CN109355460B - 一种含钛复合合金强化包芯线及其在hrb400e螺纹钢中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含钛复合合金强化包芯线及其在HRB400E螺纹钢中的应用，所述含钛复合合金强化包芯线是由铝带包覆芯粉制成，所述芯粉由下述质量百分含量的成分组成：Ti：30~35%，N：22~28%，Si：15~20%，Cu：3~8%，Mn：8~12%，Fe：1~3%，Zr：5~8%，上述各成分之和为100%；所述含钛复合合金强化包芯线在HRB400E螺纹钢中的应用，是在钢水冶炼过程中，钢水罐到LF工位完成造白渣后通过喂线机向钢水罐喂入含钛复合合金强化包芯线，喂线速度5~6m/min，喂入量3m/t钢，喂线后，切换至软吹模式，底吹氩气流量为150~180L/min，软吹时间为3~5min；本发明的含钛复合合金强化包芯线，实现了钛在HRB400E螺纹钢中稳定的强化作用，替代部分钒的强化作用，大幅降低螺纹钢生产成本，并具有在其它含钒钢种生产中推广应用的前景。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁材料技术领域，特别是一种含钛复合合金强化包芯线及其在HRB400E螺纹钢中的应用。
背景技术
螺纹钢是热轧带肋钢筋的俗称，是中型以上建筑构件的必需钢材，主要包括二、三、四级三个类别，是我国产能最大、用量最多的单一钢种系列，2017年产销量均超过了2亿吨。
2018年初，螺纹钢新标准GB/T 1499.2-2018发布，以代替GB/T 1499.2-2007，并将于2018年 11月 1日强制推行。新标准取消335MPa级钢筋，增加了 600MPa级钢筋；增加了带E牌号；对质量偏差适当加严，明确了质量偏差不允许复验；增加了钢筋疲劳试验方法的规定，值得注意的是增加了金相组织检验的规定；增加了截面维氏硬度、宏观金相、微观组织及检验方法；修改了交货长度允许偏差；增加了横肋末端间隙的测量方法等。
新国标中最显著的特点是适应社会发展和质量需求提升的趋势，力推螺纹钢的升级换代，而对行业最直接的影响是增加金相组织和维氏硬度检验方面的规定：组织主要为铁素体加珠光体，基圆不得出现回火马氏体组织，维氏硬度检验两点的硬度差值应小于或等于40Hv。这对绝大部分螺纹钢企业现有的强穿水和控轧控冷工艺是根本性的打击，一方面是技术体系需要重构，另一方面意味着合金化成本，特别是传统的钒系合金螺纹钢生产方式，成本将大幅提高。市场对新国标的反应及时而迅猛，最直接的表现就是钒系合金（50基价）的价格从 2018年年初的20余万每吨短期内上涨至50余万每吨，给螺纹钢企业实施新国标带来巨大成本压力。
由于我国钛资源丰富，生产工艺成熟，市场价格长期保持稳定，而钒资源却极为紧缺，长期大量进口含钒原矿冶炼生产钒系合金或者直接进口钒系合金，价格一直居于高位，且随着螺纹钢新国标的实施，多数企业需要通过加入钒系合金实现强化，钒系合金上涨2倍以上，如前所述，这给螺纹钢生产企业成本控制带来极大影响。因此，研发一种新的合金产品来部分替代V系合金，降低螺纹钢生产成本成为行业内亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的就是针对目前随着新国标对螺纹钢质量要求的提高，导致螺纹钢生产成本大幅提高，生产企业成本控制困难的问题，提供一种含钛复合合金强化包芯线及其在HRB400E螺纹钢中的应用。
