CN110144527A - 一种hrb400e含铌钛高强度可焊接抗震钢筋及其生产方法 - Google Patents

一种hrb400e含铌钛高强度可焊接抗震钢筋及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种HRB400E含铌钛高强度可焊接抗震钢筋及生产方法，属于钢筋生产领域。钢筋包括化学成分及其重量百分比为：C：0.20‑0.25％，Ti：0.008‑0.030％，Nb：0.010‑0.030％，Si：0.30‑0.80％，Mn：1.10‑1.50％，P≤0.045％，S≤0.045％，余量为Fe和杂质元素。钢筋的生产方法包括转炉冶炼、连铸、铸坯加热、轧制等步骤。本发明通过控制钢中的Nb、Ti含量，促进了Ti4C2S2、Ti(C,N)等以细小颗粒的形成及析出，并对炼钢和轧钢工艺参数的严格控制，显著提高了钢筋的强度，钢筋各项指标达到了抗震钢筋的要求，具有节能减排、绿色环保的现实意义。

Description

一种HRB400E含铌钛高强度可焊接抗震钢筋及其生产方法
技术领域
本发明涉及钢筋生产技术领域，尤其涉及一种HRB400E含铌钛高强度可焊接抗震钢筋及其生产方法。
背景技术
随着社会经济快速发展，城市市政工程和高层建筑等工程结构对钢筋性能的要求越来越高，建筑结构的安全性、抗震性问题引起了越来越多的关注，而提高建筑安全性和抗震性的关键是提高钢筋的强度和综合性能。在国家大力提倡节能减排的背景下，普通强度钢筋作为建筑用钢主材的状况已无法满足现阶段建设发展的需要，开发低成本高性能钢筋已成为迫切需要解决的课题。多年来，我国为推广应用高强钢筋，采取了修订规范、开展示范工程等多项措施，但是高强钢筋在实际工程应用中仍存在许多问题。与发达国家相比，我国建筑行业所用钢筋强度普遍低1～2个等级，主要存在强度低、弯曲性能差、应变延伸率低，施工中配筋过密影响混凝土浇注，且抗震性能较差等问题。因此，研究开发强度高和综合性能好的高强抗震钢筋，是钢铁企业应对未来钢筋混凝土结构在建筑工程领域发展的必然趋势。
钒氮微合金化工艺是目前生产高强度可焊接钢筋的主要手段，V-N微合金化技术主要是向钒钢中增N后，改善V在钢中的析出动力学从而优化其析出状态，使原来大量处于固溶状态的V转变为析出状态的V，使析出的第二相颗粒的数量明显增加，通过提高V在析出相的分布比例和形态，来增强细晶强化和析出强化的作用，从而改善钢的性能。但是由于V-N合金价格较高，严重增加了生产成本。为此，有研究者采用Nb微合金化技术以取代V-N微合金化技术。铌是钢中常见的合金化元素，是一种较强的碳化物、氮化物和碳氮化物的形成元素，可以有效地阻止再结晶、积累应变和保持奥氏体晶粒的变形结构，在相变过程中其析出相能提高铁素体的形核率，对细化晶粒和性能的提高起重要的作用。但铌元素在增强钢的综合性能的同时也增加了连铸坯的裂纹敏感性，容易产生内裂纹和菱变等缺陷，严重影响铸坯质量。为解决该问题，在冶炼过程中加入Ti元素，与钢中碳、氮结合形成Ti(C,N)，在高温时析出细小弥散的Ti(C,N)可抑制奥氏体晶粒度长大，同时通过固定氮减少Nb(C,N)、AlN沿奥氏体晶界析出，提高钢的热塑性，从而减少Nb导致的钢坯缺陷。
发明内容
本发明针对上述技术问题，提供一种HRB400E含铌钛高强度可焊接抗震钢筋及其制备工艺，所生产的HRB400E钢筋具有强度高、塑韧性及抗震性能良好等特点，综合性能稳定，实现了节能环保的目的。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种HRB400E含铌钛高强度可焊接抗震钢筋，所述钢筋化学成分及重量百分含量如下：C：0.20-0.25％，Ti：0.008-0.030％，Nb：0.010-0.030％，Si：0.40-0.80％，Mn：1.10-1.50％，P≤0.045％，S≤0.045％，其余为Fe和不可避免的杂质。
