CN110527912A - 一种红土镍矿冶炼高强韧耐候耐火合金结构钢的制备 - Google Patents

一种红土镍矿冶炼高强韧耐候耐火合金结构钢的制备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种红土镍矿冶炼高强韧耐候耐火合金结构钢的制备，属于钢铁冶金领域。根据红土镍矿表层矿资源的铁与合金成分，通过合适配矿，冶炼获得所述基本成分的基础合金钢，然后将基础合金钢用于其他合金结构钢的制备，所述其他合金结构钢的制备包括马氏体高强韧耐候合金结构钢的制备、索氏体高强韧耐候合金结构钢的制备、贝氏体高强韧耐候合金结构钢的制备、索氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的制备、以及贝氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的制备。本发明使得这些几近废弃的红土镍矿表层矿得以有效的资源化、价值化，满足现有装配式钢结构建筑、桥梁等工程的长寿命、抗地震、耐候、耐火的功能性需求，利于工业大规模的生产和使用。

Description

一种红土镍矿冶炼高强韧耐候耐火合金结构钢的制备
技术领域
本发明涉及钢铁冶金领域，尤其涉及一种红土镍矿冶炼高强韧耐候耐火合金结构钢的制备。
背景技术
地球上的红土镍矿资源有几千亿吨，这些红土镍矿含有丰富的铬、镍、钴、锂等合金元素。其中含镍较高的中底层矿现在已经被广泛用于不锈钢的冶炼，产能达到千万吨级；同时中国每年从国外进口的红土镍矿达三千万吨以上。然而，红土镍矿的表层矿由于含铬量在2wt％以下、含镍量在1wt％以下，对于传统不锈钢的冶炼经济价值较低，利用率几近于无，一般被视为废弃土。
而红土镍矿的表层矿含铬镍虽然较低，但是它的干矿(指去除结晶水)含铁量及其它可用合金金属量可达45-60wt％。这样含有铬镍合金元素的高含铁量矿物如何利用才能经济地得到性能优良的合金结构钢在现有技术中并不常见。
国家现在正加大力度推行装配式钢结构建筑，钢结构的抗震、耐火、耐候是具有非常重要的现实意义。在大气腐蚀环境下，耐候钢的耐腐蚀性能较好，其使用寿命比碳钢高出一倍还多。而抗震钢结构在地震灾害中能够极大地减少生命财产损失，特别是目前世界上60％的人口居住在地震多发地区，所以现代建筑对抗震钢这类结构钢的要求非常高。以日本建筑为代表，当今已经对具有抗震用途的结构钢要求在大震条件下不破坏倒塌，日本提出的抗震钢要求是在高级别地震时钢在弹性段工作，需要抗震结构钢的屈服强度达到600-700MPa的级别。而中国的抗震钢的关键技术条件是具有很高的延伸性，要求钢的屈强比为0.8以下，延伸率20％以上。
中国对耐火钢的要求比较高，要求在火区600℃三小时钢的性能不低于设计屈服强度的三分之二。中国为了解决钢的防火问题，通常是在钢的表面进行包裹性涂刷。不仅涂料费用高昂，而且装配式建筑采用涂料法进行防火保护后，在一定的时间内，涂料保护层会脱落而必须重新涂刷。由于隐蔽部位重新涂刷异常困难且效果较差，极易造成防火隐患。前述这些问题都引发装配式钢结构建筑维护成本高和安全隐患高的技术缺陷。
本发明根据红土镍矿表层矿资源的铁与合金价值，根据装配式钢结构建筑、桥梁等工程对结构用钢抗震、耐火、耐候的需要，进行系统的合金设计，以得到符合性能需求的高强韧的合金结构钢。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是红土镍矿的表层矿如何利用才能经济地得到高强韧的合金结构钢，使之具有抗震、耐候及耐火的性能。
本发明提供一种红土镍矿冶炼高强韧耐候耐火合金结构钢的制备，所述红土镍矿冶炼高强韧耐候耐火合金结构钢的制备包括马氏体高强韧耐候合金结构钢的制备、索氏体高强韧耐候合金结构钢的制备、贝氏体高强韧耐候合金结构钢的制备、索氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的制备、以及贝氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的制备。
优选地，所述马氏体高强韧耐候合金结构钢的制备是将红土镍矿进行基础合金钢冶炼、轧制和热处理制得，具体步骤如下：
基础合金钢在冶炼时控制碳含量为0.09-0.18wt％；出钢后按照所需产品规格进行轧制，钢坯在900-930℃完成终轧，终轧完成后立即喷淋冷却至200℃，并保持200℃恒温2小时，最终得到马氏体高强韧耐候合金结构钢；
所述马氏体高强韧耐候合金结构钢的金相组织为低温回火马氏体；
所述马氏体高强韧耐候合金结构钢的性能是：屈服强度σ0.2≥900MPa；断裂强度≥1300MPa，延伸率≥13％，冲击功≥30J。
优选地，所述索氏体高强韧耐候合金结构钢的制备是将红土镍矿进行基础合金钢冶炼、轧制和热处理制得，具体步骤如下：
