CN110453149B

CN110453149B - 一种高强度精轧螺纹钢及其生产工艺

Info

Publication number: CN110453149B
Application number: CN201910861762.3A
Authority: CN
Inventors: 肖立军; 王长生; 张忠峰; 马庆水; 邓兆征; 张晓军; 宋将; 姜肖卫
Original assignee: Shandong Shiheng Special Steel Group Co Ltd
Current assignee: Shandong Shiheng Special Steel Group Co Ltd
Priority date: 2019-09-12
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2021-06-29
Anticipated expiration: 2039-09-12
Also published as: CN110453149A

Abstract

本申请提出了一种高强度精轧螺纹钢及其生产工艺，其中，一种高强度精轧螺纹钢按重量百分数计，包括如下成分：C：0.25～0.35％、Si：0.30～0.60％、Mn：0.80～1.60％、P≤0.035％、S≤0.035％，余量为Fe。本申请通过对精轧螺纹钢化学成分的调节以及生产工艺的进一步调整，使得精轧螺纹钢质量指标、性能指标稳定合格，生产成本较原工艺技术路线低200元/t以上，经济效益显著。

Description

一种高强度精轧螺纹钢及其生产工艺

技术领域

本申请属于冶金行业精轧螺纹钢筋生产技术领域，具体涉及一种高强度精轧螺纹钢及其生产工艺。

背景技术

目前高强度精轧螺纹钢的生产工艺中采用的主要成分体系为45Si2MnV成分，生产工艺为买坯热轧母材+离线调质热处理工艺，但是随着精轧螺纹钢市场的逐渐扩大，高强度钢筋的大范围使用，加上企业对生产成本的较高要求，当前的成分体系和生产工艺已经不适用，主要存在的问题有：

(1)炼钢工序存在的问题

①C元素含量较高，对P、S、O的要求较高，必须采用优钢路线，走精炼炉，采用塞棒包、电磁搅拌、全程保护浇注等高成本冶炼工序，对车间的生产条件要求严苛，这就导致了排产灵活性差，每次排产精轧螺纹品种时难度非常大，需要多方面兼顾才能实现排产。

②为确保铸坯质量，炼钢采取降低连铸机拉速的工艺生产，产能较建筑用精轧螺纹钢或锚杆品种降低约50％，生产建筑用精轧螺纹钢和锚杆钢平均日产约3000吨，而生产高强度精轧螺纹日产只有1500吨，这就导致整体效益降低。

③炼钢加工费较高。由于采用优钢路线，导致精轧螺纹加工费较普通螺纹和锚杆产品高约200元/吨。

(2)轧钢工序存在的问题

①由于合金含量非常高，钢材本身的材质硬度较高，对K1成品辊的冲击较大，导致爆槽严重，轧辊材质优化多次，还未彻底解决，轧槽单槽轧制量仅100吨左右。

②钢材尾钢冷床上钢困难。由于尾钢脱离成品架次后动力不足，导致上冷床存在很大困难，严重制约生产。

③高合金含量钢种，为确保钢材表面质量，无法实现热送。

在CN105296853A中公开了一种930MPa高强度精轧螺纹钢及其制备工艺。该930MPa高强度精轧螺纹钢的组成为：C：0.40-0.50％、Mn：0.80-1.20％、Si：1.45-1.85％、V：0.120-0.220％、S≤0.030％、P≤0.030％，余量为Fe，制备工艺采用“钢坯冷装入加热炉加热+全流程低温控轧+多次间断式控冷+夹送辊夹送尾钢+倍尺飞剪分段+冷床冷却+室内码垛堆冷"的轧制生产工艺路线。由于该精轧螺纹钢的成分以及制备工艺中存在缺陷，使得冶炼成本较高，得到的精轧螺纹钢质量指标、性能指标存在不稳定的情况。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提出了一种高强度精轧螺纹钢及其生产工艺，其中，一种高强度精轧螺纹钢按重量百分数计，包括如下成分：C：0.25～0.35％、Si：0.30～0.60％、Mn：0.80～1.60％、P≤0.035％、S≤0.035％，余量为Fe。本申请通过对精轧螺纹钢成分的调节，实现精轧螺纹钢质量指标、性能指标稳定合格，适合于新的生产工艺，成本较原工艺技术路线低200元/t以上，经济效益显著。

优选地，按重量百分数计，由如下成分组成：C：0.25～0.35％、Si：0.30～0.60％、Mn：0.80～1.60％、Cr≤0.2％、Ni≤0.1％、Cu≤0.1％、P≤0.035％、S≤0.035％、V：0～0.07％，余量为Fe。

