CN109694980A - 高氮复合合金微合金化500MPa级螺纹钢的冶炼方法 - Google Patents

高氮复合合金微合金化500MPa级螺纹钢的冶炼方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及高氮复合合金微合金化500MPa级螺纹钢的冶炼方法，包括转炉初炼、LF精炼和连铸工序；所述LF精炼工序，精炼造白渣，温度调整结束后加入高氮复合合金，高氮复合合金加入后软吹4～7min。本发明采用高氮复合微合金化大幅度减少现有的钒系合金加入量，同时对转炉初炼、LF精炼和连铸工序合理控制，降低合金化成本，最终实现大幅降低螺纹钢生产成本的目的。

Description

高氮复合合金微合金化500MPa级螺纹钢的冶炼方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金微合金化技术领域，具体涉及高氮复合合金微合金化500MPa级螺纹钢的冶炼方法。
背景技术
2018年，新国标“钢筋混凝土用钢（GB/T1499.2-2018）”正式实施，新标准要求钢筋截面外围不允许出现不同于内部衬度的环，因此在一定程度上限制了穿水钢筋的生产，各钢厂开始采用传统钒微合金工艺进行螺纹钢生产，钒系合金需求量急剧增加，另外，由于国家环保整治力度的加强，钒系合金资源供应紧张，造成钒系合金价格急剧上涨。
为降低螺纹钢生产成本，目前各钢厂采用的具体方法包括：①继续使用V微合金化方式，但适量降钒增锰，以此降低合金成本；此方法技术成熟，质量稳定，但仅可降低合金成本30元/吨，降本空间不大；②采用Nb-V复合微合金化方式，可降低合金成本280元/吨，有一定的降本空间；③采用Nb微合金化方式，但存在铸坯内裂严重、钢筋拉伸无屈服平台、组织存在过多贝氏体等质量风险。
公开号为CN1952199A的专利申请公开了一种“铌钛复合微合金化控冷钢筋用钢及其生产方法”，其主要采用铌钛复合微合金化，但铌含量控制较高为0.020～0.050%，生产成本仍然较高，氮含量控制为≤0.008%，且轧制后需要采用快速冷却，生产难度较大且不易控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供高氮复合合金微合金化500MPa级螺纹钢的冶炼方法，采用高氮复合微合金化大幅度减少现有的钒系合金加入量，同时对转炉初炼、LF精炼和连铸工序合理控制，降低合金化成本，最终实现大幅降低螺纹钢生产成本的目的。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
高氮复合合金微合金化500MPa级螺纹钢的冶炼方法，包括转炉初炼、LF精炼和连铸工序；所述LF精炼工序，精炼造白渣，温度调整结束后加入高氮复合合金，高氮复合合金加入后软吹4～7min。
上述的高氮复合合金微合金化500MPa级螺纹钢的冶炼方法，所述LF精炼工序进行白渣处理， LF进站后强吹氩，氩气流量80～100 Nm³/h，并加入石灰3～5Kg/t钢，萤石0.5～0.8Kg/t钢，之后送电升温，升温过程中加入石灰2～5Kg/t钢。
上述的高氮复合合金微合金化500MPa级螺纹钢的冶炼方法，所述精炼工序中，当LF炉温度升至1570～1585℃后，进行钢水成分微调整，使钢包钢液成分达到：C 0.18～0.25wt%，Si 0.40～0.80 wt%，Mn 1.30～1.60 wt%，S≤0.045 wt%；后将钢液温度调整至满足连铸要求中包过热度15～35℃，加入高氮复合合金1.6～3.2kg/t钢。
上述的高氮复合合金微合金化500MPa级螺纹钢的冶炼方法，所述LF精炼工序，高氮复合合金加入完毕后，要求软吹时间4～7min，以达到钢包成分均匀的目的，钢包钢液成分Ti：0.010～0.040wt%，N：0.0090～0.0150wt%。
