CN110042297B - 一种高强度螺纹钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及螺纹钢生产领域，提供一种高强度螺纹钢及其制造方法，用于解决技术问题。本发明提供的一种高强度螺纹钢的生产工艺，包括：取生铁800~1000质量份、硅铁8~12质量份、高碳锰铁合金7~15质量份、钒氮合金1~3质量份、高碳铬铁3~5质量份、钼铁合金0.3~0.6质量份。通过对螺纹钢配方的优化以及控制轧制后的钢材在一定条件下冷却，从而提高了螺纹钢的强度。

Description

一种高强度螺纹钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及技术领域，具体涉及一种高强度螺纹钢的制造方法。

背景技术

预应力结构需要用高强度精轧的螺纹钢，需要强度高，连接、张拉、锚固方便可靠，施工时无需进行冷拉与焊接，施工简便等优点。精轧螺纹钢广泛应用于大型水利、工业和民用建筑的连续梁和大型框架结构，公路、铁路大中跨桥梁，核电站等预应力混凝士结构和岩土锚固等工程。

精轧螺纹钢筋化学成分目前国内没有统一的成分要求，各钢厂采用V、Ti、Nb微合金强化技术进行成分控制。常规V、Ti、Nb微合金强化技术+控冷工艺生产预应力螺纹钢筋，由于表面组织为回火所素体，且心部易出现铁素体网状组织，导致表层至心部硬度变化快，产品导致性能波动大，生产强度级别较高的螺纹钢难度较大。因此，开发一种能解决上述技术问题且生产成本较低的精轧螺纹钢筋的制备方法是非常必要的。

发明内容

本发明解决的技术问题为技术问题，提供一种高强度螺纹钢的制造方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种高强度螺纹钢的制造方法，包括：取生铁800~1000质量份、硅铁8~12质量份、高碳锰铁合金7~15质量份、钒氮合金1~3质量份、高碳铬铁3~5质量份、钼铁合金0.3~0.6质量份；将生铁在转炉中熔化，进行顶底复合吹炼，加入石灰、菱镁球造渣，出钢前加入少量活性石灰，出钢过程中采用全程底吹氩工艺，得到钢水；出钢过程中，当钢包中的钢水量大于1/5时，向钢包中加入硅铁、高碳锰铁合金、钒氮合金、高碳铬铁、钼铁合金，出钢完毕后进行精炼、浇铸、轧制，轧制后得到的钢材快速冷却1~2s，冷却后在冷床上冷却至300~320摄氏度，进行剪切、打捆、收集、堆冷后得到高强度螺纹钢。

通过对螺纹钢配方的优化以及控制轧制后的钢材在一定条件下冷却，从而提高了螺纹钢的强度。

螺纹钢的强度得到了极大的提高，同时配方中的各种成分较易得到，可以广泛的应用。

所述硅铁：Si 73.5wt%，其余为Fe 及不可避免的不纯物；所述高碳锰铁合金：Mn75.8wt%，C 7.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述高碳铬铁：Cr 57.5 wt%，C 7.6wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述钼铁合金：Mo 72.5wt%，Si 1.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述钒氮合金：V 78.0wt%，N 14.5wt%，C 3.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

优选地，所述石灰的投加量为50~60质量份，所述菱镁球的投加量为1~5质量份，所述活性石灰的投加量为1~3质量份，所述底吹氩工艺过程中氩气的流速为20~30L/min。加入石灰和菱镁球造渣后，在在一定的氩气环境中出钢，可以进一步提高钢材的品质。

优选地，所述出钢温度为1850~1900摄氏度。控制较高的出钢温度可以减少钢材中杂质，提高钢材的强度。

优选地，所述精炼过程中加入10~15质量份的铝锆合金，搅拌4h。在精炼过程中加入铝锆合金可以进一步提高钢材的品质，尤其可以提高钢材的强度。

优选地，所述铝锆合金的制备方法为：取氟化钙1~3质量份、氟化镁1~3质量法呢、氧化铝10~12质量份、氧化锆1~2质量份；将氟化钙、氟化镁、氧化铝和氧化锆投入冰晶石体系中，进行熔盐电解，控制电解温度为950摄氏度，电解槽工作电压为5.5~6V，电极距离为5cm，反应完成后得到铝锆合金。采用熔盐电解的方式制成的铝锆合金可以更进一步的提高钢材的强度。