所述钢筋由如下生产方法制得：包括转炉冶炼工序、连铸工序、铸坯加热工序、轧制工序，所述转炉冶炼工序，终点成分重量百分含量控制为C≥0.08％，P≤0.035％，终点温度1630～1680℃；所述钢筋屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥540MPa，钢筋强屈比≥1.25，断后伸长率A≥16，最大伸长率Agt≥7.5。
本发明还提供了上述的HRB400E含铌钛高强度可焊接抗震钢筋的生产方法，包括转炉冶炼工序、连铸工序、铸坯加热工序、轧制工序，所述转炉冶炼工序，具体包括如下步骤：
S1转炉冶炼工序
将铁水与废钢或造渣料一起进行脱碳脱磷冶炼，终点成分重量百分含量控制为C≥0.08％，P≤0.035％，终点温度1630～1680℃；出钢过程加入硅铁、硅锰合金和铌铁合金进行硅、锰、铌合金化，待成分达到所述重量百分含量后加入钛铁，利用底吹氩搅拌使其快速熔化成分均匀，保证软吹氩时间≥5min；
S2连铸工序
采用连铸全程保护浇铸，结晶器冷却水量控制在2600-2800L/min，进出水温差在5-8℃；中包稳定控制在1515～1535℃；连铸采用恒拉速，拉速为2.6～2.8m/min；二冷水采用气雾喷咀弱冷模式，比水量为1.45-1.55L/kg钢；
S3铸坯加热工序
将步骤S2的铸坯在1000±50℃温度下加热保温；
S4轧制工序
取步骤S3铸坯轧制，开轧温度为950～1050℃，终轧温度为820～880℃。
本发明的技术原理如下：
铌在钢中可以形成Nb(C,N)化合物，在奥氏体中的形变诱导析出来抑制奥氏体再结晶，进而达到细化铁素体晶粒的目的。Nb(C,N)化合物在奥氏体中的形变诱导析出以及在铁素体中的脱溶析出都可以起到一定的沉淀强化作用。钛具有比较大的化学活性，易与氧、硫、氮、碳等元素形成化合物，钢中加入适量的钛，由于钛和硫的亲和力要强于锰和硫的亲和力，因而钛夺取MnS中的硫而与它形成更为稳定的Ti4C2S2，减少MnS的析出，控制夹杂物的形态可改善钢材的各向异性。钛在钢中易与氮形成细小的TiN，能够有效阻止加热时奥氏体晶粒长大，可细化轧制时的起始晶粒，改善钢材的韧性和焊接性。由于TiN的析出温度较高，在凝固过程中可以作为Nb(C,N)的形核质点，使Ti、Nb的复合析出物在连铸拉矫温度下具有较大尺寸，消除其对高温塑性的不良影响，改善钢种的连铸工艺性能。
与现有技术相比，本发明的技术效果：
本发明通过对炼钢和轧钢工艺参数的严格控制，钢种化学成分稳定，波动范围较小，控制钢中Nb、Ti含量，通过生成稳定的Ti4C2S2改善夹杂物存在的形态；生成的TiN能够阻止奥氏体晶粒长大，具有较强的析出沉淀强化和细晶强化作用，消除其对高温塑性的不良影响，显著提高了含铌钛高强度可焊接抗震钢筋的强度且具有一定的抗氢腐蚀能力。
本发明HRB400E含铌钛高强度可焊接抗震钢筋具有强度高、塑韧性及抗震性能良好等特点，其中，屈服强度Rel为≥400MPa，抗拉强度Rm为≥540MPa，强屈比≥1.25，断后伸长率A≥16％，最大伸长率Agt≥7.5％，达到了抗震钢筋要求。本发明的HRB400E抗震钢筋与400MPa、500MPa级抗震钢筋相比，由于强度提高，可节省钢材，降低排筋密度，降低建造成本，增加结构的强度，加大安全储备量，具有节能减排，安全环保的现实意义。
本发明以铌钛配合可提高钢的性能，达到加钒钢的性能要求。以铌钛配合代钒，成本大大降低。以当前价格计算，吨钢节约成本：0.027％÷0.75÷0.9×37万元－0.024％÷0.65÷0.98×18万元－0.008％÷0.28÷0.85×0.97万元＝76.9元/吨钢。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1钢筋的金相组织。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细介绍，但本发明的保护范围不局限于实施例。
实施例1
