CN109930056A - 一种400MPa级细晶粒螺纹钢筋及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种400MPa级细晶粒螺纹钢筋及其制造方法，属于螺纹钢筋生产领域。该钢筋包括的成分及其质量分数为：C0.20～0.25％，Si0.3～0.8％，Mn1.2～1.6％，P0.01～0.04％，S0.01～0.04％，Ti0.004～0.02％，Cr0.001～0.08％，V0.0001～0.008％，Nb0.0001～0.008％，Al0.0001～0.008％，O0.003～0.01％，N0.003～0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质。其还包括锰硅酸盐夹杂物、氧化钛硫化锰复相夹杂物、硫化锰夹杂物和其它不可避免的夹杂物。该制法为：钢水冶炼、夹杂物控制、连铸、连铸坯加热、轧制冷却，该方法对成分和夹杂物优化设计，结合冶炼和轧制，利用夹杂物诱导细晶强化机制，提高钢筋强度，减少贵重合金元素添加，实现螺纹钢筋低成本高质量生产。

Description

一种400MPa级细晶粒螺纹钢筋及其制造方法
技术领域
本发明属于螺纹钢筋生产技术领域，特别涉及一种400MPa级细晶粒螺纹钢筋及其制造方法。
背景技术
随着我国工业化和城镇化的快速发展，基础设施建设和建筑等领域对高质量建筑用钢材的需求显著增加。为了进一步提高建筑钢材的质量、促进节能减排、淘汰落后产能，满足建筑、交通、工程等领域的需求，我国在2018年11月1日起开始实施新的热轧带肋钢筋国家标准GB/T 1499.2-2018。新标准对钢筋生产工艺、金相组织和强度级别提出了新要求。目前，提高钢筋强度主要通过增加合金元素含量的方式来实现，这造成钢筋生产成本的增加以及合金资源的过度消耗，不利于经济和社会的可持续发展。在这一背景下，急需开发出新产品新技术，在提高钢筋质量的同时，实现减合金、低成本、绿色化制造。
专利CN103469064A公开了一种HRB400E高强抗震钢筋及其制备方法，对不同直径的钢筋采取不同的V元素添加量，并采用分档轧制，从而降低成本，提高强度。但是，所述的钢筋需要添加0.030～0.045％含量的V，提高了V微合金化成本，造成了钒资源的消耗。
专利CN105779866A公开了一种HRB400钢筋及其生产方法，在C-Si-Mn的成分基础上添加Cr合金元素，取代了V合金元素，并在生产过程中进行精炼工艺和轧制工艺的严格控制，从而提高钢筋的强度。Cr元素的添加增加了合金成本，并且采用较低的轧制温度增加了轧机负荷，给生产带来困难。
专利CN102400044A公开了一种铌钛复合微合金化热轧带肋钢筋及其生产方法，采用Nb-Ti复合微合金化工艺来降低微合金加入量，达到HRB400强度级别。由于Nb是一种贵重合金资源，并且需要大量进口，因此在钢筋中的大量应用不利于贵重资源的节约。
专利CN103924037A公开了一种HRB400热轧钢筋生产工艺，采用“TiN微合金化处理+控轧控冷”工艺路线，利用Ti微合金化的析出强化作用提高钢筋强度。钢水在精炼站喂氮化钛线工艺不能对Ti、N、O元素的合理配比有效控制并且增加了原料成本，采用控轧控冷工艺提高强度，不利于轧制生产效率的提高。
专利CN102703811A公开了一种钛微合金化400MPa级高强度钢筋及其生产方法，在出钢过程中且脱氧后或在精炼过程中进行Ti的合金化，并采用低的轧制温度，利用Ti的碳氮化物析出强化作用提高钢筋强度。为了提高Ti的收得率，在Ti合金化之前进行脱氧操作或加入钛硅铁合金来减少Ti与氧的结合，因此氧化钛的有益作用不能得到利用。