优选地，所述氧化铝为改性氧化铝，所述改性氧化铝的制备方法为：取七钼酸铵20~40质量份、饱和氨水150~200质量份、碱式碳酸镍1~5质量份、炭黑粉8~12质量份、硝酸镧0.02~0.05质量份、乙醇90~100质量份、聚乙二醇1~2质量份、田菁粉2~4质量份、磷酸铵3~5质量份、去离子水40~45质量份，拟薄水铝石粉200~220质量份、浓硝酸3~5质量份；将七钼酸铵和饱和氨水混合后，充分搅拌均匀，加入碱式碳酸镍，得到改性液；将1/10的改性液喷洒到炭黑粉上，喷洒过程中搅拌炭黑粉，喷洒结束后干燥，再次喷洒硝酸镧的乙醇溶液，喷洒结束后干燥，得到改性炭黑粉；将拟薄水铝石粉同炭黑粉、田菁粉、磷酸铵混合均匀得到混合粉末；将聚乙二醇溶于去离子水，得到聚乙二醇的水溶液，将混合粉末同聚乙二醇的水溶液混合，加入浓硝酸混合均匀后，制成薄板型，干燥后初次焙烧得到粗胚；将粗胚浸渍到剩余的改性液中8~12h，取出粗胚，干燥后再次焙烧，得到改性氧化铝。改性氧化铝可以进一步提高螺纹钢的强度。

优选地，所述七钼酸铵30~40质量份、饱和氨水180~200质量份、碱式碳酸镍3~5质量份、炭黑粉9~12质量份、硝酸镧0.03~0.05质量份、乙醇95~100质量份、聚乙二醇1.5~2质量份、田菁粉3~4质量份、磷酸铵4~5质量份、去离子水42~45质量份，拟薄水铝石粉210~220质量份、浓硝酸4~5质量份。

优选地，所述七钼酸铵30质量份、饱和氨水180质量份、碱式碳酸镍3质量份、炭黑粉9质量份、硝酸镧0.03质量份、乙醇95质量份、聚乙二醇1.5质量份、田菁粉3质量份、磷酸铵4质量份、去离子水42质量份，拟薄水铝石粉210质量份、浓硝酸4质量份。

优选地，所述初次焙烧的温度为500~600摄氏度，再次焙烧的温度为600~700摄氏度。

一种高强度螺纹钢，根据权利要求1~9任一项所述的制造方法制造的螺纹钢。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：通过对螺纹钢配方的优化以及控制轧制后的钢材在一定条件下冷却，从而提高了螺纹钢的强度；采用熔盐电解的方式制成的铝锆合金可以更进一步的提高钢材的强度。

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

一种高强度螺纹钢的制造方法， 包括：取生铁9500质量份、硅铁10质量份、高碳锰铁合金10质量份、钒氮合金2质量份、高碳铬铁4质量份、钼铁合金0.5质量份；将生铁在转炉中熔化，进行顶底复合吹炼，加入石灰、菱镁球造渣，出钢前加入少量活性石灰，出钢过程中采用全程底吹氩工艺，得到钢水；出钢过程中，当钢包中的钢水量大于1/5时，向钢包中加入硅铁、高碳锰铁合金、钒氮合金、高碳铬铁、钼铁合金，出钢完毕后进行精炼、浇铸、轧制，轧制后得到的钢材快速冷却1~2s，冷却后在冷床上冷却至300~320摄氏度，进行剪切、打捆、收集、堆冷后得到高强度螺纹钢。所述石灰的投加量为55质量份，所述菱镁球的投加量为4质量份，所述活性石灰的投加量为2质量份，所述底吹氩工艺过程中氩气的流速为25L/min。所述出钢温度为1850~1900摄氏度。所述精炼过程中加入12质量份的铝锆合金，搅拌4h。所述铝锆合金的制备方法为：取氟化钙2质量份、氟化镁2质量法呢、氧化铝11质量份、氧化锆1.5质量份；将氟化钙、氟化镁、氧化铝和氧化锆投入冰晶石体系中，进行熔盐电解，控制电解温度为950摄氏度，电解槽工作电压为5.5~6V，电极距离为5cm，反应完成后得到铝锆合金。所述氧化铝为改性氧化铝，所述改性氧化铝的制备方法为：所述七钼酸铵30质量份、饱和氨水180质量份、碱式碳酸镍3质量份、炭黑粉9质量份、硝酸镧0.03质量份、乙醇95质量份、聚乙二醇1.5质量份、田菁粉3质量份、磷酸铵4质量份、去离子水42质量份，拟薄水铝石粉210质量份、浓硝酸4质量份；将七钼酸铵和饱和氨水混合后，充分搅拌均匀，加入碱式碳酸镍，得到改性液；将1/10的改性液喷洒到炭黑粉上，喷洒过程中搅拌炭黑粉，喷洒结束后干燥，再次喷洒硝酸镧的乙醇溶液，喷洒结束后干燥，得到改性炭黑粉；将拟薄水铝石粉同炭黑粉、田菁粉、磷酸铵混合均匀得到混合粉末；将聚乙二醇溶于去离子水，得到聚乙二醇的水溶液，将混合粉末同聚乙二醇的水溶液混合，加入浓硝酸混合均匀后，制成薄板型，干燥后初次焙烧得到粗胚；将粗胚浸渍到剩余的改性液中8~12h，取出粗胚，干燥后再次焙烧，得到改性氧化铝。

