CN110819892A - 一种含铌氮微合金化hrb400e钢筋及其生产方法 - Google Patents

一种含铌氮微合金化hrb400e钢筋及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铌氮微合金化HRB400E钢筋及其生产方法，本发明利用铌和氮对钢筋的析出强化作用，部分代替固溶强化元素锰和硅，部分或全部代替微合金化元素钒，同时利用廉价的氮元素对钢筋进行微合金化处理，发挥微量铌和氮析出强化作用。本发明产品的Rel为435‑490MPa，Rm为590‑650MPa，A为24‑35%，Rm/Rel为1.30‑1.42，Agt为11.5‑19%，冷弯合格率为100%，Ceq≤0.48%。本发明生产成本较传统方法降低30‑80元/吨，三个月自然时效，Rel和Rm值波动值小于10MPa，焊接性能良好，同时所得钢筋的性能指标远远超过GB/T1499.2‑2018标准要求。

Description

一种含铌氮微合金化HRB400E钢筋及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种含铌氮微合金化钢筋及其生产工艺，尤其涉及一种含铌和氮微合金化处理的HRB400E钢筋及其生产工艺。
背景技术
日前，HRB400MPa级别的钢筋有三大类生产工艺：
第一类是主要以20MnSi作为基础成分的碳锰钢系成分设计，采用锰系和硅系铁合金进行锰和硅合金化，钢筋轧后采用空冷工艺，用钒铁或钒氮合金进行钒微合金化，或单独利用铌铁合金进行铌微合金化，或单独采用铌和钒进行复合合金化，一般其主要成分控制[Mn]在1.2wt％-1.6wt％之间，[Si]在0.40wt％-0.80wt％之间，[C]在0.17wt％-0.25wt％之间，[V]控制在0.030wt％-0.05wt％之间或[Nb]控制在0.025wt％-0.05wt％之间，或[V]+[Nb]控制在0.035wt％-0.055wt％，国家标准要求：屈服强度(Rel)≥400MPa，抗拉强度≥550MPa，A≥16％，强屈比(Rm/Rel)≥1.25，总伸长率(Agt)≥9％，超强比(实测屈服强度与标准规定屈服强度之比)≤1.3，主要依靠碳、锰和硅固溶强化和钒或铌固溶或以碳氮化物析出强化，该方法为最为传统和最为成熟的钢筋生产方法，其产品质量稳定，使用性能良好，且抗震性好。但该方法存在如下问题：①硅、锰及碳含量较高，需添加较高的钒或铌或钒铌复合合金，合金成本升高；②在凝固和冷却过程中容易产生元素偏析；③碳当量偏高焊接性能较差；④容易出现屈服不明显和混晶现象；⑤单独使用铌微合金化时容易出现无屈服平台、脆性断裂；连铸拉速超过3米/分钟时极易出现铸坯裂纹、脱方等质量缺陷，甚至出现漏钢事故；
第二类是将成分按下限甚至低于下限控制，且钒或铌使用量大幅度减少，采用低温大变形量轧制生产出超细晶钢，合金成分可以降低，以晶粒细化作为提高钢筋强度的主要手段。该方法目前还处于工业试验推广阶段，同时该方法存在缺点是：①需要大幅度増加轧机轧制能力，大幅度増加设备投资和改造旧轧机带来固定资产投资大幅度增加；②生产的钢筋不能采用常規工艺焊接，否则焊接区因晶粒长大，造成焊接热影响区钢筋强度大幅度下降；③钢筋强屈比(Rm/Rel)≥1.25的比例小于95％，钢筋的抗震性降低；