上述的高氮复合合金微合金化500MPa级螺纹钢的冶炼方法，所述转炉初炼工序，钢液终点C含量控制在0.10～0.20wt%，P≤0.045wt%，出钢过程中采用硅铁、硅锰铁、铌铁、氮化钒铁进行脱氧合金化，使钢包钢液成分达到C：0.15～0.20 wt%，Si：0.30～0.45 wt%，Mn：1.20～1.40 wt%，Nb ：0.010～0.035 wt%，V：0.020～0.040%。
上述的高氮复合合金微合金化500MPa级螺纹钢的冶炼方法，所述方坯连铸工序，采用全程保护浇注，中间包低过热度控制15～35℃，各流采取恒拉速操作，拉速控制为2.2～2.4m/min，各流采取中冷冷却强度，二冷冷却强度0.75～0.85L/kg。
采用本发明生产的连铸坯，中间裂纹＞1.5级的比例小于等于0.5%；对该连铸坯进行轧制、冷却后制得规格Φ12～Φ36mm的螺纹钢成品，该螺纹钢中Nb：0.010～0.040wt%，V：0.020～0.040wt%，Ti： 0.010～0.040 wt%，N：0.0090～0.0150 wt%，力学性能稳定，完全满足国标要求。
本发明的有益效果
与现有技术相比，本发明通过采用高氮复合微合金化工艺，添加铌、钒、钛及适量的氮元素，发挥铌、钒、钛、氮复合强化机理，可大幅度降低钒系合金加入量，成本可降低300～500元/吨钢，经过合理的转炉冶炼、精炼工艺及连铸工艺过程控制，铸坯中间及中心裂纹比例显著降低，中间裂纹＞1.5级的比例小于等于0.5%，显著降低合金化成本。本发明生产的连铸坯，适用螺纹钢筋轧制规格范围大，螺纹钢筋力学性能稳定，金相组织铁素体+珠光体比例≥90%。另外轧制过程中不需经过强穿水快速冷却来细化晶粒，对控冷设备的能力要求较低，适合大批量稳定生产。
具体实施方式
下面通过实施例1～5进一步说明本发明。
实施例1
本实施例高氮复合合金微合金化500MPa级螺纹钢的冶炼方法包括转炉初炼、LF炉精炼和方坯连铸工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）转炉初炼工序：采用100吨转炉进行吹炼，计划出钢110t，出钢钢液成分C：0.10wt%，P：0.024 wt%，出钢过程中向钢包加入铌铁0.65kg/t钢、氮化钒铁0.49kg/t钢，以及碳粉、硅锰合金、硅铁，钢包钢液成分C：0.15 wt%，Si：0.30 wt%，Mn：1.20 wt%，Nb ：0.040wt%，V：0.020 wt%；
（2）LF精炼工序：首先开启钢包底吹氩，流量80Nm³/h，加入石灰4Kg/t钢，萤石0.5Kg/t钢，之后送电升温，升温过程中加入石灰3Kg/t钢，确保炉渣白渣化并具有良好的流动性。调整温度至1585℃，然后调整钢包钢液成分达到C：0.20 wt%，Si：0.47 wt%，Mn：1.48 wt%，S：0.035 wt%；
继续调整温度至1580℃，加入高氮复合合金1.6kg/t钢，高氮复合合金加入完毕后要求软吹时间5分钟，钢包钢液成分Ti：0.010wt%，N： 0.0090wt%；
（3）方坯连铸工序：全程保护浇注工艺，中间包过热度控制18℃，各流拉速控制为2.2m/min，二冷冷却强度0.75L/kg。
采用本实施例生产螺纹钢可降低合金成本500元/吨钢，低倍显示中间裂纹评级0.5级，采用该铸坯生产成品规格为Φ12mm的螺纹钢，屈服强度554MPa，抗拉强度740MPa，断后伸长率22.5%，强屈比1.34，反向弯曲合格，铁素体+珠光体比例95%。
实施例2
本实施例高氮复合合金微合金化500MPa级螺纹钢的冶炼方法包括转炉初炼、LF炉精炼和方坯连铸工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）转炉初炼工序：采用100吨转炉进行吹炼，计划出钢110t，出钢钢液成分C：0.14 w%，P：0.045 wt%，出钢过程中向钢包加入铌铁0.49kg/t钢、氮化钒铁0.49kg/t钢，以及碳粉、硅锰合金、硅铁，钢包钢液成分C：0.17 wt %，Si：0.38 wt%，Mn：1.27 wt%，Nb ：0.030 wt%，V：0.020 wt%；