基础合金钢在冶炼时控制碳含量为0.09-0.18wt％；出钢后按照所需产品规格进行轧制，钢的初轧温度1080-1120℃，终轧温度910-950℃，终轧完成后立即喷淋冷却至670-730℃，进入等温保温炉纳米化处理，等温保温时间控制在3-4.5小时，出炉之后立即喷淋或其它直接冷却，最终得到索氏体高强韧耐候合金结构钢；
所述索氏体高强韧耐候合金结构钢的金相组织为铁素体基体上均匀分布平均尺寸200-400纳米的纳米相碳化物，称为纳米钉扎回火索氏体；
所述索氏体高强韧耐候合金结构钢的性能是：屈服强度σ0.2≥550MPa，断裂强度≥750MPa，延伸率≥18％，冲击吸收能≥40J；具有耐候、抗震功能。
优选地，所述索氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的制备是将红土镍矿进行基础合金钢冶炼、轧制和热处理制得，具体步骤如下：
基础合金钢在冶炼时控制碳含量为0.09-0.18wt％，同时在冶炼过程中加入0.1-0.4wt％的V和0.6-0.8wt％的Mo；出钢后按照所需产品规格进行轧制，钢的初轧温度1080-1120℃，终轧温度910-950℃，终轧完成后立即喷淋冷却至680-720℃，进入等温保温炉纳米化处理，等温保温时间控制在3.5-5.5小时，出炉之后均匀水冷，最终得到索氏体高强韧耐候耐火合金结构钢；
所述的索氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的金相组织是回火索氏体；
所述的索氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的性能是：屈服强度σ0.2≥500MPa，断裂强度≥750MPa，延伸率≥18-25％，冲击吸收能≥30J；具有抗震、耐火、耐候功能。
优选地，所述贝氏体高强韧耐候合金结构钢的制备是将红土镍矿进行基础合金钢冶炼、轧制和热处理制得，具体步骤如下：
基础合金钢在冶炼时控制碳含量为0.03-0.09wt％；出钢后按照所需产品规格进行两阶段控轧控冷轧制和热处理制得贝氏体高强韧耐候合金结构钢，两阶段控轧控冷轧制和热处理为第一阶段控轧控冷轧制工艺和第二阶段控轧控冷轧制工艺；
所述第一阶段控轧控冷轧制工艺为：先将冷检和修磨后的钢坯加热到1160-1220℃，然后确保第一阶段开轧温度为1070-1110℃并进行第一阶段轧制，第一阶段终轧温度为1010-1030℃，第一阶段轧制的钢坯压下量为50-80％；
所述第二阶段控轧控冷轧制工艺为：确保第二阶段开轧温度为910-950℃并进行第二阶段轧制，第二阶段终轧温度为770-800℃，终冷温度小于300℃；并保持200℃恒温2小时；
所述第一阶段轧制的钢坯压下量与第二阶段轧制的钢坯压下量总和为100％；
所述贝氏体高强韧耐候合金结构钢的金相组织为贝氏体，晶粒平均尺寸为2-7微米；
所述贝氏体高强韧耐候合金结构钢的性能是：屈服强度σ0.2≥650MPa，断裂强度≥800MPa，延伸率≥20％，冲击吸收能≥40J；具有耐候、抗震功能。
优选地，所述贝氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的制备是将红土镍矿进行基础合金钢冶炼、轧制和热处理制得，具体步骤如下：
基础合金钢在冶炼时控制碳含量为0.03-0.09wt％，同时在冶炼过程中加入0.1-0.4wt％的V和0.6-0.8wt％的Mo；出钢后按照所需产品规格进行两阶段控轧控冷轧制和热处理制得贝氏体高强韧耐候耐火合金结构钢，两阶段控轧控冷轧制和热处理为第一阶段控轧控冷轧制工艺和第二阶段控轧控冷轧制工艺；
所述第一阶段控轧控冷轧制工艺为：先将冷检和修磨后的钢坯加热到1160-1220℃，然后确保第一阶段开轧温度为1070-1110℃并进行第一阶段轧制，第一阶段终轧温度为1010-1030℃，第一阶段轧制的钢坯压下量为50-80％；
所述第二阶段控轧控冷轧制工艺为：确保第二阶段开轧温度为910-950℃并进行第二阶段轧制，第二阶段终轧温度为770-800℃，终冷温度小于300℃；并保持200℃恒温2小时；
所述第一阶段轧制的钢坯压下量与第二阶段轧制的钢坯压下量总和为100％；
所述贝氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的金相组织是贝氏体，晶粒平均尺寸为2-7微米；
所述贝氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的性能是：屈服强度σ0.2≥600MPa；断裂强度≥800MPa，延伸率≥20％，冲击吸收能≥40J；具有抗震、耐火、耐候功能。
优选地，所述贝氏体高强韧耐候耐火合金结构钢制备中的第二阶段轧制结束后，在700℃等温保温炉进行1.5-2.5小时等温处理，出炉之后均匀水冷，钢的延伸率提高至25-30％。