专利CN107447164A公开了一种抗震钢筋及其生产工艺，通过加入Ti及控制轧制工艺，减少了V的加入量，提高钢筋强度。控制轧制工艺采用较低的轧制温度不利于生产效率的提高，而且Ti与V的复合添加不利于成本的降低。
从上述现有技术来看，为降低合金成本，钢筋的生产技术从单一的V微合金化向复合微合金化或较廉价元素微合金化转变。其中，Ti微合金化成本显著低于其它微合金元素，受到钢筋生产领域的极大关注。但是，现有含Ti钢筋的生产技术方案对钢筋的冶炼和轧制工艺具有较高的限制，不能充分发挥Ti的有益作用，影响了技术推广应用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种400MPa级细晶粒螺纹钢筋及其制造方法，该方法对钢筋成分和夹杂物进行优化设计，通过冶炼技术和轧制工艺的改进，利用夹杂物诱导细晶强化机制，提高钢筋强度，减少贵重合金元素添加，实现螺纹钢筋低成本高质量生产。解决了目前钢筋生产中添加大量贵重合金元素或采用控制轧制生产难度大等问题，在降低合金成本、简化轧制工艺的条件下实现钢筋晶粒尺寸的细化和强度的提高。
本发明采取如下技术方案：
本发明的一种400MPa级细晶粒螺纹钢筋，其包括的化学成分及各个成分的质量分数为：C：0.20～0.25％，Si：0.3～0.8％，Mn：1.2～1.6％，P：0.01～0.04％，S：0.01～0.04％，Ti：0.004～0.02％，Cr：0.001～0.08％，V：0.0001～0.008％，Nb：0.0001～0.008％，Al：0.0001～0.008％，O：0.003～0.01％，N：0.003～0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质；
其中，所述的400MPa级细晶粒螺纹钢筋包括的化学成分中，Si、Ti、Al、O、N的质量分数满足关系式：0.002+0.0038×[Si]0.75≤[Ti]≤2×[O]+3.4×[N]-1.78×[Al]；并且Ti、Al、O的质量分数还满足关系式：[Al]＜min{0.139×[Ti]0.75，1.125×[O]}，
其中，式中[]表示相应元素的质量分数，单位为％；
所述的400MPa级细晶粒螺纹钢筋，包括锰硅酸盐夹杂物、氧化钛硫化锰复相夹杂物、硫化锰夹杂物和其它不可避免的夹杂物，各个夹杂物弥散分布在400MPa级细晶粒螺纹钢筋中；
其中，当量直径为0.1～2μm、长宽比为1～3的氧化钛硫化锰复相夹杂物的数量为1000～3000个/mm2；
氧化钛硫化锰复相夹杂物颗粒的平均间距为5～50μm；
锰硅酸盐夹杂物的数量占全部夹杂物数量的0.1～20％，氧化钛硫化锰复相夹杂物数量占全部夹杂物数量为10～70％，余量为硫化锰夹杂物和不可避免的夹杂物。
所述的氧化钛硫化锰复相夹杂物，包括不含氮化钛的氧化钛硫化锰夹杂物和氧化钛硫化锰氮化钛夹杂物，按数量百分比，氧化钛硫化锰氮化钛夹杂物为10～80％，余量为不含氮化钛的氧化钛硫化锰夹杂物；其中，氧化钛硫化锰氮化钛夹杂物为氧化钛硫化锰夹杂物上析出氮化钛得到的。
所述的400MPa级细晶粒螺纹钢筋，还包括的化学成分及各个成分的质量分数为：Ca：0.001～0.005％、Mg：0.001～0.005％、RE：0.001～0.01％、Zr：0.001～0.01％中的一种或几种。
所述的400MPa级细晶粒螺纹钢筋，还包括氧化钛硫化锰为基相的多相夹杂物，所述的氧化钛硫化锰为基相的多相夹杂物，根据加入的化学成分形成其氧化物或硫化物，在氧化钛硫化锰基相上析出得到的。
所述的400MPa级细晶粒螺纹钢筋，其横截面为圆形，带有横肋和纵肋，公称直径为6～20mm。
所述的400MPa级细晶粒螺纹钢筋，其显微组织为铁素体珠光体组织，晶粒度≥10级。
所述的400MPa级细晶粒螺纹钢筋屈服强度为400～520MPa，抗拉强度为550～700MPa，断后伸长率为18～35％，最大力总延伸率为9～18％，强屈比为1.25～1.45。