第三类是将成分控制在下限或低于下限值，且极少使用钒或铌或不用钒或铌，采用中轧和精轧之间预穿水冷却和轧后穿水强制冷却，合金成分也可大幅度降低，该方法目前使用较为普遍，但与国家标准，尤其是2018年实施的国家新标准相抵触，如钢筋组织等方面有冲突，甚至对钢筋使用性能存在不利影响，同时存在如下缺陷：①需増加穿水设备，増加投资和运行成本；②钢筋性能波动大，自然时效后，钢筋性能波动大；③焊接性能差；④钢筋容易锈蚀，严重影响钢筋外观形象，甚至对使用有不利影响；⑤钢筋表面和芯部组织不一致，表面硬度与芯部硬度差较大，表面极易出现回火马氏体和回火索氏体，超出国家标准钢筋组织为铁素体+珠光体的基本要求；⑥钢筋Rm/Rel≥1.25，的合格率在90％以下，钢筋的抗震性降低；
基于上述情况，本发明在于提供一种以低纯铌含量和微量氮作为微合金化元素，或以铌加微量钒复合和微量氮作为微合金化元素的HRB400E成分设计及其生产工艺，以实现用低铌和微量钒或不用钒加氮合金化生产HRB400E钢筋之目的。同时钢筋组织符合国标要求，性能指标远远超过国标要求，且生产成本较传统工艺低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以微量铌和微量氮作为微合金化元素，或以铌加微量钒复合和微量氮作为微合金化元素的HRB400E成分设计及其生产工艺。
为实现上述目的，本发明一种含铌氮微合金化HRB400E钢筋的生产方法，是将高炉铁水，或者高炉铁水与废钢或生铁中的一种或两种加入到转炉内吹氧熔炼，或者加入到电炉内吹氧，喷吹碳粉，送电熔炼，并加入造渣剂；具体操作包括以下步骤：
1)在转炉吹氧冶炼6-12min，或电炉加入生铁或废钢时，加入适量的还原性氧化锰球团；
2)在转炉出钢前2-6min内，加入适量的还原性氧化铌球团，或者加入适量的还原性氧化钒球团和还原性氧化铌球团的混合物；或电炉出钢时向钢包内加入适量的还原性氧化铌球团，或者还原性氧化钒球团和氧化铌球团的混合物；
3)在转炉出钢开始30-120秒内，根据冶炼终点钢水中的锰含量和HRB400E钢熔炼成分锰的目标要求范围，加入适量的锰系合金、金属锰中的一种或几种的组合；根据冶炼终点钢水中的硅含量和HRB400E钢熔炼成分硅的目标要求范围，加入适量的硅系合金、金属硅、碳化硅中的一种或几种的组合；根据冶炼终点钢水中的碳含量和HRB400E钢熔炼成分碳的目标要求范围，及考虑其他合金带入碳含量加入适量的増碳剂；
或根据电炉钢水经过LF精炼时钢水中硅与锰的含量和HRB400E钢熔炼成分硅和锰的目标要求范围，在LF精炼炉内加入适量的硅系合金、金属硅、碳化硅中的一种或几种的组合，以及加入适量的锰系合金、金属锰中的一种或几种的组合，进行微调硅和锰的含量，使钢水中硅与锰的质量百分含量比达到HRB400E钢熔炼成份硅和锰的目标要求范围，并根据LF炉钢水的碳含量和考虑合金带入碳含量，加入适量的増碳剂，使钢水中碳的质量百分比含量达到HRB400E钢熔炼成分碳的目标要求范围；
4)在转炉出钢过程中和钢水吹气搅拌站，在微波场条件下，向钢包中的钢水中添加氮元素，使钢水中氮含量达到HRB400E钢熔炼成分氮的目标要求范围，同时考虑上述各类合金中除氮元素以外的其他合金元素在HRB400E钢筋的熔炼目标成分范围之内；
或在电炉的LF精炼站，在微波场条件下，向钢包中的钢水中添加氮元素，使钢水中氮含量达到HRB400E钢熔炼成份氮的目标要求范围，同时考虑上述各类合金中除氮元素以外的其他合金元素在HRB400E钢筋的熔炼目标成分范围之内；