优选地，所述基础合金钢的基本成分按质量百分比计为：C 0.03-0.18wt％，Si≤0.8wt％，Mn≤0.8wt％，Cr 2.0-3.0wt％，Ni 1.0-2.0wt％，P≤0.05wt％，S≤0.030wt％，Al0.01-0.03wt％，全O≤40ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。
优选地，将红土镍矿进行基础合金钢冶炼是根据红土镍矿表层矿资源的铁与合金成分，通过合适配矿，冶炼获得所述基本成分的基础合金钢，其中:
配矿时留出转炉或AOD脱磷时的铬损失；
高炉或者矿热炉(RKEF)冶炼出来的铁水磷含量可以达到0.1wt％以上，在转炉或AOD脱磷过程中，脱除锰硅的同时也会导致一部分铬的损失；
转炉或AOD冶炼完成所述基础合金钢主要合金元素C、Cr、Ni、Mn、Si的成分下限目标的调整，然后送LF炉精炼40-60分钟，在白渣吹氩条件下，进行脱氧和脱硫及成分精确调整，最后连铸成坯。
优选地，转炉或AOD冶炼的铁水也可以由感应炉、电弧炉冶炼低镍铁块获得。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
本发明通过在冶炼过程中合理配矿，经过高炉或者矿热炉、转炉或AOD炉冶炼，在LF精炼炉中适当补加并调整少量合金元素含量，生产出包括马氏体高强韧耐候合金结构钢、索氏体高强韧耐候合金结构钢、贝氏体高强韧耐候合金结构钢、索氏体高强韧耐候耐火合金结构钢、贝氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的多种高强韧耐候耐火合金结构钢。
本发明使得这些几近废弃的红土镍矿表层矿得以有效的资源化、价值化，满足现有装配式钢结构建筑、桥梁等工程的长寿命、抗地震、耐候、耐火的功能性需求，利于工业大规模的生产和使用。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
本发明要解决的技术问题是红土镍矿的表层矿如何利用才能经济地得到高强韧的合金结构钢，使之具有抗震、耐候及耐火的性能。
为解决上述技术问题，本发明提供一种红土镍矿冶炼高强韧耐候耐火合金结构钢的制备，所述红土镍矿冶炼高强韧耐候耐火合金结构钢的制备包括马氏体高强韧耐候合金结构钢的制备、索氏体高强韧耐候合金结构钢的制备、贝氏体高强韧耐候合金结构钢的制备、索氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的制备、以及贝氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的制备。
其中，所述马氏体高强韧耐候合金结构钢的制备是将红土镍矿进行基础合金钢冶炼、轧制和热处理制得，具体步骤如下：
基础合金钢在冶炼时控制碳含量为0.09-0.18wt％；出钢后按照所需产品规格进行轧制，钢坯在900-930℃完成终轧，终轧完成后立即喷淋冷却至200℃，并保持200℃恒温2小时，最终得到马氏体高强韧耐候合金结构钢；
所述马氏体高强韧耐候合金结构钢的金相组织为低温回火马氏体；
所述马氏体高强韧耐候合金结构钢的性能是：屈服强度σ0.2≥900MPa；断裂强度≥1300MPa，延伸率≥13％，冲击功≥30J。
其中，所述索氏体高强韧耐候合金结构钢的制备是将红土镍矿进行基础合金钢冶炼、轧制和热处理制得，具体步骤如下：
基础合金钢在冶炼时控制碳含量为0.09-0.18wt％；出钢后按照所需产品规格进行轧制，钢的初轧温度1080-1120℃，终轧温度910-950℃，终轧完成后立即喷淋冷却至670-730℃，进入等温保温炉纳米化处理，等温保温时间控制在3-4.5小时，出炉之后立即喷淋或其它直接冷却，最终得到索氏体高强韧耐候合金结构钢；
所述索氏体高强韧耐候合金结构钢的金相组织为铁素体基体上均匀分布平均尺寸200-400纳米的纳米相碳化物，称为纳米钉扎回火索氏体；
所述索氏体高强韧耐候合金结构钢的性能是：屈服强度σ0.2≥550MPa，断裂强度≥750MPa，延伸率≥18％，冲击吸收能≥40J；具有耐候、抗震功能。
其中，所述索氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的制备是将红土镍矿进行基础合金钢冶炼、轧制和热处理制得，具体步骤如下：
基础合金钢在冶炼时控制碳含量为0.09-0.18wt％，同时在冶炼过程中加入0.1-0.4wt％的V和0.6-0.8wt％的Mo；出钢后按照所需产品规格进行轧制，钢的初轧温度1080-1120℃，终轧温度910-950℃，终轧完成后立即喷淋冷却至680-720℃，进入等温保温炉纳米化处理，等温保温时间控制在3.5-5.5小时，出炉之后均匀水冷，最终得到索氏体高强韧耐候耐火合金结构钢；
所述的索氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的金相组织是回火索氏体；