本发明的一种400MPa级细晶粒螺纹钢筋的制造方法，包括以下步骤：
步骤1：钢水冶炼
将铁水和/或废钢料熔炼成钢水；当满足条件：温度为1620～1680℃，碳的质量分数为0.06～0.18％，氧的质量分数为0.02～0.07％，磷的质量分数为0.01～0.04％、硫的质量分数为0.01～0.04％时，出钢，得到钢水；
当出钢量为1/3～3/4过程中，加入硅和锰，得到含硅、锰的钢水；
步骤2：夹杂物控制
根据400MPa级细晶粒螺纹钢筋中夹杂物生成条件，调整含硅、锰的钢水温度至1550～1650℃、溶解氧的质量分数为0.001～0.01％、全氧的质量分数为0.005～0.05％后，向含硅、锰的钢水中，加入钛，同时吹气搅拌，调整含硅、锰的钢水中，钛的质量分数至0.004～0.02％、溶解氧的质量分数0.0001～0.003％、全氧的质量分数0.003～0.01％，同时，根据制备的400MPa级细晶粒螺纹钢筋的成分，调整钢水中化学成分含量，得到含有一次夹杂物的钢水；
步骤3：连铸
将含有一次夹杂物的钢水连铸，得到满足400MPa级细晶粒螺纹钢筋成分的连铸坯；
步骤4：连铸坯加热
对连铸坯进行加热，加热温度为1150～1260℃，加热时间20～200min，得到加热后的连铸坯；
步骤5：轧制冷却
对加热后的连铸坯进行连续轧制，开轧温度1100～1250℃，终轧温度950～1150℃，得到轧制后的螺纹钢筋；
轧制后的螺纹钢筋在空气中自然冷却，得到400MPa级细晶粒螺纹钢筋。
所述的步骤1中，所述的铁水和/或废钢料中，含有铬的质量分数＜0.08％，钒的质量分数＜0.008％，铌的质量分数＜0.008％。
所述的步骤1中，所述的铁水为铁矿石经高炉冶炼得到的。
所述的步骤2中，生成的夹杂物中，锰硅酸盐夹杂物数量占全部夹杂物数量的0.1～20％；
氧化钛硫化锰复相夹杂物数量占全部夹杂物数量10～70％；
所述的氧化钛硫化锰复相夹杂物中，当量直径为0.1～2μm、长宽比为1～3的氧化钛硫化锰复相夹杂物的数量为1000～3000个/mm2；
氧化钛硫化锰复相夹杂物颗粒的平均间距为5～50μm。
所述的步骤2中，向钢水中，加入钛，间隔时间<10min，根据400MPa级细晶粒螺纹钢筋的成分和成分质量分数，加入钙、镁、稀土、锆元素中的一种或几种。
所述的步骤2中，加入钛、钙、镁、稀土、锆元素的方式为：以纯金属、合金块或喂包芯线中的一种方式加入，加入的元素形成其氧化物或硫化物，以氧化钛硫化锰为基相形成氧化钛硫化锰为基相的多相夹杂物。
所述的400MPa级细晶粒螺纹钢筋的制造方法中，在钢水冶炼和连铸之间对钢水进行精炼，精炼方法为LF、RH或VD精炼中的一种，精炼时间为10～40min。
所述的步骤4中，对连铸坯进行加热采用热送热装或冷坯再加热。
所述的步骤5中，轧制后的螺纹钢筋的公称直径为6～20mm。
所述的步骤5中，轧制后的螺纹钢筋在空气中自然冷却之前，先采用风冷、水冷或气雾加速冷却至800～1000℃。
本发明的一种400MPa级细晶粒螺纹钢筋及其制造方法，其技术方案的设计思想为：
螺纹钢筋的生产具有以下特点：由于钢筋对钢质洁净度要求较低，因此钢水不需要深度脱氧脱硫处理，造成大量氧化物硫化物保留在钢中，成为对钢材性能不利的夹杂物，其夹杂物数量显著高于其它钢材；钢筋从连铸坯到成品变形量大，轧制速度快，导致其轧制变形在很高的温度下完成，较难实现低温控制轧制，难以通过奥氏体低温再结晶区变形或未再结晶区变形实现组织细化；另外，钢筋的冷却方式简单，而且对钢筋显微组织有严格限制，因此相变强化机制难以发挥作用，通常通过添加合金元素达到析出强化的目的。本发明针对钢筋中夹杂物多、轧制温度高等特点，通过原理和技术的创新，将不利因素转化为有利条件，使夹杂物在高温轧制条件下起到晶粒细化的作用，发挥细晶强化效果，从而减少贵重合金元素添加，并避免低温下控制轧制，降低了生产成本和难度。