本申请还提出了一种高强度精轧螺纹钢的生产工艺，依次包括钢坯制备、轧制和后处理的过程，其中钢坯制备过程依次包括转炉粗炼、LF炉精炼和小方坯连铸的步骤，所述小方坯连铸中的连铸中间包使用干式料中间包，所述连铸中间包温度控制在1515～1535℃，连铸拉速为2.0～2.5m/min。本申请中的精轧螺纹钢生产工艺具有生产效率高、精轧效果优异、生产成本低、经济效益显著的优点。

优选地，所述后处理过程依次包括将轧制后的精轧钢材进行TMCP控冷、倍尺飞剪分段、热处理的步骤，所述TMCP控冷采用先穿水后恢复的冷却方式。本申请为了给离线热处理工序提供良好的金相组织基础，利于其力学性能和延伸率指标，采用轧后TMCP控冷技术，由原来的上冷床980-1000℃降低至860-880℃。

优选地，TMCP控冷工艺包括控轧控冷段和恢复段，所述控轧控冷段和恢复段工艺布置为：控轧一段“4+4米”穿水冷却段后进行长度为60-80米的恢复段、再进行控冷工艺；TMCP控冷工艺中各段最大水压不能超过0.60Mpa。本申请中TMCP控冷工艺有效的避免了一次连续强冷、表面马氏体过厚(超过1.5mm)导致的伸长率不合问题，通过对水压的控制保证了间断式控冷降温梯度的缓和。

优选地，所述转炉粗炼过程包括将铁水和废钢按照8.3:1.7的重量比加入转炉中吹炼的步骤，吹炼完毕控制终点碳含量≥0.06％，终点温度≤1680℃，出钢过程中添加硅锰合金和脱氧剂，保证铁水的C重量含量≤0.35％，Si的重量含量≤1.3％，Mn的重量含量≤0.7％。

优选地，所述轧制过程包括如下步骤：经钢坯制备后得到的小方坯冷装入加热炉加热，加热炉炉温1050～1100℃，小方坯在加热炉中加热至960～1000℃，加热炉时间≥1.5小时后出炉；随后送入轧机轧制，先对钢坯进行一次除鳞用来除去小方坯表面的氧化铁皮，然后进入粗轧机，共轧制6个道次，轧制速度：0.35m/s-1.8m/s；轧制时间44-46S；之后进入中轧机，共轧制4个道次，轧制速度：2.5m/s-4.5m/s；轧制时间44-46S；最后进入精轧机，共轧制4个道次，轧制速度：5.8m/s-12.5m/s；轧制时间44-46S后得到精轧钢材。

优选地，热处理过程包括将倍尺飞剪分段处理后的精轧钢材进行保温罩保温的步骤，保温罩保温采用的是保温装置，所述保温装置长度6米，宽度1.5米，所述保温装置距离冷床动齿的高度为170-185mm，保温罩入口和出口温差在50℃以上，保温时间≥3分钟。本申请为了给离线热处理工序提供良好的金相组织基础，利于其力学性能和延伸率指标，增加冷床保温罩装置，通过采用增加轧后穿水高温区的保温时间，降低空气冷却速度，有效改善钢筋金相组织，可提高钢筋延伸率1-1.5％，金相组织全部为铁素体+珠光体，无异常组织。

优选地，热处理过程还包括保温箱保温步骤，经保温罩保温过程后再进行室内保温箱保温工艺，所述保温箱为半封闭上开口式，长度为16米，宽度为1.3米，高度为1米，保温时间为24小时。

优选地，倍尺飞剪分段为“5#飞剪”分段。

优选地，后处理中冷床回火温度为860-880℃。

本申请能够带来如下有益效果：

1.本申请中通过对精轧螺纹钢的成分以及生产工艺做探究，使得精轧螺纹钢的生产成本比之前的生产工艺低200元/吨以上，在新的低成本工艺技术路线条件下实现高强度精轧螺纹钢筋的稳定生产和质量稳定性；

2.本申请采用轧后TMCP控冷技术，有利于提供良好的金相组织基础，利于提高精轧螺纹钢的力学性能和延伸率指标；

3.本申请在后处理工艺中增加冷床保温罩装置，通过采用增加轧后穿水高温区的保温时间，降低空气冷却速度，有效改善钢筋金相组织，可提高钢筋延伸率1-1.5％。

4.本申请具有操作简单、安全性强、实用性强、适合推广使用的特点。

具体实施方式

实施例1：一种高强度精轧螺纹钢的生产工艺：

A：钢坯制备：

(1)转炉粗炼：将铁水(化学成分C、Si、Mn、P、S，其余为Fe元素，元素含量控制要求，Si≤0.70％，P≤0.13％，S≤0.055％，其它无具体要求)和废钢按照8.3:1.7的重量比加入转炉中吹炼，吹炼完毕控制终点碳含量≥0.06％，终点温度≤1680℃，出钢过程中添加硅锰合金和脱氧剂，保证铁水的C重量含量≤0.35％，Si的重量含量≤1.3％，Mn的重量含量≤0.7％；