所述的索氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的性能是：屈服强度σ0.2≥500MPa，断裂强度≥750MPa，延伸率≥18-25％，冲击吸收能≥30J；具有抗震、耐火、耐候功能。
其中，所述贝氏体高强韧耐候合金结构钢的制备是将红土镍矿进行基础合金钢冶炼、轧制和热处理制得，具体步骤如下：
基础合金钢在冶炼时控制碳含量为0.03-0.09wt％；出钢后按照所需产品规格进行两阶段控轧控冷轧制和热处理制得贝氏体高强韧耐候合金结构钢，两阶段控轧控冷轧制和热处理为第一阶段控轧控冷轧制工艺和第二阶段控轧控冷轧制工艺；
所述第一阶段控轧控冷轧制工艺为：先将冷检和修磨后的钢坯加热到1160-1220℃，然后确保第一阶段开轧温度为1070-1110℃并进行第一阶段轧制，第一阶段终轧温度为1010-1030℃，第一阶段轧制的钢坯压下量为50-80％；
所述第二阶段控轧控冷轧制工艺为：确保第二阶段开轧温度为910-950℃并进行第二阶段轧制，第二阶段终轧温度为770-800℃，终冷温度小于300℃；并保持200℃恒温2小时；
所述第一阶段轧制的钢坯压下量与第二阶段轧制的钢坯压下量总和为100％；
所述贝氏体高强韧耐候合金结构钢的金相组织为贝氏体，晶粒平均尺寸为2-7微米；
所述贝氏体高强韧耐候合金结构钢的性能是：屈服强度σ0.2≥650MPa，断裂强度≥800MPa，延伸率≥20％，冲击吸收能≥40J；具有耐候、抗震功能。
其中，所述贝氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的制备是将红土镍矿进行基础合金钢冶炼、轧制和热处理制得，具体步骤如下：
基础合金钢在冶炼时控制碳含量为0.03-0.09wt％，同时在冶炼过程中加入0.1-0.4wt％的V和0.6-0.8wt％的Mo；出钢后按照所需产品规格进行两阶段控轧控冷轧制和热处理制得贝氏体高强韧耐候耐火合金结构钢，两阶段控轧控冷轧制和热处理为第一阶段控轧控冷轧制工艺和第二阶段控轧控冷轧制工艺；
所述第一阶段控轧控冷轧制工艺为：先将冷检和修磨后的钢坯加热到1160-1220℃，然后确保第一阶段开轧温度为1070-1110℃并进行第一阶段轧制，第一阶段终轧温度为1010-1030℃，第一阶段轧制的钢坯压下量为50-80％；
所述第二阶段控轧控冷轧制工艺为：确保第二阶段开轧温度为910-950℃并进行第二阶段轧制，第二阶段终轧温度为770-800℃，终冷温度小于300℃；并保持200℃恒温2小时；
所述第一阶段轧制的钢坯压下量与第二阶段轧制的钢坯压下量总和为100％；
所述贝氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的金相组织是贝氏体，晶粒平均尺寸为2-7微米；
所述贝氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的性能是：屈服强度σ0.2≥600MPa；断裂强度≥800MPa，延伸率≥20％，冲击吸收能≥40J；具有抗震、耐火、耐候功能。
其中，所述贝氏体高强韧耐候耐火合金结构钢制备中的第二阶段轧制结束后，在700℃等温保温炉进行1.5-2.5小时等温处理，出炉之后均匀水冷，钢的延伸率提高至25-30％。
其中，所述基础合金钢的基本成分按质量百分比计为：C 0.03-0.18wt％，Si≤0.8wt％，Mn≤0.8wt％，Cr 2.0-3.0wt％，Ni 1.0-2.0wt％，P≤0.05wt％，S≤0.030wt％，Al0.01-0.03wt％，全O≤40ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。
其中，将红土镍矿进行基础合金钢冶炼是根据红土镍矿表层矿资源的铁与合金成分，通过合适配矿，冶炼获得所述基本成分的基础合金钢，其中:
配矿时留出转炉或AOD脱磷时的铬损失；
高炉或者矿热炉(RKEF)冶炼出来的铁水磷含量可以达到0.1wt％以上，在转炉或AOD脱磷过程中，脱除锰硅的同时也会导致一部分铬的损失；
转炉或AOD冶炼完成所述基础合金钢主要合金元素C、Cr、Ni、Mn、Si的成分下限目标的调整，然后送LF炉精炼40-60分钟，在白渣吹氩条件下，进行脱氧和脱硫及成分精确调整，最后连铸成坯。
其中，转炉或AOD冶炼的铁水也可以由感应炉、电弧炉冶炼低镍铁块获得。
具体红土镍矿冶炼高强韧耐候耐火合金结构钢的制备结合以下实施例进行说明：
实施例一：
一种红土镍矿冶炼马氏体高强韧耐候合金结构钢的工艺方法：
根据红土镍矿表层矿资源的铁与合金成分，通过合适配矿，冶炼获得基础合金钢，基本成分按质量百分比计为：C 0.18wt％，Si≤0.8wt％，Mn≤0.8wt％，Cr 2.0-3.0wt％，Ni1.0-2.0wt％，P≤0.05wt％，S≤0.030wt％，Al 0.01-0.03wt％，全O≤40ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。