为了实现这一目标，本发明对钢筋的化学成分和夹杂物进行了优化设计：一方面，提高较廉价的C、Si、Mn固溶强化元素含量，降低较贵重的Cr、Nb、V元素含量；另一方面，对夹杂物形成元素Si、Ti、Al、O、S、N的含量进行合理设计，以生成所预期的夹杂物；特别对钢中夹杂物类型及分布进行控制，以发挥晶粒细化的有益作用。本发明通过研究发现，当量直径在0.1～2μm、长宽比为1～3的氧化钛硫化锰氮化钛复相夹杂物能够促进晶内铁素体相变形核，在粗化的奥氏体晶粒条件下促进细晶粒铁素体组织转变，在达到本发明方案中所规定的元素含量及夹杂物分布条件时，就能在钢筋轧制中起到明显的细晶强化效果。这需要在钢筋的生产过程中进行特殊的控制，在常规的钢筋生产工艺中，氧、硫通常作为杂质元素而去除掉，而本发明中对整个冶炼连铸过程的氧含量进行有目的的控制，并且在适当的时机添加氧化物形成元素，生成大量有益氧化物保留在钢中，进一步和硫化物与氮化物结合形成复相夹杂物。在高温轧制的条件下，通过特殊的夹杂物促进奥氏体晶粒内部的相变形核达到晶粒细化的效果。
本发明所述的化学成分和夹杂物含量以及冶炼轧制方法优选地适用于公称直径6～20mm规格的钢筋，虽然根据本发明的设计思想可将实施范围进一步扩大，但若化学成分和夹杂物含量或者钢筋的直径规格超出所述范围时，容易对钢筋质量带来不利影响。对于公称直径≤20mm的钢筋，化学成分和夹杂物含量过高时容易在钢筋表面或内部产生质量缺陷；对于公称直径≥22mm的钢筋，化学成分和夹杂物含量过低时容易导致钢筋力学性能无法满足要求。因此，本发明通过化学成分及冶炼工艺的特殊控制可获得有利的夹杂物分布，能优先地提高6～20mm规格钢筋的质量和性能。
本发明的一种400MPa级细晶粒螺纹钢筋及其制造方法，其优点及有益效果是：
1、本发明充分利用了钢筋中夹杂物多的这一特点，通过成分和工艺控制将无用的夹杂物转变成有益的形核粒子，使通常情况下被认为杂质元素的氧、硫、氮成为有利于钢材性能提高的有益元素；
2、现有的技术中，通过细化晶粒尺寸提高钢筋强度的方式，目前采用的方法为加入其它元素，或者对轧制工艺的改进进行晶粒细化。本发明通过利用钢筋中夹杂物进行晶粒细化，通过细晶强化方式来提高钢筋强度，比通常采用的析出强化等其它强化方式更能提高钢材的综合性能；
3、本发明不采用低温控制轧制，而且优先推荐采用高温轧制，简化了钢筋轧制工艺，降低了生产操作难度，可提高生产效率；
4、本发明采用具有丰富储量的价格较低廉的合金元素，降低了生产成本，减少了贵重合金资源的消耗，有利于可持续发展。
附图说明
图1为本发明实施例1中400MPa级细晶粒螺纹钢筋的光学显微组织图。
图2为本发明实施例1中400MPa级细晶粒螺纹钢筋的夹杂物分布扫描电镜组织图。
图3为本发明实施例1中400MPa级细晶粒螺纹钢筋的氧化钛硫化锰氮化钛复相夹杂物能谱。
具体实施方式
下面通过实施例详细介绍本发明方案的具体实施方式，但本发明的保护范围不局限于实施例。
实施例1
一种400MPa级细晶粒螺纹钢筋的化学成分及各个成分的质量分数、各个元素满足的关系式见表1。其夹杂物数量见表2。
一种400MPa级细晶粒螺纹钢筋的制造方法，包括以下步骤：
(1)将铁水在转炉中熔炼成钢水，出钢温度为1650℃、碳质量分数为0.12％、氧质量分数为0.045％、磷的质量分数为0.021％、硫的质量分数为0.025％，出钢量为1/3～3/4过程中加入硅、锰，得到含硅、锰的钢水；
