备基体，取五氧化二钒80质量份、三氧化二铝4质量份、去离子水50质量份、氯化钠6质量份，混匀后压制成型，干燥后高温烧结成阴极块；以石墨块为阳极，氯化钠熔盐为电解质，阴极块为阴极，进行熔盐电解；电解完成后，将阴极块提离熔盐，对其清洗、干燥得到基体；取活性炭3质量份、三氧化二铝4质量份、硅酸钠0.5质量份，基体80质量份；所述的活性炭、三氧化二铝、硅酸钠、基体混合均匀后，在无氧条件下于1150℃通入N2反应4h，所述的N2流量为1.5m³/h·Kg，得到改性钒。
熔融制备的基体纯度高，不会导致V添加量过少的情况发生，同时，铝的加入使得钒合金提高钢材强度的效果大幅提高，在氮气环境下熔融反应，引入氮元素，可以进一步提高钢材的强度。
优选地，包括依次包括电炉冶炼、炉外精炼、连铸、热轧工序，所述的电炉冶炼工序中，将Fe、Mn、Si、Cu、V共熔搅拌，在炉外精炼工序中加入磷铁。
热处理工艺保证了钢材整个截面微观组织的细化和均匀化，在保证精轧螺纹钢筋的强度的同时，提高韧塑性，即具有良好的力学综合性能。
优选地，所述的炉外精炼结束后，软搅拌不少于20min，在进行连铸工序。软搅拌有助于将矿石中的夹杂物上浮，提高钢材纯净度。
一种螺纹钢，根据上述的制备方法制备的螺纹钢。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：将C、Mn、V、Cu同Fe复配制成的合金，可以有效的提高螺纹钢的强度，同时并不会影响螺纹钢的韧性；熔盐电解制得的基体是较为纯净的钒合金，之后在氮气环境下熔融反应，制得改性V为钒铝氮的合金，该合金可以有效的提高螺纹钢的硬度，不会影响钢材的韧性，同时为了改善钢材的强度，改性后的V的添加量不用超过0.1%即可显著的提高的钢材的强度，同时不影响钢材的韧性。
具体实施方式
以下实施列是对本发明的进一步说明，不是对本发明的限制。
实施例1
一种螺纹钢及其制备方法，所述的生铁950~1000质量份，所述的铜锭3~4质量份，所述的钒锭0.6~0.8质量份，所述的硅铁3~5质量份，所述的锰铁合金40~45质量份，所述的磷铁15~25质量份。所述的钒锭为改性钒锭。所述的改性钒锭的改性方法为：制备基体，取五氧化二钒80质量份、三氧化二铝4质量份、去离子水50质量份、氯化钠6质量份，混匀后压制成型，干燥后高温烧结成阴极块；以石墨块为阳极，氯化钠熔盐为电解质，阴极块为阴极，进行熔盐电解；电解完成后，将阴极块提离熔盐，对其清洗、干燥得到基体；取活性炭3质量份、三氧化二铝4质量份、硅酸钠0.5质量份，基体80质量份；所述的活性炭、三氧化二铝、硅酸钠、基体混合均匀后，在无氧条件下于1150℃通入N2反应4h，所述的N2流量为1.5m³/h·Kg，得到改性钒。
所述的热轧工序后进行热处理工序，所述的热处理工序为：950~1000℃保温淬火，550~600℃保温回火处理。所述的炉外精炼结束后，软搅拌20min，在进行连铸工序。所述的热轧工序后进行热处理工序，所述的热处理工序为：950℃保温淬火，550℃保温回火处理。
C是钢材中最基本的强化元素，C含量每增加0.01%，钢的抗拉强度增加约10MPa；Mn主要用于增加钢材强度，同时降低矿石中S损害；V、Cu可提高钢材的韧性，通过碳粉、磷铁、硅铁、锰铁合金、镍锭、铜锭同生铁冶炼来提高钢材的耐腐蚀效果。
将C、Mn、V、Cu同Fe复配制成的合金，可以有效的提高螺纹钢的强度，同时并不会影响螺纹钢的韧性。改性V可以显著的提高钢材强度。
熔盐电解制得的基体是较为纯净的钒合金，之后再氮气环境下熔融反应，制得改性V为钒铝氮的合金，该合金可以有效的提高螺纹钢的硬度，不会影响钢材的韧性，同时为了改善钢材的强度，V的添加量一般在0.1%左右，此时V的量添加过多，为显著的降低钢材韧性，过少则无法提供足够的强度支持，改性后的V的添加量不用超过0.1%即可显著的提高的钢材的强度，同时不影响钢材的韧性。
熔融制备的基体纯度高，不会导致V添加量过少的情况发生，同时，铝的加入使得钒合金提高钢材强度的效果大幅提高，在氮气环境下熔融反应，引入氮元素，可以进一步提高钢材的强度。
热处理工艺保证了钢材整个截面微观组织的细化和均匀化，在保证精轧螺纹钢筋的强度的同时，提高韧塑性，即具有良好的力学综合性能。软搅拌有助于将矿石中的夹杂物上浮，提高钢材纯净度。
实施例2