其中，配矿时留出转炉或AOD脱磷时的铬损失；高炉或者矿热炉(RKEF)冶炼出来的铁水磷含量可以达到0.1wt％以上，在转炉或AOD脱磷过程中，会脱除锰硅，也会导致一部分铬的损失；转炉或AOD冶炼的铁水也可以由感应炉、电弧炉冶炼低镍铁块获得；转炉或AOD冶炼完成所述基础合金钢主要合金元素C、Cr、Ni、Mn、Si的成分下限目标的调整，然后送LF炉精炼40-60分钟，在白渣吹氩条件下，进行脱氧和脱硫及成分精确调整，最后连铸成坯。
所述马氏体高强韧耐候合金结构钢的制备是将上述红土镍矿冶炼的基础合金钢冶炼、轧制和热处理制得，具体步骤如下：
先按照上述方式冶炼符合基本成分需求的基础合金钢，出钢后按照所需产品规格进行轧制，钢坯在900-930℃完成终轧，终轧完成后立即喷淋冷却至200℃，并保持200℃恒温2小时，最终得到马氏体高强韧耐候合金结构钢；
所述马氏体高强韧耐候合金结构钢的金相组织为低温回火马氏体；
所述马氏体高强韧耐候合金结构钢的性能是：屈服强度σ0.2≥900MPa；断裂强度≥1300MPa，延伸率≥13％，冲击功≥30J。
实施例二：
一种红土镍矿冶炼索氏体高强韧耐候合金结构钢的工艺方法：
根据红土镍矿表层矿资源的铁与合金成分，通过合适配矿，冶炼获得基础合金钢，基本成分按质量百分比计为：C 0.14wt％，Si≤0.8wt％，Mn≤0.8wt％，Cr 2.0-3.0wt％，Ni1.0-2.0wt％，P≤0.05wt％，S≤0.030wt％，Al 0.01-0.03wt％，全O≤40ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。
其中，配矿时留出转炉或AOD脱磷时的铬损失；高炉或者矿热炉(RKEF)冶炼出来的铁水磷含量可以达到0.1wt％以上，在转炉或AOD脱磷过程中，会脱除锰硅，也会导致一部分铬的损失；转炉或AOD冶炼的铁水也可以由感应炉、电弧炉冶炼低镍铁块获得；转炉或AOD冶炼完成所述基础合金钢主要合金元素C、Cr、Ni、Mn、Si的成分下限目标的调整，然后送LF炉精炼40-60分钟，在白渣吹氩条件下，进行脱氧和脱硫及成分精确调整，最后连铸成坯。
所述索氏体高强韧耐候合金结构钢的制备是将上述红土镍矿冶炼的基础合金钢冶炼、轧制和热处理制得，具体步骤如下：
先按照上述方式冶炼符合基本成分需求的基础合金钢，出钢后按照所需产品规格进行轧制，钢的初轧温度1080-1120℃，终轧温度910-950℃，终轧完成后立即喷淋冷却至670-730℃，进入等温保温炉纳米化处理，等温保温时间控制在3-4.5小时，出炉之后立即喷淋或其它直接冷却，最终得到索氏体高强韧耐候合金结构钢；
所述索氏体高强韧耐候合金结构钢的金相组织为铁素体基体上均匀分布平均尺寸200-400纳米的纳米相碳化物，称为纳米钉扎回火索氏体；
所述索氏体高强韧耐候合金结构钢的性能是：屈服强度σ0.2≥550MPa，断裂强度≥750MPa，延伸率≥18％，冲击吸收能≥40J；具有耐候、抗震功能。
实施例三：
一种红土镍矿冶炼索氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的工艺方法：
根据红土镍矿表层矿资源的铁与合金成分，通过合适配矿，冶炼获得基础合金钢，基本成分按质量百分比计为：C 0.14wt％，Si≤0.8wt％，Mn≤0.8wt％，Cr 2.0-3.0wt％，Ni1.0-2.0wt％，P≤0.05wt％，S≤0.030wt％，Al 0.01-0.03wt％，V 0.2wt％，Mo 0.8wt％，全O≤40ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。
其中，配矿时留出转炉或AOD脱磷时的铬损失；高炉或者矿热炉(RKEF)冶炼出来的铁水磷含量可以达到0.1wt％以上，在转炉或AOD脱磷过程中，会脱除锰硅，也会导致一部分铬的损失；转炉或AOD冶炼的铁水也可以由感应炉、电弧炉冶炼低镍铁块获得；转炉或AOD冶炼完成所述基础合金钢主要合金元素C、Cr、Ni、Mn、Si的成分下限目标的调整，然后送LF炉精炼40-60分钟，在白渣吹氩条件下，进行脱氧和脱硫及成分精确调整，最后连铸成坯。
所述索氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的制备是将上述红土镍矿冶炼的基础合金钢冶炼、轧制和热处理制得，具体步骤如下：
先按照上述方式冶炼符合基本成分需求的基础合金钢，同时在冶炼过程中加入0.1-0.4wt％的V和0.6-0.8wt％的Mo；出钢后按照所需产品规格进行轧制，钢的初轧温度1080-1120℃，终轧温度910-950℃，终轧完成后立即喷淋冷却至680-720℃，进入等温保温炉纳米化处理，等温保温时间控制在3.5-5.5小时，出炉之后均匀水冷，最终得到索氏体高强韧耐候耐火合金结构钢；