通过对螺纹钢配方的优化以及控制轧制后的钢材在一定条件下冷却，从而提高了螺纹钢的强度。螺纹钢的强度得到了极大的提高，同时配方中的各种成分较易得到，可以广泛的应用。加入石灰和菱镁球造渣后，在在一定的氩气环境中出钢，可以进一步提高钢材的品质。控制较高的出钢温度可以减少钢材中杂质，提高钢材的强度。在精炼过程中加入铝锆合金可以进一步提高钢材的品质，尤其可以提高钢材的强度。采用熔盐电解的方式制成的铝锆合金可以更进一步的提高钢材的强度。改性氧化铝可以进一步提高螺纹钢的强度。

实施例2

一种高强度螺纹钢的制造方法， 包括：取生铁800质量份、硅铁8质量份、高碳锰铁合金7质量份、钒氮合金1质量份、高碳铬铁3质量份、钼铁合金0.3质量份；将生铁在转炉中熔化，进行顶底复合吹炼，加入石灰、菱镁球造渣，出钢前加入少量活性石灰，出钢过程中采用全程底吹氩工艺，得到钢水；出钢过程中，当钢包中的钢水量大于1/5时，向钢包中加入硅铁、高碳锰铁合金、钒氮合金、高碳铬铁、钼铁合金，出钢完毕后进行精炼、浇铸、轧制，轧制后得到的钢材快速冷却1~2s，冷却后在冷床上冷却至300~320摄氏度，进行剪切、打捆、收集、堆冷后得到高强度螺纹钢。所述石灰的投加量为50质量份，所述菱镁球的投加量为1质量份，所述活性石灰的投加量为1质量份，所述底吹氩工艺过程中氩气的流速为20L/min。所述出钢温度为1850~1900摄氏度。所述精炼过程中加入10质量份的铝锆合金，搅拌4h。所述铝锆合金的制备方法为：取氟化钙1质量份、氟化镁1质量法呢、氧化铝10质量份、氧化锆1质量份；将氟化钙、氟化镁、氧化铝和氧化锆投入冰晶石体系中，进行熔盐电解，控制电解温度为950摄氏度，电解槽工作电压为5.5~6V，电极距离为5cm，反应完成后得到铝锆合金。所述氧化铝为改性氧化铝，所述改性氧化铝的制备方法为：取七钼酸铵20质量份、饱和氨水150质量份、碱式碳酸镍1质量份、炭黑粉8质量份、硝酸镧0.02质量份、乙醇90质量份、聚乙二醇1质量份、田菁粉2质量份、磷酸铵3质量份、去离子水40质量份，拟薄水铝石粉200质量份、浓硝酸3质量份；将七钼酸铵和饱和氨水混合后，充分搅拌均匀，加入碱式碳酸镍，得到改性液；将1/10的改性液喷洒到炭黑粉上，喷洒过程中搅拌炭黑粉，喷洒结束后干燥，再次喷洒硝酸镧的乙醇溶液，喷洒结束后干燥，得到改性炭黑粉；将拟薄水铝石粉同炭黑粉、田菁粉、磷酸铵混合均匀得到混合粉末；将聚乙二醇溶于去离子水，得到聚乙二醇的水溶液，将混合粉末同聚乙二醇的水溶液混合，加入浓硝酸混合均匀后，制成薄板型，干燥后初次焙烧得到粗胚；将粗胚浸渍到剩余的改性液中8~12h，取出粗胚，干燥后再次焙烧，得到改性氧化铝。