本发明的一种含钛复合合金强化包芯线，是由铝带包覆芯粉制成，所述芯粉由下述质量百分含量的成分组成：Ti：30~35%，N：22~28%，Si：15~20%，Cu：3~8%，Mn：8~12%，Fe：1~3%，Zr：5~8%，上述各成分之和为100%。
优选地，本发明的一种含钛复合合金强化包芯线，由下述质量百分含量的成分组成：Ti：33.5%，N：25.5%，Si：17.5%，Cu：5%，Mn：10%，Fe：2%，Zr：6.5%。
所述芯粉是由氮化钛、硅锰合金、氮化硅、铜粉、铁粉、硅锆合金制成，制备时，先将各原料分别磨成200目干粉，再按成分设计要求计算好配之后，按配比量充分混合均匀制成，所述芯粉质量为350±5g/m。
所述铝带由下述质量百分含量的成分组成：Al：99.5%，Si：0.25%，Cu：0.05%，Mg：0.03%，Zn：0.05%，Ti：0.03%，V：0.05%，Fe：0.03%，P+S：0.01%；所述铝带宽度为55±0.2mm，厚度为0.5±0.02mm，质量为75±0.5g/m。
所述含钛复合合金强化包芯线是通过自动包芯线机由铝带将芯粉包紧压实为Φ13mm外径的线盘，包芯线质量为425±5 g/m。
本发明的一种含钛复合合金强化包芯线在HRB400E螺纹钢中的应用。
本发明的一种含钛复合合金强化包芯线在HRB400E螺纹钢中的应用，包括EBT电炉冶炼—LF精炼—5机5流方坯连铸，特别是：
（1）电炉正常吹氧冶炼，过程中2~3次除脱磷渣，控制终点温度范围为1630~1660℃，终点C：0.05~0.08%，P：0.012~0.018%；
（2）电炉出钢前，在钢水罐底加入活性石灰10~12kg/t钢，铝块0.2~0.3kg/t钢，出钢1/3后，向钢水罐中冲入硅锰、钒铁等合金进行合金化，投加量以成品要求为准；出钢全程钢水罐底吹氩气，吹氩流量为300~360L/min；
（3）钢水罐到LF工位后，立即向钢水罐中加入活性石灰5~8kg/t钢，送电加热调温，向渣面加入CaC2和铝粒对炉渣脱氧造白渣，在15分钟内完成造白渣；钢水温度为1560~1580℃时，通过喂线机向钢水罐喂入含钛复合合金强化包芯线，喂线速度5~6m/min，喂入量4m/t钢，喂线后，切换至软吹模式，底吹氩气流量为150~180L/min，软吹时间为3~5min，之后将钢水罐吊运至连铸平台进行浇注；
（4）连铸实行全保护浇注，即装备钢水罐长水口和结晶器浸入式水口，拉速根据中包钢水温度控制在2.8~3.2m/min，一、二冷强度由系统自动控制；
（5）轧制按正常模式进行，按国标GB/T 1499.2~2018要求，轧制过程及结束均不强行穿水冷却，其它无需特别调整。
所述EBT电炉为60t EBT电炉。
本发明的含钛复合合金强化包芯线成分设计依据及其在螺纹钢冶炼过程中的作用原理如下：
（1）包芯线以铝带作为外皮材料，是因为螺纹钢常规生产以硅锰脱氧为主，包芯线的铝带外皮可在喂入钢水的瞬间对钢水进行深脱氧，以提高包芯线中有效成分的收得率；
（2）包芯线芯粉中的Ti以TiN形式存在，在钢水中可迅速溶解，形成Ti和N溶于钢水中，一方面提高Ti含量，另一方面N的存在，作为表面活性元素，可延缓甚至阻止Ti与O的结合，减少Ti被氧化生成氧化钛类夹杂物的比例；在钢液凝固过程中，Ti和N重新结合生成TiN，最终在晶界析出，起到析出强化的作用；