所述的索氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的金相组织是回火索氏体；
所述的索氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的性能是：屈服强度σ0.2≥500MPa，断裂强度≥750MPa，延伸率≥18-25％，冲击吸收能≥30J；具有抗震、耐火、耐候功能。
实施例四：
一种红土镍矿冶炼贝氏体高强韧耐候合金结构钢的工艺方法：
根据红土镍矿表层矿资源的铁与合金成分，通过合适配矿，冶炼获得基础合金钢，基本成分按质量百分比计为：C 0.8wt％，Si≤0.8wt％，Mn≤0.8wt％，Cr 2.0-3.0wt％，Ni1.0-2.0wt％，P≤0.05wt％，S≤0.030wt％，Al 0.01-0.03wt％，全O≤40ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。
其中，配矿时留出转炉或AOD脱磷时的铬损失；高炉或者矿热炉(RKEF)冶炼出来的铁水磷含量可以达到0.1wt％以上，在转炉或AOD脱磷过程中，会脱除锰硅，也会导致一部分铬的损失；转炉或AOD冶炼的铁水也可以由感应炉、电弧炉冶炼低镍铁块获得；转炉或AOD冶炼完成所述基础合金钢主要合金元素C、Cr、Ni、Mn、Si的成分下限目标的调整，然后送LF炉精炼40-60分钟，在白渣吹氩条件下，进行脱氧和脱硫及成分精确调整，最后连铸成坯。
所述贝氏体高强韧耐候合金结构钢的制备是将上述述红土镍矿冶炼的基础合金钢冶炼、轧制和热处理制得，具体步骤如下：
先按照上述方式冶炼符合基本成分需求的基础合金钢，出钢后按照所需产品规格进行两阶段控轧控冷轧制和热处理制得贝氏体高强韧耐候合金结构钢，两阶段控轧控冷轧制和热处理为第一阶段控轧控冷轧制工艺和第二阶段控轧控冷轧制工艺；
所述第一阶段控轧控冷轧制工艺为：先将冷检和修磨后的钢坯加热到1160-1220℃，然后确保第一阶段开轧温度为1070-1110℃并进行第一阶段轧制，第一阶段终轧温度为1010-1030℃，第一阶段轧制的钢坯压下量为50-80％；
所述第二阶段控轧控冷轧制工艺为：确保第二阶段开轧温度为910-950℃并进行第二阶段轧制，第二阶段终轧温度为770-800℃，终冷温度小于300℃；并保持200℃恒温2小时；
所述第一阶段轧制的钢坯压下量与第二阶段轧制的钢坯压下量总和为100％；
所述贝氏体高强韧耐候合金结构钢的金相组织为贝氏体，晶粒平均尺寸为2-7微米；
所述贝氏体高强韧耐候合金结构钢的性能是：屈服强度σ0.2≥650MPa，断裂强度≥800MPa，延伸率≥20％，冲击吸收能≥40J；具有耐候、抗震功能。
实施例五：
一种红土镍矿冶炼贝氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的工艺方法：
根据红土镍矿表层矿资源的铁与合金成分，通过合适配矿，冶炼获得基础合金钢，基本成分按质量百分比计为：C 0.8wt％，Si≤0.8wt％，Mn≤0.8wt％，Cr 2.0-3.0wt％，Ni1.0-2.0wt％，P≤0.05wt％，S≤0.030wt％，Al 0.01-0.03wt％，V 0.2wt％，Mo 0.8wt％，全O≤40ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。
其中，配矿时留出转炉或AOD脱磷时的铬损失；高炉或者矿热炉(RKEF)冶炼出来的铁水磷含量可以达到0.1wt％以上，在转炉或AOD脱磷过程中，会脱除锰硅，也会导致一部分铬的损失；转炉或AOD冶炼的铁水也可以由感应炉、电弧炉冶炼低镍铁块获得；转炉或AOD冶炼完成所述基础合金钢主要合金元素C、Cr、Ni、Mn、Si的成分下限目标的调整，然后送LF炉精炼40-60分钟，在白渣吹氩条件下，进行脱氧和脱硫及成分精确调整，最后连铸成坯。
所述贝氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的制备是将上述红土镍矿冶炼的基础合金钢冶炼、轧制和热处理制得，具体步骤如下：
先按照上述方式冶炼符合基本成分需求的基础合金钢，同时在冶炼过程中加入0.1-0.4wt％的V和0.6-0.8wt％的Mo；出钢后按照所需产品规格进行两阶段控轧控冷轧制和热处理制得贝氏体高强韧耐候耐火合金结构钢，两阶段控轧控冷轧制和热处理为第一阶段控轧控冷轧制工艺和第二阶段控轧控冷轧制工艺；
所述第一阶段控轧控冷轧制工艺为：先将冷检和修磨后的钢坯加热到1160-1220℃，然后确保第一阶段开轧温度为1070-1110℃并进行第一阶段轧制，第一阶段终轧温度为1010-1030℃，第一阶段轧制的钢坯压下量为50-80％；