实施例2同实施例1不同之处在于，依次包括电炉冶炼、炉外精炼、连铸、热轧、冷却、切割和平头工序，所述的电炉冶炼工序中，将生铁、铜锭和钒锭共熔搅拌，电炉冶炼到炉外精炼的过程中加入硅铁和锰铁合金，在炉外精炼工序中加入磷铁，所述的生铁900质量份，所述的铜锭2质量份，所述的钒锭0.4质量份，所述的硅铁2.5质量份，所述的锰铁合金35质量份，所述的磷铁10质量份。
实施例3
实施例3同实施例1不同之处在于，依次包括电炉冶炼、炉外精炼、连铸、热轧、冷却、切割和平头工序，所述的电炉冶炼工序中，将生铁、铜锭和钒锭共熔搅拌，电炉冶炼到炉外精炼的过程中加入硅铁和锰铁合金，在炉外精炼工序中加入磷铁，所述的生铁1000质量份，所述的铜锭4质量份，所述的钒锭0.8质量份，所述的硅铁5质量份，所述的锰铁合金45质量份，所述的磷铁25质量份。
实施例4
实施例4同实施例1不同之处在于，所述的改性钒锭的改性方法为：制备基体，取五氧化二钒75质量份、三氧化二铝3质量份、去离子水40质量份、氯化钠5质量份，混匀后压制成型，干燥后高温烧结成阴极块；以石墨块为阳极，氯化钠熔盐为电解质，阴极块为阴极，进行熔盐电解；电解完成后，将阴极块提离熔盐，对其清洗、干燥得到基体；取活性炭2质量份、三氧化二铝3质量份、硅酸钠0.2质量份，基体75质量份；所述的活性炭、三氧化二铝、硅酸钠、基体混合均匀后，在无氧条件下于1100℃通入N2反应3h，所述的N2流量为0.1m³/h·Kg，得到改性钒。
实施例5
实施例5同实施例1不同之处在于，所述的改性钒锭的改性方法为：制备基体，取五氧化二钒85质量份、三氧化二铝5质量份、去离子水60质量份、氯化钠8质量份，混匀后压制成型，干燥后高温烧结成阴极块；以石墨块为阳极，氯化钠熔盐为电解质，阴极块为阴极，进行熔盐电解；电解完成后，将阴极块提离熔盐，对其清洗、干燥得到基体；取活性炭4质量份、三氧化二铝5质量份、硅酸钠1质量份，基体85质量份；所述的活性炭、三氧化二铝、硅酸钠、基体混合均匀后，在无氧条件下于1200℃通入N2反应5h，所述的N2流量为3m³/h·Kg，得到改性钒。
实施例6
实施例6同实施例1不同之处在于，所述的V未改性。
实施例7
实施例7同实施例1不同之处在于，所述的改性V中的基体为五氧化二钒。
实施例8
实施例8同实施例1不同之处在于，所述的改性V为基体。
实施例9,
实施例9同实施例1不同之处在于，所述的热轧工序后进行热处理工序，所述的热处理工序为：950~1000℃保温淬火，550~600℃保温回火处理。所述的炉外精炼结束后，软搅拌不少于20min，在进行连铸工序。
实验例
通过分析实施例1~9制备的螺纹钢的抗拉强度、延伸率来筛选优选方案。
冲击功用于评价螺纹钢的韧性，延伸率用于评价螺纹钢的塑性，同时测定各实施例的抗拉强度。
表 1 螺纹钢的力学性能
延伸率（%） 冲击功（J） 抗拉强度（MPa）
实施例1 31 155 2172
实施例2 29 140 1765
实施例3 33 148 1860
实施例4 32 153 1830
实施例5 28 149 2030
实施例6 29 151 1204
实施例7 27 146 1623
实施例8 28 152 1577
实施例9 25 165 1783
表中韧性为-40℃测试时冲击功平均值。
实施例1~5采用改性钒作为螺纹钢的制备原料，可以看出实施例1~5的抗拉强度想住由于实施例6，表明改性钒对提高螺纹钢强度的显著作用。同时采用本发明的制备方法，螺纹钢的韧性并未收到影响，应用的领域并未因制备方法和配方的改变而受到限制。
实施例1是实施例1~5中较优的实施方案，其抗拉强度的提升效果最为显著，同时抗拉强度的提高效果优于实施例7和8，表明了熔融电解制备改性钒基体和氮气下共熔制备改性钒对提高螺纹钢的强度有着显著的作用；实施例2和3中各种原料的添加量不同，实施例2的添加量偏低，导致其强度同实施例1和实施例3相比均较差，但人显著优于实施例6，实施例3的各种原料添加量偏高，但是强度略低于实施例1，同时成本较高，表明各种原料的添加量不宜过高。
实施例1中V的添加量少于0.1%，即可显著的提高的钢材的强度，同时不影响钢材的韧性，解决了因V的量添加过多，显著降低钢材韧性的问题。
实施例4和5主要是钒改性过程中，不同原料添加量对螺纹钢力学性能的影响，可以看出实施例4和同实施例1差别较大，表明熔融电解各种原料的添加量不宜偏低；实施例5同实施例1的差别不大，但强度并未进一步提高，因此控制在本发明的数值范围内的添加量是合适的。
实施例6中未添加改性钒，其强度较差，进一步说明了本发明中钒改性的必要性；实施例7中未进行熔融电解，其强度较实施例6有所提高，但幅度有限；实施例8未引入氮气，其强度较实施例7有所下降，表明钒改性过程中熔融电解的作用可能较小，氮气的引入可能起到更关键的作用。