（3）包芯线芯粉中Cu在钢筋轧后析出，强化晶界，提高钢材强度，Zr的加入可起到辅助脱氧作用，在凝固过程中，微小尺寸的固态ZrO2颗粒作为异质形核质点，明显增加晶粒数量，起到细化晶粒的作用，提高成品强度和延展性；Si、Mn、Fe是其它合金中的复合物，也是螺纹钢中的有益元素，在包芯线中起骨架支撑作用。
本发明的含钛复合合金强化包芯线在螺纹钢冶炼过程中进行应用后，具有下述优点：
（1）通过包芯线喂入，稳定钛的收得率，同时解决钛氧化引起的浸入式水口堵塞问题，最终实现钛在成品中的强化作用；
（2）成品HRB400E螺纹钢中增氮20~50ppm，Ti增加至0.006~0.012%，钒含量比常规生产时降低0.008~0.012%；
（3）成品HRB400E螺纹钢中P、S、O含量均有效降低，其中氧含量降低至30ppm以内，各项性能指标满足GB/T 1499.2-2018的国标要求，且不低于钒合金化时的性能指标；
（4）新国标公布后，50基价钒铁价格约60万元/吨，而本发明的含钛复合合金强化包芯线成本约4万元/吨，采用本发明含钛复合合金强化包芯线可使HRB400E螺纹钢中贵重合金V含量同比减少0.008~0.012%，吨钢可节约成本80元以上。
本发明的含钛复合合金强化包芯线，实现了钛在HRB400E螺纹钢中稳定的强化作用，替代部分钒的强化作用，大幅降低螺纹钢生产成本，并具有在其它含钒钢种生产中推广应用的前景。
附图说明
图1,3,5,7,9分别为对比实施例6-10采用钒系合金制备的HRB400E螺纹钢的金相组织图；
图2,4,6,8,10分别为实施例6-10中采用本发明的含钛复合合金强化包芯线替代部分V冶炼后得到的HRB400E螺纹钢的金相组织图。
具体实施方式
为了更好地解释本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明，下述实施例仅仅是示例性的说明本发明的技术方案，并不以任何形式限制本发明。
下表1为本发明实施例1-5中含钛复合合金强化包芯线的芯粉中所含化学成分的质量百分含量取值列表。
表1 实施例1-5中含钛复合合金强化包芯线芯粉的化学成分（Wt，%）
实施例1-5中所述芯粉是由氮化钛、硅锰合金、氮化硅、铜粉、铁粉、硅锆合金制成，制备时，先将各原料分别磨成200目干粉，再按成分设计要求计算好配之后，按配比量充分混合均匀制成，所述芯粉质量为350±5g/m。
所述铝带由下述质量百分含量的成分组成：Al：99.5%，Si：0.25%，Cu：0.05%，Mg：0.03%，Zn：0.05%，Ti：0.03%，V：0.05%，Fe：0.03%，P+S：0.01%；所述铝带宽度为55±0.2mm，厚度为0.5±0.02mm，质量为75±0.5g/m。
所述含钛复合合金强化包芯线是通过自动包芯线机由铝带将芯粉包紧压实为Φ13mm外径的线盘，包芯线质量为425±5 g/m。
下述实施例6-10以HRB400E螺纹钢的冶炼工艺为例，来详细解释本发明的含钛复合合金强化包芯线在HRB400E螺纹钢中的应用。为方便对比本发明实施例6-10中采用含钛复合合金强化包芯线取代部分钒合金后制备的HRB400E螺纹钢，和采用钒系合金时制备的HRB400E螺纹钢的主要性能，设计对比实施例6-10，对比例6-10为常规HRB400E螺纹钢的化学成分及主要性能参数列表，实施例6-10分别以本发明实施例1-5制备的含钛复合合金强化包芯线取代对比实施例6-10中0.008-0.012%的钒含量。具体情况如下。
下表2为对比实施例6-10中采用钒系合金时HRB400E螺纹钢中所含化学成分的质量百分含量取值列表；