(2)根据400MPa级细晶粒螺纹钢筋中夹杂物生成条件，当含硅、锰的钢水温度达到1620℃、溶解氧质量分数为0.005％、全氧质量分数为0.015％时，加入钛铁合金块，同时吹气搅拌；进一步调整含硅、锰的钢水中，钛质量分数至0.014％、溶解氧质量分数为0.001％、全氧质量分数为0.005％，同时，根据制备的400MPa级细晶粒螺纹钢筋的成分，调整成分，得到含有一次夹杂物钢水；
(3)将含有一次夹杂物的满足要求的钢水连铸得到连铸坯；
(4)连铸坯加热到1250℃，加热时间30min，得到加热后的连铸坯；
(5)将加热后的连铸坯进行连续轧制，开轧温度1200℃，终轧温度1120℃，钢筋直径18mm，将轧制后的螺纹钢筋在空气中冷却，得到实施例1的400MPa级细晶粒螺纹钢筋；
本实施例实得到的400MPa级细晶粒螺纹钢筋的光学显微组织图见图1，夹杂物分布扫描电镜组织图见图2，400MPa级细晶粒螺纹钢筋的氧化钛硫化锰氮化钛复相夹杂物能谱见图3，图中表明，钢筋中的夹杂物弥散分布于基体中，典型的夹杂物类型为含有氧化钛硫化锰碳化钛的复相夹杂物，能够有效促进铁素体相变形核，在不增加贵重合金元素的条件下获得细晶粒的铁素体珠光体组织，提高了钢筋强度。
实施例2
一种400MPa级细晶粒螺纹钢筋的化学成分及各个成分的质量分数、各个元素满足的关系式见表1。其夹杂物数量见表2。
一种400MPa级细晶粒螺纹钢筋的制造方法，包括以下步骤：
(1)将铁水和废钢在转炉中熔炼成钢水，出钢温度为1680℃、碳质量分数为0.06％、氧质量分数为0.07％、磷的质量分数为0.01％、硫质量分数为0.02％，出钢1/3～3/4过程中加入硅、锰，得到含硅、锰的钢水；
(2)根据400MPa级细晶粒螺纹钢筋中夹杂物生成条件，当含硅、锰的钢水温度达到1645℃、溶解氧质量分数为0.003％、全氧质量分数为0.02％时，加入钛铁包芯线，同时吹气搅拌；进一步调整含硅、锰的钢水钛质量分数至0.02％、溶解氧质量分数为0.002％、全氧质量分数为0.008％，同时，根据制备的400MPa级细晶粒螺纹钢筋的成分，调整成分，得到成分和夹杂物满足要求的钢水；
(3)将成分和夹杂物满足要求的钢水连铸得到连铸坯；
(4)连铸坯加热到1180℃，加热时间150min，得到加热后的连铸坯；
(5)将加热后的连铸坯进行连续轧制，开轧温度1120℃，终轧温度1030℃，钢筋直径12mm，将轧制后的螺纹钢筋在空气中冷却，得到实施例2的400MPa级细晶粒螺纹钢筋。
实施例3
一种400MPa级细晶粒螺纹钢筋的化学成分及各个成分的质量分数、各个元素满足的关系式见表1。其夹杂物数量见表2。
一种400MPa级细晶粒螺纹钢筋的制造方法，包括以下步骤：
(1)将铁水和废钢在电炉中熔炼成钢水，出钢温度为1634℃、碳质量分数为0.14％、氧质量分数为0.045％、磷的质量分数为0.033％、硫质量分数为0.015％，出钢1/3～3/4过程中加入硅、锰，得到含硅、锰的钢水；
(2)根据400MPa级细晶粒螺纹钢筋中夹杂物生成条件，当含硅、锰的钢水温度达到1610℃、溶解氧质量分数为0.002％、全氧质量分数为0.009％时，加入钛铁合金块和钙线，同时吹气搅拌；进一步调整含硅、锰的钢水钛质量分数至0.007％、钙质量分数为0.002％、溶解氧质量分数为0.001％、全氧质量分数为0.003％，同时，根据制备的400MPa级细晶粒螺纹钢筋的成分，调整成分，得到成分和夹杂物满足要求的钢水；
(3)将成分和夹杂物满足要求的钢水连铸得到连铸坯；
(4)连铸坯加热到1160℃，加热时间50min，得到加热后的连铸坯；
(5)将加热后的连铸坯进行连续轧制，开轧温度1150℃，终轧温度1000℃，钢筋直径20mm，将轧制后的螺纹钢筋在空气中冷却，得到实施例3的400MPa级细晶粒螺纹钢筋。
实施例4
一种400MPa级细晶粒螺纹钢筋的化学成分及各个成分的质量分数、各个元素满足的关系式见表1。其夹杂物数量见表2。