HRB400E含铌钛高强度可焊接抗震钢筋化学成分及百分含量见表1，性能参数见表2，钢筋的金相组织件图1。
工艺流程如下：
(1)冶炼：将铁水与废钢、造渣料等一起进行脱碳脱磷冶炼，终点C为0.12％，终点P为0.019％，终点温度为1650℃，出钢过程中加入硅铁、硅锰合金、铌铁进行锰、硅和铌合金化，出钢过程全程吹氩搅拌，取样成分合格后加入钛铁，软吹氩时间6min。
(2)连铸：将步骤1送往连铸中间包，连铸全程保护浇铸，结晶器冷却水量控制在2700L/min左右，进出水温差在6℃；中包温度为1522℃；连铸拉速为2.65m/min；二冷水量为1.48L/kg钢。
(3)铸坯加热及轧制：将步骤2铸坯在1050℃温度下加热保温，开轧温度在955℃，终轧温度在830℃。
实施例2
HRB400E含铌钛高强度可焊接抗震钢筋化学成分及百分含量见表1，性能参数见表2。
工艺流程如下：
(1)冶炼：将铁水与废钢、造渣料等一起进行脱碳脱磷冶炼，终点C为0.11％，终点P为0.019％，终点温度为1640℃，出钢过程中加入硅铁、硅锰合金、铌铁进行锰、硅和铌合金化，出钢过程全程吹氩搅拌，取样成分合格后加入钛铁，软吹氩时间6min。
(2)连铸：将步骤1送往连铸中间包，连铸全程保护浇铸，结晶器冷却水量控制在2650L/min左右，进出水温差在6.5℃；中包温度为1528℃；连铸拉速为2.7m/min；二冷水量为1.5L/kg钢。
(3)铸坯加热及轧制：将步骤2铸坯在1020℃温度下加热保温，开轧温度在980℃，终轧温度在835℃。
实施例3
HRB400E含铌钛高强度可焊接抗震钢筋化学成分及百分含量见表1，性能参数见表2。
工艺流程如下：
(1)冶炼：将铁水与废钢、造渣料等一起进行脱碳脱磷冶炼，终点C为0.10％，终点P为0.018％，终点温度为1645℃，出钢过程中加入硅铁、硅锰合金、铌铁进行锰、硅和铌合金化，出钢过程全程吹氩搅拌，取样成分合格后加入钛铁，软吹氩时间6.5min。
(2)连铸：将步骤1送往连铸中间包，连铸全程保护浇铸，结晶器冷却水量控制在2750L/min左右，进出水温差在7℃；中包温度为1529℃；连铸拉速为2.75m/min；二冷水量为1.52L/kg钢。
(3)铸坯加热及轧制：将步骤2铸坯在1020℃温度下加热保温，开轧温度在970℃，终轧温度在835℃。
实施例4
HRB400E含铌钛高强度可焊接抗震钢筋化学成分及百分含量见表1，性能参数见表2。
工艺流程如下：
(1)冶炼：将铁水与废钢、造渣料等一起进行脱碳脱磷冶炼，终点C为0.13％，终点P为0.016％，终点温度为1660℃，出钢过程中加入硅铁、硅锰合金、铌铁进行锰、硅和铌合金化，出钢过程全程吹氩搅拌，取样成分合格后加入钛铁，软吹氩时间7min。
(2)连铸：将步骤1送往连铸中间包，连铸全程保护浇铸，结晶器冷却水量控制在2750L/min左右，进出水温差在6.6℃；中包温度为1532℃；连铸拉速为2.73m/min；二冷水量为1.52L/kg钢。
(3)铸坯加热及轧制：将步骤2铸坯在1020℃温度下加热保温，开轧温度在990℃，终轧温度在870℃。
实施例5
HRB400E含铌钛高强度可焊接抗震钢筋化学成分及百分含量见表1，性能参数见表2。
工艺流程如下：
(1)冶炼：将铁水与废钢、造渣料等一起进行脱碳脱磷冶炼，终点C为0.19％，终点P为0.017％，终点温度为1660℃，出钢过程中加入硅铁、硅锰合金、铌铁进行锰、硅和铌合金化，出钢过程全程吹氩搅拌，取样成分合格后加入钛铁，软吹氩时间8min。
(2)连铸：将步骤1送往连铸中间包，连铸全程保护浇铸，结晶器冷却水量控制在2770L/min左右，进出水温差在7.2℃；中包温度为1528℃；连铸拉速为2.76m/min；二冷水量为1.5L/kg钢。
(3)铸坯加热及轧制：将步骤2铸坯在1080℃温度下加热保温，开轧温度在990℃，终轧温度在840℃。
实施例1-5的HRB400E钢成分见表1。
表1实施例1-5的HRB400E钢成分/％