5)在转炉出钢过程中根据转炉终点钢水中钒和铌的含量及HRB400E钢筋熔炼成分钒和铌的目标范围，向钢包中的钢水加入适量的钒元素和/或铌元素；使钢水中钒和铌含量达到HRB400E钢筋熔炼成分钒和铌的目标范围；
或在电炉的LF精炼站根据钢水中钒和铌的含量及HRB400E钢筋熔炼成分钒和铌的目标范围，向钢包中的钢水加入适量的钒元素和/或铌元素；使钢水中钒和铌含量达到HRB400E钢筋熔炼成分钒和铌的目标范围；
经过上述步骤后，最终控制钢水中各种元素质量百分比含量目标范围如下:1.00wt％≤Mn≤1.30wt％、0.30wt％≤Si≤0.80wt％、0.18wt％≤C≤0.25wt％、0.008wt％≤N<0.0150wt％；
当钢水中含Nb不含V时，满足：0.010wt％≤Nb≤0.030wt％；
当钢水中同时含V和Nb时，满足：0.015wt％≤V+Nb≤0.035wt％；
6)钢水经连铸机浇注成不同断面尺寸的钢坯，钢坯热送或钢坯下线冷送至加热炉，钢坯通过加热炉加热，然后被轧制成不同规格的钢筋，经轧制过程及轧后控制冷却，使钢筋上冷床温度在860-950℃，然后经过空冷，定尺剪切，打捆包装，最后得到含铌氮微合金化的HRB400E成品钢筋。
作为优选方案，本发明一种含铌氮微合金化HRB400E钢筋的生产方法，根据转炉冶炼终点炼钢水中钒和铌含量和HRB400E钢筋的熔炼钒和铌的目标成分含量，出钢时加入适量的钒铁、钒氮合金、氮化钒铁、金属钒、钒的氧化物，或适量的铌铁、金属铌、铌的氧化物中的一种或几种，微调钢水中的钒和铌含量，使上述各元素质量百分含量均达到HRB400E钢筋的熔炼成分钒和铌的目标范围；
或根据电炉出钢后经LF炉精炼时钢水中钒及铌含量和HRB400E钢筋的熔炼目标成分钒和铌的含量，加入适量的钒铁、钒氮合金、氮化钒铁、金属钒、钒的氧化物，或适量的铌铁、金属铌、铌的氧化物中的一种或几种，微调钢水中的钒和铌含量，使上述各元素质量百分含量均达到HRB400E钢筋的熔炼成分钒和铌的目标值。
作为优选方案，本发明一种含铌氮微合金化HRB400E钢筋的生产方法，根据转炉冶炼终点炼钢水中氮含量和钢的熔炼目标成分氮的含量，在转炉出钢过程中和钢水吹气搅拌站，在微波场条件下，向钢包中的钢水吹适量的氮气，或加入适量的微氮合金、稀土氮合金、硅氮合金、氮化硅、氮化硅铁、氮化硅锰、氮化锰、氮化钛、氮化铬中的一种或几种的组合，使钢水中氮含量达到HRB400E钢筋的熔炼成分氮的目标范围；
或者在电炉的LF精炼站，在微波场条件下，向钢包中的钢水吹适量氮气或加入适量的微氮合金、稀土氮合金、硅氮合金、氮化硅、氮化硅铁、氮化硅锰、氮化锰、氮化钛、氮化铬中的一种或几种的组合，使钢水中氮含量达到HRB400E钢筋的熔炼成分氮的目标范围。
作为优选方案，本发明一种含铌氮微合金化HRB400E钢筋的生产方法，所述的还原性氧化钒球团为氧化钒经过内配碳后低温烧结而成，还原性氧化铌球团为氧化铌经过内配碳低温烧结而成，还原性氧化锰球团为氧化锰经过内配碳低温烧结而成。
作为优选方案，本发明一种含铌氮微合金化HRB400E钢筋的生产方法，所述的増碳剂为类石墨、石油焦、碳粉、碳化硅、碳化钙中的一种或几种的组合；所述锰系合金为锰铁合金、硅锰合金中的一种或几种的组合；所述硅系合金为硅铁合金、碳化硅、硅钙合金、硅碳合金中的一种或几种的组合。
作为优选方案，本发明一种含铌氮微合金化HRB400E钢筋的生产方法，所述铁水为通用的炼钢铁水，或钒钛铁水经过提钒后的半钢钢水。