一种400MPa级细晶粒螺纹钢筋的制造方法，包括以下步骤：
(1)将铁水在转炉中熔炼成钢水，出钢温度1667℃、碳质量分数为0.09％、氧质量分数为0.05％、磷的质量分数为0.027％、硫质量分数为0.037％，出钢1/3～3/4过程中加入硅、锰，得到含硅、锰的钢水；
(2)根据400MPa级细晶粒螺纹钢筋中夹杂物生成条件，当含硅、锰的钢水温度达到1642℃、溶解氧质量分数为0.006％、全氧质量分数为0.05％时，加入钛镁合金包芯线，同时吹气搅拌；进一步调整含硅、锰的钢水钛质量分数至0.004％、镁质量分数为0.003％、溶解氧质量分数为0.002％、全氧质量分数为0.01％，同时，根据制备的400MPa级细晶粒螺纹钢筋的成分，调整成分，得到成分和夹杂物满足要求的钢水；
(3)将成分和夹杂物满足要求的钢水连铸得到连铸坯；
(4)连铸坯加热到1220℃，加热时间35min，得到加热后的连铸坯；
(5)将加热后的连铸坯进行连续轧制，开轧温度1180℃，终轧温度1100℃，钢筋直径6mm，将轧制后的螺纹钢筋水冷至950℃之后在空气中冷却，得到实施例4的400MPa级细晶粒螺纹钢筋。
实施例5
一种400MPa级细晶粒螺纹钢筋的化学成分及各个成分的质量分数、各个元素满足的关系式见表1。其夹杂物数量见表2。
一种400MPa级细晶粒螺纹钢筋的制造方法，包括以下步骤：
(1)将铁水和废钢在转炉中熔炼成钢水，出钢温度1645℃、碳质量分数为0.14％、氧质量分数为0.03％、磷的质量分数为0.04％、硫质量分数为0.035％，出钢1/3～3/4过程中加入硅、锰，得到含硅、锰的钢水；
(2)根据400MPa级细晶粒螺纹钢筋中夹杂物生成条件，当含硅、锰的钢水温度达到1618℃、溶解氧质量分数为0.004％、全氧质量分数为0.035％时，加入钛铁合金块，5min后加入锆铁合金，同时吹气搅拌；进一步调整含硅、锰的钢水钛质量分数至0.012％、锆质量分数为0.005％、溶解氧质量分数为0.002％、全氧质量分数为0.009％，同时，根据制备的400MPa级细晶粒螺纹钢筋的成分，调整成分，得到成分和夹杂物满足要求的钢水；
(3)将成分和夹杂物满足要求的钢水连铸得到连铸坯；
(4)连铸坯加热到1150℃，加热时间40min，得到加热后的连铸坯；
(5)将加热后的连铸坯进行连续轧制，开轧温度1100℃，终轧温度980℃，钢筋直径16mm，将轧制后的螺纹钢筋在空气中冷却，得到实施例5的400MPa级细晶粒螺纹钢筋。
实施例6
一种400MPa级细晶粒螺纹钢筋的化学成分及各个成分的质量分数、各个元素满足的关系式见表1。其夹杂物数量见表2。
一种400MPa级细晶粒螺纹钢筋的制造方法，包括以下步骤：
(1)将废钢在电炉中熔炼成钢水，出钢温度1629℃、碳质量分数为0.18％、氧质量分数为0.026％、磷的质量分数为0.028％、硫质量分数为0.038％，出钢1/3～3/4过程中加入硅、锰，得到含硅、锰的钢水；
(2)根据400MPa级细晶粒螺纹钢筋中夹杂物生成条件，当含硅、锰的钢水温度达到1590℃、溶解氧质量分数为0.002％、全氧质量分数为0.03％时，加入钛铁合金块和稀土铁合金，同时吹气搅拌；进一步调整含硅、锰的钢水钛质量分数至0.015％、稀土元素质量分数为0.005％、溶解氧质量分数为0.001％、全氧质量分数为0.01％，进行LF精炼20min，同时，根据制备的400MPa级细晶粒螺纹钢筋的成分，调整成分，得到成分和夹杂物满足要求的钢水；
(3)将成分和夹杂物满足要求的钢水连铸得到连铸坯；
(4)连铸坯加热到1180℃，加热时间30min，得到加热后的连铸坯；
(5)将加热后的连铸坯进行连续轧制，开轧温度1120℃，终轧温度1060℃，钢筋直径20mm，将轧制后的螺纹钢筋在空气中冷却，得到实施例6的400MPa级细晶粒螺纹钢筋。