所述第二阶段控轧控冷轧制工艺为：确保第二阶段开轧温度为910-950℃并进行第二阶段轧制，第二阶段终轧温度为770-800℃，终冷温度小于300℃；并保持200℃恒温2小时；
所述第一阶段轧制的钢坯压下量与第二阶段轧制的钢坯压下量总和为100％；
所述贝氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的金相组织是贝氏体，晶粒平均尺寸为2-7微米；
所述贝氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的性能是：屈服强度σ0.2≥600MPa；断裂强度≥800MPa，延伸率≥20％，冲击吸收能≥40J；具有抗震、耐火、耐候功能。
特别地，所述贝氏体高强韧耐候耐火合金结构钢，所述第二阶段轧制结束后，在700℃等温保温炉进行1.5-2.5小时等温处理，出炉之后均匀水冷，钢的延伸率提高至25-30％。
综上可见，本发明通过在冶炼过程中合理配矿，经过高炉或者矿热炉、转炉或AOD炉冶炼，在LF精炼炉中适当补加并调整少量合金元素含量，生产出包括马氏体高强韧耐候合金结构钢、索氏体高强韧耐候合金结构钢、贝氏体高强韧耐候合金结构钢、索氏体高强韧耐候耐火合金结构钢、贝氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的多种高强韧耐候耐火合金结构钢。
本发明使得这些几近废弃的红土镍矿表层矿得以有效的资源化、价值化，满足现有装配式钢结构建筑、桥梁等工程的长寿命、抗地震、耐候、耐火的功能性需求，利于工业大规模的生产和使用。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种红土镍矿冶炼高强韧耐候耐火合金结构钢的制备，其特征在于，所述红土镍矿冶炼高强韧耐候耐火合金结构钢的制备包括马氏体高强韧耐候合金结构钢的制备、索氏体高强韧耐候合金结构钢的制备、贝氏体高强韧耐候合金结构钢的制备、索氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的制备、以及贝氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的制备。
2.根据权利要求1所述红土镍矿冶炼高强韧耐候耐火合金结构钢的制备，其特征在于，所述马氏体高强韧耐候合金结构钢的制备是将红土镍矿进行基础合金钢冶炼、轧制和热处理制得，具体步骤如下：
基础合金钢在冶炼时控制碳含量为0.09-0.18wt％；出钢后按照所需产品规格进行轧制，钢坯在900-930℃完成终轧，终轧完成后立即喷淋冷却至200℃，并保持200℃恒温2小时，最终得到马氏体高强韧耐候合金结构钢；
所述马氏体高强韧耐候合金结构钢的金相组织为低温回火马氏体；
所述马氏体高强韧耐候合金结构钢的性能是：屈服强度σ0.2≥900MPa；断裂强度≥1300MPa，延伸率≥13％，冲击功≥30J。
3.根据权利要求1所述红土镍矿冶炼高强韧耐候耐火合金结构钢的制备，其特征在于，所述索氏体高强韧耐候合金结构钢的制备是将红土镍矿进行基础合金钢冶炼、轧制和热处理制得，具体步骤如下：
基础合金钢在冶炼时控制碳含量为0.09-0.18wt％；出钢后按照所需产品规格进行轧制，钢的初轧温度1080-1120℃，终轧温度910-950℃，终轧完成后立即喷淋冷却至670-730℃，进入等温保温炉纳米化处理，等温保温时间控制在3-4.5小时，出炉之后立即喷淋或其它直接冷却，最终得到索氏体高强韧耐候合金结构钢；
所述索氏体高强韧耐候合金结构钢的金相组织为铁素体基体上均匀分布平均尺寸200-400纳米的纳米相碳化物，称为纳米钉扎回火索氏体；
所述索氏体高强韧耐候合金结构钢的性能是：屈服强度σ0.2≥550MPa，断裂强度≥750MPa，延伸率≥18％，冲击吸收能≥40J；具有耐候、抗震功能。
4.根据权利要求1所述红土镍矿冶炼高强韧耐候耐火合金结构钢的制备，其特征在于，所述索氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的制备是将红土镍矿进行基础合金钢冶炼、轧制和热处理制得，具体步骤如下：
基础合金钢在冶炼时控制碳含量为0.09-0.18wt％，同时在冶炼过程中加入0.1-0.4wt％的V和0.6-0.8wt％的Mo；出钢后按照所需产品规格进行轧制，钢的初轧温度1080-1120℃，终轧温度910-950℃，终轧完成后立即喷淋冷却至680-720℃，进入等温保温炉纳米化处理，等温保温时间控制在3.5-5.5小时，出炉之后均匀水冷，最终得到索氏体高强韧耐候耐火合金结构钢；
所述的索氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的金相组织是回火索氏体；