(2)LF炉精炼：将步骤(1)出钢的钢水吊至LF炉精炼；精炼炉进行造白渣操作，精炼时间≥30分钟，白渣保持时间≥20分钟，精炼炉出钢温度控制在1550-1570℃；

(3)小方坯连铸：将步骤(2)经LF炉精炼的钢水吊至浇注工位浇注成小方坯；连铸中间包使用干式料包生产，半保护浇注，中间包温度控制在1515-1535℃，连铸拉速控制在2.0-2.5m/min；

B：轧制：

将步骤A浇注的小方坯冷装入加热炉加热，加热炉炉温1080±30℃，小方坯在加热炉中加热至960-1000℃，加热炉时间≥1.5小时后出炉；随后送入轧机轧制，先对钢坯进行一次除鳞用来除去小方坯表面的氧化铁皮，然后进入粗轧机，共轧制6个道次，轧制速度：0.35-1.8m/s；轧制时间44-46S；之后进入中轧机，共轧制4个道次，轧制速度：2.5-4.5m/s；轧制时间44-46S；最后进入精轧机，共轧制4个道次，轧制速度：5.8-12.5m/s；轧制时间44-46S。

C后处理：

将步骤B轧制的精轧钢材进行TMCP控冷、倍尺飞剪分段、热处理的步骤，主要是为了保证钢材的晶粒度，为离线热处理工艺提供金相组织基础。

步骤C TMCP控冷采用两段穿水后恢复的冷却方式；所述TMCP控冷的长度为85米。

步骤C中倍尺飞剪分段为“5#飞剪”分段。

步骤C中热处理包括保温罩保温、保温箱保温的步骤，其中保温罩保温采用的是18组长度6米，宽度1.5米的保温装置，距离冷床动齿的高度为170～185mm，全部关闭，确保保温罩入口和出口温差在50℃以上，保温时间≥3分钟；保温箱保温步骤，经保温罩保温过程后再进行室内保温箱保温工艺，所述保温箱为半封闭上开口式，长度为16米，宽度为1.3米，高度为1米，保温时间为24小时

具体的实施条件如下：

一种高强度精轧螺纹钢，由下表重量百分比的成分制成，余量为Fe。

表1精轧螺纹钢的化学成分

牌号

C

Si

Mn

Cr

Ni、Cu

PS

V

PSB785

0.25～0.35

0.30～0.60

0.80～1.20

≤0.20

≤0.10

≤0.035

-

PSB830

0.25～0.35

0.30～0.60

0.80～1.20

≤0.20

≤0.10

≤0.035

PSB930

0.25～0.35

0.30～0.60

0.80～1.20

≤0.20

≤0.10

≤0.035

PSB1080

0.25～0.35

0.30～0.60

1.20～1.60

≤0.20

≤0.10

≤0.035

0.050～0.070

表2精轧螺纹钢的生产工艺

实施例2：表征

利用表2中实施例1中的精轧螺纹钢生产工艺生产以下牌号的精轧螺纹钢，并对其进行性能测试，测试结果如下表：

表3精轧螺纹钢性能测试结果

牌号	屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa	断后伸长率/％	最大力下总伸长率
					PSB785	850	1080	13.0	7.0
PSB830	925	1130	12.0	6.0
					PSB930	1025	1170	12.5	6.0
PSB1080	1145	1320	10.5	5.5

接下来再以生产PSB930型号的精轧螺纹钢为例，用实施例1表2中的精轧螺纹钢的生产工艺即实施例1-3以及对比例1-7的生产工艺，并对精轧螺纹钢的性能进行测试，测试结果如下表：

其中金相组织有无异常组织的测试方法为：要求钢材表面金相组织不允许出现回火马氏体组织或回火索氏体组织。

屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、最大力下总伸长率按照GB/T20065-2016预应力混凝土用精轧螺纹钢筋第7.4.1钢筋的力学性能标准要求进行测试。