实施例3

一种高强度螺纹钢的制造方法， 包括：取生铁1000质量份、硅铁12质量份、高碳锰铁合金15质量份、钒氮合金3质量份、高碳铬铁5质量份、钼铁合金0.6质量份；将生铁在转炉中熔化，进行顶底复合吹炼，加入石灰、菱镁球造渣，出钢前加入少量活性石灰，出钢过程中采用全程底吹氩工艺，得到钢水；出钢过程中，当钢包中的钢水量大于1/5时，向钢包中加入硅铁、高碳锰铁合金、钒氮合金、高碳铬铁、钼铁合金，出钢完毕后进行精炼、浇铸、轧制，轧制后得到的钢材快速冷却1~2s，冷却后在冷床上冷却至300~320摄氏度，进行剪切、打捆、收集、堆冷后得到高强度螺纹钢。所述石灰的投加量为60质量份，所述菱镁球的投加量为5质量份，所述活性石灰的投加量为3质量份，所述底吹氩工艺过程中氩气的流速为30L/min。所述出钢温度为1850~1900摄氏度。所述精炼过程中加入15质量份的铝锆合金，搅拌4h。所述铝锆合金的制备方法为：取氟化钙3质量份、氟化镁3质量法呢、氧化铝12质量份、氧化锆2质量份；将氟化钙、氟化镁、氧化铝和氧化锆投入冰晶石体系中，进行熔盐电解，控制电解温度为950摄氏度，电解槽工作电压为5.5~6V，电极距离为5cm，反应完成后得到铝锆合金。所述氧化铝为改性氧化铝，所述改性氧化铝的制备方法为：取七钼酸铵40质量份、饱和氨水200质量份、碱式碳酸镍5质量份、炭黑粉12质量份、硝酸镧0.05质量份、乙醇100质量份、聚乙二醇2质量份、田菁粉4质量份、磷酸铵5质量份、去离子水45质量份，拟薄水铝石粉220质量份、浓硝酸5质量份；将七钼酸铵和饱和氨水混合后，充分搅拌均匀，加入碱式碳酸镍，得到改性液；将1/10的改性液喷洒到炭黑粉上，喷洒过程中搅拌炭黑粉，喷洒结束后干燥，再次喷洒硝酸镧的乙醇溶液，喷洒结束后干燥，得到改性炭黑粉；将拟薄水铝石粉同炭黑粉、田菁粉、磷酸铵混合均匀得到混合粉末；将聚乙二醇溶于去离子水，得到聚乙二醇的水溶液，将混合粉末同聚乙二醇的水溶液混合，加入浓硝酸混合均匀后，制成薄板型，干燥后初次焙烧得到粗胚；将粗胚浸渍到剩余的改性液中8~12h，取出粗胚，干燥后再次焙烧，得到改性氧化铝。

实施例4

实施例4同实施例1不同之处在于，所述铝锆合金的制备方法为将氧化铝和氧化锆分散在去离子水中，干燥后焙烧得到铝锆合金。

实施例5

实施例5同实施例1不同之处在于，所述氧化铝未改性。

实施例6

实施例6同实施例1不同之处在于，所述改性氧化铝改性过程中采用的改性液中仅含有饱和碳酸镍。

实施例7

实施例7同实施例1不同之处在于，所述精炼过程中不加入铝锆合金。

对比例1

对比例1同实施例1不同之处在于，所述轧制后在冷床上冷却至400摄氏度进行剪切。

实验例

测试实施例1~7及对比例1~3中的螺纹钢在的强度、延伸率。如表1所示。

表 1 螺纹钢的力学性能

	屈服强度	抗拉强度	延伸率
				实施例1	1030MPa	1230 MPa	8.3%
实施例2	1020 MPa	1177 MPa	8.1%
				实施例3	1025 MPa	1210 MPa	8.4%
实施例4	766 MPa	835 MPa	6.3%
				实施例5	873 MPa	965 MPa	6.2%
实施例6	881 MPa	986 MPa	6.9%
				实施例7	830 MPa	925 MPa	5.7%
对比例1	825 MPa	917 MPa	5.3%

从表1可以看出，实施例1~3中的螺纹钢在零下170℃的抗拉强度和屈服强度均高于对比例，表明采用本申请的配方和工业可以提高螺纹钢的强度。

实施例1~3中的螺纹钢的抗拉强度和屈服强度均优于实施例4~7表明采用的改性氧化铝以熔盐电解的方式制备的铝锆合金可进一步的提高螺纹钢的强度。实施例1中各种物质的投加量经过大量的调整后，可进一步的提高螺纹钢的物理性能，因此实施例1中的螺纹钢的性能优于实施例2和3。

对比例1中轧制后的处理同实施例不同，其强度显著的弱于实施例，因此，实施例中采用的工艺对提高强度有显著的作用。

实施例4中的铝锆合金的制备工艺同实施例1~3不同，其抗拉强度和屈服强度均低于实施例5和6，更低于实施例1。表明铝锆合金的制备工艺对于提高螺纹钢的强度有着重要的作用。实施例5中氧化铝未改性，实施例6中铜锭改性过程中的改性液中仅含有碳酸镍，二者的效果均低于实施例1~3，表明铝锆合金的制备须由还有钼和镍的改性液改性的氧化铝制备，才能充分提高螺纹钢的强度。