上述各实施例钢筋的化学成分和夹杂物特征如表1和表2所示，各实施例钢筋的力学性能如表3所示。
表1各实施例钢筋的化学成分(质量分数，％)
表2各实施例钢筋中夹杂物特征
表3各实施例钢筋的力学性能
实施例 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 断后伸长率/％ 最大力总延伸率/％ 强屈比
1 455 620 23 12.3 1.36
2 445 620 23 12.3 1.39
3 460 645 28 13.7 1.41
4 480 645 22 13.3 1.34
5 455 620 23 12.2 1.36
6 465 635 32 15.3 1.37
。

Claims (12)

1.一种400MPa级细晶粒螺纹钢筋，其特征在于，该400MPa级细晶粒螺纹钢筋包括的化学成分及各个成分的质量分数为：C：0.20～0.25％，Si：0.3～0.8％，Mn：1.2～1.6％，P：0.01～0.04％，S：0.01～0.04％，Ti：0.004～0.02％，Cr：0.001～0.08％，V：0.0001～0.008％，Nb：0.0001～0.008％，Al：0.0001～0.008％，O：0.003～0.01％，N：0.003～0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质；
其中，所述的400MPa级细晶粒螺纹钢筋包括的化学成分中，Si、Ti、Al、O、N的质量分数满足关系式：0.002+0.0038×[Si]0.75≤[Ti]≤2×[O]+3.4×[N]-1.78×[Al]；并且Ti、Al、O的质量分数还满足关系式：[Al]＜min{0.139×[Ti]0.75，1.125×[O]}，
其中，式中[]表示相应元素的质量分数，单位为％；
所述的400MPa级细晶粒螺纹钢筋，包括锰硅酸盐夹杂物、氧化钛硫化锰复相夹杂物、硫化锰夹杂物和其它不可避免的夹杂物，各个夹杂物弥散分布在400MPa级细晶粒螺纹钢筋中；
其中，当量直径为0.1～2μm、长宽比为1～3的氧化钛硫化锰复相夹杂物的数量为1000～3000个/mm2；
氧化钛硫化锰复相夹杂物颗粒的平均间距为5～50μm；
锰硅酸盐夹杂物的数量占全部夹杂物数量的0.1～20％，氧化钛硫化锰复相夹杂物数量占全部夹杂物数量为10～70％，余量为硫化锰夹杂物和不可避免的夹杂物。
2.如权利要求1所述的400MPa级细晶粒螺纹钢筋，其特征在于，所述的氧化钛硫化锰复相夹杂物，包括不含氮化钛的氧化钛硫化锰夹杂物和氧化钛硫化锰氮化钛夹杂物，按数量百分比，氧化钛硫化锰氮化钛夹杂物为10～80％，余量为不含氮化钛的氧化钛硫化锰夹杂物；其中，氧化钛硫化锰氮化钛夹杂物为氧化钛硫化锰夹杂物上析出氮化钛得到的。
3.如权利要求1所述的400MPa级细晶粒螺纹钢筋，其特征在于，所述的400MPa级细晶粒螺纹钢筋，还包括的化学成分及各个成分的质量分数为：Ca：0.001～0.005％、Mg：0.001～0.005％、RE：0.001～0.01％、Zr：0.001～0.01％中的一种或几种；
所述的400MPa级细晶粒螺纹钢筋，还包括氧化钛硫化锰为基相的多相夹杂物，所述的氧化钛硫化锰为基相的多相夹杂物，根据加入的化学成分形成其氧化物或硫化物，在氧化钛硫化锰基相上析出得到的。
4.如权利要求1或3所述的400MPa级细晶粒螺纹钢筋，其特征在于，所述的400MPa级细晶粒螺纹钢筋，其横截面为圆形，带有横肋和纵肋，公称直径为6～20mm。