对实施例1-5的HRB400E钢筋进行性能检测，检测结果见表2；
表2实施例1-5的HRB400E钢筋性能
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (9)

1.一种HRB400E含铌钛高强度可焊接抗震钢筋，其特征在于，所述钢筋化学成分及重量百分含量如下：C：0.20-0.25％，Ti：0.008-0.030％，Nb：0.010-0.030％，Si：0.40-0.80％，Mn：1.10-1.50％，P≤0.045％，S≤0.045％，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的HRB400E含铌钛高强度可焊接抗震钢筋，其特征在于，所述钢筋由如下生产方法制得：包括转炉冶炼工序、连铸工序、铸坯加热工序、轧制工序，所述转炉冶炼工序，终点成分重量百分含量控制为C≥0.08％，P≤0.035％，终点温度1630～1680℃；所述钢筋屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥540MPa，钢筋强屈比≥1.25，断后伸长率A≥16，最大伸长率Agt≥7.5。
3.根据权利要求1所述的HRB400E含铌钛高强度可焊接抗震钢筋的生产方法，其特征在于，包括转炉冶炼工序、连铸工序、铸坯加热工序、轧制工序，所述转炉冶炼工序，终点成分重量百分含量控制为C≥0.08％，P≤0.035％，终点温度1630～1680℃。
4.根据权利要求3所述的HRB400E含铌钛高强度可焊接抗震钢筋的生产方法，其特征在于，所述连铸工序，采用连铸全程保护浇铸，结晶器冷却水量控制在2600-2800L/min，进出水温差在5-8℃；中包稳定控制在1515～1535℃；连铸采用恒拉速，拉速为2.6～2.8m/min；二冷水采用气雾喷咀弱冷模式，比水量为1.45-1.55L/kg钢。
5.根据权利要求3所述的HRB400E含铌钛高强度可焊接抗震钢筋的生产方法，其特征在于，所述铸坯加热工序，加热温度为1000±50℃。
6.根据权利要求3所述的HRB400E含铌钛高强度可焊接抗震钢筋的生产方法，其特征在于，所述轧制工序，开轧温度为950～1050℃，终轧温度为820～880℃。
7.根据权利要求3所述的HRB400E含铌钛高强度可焊接抗震钢筋的生产方法，其特征在于，所述转炉冶炼工序，出钢过程加入硅铁、硅锰合金和铌铁合金进行硅、锰、铌合金化。
8.根据权利要求3所述的HRB400E含铌钛高强度可焊接抗震钢筋的生产方法，其特征在于，所述转炉冶炼工序，炉后配完合金后取样，待成分所述重量百分含量后加入钛铁，利用底吹气搅拌使其快速熔化成分均匀，保证软吹氩时间≥5min。
9.根据权利要求1所述的HRB400E含铌钛高强度可焊接抗震钢筋的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1转炉冶炼工序
将铁水与废钢或造渣料一起进行脱碳脱磷冶炼，终点成分重量百分含量控制为C≥0.08％，P≤0.035％，终点温度1630～1680℃；出钢过程加入硅铁、硅锰合金和铌铁合金进行硅、锰、铌合金化，待成分达到所述重量百分含量后加入钛铁，利用底吹氩搅拌使其快速熔化成分均匀，保证软吹氩时间≥5min；
S2连铸工序
采用连铸全程保护浇铸，结晶器冷却水量控制在2600-2800L/min，进出水温差在5-8℃；中包稳定控制在1515～1535℃；连铸采用恒拉速，拉速为2.6～2.8m/min；二冷水采用气雾喷咀弱冷模式，比水量为1.45-1.55L/kg钢；
S3铸坯加热工序
将步骤S2的铸坯在1000±50℃温度下加热保温；
S4轧制工序
取步骤S3铸坯轧制，开轧温度为950～1050℃，终轧温度为820～880℃。
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