（2）LF精炼工序：首先开启钢包底吹氩，流量100Nm³/h，加入石灰5Kg/t钢，萤石0.8Kg/t钢，之后送电升温，升温过程中加入石灰5Kg/t钢，确保炉渣白渣化具有良好的流动性。调整温度至1577℃，然后调整钢包钢液成分达到C：0.18wt%，Si：0.60wt%，Mn：1.60wt%，S：0.025wt%；
继续调整温度至1580℃，加入高氮复合合金3.2kg/t钢，高氮复合合金加入完毕后要求软吹时间7分钟，钢包钢液成分Ti：0.040wt%，N： 0.0150wt%；
（3）方坯连铸工序：全程保护浇注工艺，中间包过热度控制15℃，各流拉速控制为2.2m/min，二冷冷却强度0.81L/kg。
采用本实施例生产的螺纹钢可降低合金成本430元/吨钢，低倍显示中间裂纹评级1.0级，采用该铸坯生产成品规格为Φ14mm的螺纹钢，屈服强度550MPa，抗拉强度734MPa，断后伸长率24.5%，强屈比1.33，反向弯曲合格，铁素体+珠光体比例92%。
实施例3
本实施例高氮复合合金微合金化500MPa级螺纹钢的冶炼方法包括转炉初炼、LF炉精炼和方坯连铸工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）转炉初炼工序：采用100吨转炉进行吹炼，计划出钢110t，出钢钢液成分C：0.20wt%，P：0.023 wt%，出钢过程中向钢包加入铌铁0.16kg/t钢、氮化钒铁0.91kg/t钢，以及碳粉、硅锰合金、硅铁，钢包钢液成分C：0.18 wt%，Si：0.40 wt%，Mn：1.30 wt%，Nb ：0.010wt%， V：0.040 wt%；
（2）LF精炼工序：首先开启钢包底吹氩，流量100Nm³/h，加入石灰3Kg/t钢，萤石0.5Kg/t钢，之后送电升温，升温过程中加入石灰5Kg/t钢，确保炉渣白渣化具有良好的流动性。调整温度至1587℃，然后调整钢包钢液成分达到C：0.25 wt%，Si：0.46 wt%，Mn：1.30 wt%，S：0.045 wt%；
继续调整温度至1583℃，加入高氮复合合金1.8 kg/t钢，高氮复合合金加入完毕后要求软吹时间4分钟，钢包钢液成分Ti：0.015wt%，N： 0.0130wt%；
（3）方坯连铸工序：全程保护浇注工艺，中间包过热度控制25℃，各流拉速控制为2.4m/min，二冷冷却强度0.85L/kg。
采用本实施例生产的螺纹钢可降低合金成本300元/吨钢，低倍显示中间裂纹评级1.5级，采用该铸坯生产成品规格为Φ22mm的螺纹钢，屈服强度560MPa，抗拉强度728MPa，断后伸长率24.5%，强屈比1.30，反向弯曲合格，铁素体+珠光体比例93%。
实施例4
本实施例高氮复合合金微合金化500MPa级螺纹钢的冶炼方法包括转炉初炼、LF炉精炼和方坯连铸工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）转炉初炼工序：采用100吨转炉进行吹炼，计划出钢110t，出钢钢液成分C：0.15%，P：0.018%，出钢过程中向钢包加入铌铁0.49kg/t钢、氮化钒铁0.61kg/t钢，以及碳粉、硅锰合金、硅铁，钢包钢液成分C：0.17 wt%，Si：0.33wt%，Mn：1.40wt%，Nb ：0.030wt%， V：0.025wt%；
（2）LF精炼工序：首先开启钢包底吹氩，流量100Nm³/h，加入石灰5Kg/t钢，萤石0.6Kg/t钢，之后送电升温，升温过程中加入石灰2Kg/t钢，确保炉渣白渣化具有良好的流动性。调整温度至1580℃，然后调整钢包钢液成分达到C：0.20 wt%，Si：0.80 wt%，Mn：1.60 wt%，S：0.015 wt%；
继续调整温度至1576℃，加入高氮复合合金3.0kg/t钢，高氮复合合金加入完毕后要求软吹时间6分钟，钢包钢液成分Ti：0.035 wt%，N： 0.0150 wt%；
（3）方坯连铸工序：全程保护浇注工艺，中间包过热度控制30℃，各流拉速控制为2.2m/min，二冷冷却强度0.82L/kg。
采用本实施例生产的螺纹钢可降低合金成本395元/吨钢，低倍显示中间裂纹评级0.5级，采用该铸坯生产成品规格为Φ25mm的螺纹钢，屈服强度548MPa，抗拉强度717MPa，断后伸长率23%，强屈比1.31，反向弯曲合格，铁素体+珠光体比例95%。