5.如权利要求1或3所述的400MPa级细晶粒螺纹钢筋，其特征在于，所述的400MPa级细晶粒螺纹钢筋，其显微组织为铁素体珠光体组织，晶粒度≥10级；所述的400MPa级细晶粒螺纹钢筋屈服强度为400～520MPa，抗拉强度为550～700MPa，断后伸长率为18～35％，最大力总延伸率为9～18％，强屈比为1.25～1.45。
6.权利要求1或3所述的400MPa级细晶粒螺纹钢筋的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：钢水冶炼
将铁水和/或废钢料熔炼成钢水；当满足条件：温度为1620～1680℃，碳的质量分数为0.06～0.18％，氧的质量分数为0.02～0.07％，磷的质量分数为0.01～0.04％、硫的质量分数为0.01～0.04％时，出钢，得到钢水；
当出钢量为1/3～3/4过程中，加入硅和锰，得到含硅、锰的钢水；
步骤2：夹杂物控制
根据400MPa级细晶粒螺纹钢筋中夹杂物生成条件，调整含硅、锰的钢水温度至1550～1650℃、溶解氧的质量分数为0.001～0.01％、全氧的质量分数为0.005～0.05％后，向含硅、锰的钢水中，加入钛，同时吹气搅拌，调整含硅、锰的钢水中，钛的质量分数至0.004～0.02％、溶解氧的质量分数0.0001～0.003％、全氧的质量分数0.003～0.01％，同时，根据制备的400MPa级细晶粒螺纹钢筋的成分，调整钢水中化学成分含量，得到含有一次夹杂物的钢水；
步骤3：连铸
将含有一次夹杂物的钢水连铸，得到满足400MPa级细晶粒螺纹钢筋成分的连铸坯；
步骤4：连铸坯加热
对连铸坯进行加热，加热温度为1150～1260℃，加热时间20～200min，得到加热后的连铸坯；
步骤5：轧制冷却
对加热后的连铸坯进行连续轧制，开轧温度1100～1250℃，终轧温度950～1150℃，得到轧制后的螺纹钢筋；
轧制后的螺纹钢筋在空气中自然冷却，得到400MPa级细晶粒螺纹钢筋。
7.如权利要求6所述的400MPa级细晶粒螺纹钢筋的制造方法，其特征在于，所述的步骤1中，所述的铁水和/或废钢料中，含有铬的质量分数＜0.08％，钒的质量分数＜0.008％，铌的质量分数＜0.008％。
8.如权利要求6所述的400MPa级细晶粒螺纹钢筋的制造方法，其特征在于，所述的步骤2中，生成的夹杂物中，锰硅酸盐夹杂物数量占全部夹杂物数量的0.1～20％；
氧化钛硫化锰复相夹杂物数量占全部夹杂物数量10～70％；
所述的氧化钛硫化锰复相夹杂物中，当量直径为0.1～2μm、长宽比为1～3的氧化钛硫化锰复相夹杂物的数量为1000～3000个/mm2；
氧化钛硫化锰复相夹杂物颗粒的平均间距为5～50μm。
9.如权利要求6所述的400MPa级细晶粒螺纹钢筋的制造方法，其特征在于，所述的步骤2中，向钢水中，加入钛，间隔时间<10min，根据400MPa级细晶粒螺纹钢筋的成分和成分质量分数，加入钙、镁、稀土、锆元素中的一种或几种；
加入钛、钙、镁、稀土、锆元素的方式为：以纯金属、合金块或喂包芯线中的一种方式加入，加入的元素形成其氧化物或硫化物，以氧化钛硫化锰为基相形成氧化钛硫化锰为基相的多相夹杂物。
10.如权利要求6所述的400MPa级细晶粒螺纹钢筋的制造方法，其特征在于，所述的步骤4中，对连铸坯进行加热采用热送热装或冷坯再加热。
11.如权利要求6所述的400MPa级细晶粒螺纹钢筋的制造方法，其特征在于，所述的步骤5中，轧制后的螺纹钢筋在空气中自然冷却之前，先采用风冷、水冷或气雾加速冷却至800～1000℃。
12.如权利要求6所述的400MPa级细晶粒螺纹钢筋的制造方法，其特征在于，所述的400MPa级细晶粒螺纹钢筋的制造方法中，在钢水冶炼和连铸之间对钢水进行精炼，精炼方法为LF、RH或VD精炼中的一种，精炼时间为10～40min。
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