实施例9同实施例1想比，不同之处在于冶炼的方式不同，各种温度偏低，但实施例9对钢材强度的改善效果仍较为明显，表面本发明对螺纹钢塑韧性的提高主要是同原料的配比实现的，冶炼制备方法的影响较小。但冶炼方法会显著的影响的螺纹钢的内杂质的量，采用本技术方案提供的冶炼方法会显著的减少螺纹钢杂质的量。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，以上实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (10)

1.一种螺纹钢制备方法，依次包括电炉冶炼、炉外精炼、连铸、热轧、冷却、切割和平头工序，其特征在于，所述的电炉冶炼工序中，将生铁、铜锭和钒锭共熔搅拌，电炉冶炼到炉外精炼的过程中加入硅铁和锰铁合金，在炉外精炼工序中加入磷铁；所述的生铁900~1000质量份，所述的铜锭2~4质量份，所述的钒锭0.4~0.8质量份，所述的硅铁2.5~5质量份，所述的锰铁合金35~45质量份，所述的磷铁10~25质量份。
2.根据权利要求1所述的螺纹钢制备方法，其特征在于，所述的生铁950~1000质量份，所述的铜锭3~4质量份，所述的钒锭0.6~0.8质量份，所述的硅铁3~5质量份，所述的锰铁合金40~45质量份，所述的磷铁15~25质量份。
3.根据权利要求2所述的螺纹钢制备方法，其特征在于，所述的生铁950~1000质量份，所述的铜锭3~4质量份，所述的钒锭0.6~0.8质量份，所述的硅铁3~5质量份，所述的锰铁合金40~45质量份，所述的磷铁15~25质量份。
4.根据权利要求1所述的螺纹钢制备方法，其特征在于，所述的钒锭为改性钒锭。
5.根据权利要求4所述的螺纹钢制备方法，其特征在于，所述的改性钒锭的改性方法为：制备基体，取五氧化二钒75~85质量份、三氧化二铝3~5质量份、去离子水40~60质量份、氯化钠5~8质量份，混匀后压制成型，干燥后高温烧结成阴极块；以石墨块为阳极，氯化钠熔盐为电解质，阴极块为阴极，进行熔盐电解；电解完成后，将阴极块提离熔盐，对其清洗、干燥得到基体；取活性炭2~4质量份、三氧化二铝3~5质量份、硅酸钠0.2~1质量份，基体75~85质量份；所述的活性炭、三氧化二铝、硅酸钠、基体混合均匀后，在无氧条件下于1100~1200℃通入N2反应3~5h，所述的N2流量为0.1~3m³/h·Kg，得到改性钒。
6.根据权利要求5所述的螺纹钢制备方法，其特征在于，所述的改性钒锭的改性方法为：制备基体，取五氧化二钒80~85质量份、三氧化二铝4~5质量份、去离子水50~60质量份、氯化钠6~8质量份，混匀后压制成型，干燥后高温烧结成阴极块；以石墨块为阳极，氯化钠熔盐为电解质，阴极块为阴极，进行熔盐电解；电解完成后，将阴极块提离熔盐，对其清洗、干燥得到基体；取活性炭3~4质量份、三氧化二铝4~5质量份、硅酸钠0.5~1质量份，基体80~85质量份；所述的活性炭、三氧化二铝、硅酸钠、基体混合均匀后，在无氧条件下于1150~1200℃通入N2反应4~5h，所述的N2流量为1.5~3m³/h·Kg，得到改性钒。
7.根据权利要求6所述的螺纹钢制备方法，其特征在于，所述的改性钒锭的改性方法为：制备基体，取五氧化二钒80质量份、三氧化二铝4质量份、去离子水50质量份、氯化钠6质量份，混匀后压制成型，干燥后高温烧结成阴极块；以石墨块为阳极，氯化钠熔盐为电解质，阴极块为阴极，进行熔盐电解；电解完成后，将阴极块提离熔盐，对其清洗、干燥得到基体；取活性炭3质量份、三氧化二铝4质量份、硅酸钠0.5质量份，基体80质量份；所述的活性炭、三氧化二铝、硅酸钠、基体混合均匀后，在无氧条件下于1150℃通入N2反应4h，所述的N2流量为1.5m³/h·Kg，得到改性钒。
8.根据权利要求1所述的螺纹钢制备方法，其特征在于，所述的热轧工序后进行热处理工序，所述的热处理工序为：950~1000℃保温淬火，550~600℃保温回火处理。
9.根据权利要求1所述的螺纹钢制备方法，其特征在于，所述的炉外精炼结束后，软搅拌不少于20min，在进行连铸工序。
10.一种螺纹钢，其特征在于，包括权利要求1~9任一项所述的制备方法制备的螺纹钢。
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