下表3为实施例6-10中分别用本发明实施例1-5的含钛复合合金强化包芯线替代的部分钒系合金冶炼之后的HRB400E螺纹钢中所含化学成分的质量百分含量取值列表；
下表4为对比实施例6-10及实施例6-10中各实施例冶炼方法中主要工艺参数的取值列表；
下表5为对比实施例6-10中采用钒系合金时制备的HRB400E螺纹钢的主要性能参数测试列表；
下表6为采用本发明含钛复合合金强化包芯线替代部分V冶炼后制备HRB400E螺纹钢的主要性能参数测试列表。
本发明的一种含钛复合合金强化包芯线在HRB400E螺纹钢中的应用，包括EBT电炉冶炼—LF精炼—5机5流方坯连铸，特别是：
（1）电炉正常吹氧冶炼，过程中2~3次除脱磷渣，控制终点温度范围为1630~1660℃，终点C：0.05~0.08%，P：0.012~0.018%；所述EBT电炉为60t EBT电炉；
（2）电炉出钢前，在钢水罐底加入活性石灰10~12kg/t钢，铝块0.2~0.3kg/t钢，出钢1/3后，向钢水罐中冲入硅锰、钒铁等合金进行合金化，投加量以成品要求为准；出钢全程钢水罐底吹氩气，吹氩流量为300~360L/min；
（3）钢水罐到LF工位后，立即向钢水罐中加入活性石灰5~8kg/t钢，送电加热调温，向渣面加入CaC2和铝粒对炉渣脱氧造白渣，在15分钟内完成造白渣；钢水温度为1560~1580℃时，通过喂线机向钢水罐喂入含钛复合合金强化包芯线，喂线速度5~6m/min，喂入量3m/t钢，喂线后，切换至软吹模式，底吹氩气流量为150~180L/min，软吹时间为3~5min，之后将钢水罐吊运至连铸平台进行浇注；
（4）连铸实行全保护浇注，即装备钢水罐长水口和结晶器浸入式水口，拉速根据中包钢水温度控制在2.8~3.2m/min，一、二冷强度由系统自动控制；
（5）轧制按正常模式进行，按国标GB/T 1499.2~2018要求，轧制过程及结束均不强行穿水冷却，其它无需特别调整。
表2 对比实施例6-10采用钒系合金的HRB400E螺纹钢化学成分（Wt，%）
表3 实施例6-10采用本发明含钛复合合金强化包芯线取代部分V冶炼后HRB400E螺纹钢的化学成分（Wt，%）
表4 对比实施例6-10及实施例6-10中螺纹钢冶炼的主要工艺参数列表
表5 对比实施例6-10采用钒系合金制备的HRB400E螺纹钢的主要性能参数测试列表
表6 实施例6-10采用本发明含钛复合合金强化包芯线替代部分V冶炼后制备HRB400E螺纹钢的主要性能参数测试列表
图1,3,5,7,9为对比实施例6-10采用钒系合金制备的HRB400E螺纹钢的金相组织图； 图2,4,6,8,10为实施例6-10中采用本发明的含钛复合合金强化包芯线替代部分V冶炼后得到的HRB400E螺纹钢的金相组织图。从图中可以看出，图1与图2的金相组织均为铁素体+珠光体，铁素体晶粒度分别为10、11级；图3与图4的金相组织均为铁素体+珠光体，铁素体晶粒度均为9级；图5与图6的金相组织均为铁素体+珠光体，铁素体晶粒度均为9级；图7与图8的金相组织均为铁素体+珠光体，铁素体晶粒度均为9级；图9与图10的金相组织均为铁素体+珠光体，铁素体晶粒度均为8.5级。
结果分析：通过上述主要性能对比数据可以看出，采用本发明的含钛复合合金强化包芯线替代HRB400E螺纹钢中部分V合金后，成品性能达到同级别更优水平，且完全满足新国标要求。并且从图1,3,5,7,9与图2,4,6,8,10的对比可以看出，实施例6-10与对比实施例6-10制备的HRB400E螺纹管成品组织均为国标要求的铁素体+珠光体，且加入本发明的含钛复合合金强化包芯线后，晶粒度保持不变或略有优化。