作为优选方案，本发明一种含铌氮微合金化HRB400E钢筋的生产方法，步骤4)中所述的吹氮气强度为0.08-0.5m3/min.t钢，吹氮气时间控制在2-6min。
作为优选方案，本发明一种含铌氮微合金化HRB400E钢筋的生产方法，钢水经过连铸机浇注成不同断面尺寸的钢坯，钢坯热送或钢坯下线冷送至加热炉，钢坯通过加热炉加热，然后被轧制成不同规格的钢筋，钢坯加热温度在1060-1230℃之间，开轧温度在980-1150℃之间，中轧机架与精轧机架间采用预穿水或不穿水，终轧温度在950-1050℃之间，轧后进行空冷却，或轧后钢筋采用穿水冷却，控制冷却水流量和压力使钢筋上冷床回火温度控制在860-950℃之间。
本发明一种含铌氮微合金化HRB400E钢筋，所述含铌氮微合金化HRB400E钢筋中，Mn的含量为1.00wt％-1.30wt％、Si的含量为0.30wt％-0.80wt％、C的含量为0.18wt％-0.25wt％、N的含量为0.0080wt％-0.0150wt％；
当钢中含Nb不含V时，满足：0.010wt％≤Nb≤0.030wt％；
当钢中同时含V和Nb时，满足：0.015wt％≤V+Nb≤0.035wt％。
本发明一种含铌氮微合金化HRB400E钢筋，其性能满足:Rel在435-490MPa之间，Rm在590-650MPa之间，A在24-35％之间，Rm/Rel在1.30-1.42之间，Agt在11.5-19％之间，冷弯合格率为100％，Ceq≤0.48％。三个月自然时效，性能波动小于10MPa，钢筋组织为铁素体+珠光体，且表层与芯部组织一致。
本发明所设计和制备的钢筋符合GB/T1499.2-2018标准要求，钢筋性能指标远远超过GB/T1499.2-2018标准要求。
作为优选方案，根据铌合金和钒合金市场价格变动，本发明可采用铌氮微合金化，或铌钒氮微合金化。当V、Nb比例和用量控制得当后，本发明所设计工艺的钢筋生产成本的下降幅度远远大于其他方案。另外，在转炉吹炼后期加入还原性氧化锰球团以及氧化铌球团或氧化钒和氧化铌球团，或在电炉利用冶炼的LF工序中还原性氧化锰球团以及氧化铌球团或氧化钒和氧化铌球团，利用转炉冶炼或LF冶炼过程将上述氧化物还原成单质进行合金化，大幅度减少锰合金、铌铁合金或钒铁合金的用量，同时还可实现HRB400E成分窄范围控制，从而降低其生产成本。
本发明充分利用铌和对钢筋的析出强化和相变作用，部分代替固溶强化元素锰和硅，同时利用廉价的元素对钢筋进行合金化处理，发挥微量氮析出强化作用，大幅度减少战略贵重金属元素如钒、铌等的用量，实现低成本生产高强度级别、质量稳定和受市场容欢迎的HRB400E高强度级别钢筋。在现有钢筋生产装备条件下，以碳锰系成分体系，采用还原性氧化球团直接合金化和采用铁合金微调成分的冶炼工艺，利用微波场电离氮分子，通过底吹氮或加入増氮合金对钢水进行氮微合金化，用此方法生产出的HRB400E级钢筋其Rel在435-490MPa之间，Agt在11.5-19％之间，Rm在590-650MPa之间，A在24-35％之间，Rm/Rel在1.30-1.42之间，冷弯合格率为100％；三个月时效，Rel和Rm值波动值小于10MPa，焊接性能良好；钢筋组织为铁素体+珠光体，且表层与芯部组织一致；综合成本较传统方法降低30-80元/吨；利用现有装备条件，不需要进行新的设备与工艺投入。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，而不会限制本发明。