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 (7)

1.一种高强度螺纹钢的制造方法，其特征在于，包括：

取生铁800~1000质量份、硅铁8~12质量份、高碳锰铁合金7~15质量份、钒氮合金1~3质量份、高碳铬铁3~5质量份、钼铁合金0.3~0.6质量份；

将生铁在转炉中熔化，进行顶底复合吹炼，加入石灰、菱镁球造渣，出钢前加入少量活性石灰，出钢过程中采用全程底吹氩工艺，得到钢水；

出钢过程中，当钢包中的钢水量大于1/5时，向钢包中加入硅铁、高碳锰铁合金、钒氮合金、高碳铬铁、钼铁合金，出钢完毕后进行精炼、浇铸、轧制，轧制后得到的钢材快速冷却1~2s，冷却后在冷床上冷却至300~320摄氏度，进行剪切、打捆、收集、堆冷后得到高强度螺纹钢；

所述精炼过程中加入10~15质量份的铝锆合金，搅拌4h；

所述铝锆合金的制备方法为：

取氟化钙1~3质量份、氟化镁1~3质量份 、氧化铝10~12质量份、氧化锆1~2质量份；

将氟化钙、氟化镁、氧化铝和氧化锆投入冰晶石体系中，进行熔盐电解，控制电解温度为950摄氏度，电解槽工作电压为5.5~6V，电极距离为5cm，反应完成后得到铝锆合金；

所述氧化铝为改性氧化铝，所述改性氧化铝的制备方法为：

取七钼酸铵20~40质量份、饱和氨水150~200质量份、碱式碳酸镍1~5质量份、炭黑粉8~12质量份、硝酸镧0.02~0.05质量份、乙醇90~100质量份、聚乙二醇1~2质量份、田菁粉2~4质量份、磷酸铵3~5质量份、去离子水40~45质量份，拟薄水铝石粉200~220质量份、浓硝酸3~5质量份；

将七钼酸铵和饱和氨水混合后，充分搅拌均匀，加入碱式碳酸镍，得到改性液；将1/10的改性液喷洒到炭黑粉上，喷洒过程中搅拌炭黑粉，喷洒结束后干燥，再次喷洒硝酸镧的乙醇溶液，喷洒结束后干燥，得到改性炭黑粉；

将拟薄水铝石粉同炭黑粉、田菁粉、磷酸铵混合均匀得到混合粉末；将聚乙二醇溶于去离子水，得到聚乙二醇的水溶液，将混合粉末同聚乙二醇的水溶液混合，加入浓硝酸混合均匀后，制成薄板型，干燥后初次焙烧得到粗胚；

将粗胚浸渍到剩余的改性液中8~12h，取出粗胚，干燥后再次焙烧，得到改性氧化铝。

2.根据权利要求1所述的一种高强度螺纹钢的制造方法，其特征在于，所述石灰的投加量为50~60质量份，所述菱镁球的投加量为1~5质量份，所述活性石灰的投加量为1~3质量份，所述底吹氩工艺过程中氩气的流速为20~30L/min。

3.根据权利要求2所述的一种高强度螺纹钢的制造方法，其特征在于，所述出钢温度为1850~1900摄氏度。

4.根据权利要求1所述的一种高强度螺纹钢的制造方法，其特征在于，所述七钼酸铵30~40质量份、饱和氨水180~200质量份、碱式碳酸镍3~5质量份、炭黑粉9~12质量份、硝酸镧0.03~0.05质量份、乙醇95~100质量份、聚乙二醇1.5~2质量份、田菁粉3~4质量份、磷酸铵4~5质量份、去离子水42~45质量份，拟薄水铝石粉210~220质量份、浓硝酸4~5质量份。

5.根据权利要求4所述的一种高强度螺纹钢的制造方法，其特征在于，所述七钼酸铵30质量份、饱和氨水180质量份、碱式碳酸镍3质量份、炭黑粉9质量份、硝酸镧0.03质量份、乙醇95质量份、聚乙二醇1.5质量份、田菁粉3质量份、磷酸铵4质量份、去离子水42质量份，拟薄水铝石粉210质量份、浓硝酸4质量份。

6.根据权利要求1所述的一种高强度螺纹钢的制造方法，其特征在于，所述初次焙烧的温度为500~600摄氏度，再次焙烧的温度为600~700摄氏度。

7.一种高强度螺纹钢，其特征在于，根据权利要求1~6任一项所述的制造方法制造的螺纹钢。