Claims (6)
1.一种含钛复合合金强化包芯线在HRB400E螺纹钢中的应用，所述含钛复合合金强化包芯线，是由铝带包覆芯粉制成，所述芯粉由下述质量百分含量的成分组成：Ti：30~35%，N：22~28%，Si：15~20%，Cu：3~8%，Mn：8~12%，Fe：1~3%，Zr：5~8%，上述各成分之和为100%；
所述含钛复合合金强化包芯线在HRB400E螺纹钢中的应用，包括EBT电炉冶炼—LF精炼—5机5流方坯连铸，其特征在于：
（1）电炉正常吹氧冶炼，过程中2~3次除脱磷渣，控制终点温度范围为1630~1660℃，终点C：0.05~0.08%，P：0.012~0.018%；
（2）电炉出钢前，在钢水罐底加入活性石灰10~12kg/t钢，铝块0.2~0.3kg/t钢，出钢1/3后，向钢水罐中冲入硅锰、钒铁合金进行合金化，投加量以成品要求为准；出钢全程钢水罐底吹氩气，吹氩流量为300~360L/min；
（3）钢水罐到LF工位后，立即向钢水罐中加入活性石灰5~8kg/t钢，送电加热调温，向渣面加入CaC2和铝粒对炉渣脱氧造白渣，在15分钟内完成造白渣；钢水温度为1560~1580℃时，通过喂线机向钢水罐喂入含钛复合合金强化包芯线，喂线速度5~6m/min，喂入量3m/t钢，喂线后，切换至软吹模式，底吹氩气流量为150~180L/min，软吹时间为3~5min，之后将钢水罐吊运至连铸平台进行浇注；
（4）连铸实行全保护浇注，即装备钢水罐长水口和结晶器浸入式水口，拉速根据中包钢水温度控制在2.8~3.2m/min，一、二冷强度由系统自动控制；
（5）轧制按正常模式进行，按国标GB/T 1499.2~2018要求，轧制过程及结束均不强行穿水冷却，其它无需特别调整。
2.根据权利要求1所述的一种含钛复合合金强化包芯线在HRB400E螺纹钢中的应用，其特征在于：所述芯粉是由下述质量百分含量的成分组成：Ti：33.5%，N：25.5%，Si：17.5%，Cu：5%，Mn：10%，Fe：2%，Zr：6.5%。
3.根据权利要求1或2所述的一种含钛复合合金强化包芯线在HRB400E螺纹钢中的应用，其特征在于：所述芯粉是由氮化钛、硅锰合金、氮化硅、铜粉、铁粉、硅锆合金制成，制备时，先将各原料分别磨成200目干粉，再按成分设计要求计算好配比后，按配比量充分混合均匀制成，所述芯粉质量为350±5g/m。
4.根据权利要求1或2所述的一种含钛复合合金强化包芯线在HRB400E螺纹钢中的应用，其特征在于：所述铝带由下述质量百分含量的成分组成：Al：99.5%，Si：0.25%，Cu：0.05%，Mg：0.03%，Zn：0.05%，Ti：0.03%，V：0.05%，Fe：0.03%，P+S：0.01%；所述铝带宽度为55±0.2mm，厚度为0.5±0.02mm，质量为75±0.5g/m。
5.如权利要求1或2所述的一种含钛复合合金强化包芯线在HRB400E螺纹钢中的应用，其特征在于：所述含钛复合合金强化包芯线是通过自动包芯线机由铝带将芯粉包紧压实为Φ13mm外径的线盘，包芯线质量为425±5 g/m。
6.根据权利要求1所述的一种含钛复合合金强化包芯线在HRB400E螺纹钢中的应用，其特征在于：所述EBT电炉为60t EBT电炉。
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