生产成本计算口径：以炼钢加工费+轧钢加工费+热处理加工费之和。

表4精轧螺纹钢性能测试结果

从上述表征结果可知，对比例1与实施例3相比可知，中间包的温度太低，得到的精轧螺纹钢的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、总伸长率会下降，且生产成本会提高；对比例2与实施例3相比，拉速太高，对精轧螺纹钢的伸长率影响较大；且生产成本会提高；对比例3与实施例1相比，TMCP控冷工艺中水压较高得到的精轧螺纹钢金相组织中出现回火马氏体，进一步影响其强度、延伸等性能；对比例4与实施例2相比可知，若保温罩保温时间太低，得到的精轧螺纹钢金相组织中出现回火索氏体，进一步影响其强度、延伸等性能；对比例5与实施例1相比，保温罩入口和出口温差低于50℃，得到的精轧螺纹钢金相组织中出现回火马氏体，进一步影响其强度、延伸等性能；对比例6与实施例1相比，若使用CN105296853A中930MPa高强度精轧螺纹钢的组成，即为：C：0.40-0.50％、Mn：0.80-1.20％、Si：1.45-1.85％、V：0.120-0.220％、S≤0.030％、P≤0.030％，余量为Fe，生产得到的精轧螺纹钢，金相组织中出现回火马氏体，进一步影响其强度、延伸等性能，而且对生产成本影响很大，生产成本太高；对比例7与实施例1相比，若无保温罩保温步骤得到的精轧螺纹钢，金相组织中出现回火索氏体，进一步影响其强度、延伸等性能。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims

1.一种高强度精轧螺纹钢，其特征在于，按重量百分数计，包括如下成分：C：0.25~0.35%、Si：0.30~0.60%、Mn：0.80~1.60%、P≤0.035%、S≤0.035%，余量为Fe；

所述高强度精轧螺纹钢的生产工艺依次包括钢坯制备、轧制和后处理的过程，其中钢坯制备过程依次包括转炉粗炼、LF炉精炼和小方坯连铸的步骤，所述小方坯连铸中的连铸中间包使用干式料中间包，所述连铸中间包温度控制在1515~1535℃，连铸拉速为2.0~2.5m/min；

所述后处理过程依次包括将轧制后的精轧钢材进行TMCP控冷、倍尺飞剪分段、热处理的步骤；TMCP控冷工艺中各段最大水压不能超过0.60MP a；热处理过程包括将倍尺飞剪分段处理后的精轧钢材进行保温罩保温的步骤，所述保温罩入口和出口温差在50℃以上，保温时间≥3分钟。

2.根据权利要求1所述的一种高强度精轧螺纹钢，其特征在于，按重量百分数计，由如下成分组成：C：0.25~0.35%、Si：0.30~0.60%、Mn：0.80~1.60%、Cr≤0.2%、Ni≤0.1%、Cu≤0.1%、P≤0.035%、S≤0.035%、V：0~0.07%，余量为Fe。

3.根据权利要求1所述的一种高强度精轧螺纹钢，其特征在于，所述TMCP控冷采用先穿水后恢复的冷却方式。

4.根据权利要求3所述的一种高强度精轧螺纹钢，其特征在于，TMCP控冷工艺包括控轧控冷段和恢复段，所述控轧控冷段和恢复段工艺布置为：控轧一段“4+4米”穿水冷却段后进行长度为60-80米的恢复段、再进行控冷工艺。

5.根据权利要求1所述的一种高强度精轧螺纹钢，其特征在于，所述转炉粗炼过程包括将铁水和废钢按照8.3:1.7的重量比加入转炉中吹炼的步骤，吹炼完毕控制终点碳含量≥0.06%，终点温度≤1680℃。

6.根据权利要求1所述的一种高强度精轧螺纹钢，其特征在于，所述轧制过程包括如下步骤：经钢坯制备后得到的小方坯装入加热炉加热，加热炉炉温1050~1100℃，小方坯在加热炉中加热至960~1000℃，加热时间≥1.5小时后出炉；随后送入轧机轧制，先对钢坯进行一次除鳞用来除去小方坯表面的氧化铁皮，然后进入粗轧机，共轧制6个道次，轧制速度：0.35~1.8m/s；轧制时间44~46s ；之后进入中轧机，共轧制4个道次，轧制速度：2.5~4.5m/s；轧制时间44~46s ；最后进入精轧机，共轧制4个道次，轧制速度：5.8~12.5m/s；轧制时间44~46s 后得到精轧钢材。

7.根据权利要求3所述的一种高强度精轧螺纹钢，其特征在于，倍尺飞剪分段为“5#飞剪”分段。

8.根据权利要求4所述的一种高强度精轧螺纹钢，其特征在于，后处理中冷床回火温度为860~880℃。