所述的索氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的性能是：屈服强度σ0.2≥500MPa，断裂强度≥750MPa，延伸率≥18-25％，冲击吸收能≥30J；具有抗震、耐火、耐候功能。
5.根据权利要求1所述红土镍矿冶炼高强韧耐候耐火合金结构钢的制备，其特征在于，所述贝氏体高强韧耐候合金结构钢的制备是将红土镍矿进行基础合金钢冶炼、轧制和热处理制得，具体步骤如下：
基础合金钢在冶炼时控制碳含量为0.03-0.09wt％；出钢后按照所需产品规格进行两阶段控轧控冷轧制和热处理制得贝氏体高强韧耐候合金结构钢，两阶段控轧控冷轧制和热处理为第一阶段控轧控冷轧制工艺和第二阶段控轧控冷轧制工艺；
所述第一阶段控轧控冷轧制工艺为：先将冷检和修磨后的钢坯加热到1160-1220℃，然后确保第一阶段开轧温度为1070-1110℃并进行第一阶段轧制，第一阶段终轧温度为1010-1030℃，第一阶段轧制的钢坯压下量为50-80％；
所述第二阶段控轧控冷轧制工艺为：确保第二阶段开轧温度为910-950℃并进行第二阶段轧制，第二阶段终轧温度为770-800℃，终冷温度小于300℃；并保持200℃恒温2小时；
所述第一阶段轧制的钢坯压下量与第二阶段轧制的钢坯压下量总和为100％；
所述贝氏体高强韧耐候合金结构钢的金相组织为贝氏体，晶粒平均尺寸为2-7微米；
所述贝氏体高强韧耐候合金结构钢的性能是：屈服强度σ0.2≥650MPa，断裂强度≥800MPa，延伸率≥20％，冲击吸收能≥40J；具有耐候、抗震功能。
6.根据权利要求1所述红土镍矿冶炼高强韧耐候耐火合金结构钢的制备，其特征在于，所述贝氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的制备是将红土镍矿进行基础合金钢冶炼、轧制和热处理制得，具体步骤如下：
基础合金钢在冶炼时控制碳含量为0.03-0.09wt％，同时在冶炼过程中加入0.1-0.4wt％的V和0.6-0.8wt％的Mo；出钢后按照所需产品规格进行两阶段控轧控冷轧制和热处理制得贝氏体高强韧耐候耐火合金结构钢，两阶段控轧控冷轧制和热处理为第一阶段控轧控冷轧制工艺和第二阶段控轧控冷轧制工艺；
所述第一阶段控轧控冷轧制工艺为：先将冷检和修磨后的钢坯加热到1160-1220℃，然后确保第一阶段开轧温度为1070-1110℃并进行第一阶段轧制，第一阶段终轧温度为1010-1030℃，第一阶段轧制的钢坯压下量为50-80％；
所述第二阶段控轧控冷轧制工艺为：确保第二阶段开轧温度为910-950℃并进行第二阶段轧制，第二阶段终轧温度为770-800℃，终冷温度小于300℃；并保持200℃恒温2小时；
所述第一阶段轧制的钢坯压下量与第二阶段轧制的钢坯压下量总和为100％；
所述贝氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的金相组织是贝氏体，晶粒平均尺寸为2-7微米；
所述贝氏体高强韧耐候耐火合金结构钢的性能是：屈服强度σ0.2≥600MPa；断裂强度≥800MPa，延伸率≥20％，冲击吸收能≥40J；具有抗震、耐火、耐候功能。
7.根据权利要求6所述红土镍矿冶炼高强韧耐候耐火合金结构钢的制备，其特征在于，所述贝氏体高强韧耐候耐火合金结构钢制备中的第二阶段轧制结束后，在700℃等温保温炉进行1.5-2.5小时等温处理，出炉之后均匀水冷，钢的延伸率提高至25-30％。
8.根据权利要求2-6任一所述红土镍矿冶炼高强韧耐候耐火合金结构钢的制备，其特征在于，所述基础合金钢的基本成分按质量百分比计为：C0.03-0.18wt％，Si≤0.8wt％，Mn≤0.8wt％，Cr 2.0-3.0wt％，Ni 1.0-2.0wt％，P≤0.05wt％，S≤0.030wt％，Al 0.01-0.03wt％，全O≤40ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。
9.根据权利要求2-6任一所述红土镍矿冶炼高强韧耐候耐火合金结构钢的制备，其特征在于，将红土镍矿进行基础合金钢冶炼是根据红土镍矿表层矿资源的铁与合金成分，通过合适配矿，冶炼获得所述基本成分的基础合金钢，其中:
配矿时留出转炉或AOD脱磷时的铬损失；
高炉或者矿热炉(RKEF)冶炼出来的铁水磷含量可以达到0.1wt％以上，在转炉或AOD脱磷过程中，脱除锰硅的同时也会导致一部分铬的损失；
转炉或AOD冶炼完成所述基础合金钢主要合金元素C、Cr、Ni、Mn、Si的成分下限目标的调整，然后送LF炉精炼40-60分钟，在白渣吹氩条件下，进行脱氧和脱硫及成分精确调整，最后连铸成坯。
10.根据权利要求9所述红土镍矿冶炼高强韧耐候耐火合金结构钢的制备，其特征在于，转炉或AOD冶炼的铁水也可以由感应炉、电弧炉冶炼低镍铁块获得。
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