实施例5
本实施例高氮复合合金微合金化500MPa级螺纹钢的冶炼方法包括转炉初炼、LF炉精炼和方坯连铸工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）转炉初炼工序：采用100吨转炉进行吹炼，计划出钢110t，出钢钢液成分C：0.10wt%，P：0.030 wt%，出钢过程中向钢包加入铌铁0.40kg/t钢、氮化钒铁0.58kg/t钢，以及碳粉、硅锰合金、硅铁，钢包钢液成分C：0.13wt%，Si：0.37wt%，Mn：1.25wt%，Nb ：0.025wt%，V：0.023wt%；
（2）LF精炼工序：首先开启钢包底吹氩，流量100Nm³/h，加入石灰5Kg/t钢，萤石0.6Kg/t钢，之后送电升温，升温过程中加入石灰4Kg/t钢，确保炉渣白渣化具有良好的流动性。调整温度至1570℃，然后调整钢包钢液成分达到C：0.24wt%，Si：0.51wt%，Mn：1.52wt%，S：0.020wt%；
继续调整温度至1580℃，加入高氮复合合金2.6kg/t钢，高氮复合合金加入完毕后要求软吹时间5分钟， 钢包钢液成分Ti：0.025wt%，N： 0.0146 wt%；
（3）方坯连铸工序：全程保护浇注工艺，中间包过热度控制35℃，各流拉速控制为2.4m/min，二冷冷却强度0.83L/kg。
采用本实施例生产的螺纹钢可降低合金成本420元/吨钢，低倍显示中间裂纹评级1.0级，采用该铸坯生产成品规格为Φ36mm的螺纹钢，屈服强度542MPa，抗拉强度715MPa，断后伸长率20.5%，强屈比1.32，反向弯曲合格，铁素体+珠光体比例93%。

Claims (6)

1.高氮复合合金微合金化500MPa级螺纹钢的冶炼方法,包括转炉初炼、LF炉精炼和连铸工序；所述精炼工序，所述LF精炼工序，精炼造白渣，温度调整结束后加入高氮复合合金，高氮复合合金加入后软吹4～7min。
2.如权利要求1所述的高氮复合合金微合金化500MPa级螺纹钢的冶炼方法，其特征在于：所述LF精炼工序进行白渣处理，LF进站后强吹氩，氩气流量80～100 Nm³/h，并加入石灰3～5Kg/t钢，萤石0.5～0.8Kg/t钢，之后送电升温，升温过程中加入石灰2～5Kg/t钢。
3.如权利要求2所述的高氮复合合金微合金化500MPa级螺纹钢的冶炼方法，其特征在于：所述精炼工序中，当LF炉温度升至1570～1585℃后，进行钢水成分微调整，使钢包钢液成分达到：C 0.18～0.25 wt%，Si 0.40～0.80 wt%，Mn 1.30～1.60 wt%，S≤0.045 wt%；后将钢液温度调整至满足连铸要求中包过热度15～35℃，加入高氮复合合金1.6～3.2kg/t钢。
4.如权利要求3所述的高氮复合合金微合金化500MPa级螺纹钢的冶炼方法，其特征在于：所述LF精炼工序，高氮复合合金加入完毕后，要求软吹时间4～7min，以达到钢包成分均匀的目的，钢包钢液成分Ti：0.010～0.040 wt%，N：0.0090～0.0150wt%。
5.如权利要求1所述的高氮复合合金微合金化500MPa级螺纹钢的冶炼方法，其特征在于：所述转炉初炼工序，钢液终点C含量控制在0.10～0.20wt%，P≤0.045wt%，出钢过程中采用硅铁、硅锰铁、铌铁、氮化钒铁进行脱氧合金化，使钢包钢液成分达到C：0.15～0.20 wt%，Si：0.30～0.45 wt %，Mn：1.20～1.40 wt %，Nb ：0.010～0.035 wt %，V：0.020～0.040%。
6.如权利要求1所述的高氮复合合金微合金化500MPa级螺纹钢的冶炼方法，其特征在于:所述方坯连铸工序，采用全保护浇注，中间包过热度15～35℃；各流拉速为2.2～2.4m/min；二冷冷却强度0.75～0.85L/kg。
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