本发明可以采用氧气转炉冶炼—连铸—轧制工艺，也可采用电炉冶炼—LF精炼—连铸—轧制工艺。本发明具体实施例采用氧气转炉冶炼—连铸—轧制工艺，或电炉冶炼—LF精炼—连铸—轧制工艺进行实施。
实施例1
将高炉铁水与废钢或生铁分别加入到公称容量为80吨的转炉内，吹氧熔炼，并加入造渣材料如石灰等，在转炉吹炼6min时加入适量的还原性氧化锰球团，在转炉出钢前6min时，加入适量的还原性氧化铌球团，使冶炼终点钢水中[C]＝0.08-0.15％之间，[Mn]在0.15-0.25％之间，[Nb]在0.005-0.010％之间；
在转炉出钢前4min内，加入适量的还原性氧化钒球团，使钢水中[V]在0.005-0.010％之间，其他成分如钢水硫含量小于0.035％，磷含量小于0.035％等满足标准要求，温度满足连铸工艺要求，出钢；
在出钢后30秒时，根据冶炼终点钢水中的锰含量加入适量的硅锰合金和锰铁合金，使钢水中[Mn]含量在1.25-1.30％之间，根据冶炼终点钢水中的[Si]含量加入适量的硅铁合金和金属硅和碳化硅，使钢水中硅含量在0.75-0.80％之间，根据目标碳含量及考虑其他合金带入碳含量，添加适量的増碳剂碳粉和类石墨，使钢水中[C]在0.22-0.25％之间；
在出钢过程和钢水吹气搅拌过程中，通过微波场向钢包钢水中吹适量的氮气和加入适量的微氮合金微和氮化硅铁和氮化钛调整氮的含量，使钢水中的[N]含量在0.0145-0.0150％之间，吹氮气强度为0.08m3/min.t钢，吹氮气时间控制在6min；在出钢中期加入适量的铌铁和金属铌对钢水中的[Nb]进行微调，使钢水中的[Nb]在0.007-0.011％之间，加入适量的钒铁和氮化钒铁合金对钢水中的[V]进行微调，使钢水中的[V]在0.008-0.0120％之间。
钢水经过连铸机浇注成断面尺寸为150X150mm的钢坯，钢坯热送至加热炉，钢坯通过加热炉加热，然后被轧制成直径为25mm规格的钢筋，钢坯加热温度在1120-1160℃之间，开轧温度在1040-1080℃之间，中轧机架与精轧机架间采用预穿水，终轧温度在980-1000℃之间，轧后进行钢筋采用穿水冷却，控制冷却水流量和压力使钢筋上冷床回火温度控制在880-900℃之间。然后经过空冷，定尺剪切，打捆包装，最后得到含铌氮微合金化的HRB400E成品钢筋。
该钢筋的化学成分为：C＝0.25％，Mn＝1.30％，Si＝0.78％，N＝0.0149％，Nb＝0.008％，V＝0.010％。性能指标如下：共取二组拉伸试样和一组冷弯试验样，二组拉伸试样的试验结果分别为:Rel＝460MPa，Rm＝650MPa，A＝24.5％，Rm/Rel＝1.413，Agt＝12.3％；Rel＝465MPa，Rm＝650MPa，A＝24.8％，Rm/Rel＝1.397，Agt＝12.6％，一组冷弯试样经180°冷弯试验合格，Ceq小于0.48％；综合成本降低60.2元/吨。三个月时效，Rel和Rm值波动值4MPa，焊接性能良好，钢筋组织为铁素体+珠光体，且表层与芯部组织一致。
实施例2
将高炉铁水与废钢或生铁中的一种或几种加入到公称容量为120吨的转炉内，吹氧熔炼，并加入造渣材料如石灰等，在转炉吹炼12min时加入适量的还原性氧化锰球团，在转炉出钢前2min时加入适量的还原性氧化铌球团，使冶炼终点钢水中[C]在0.08-0.12％之间，[Mn]在0.15-0.20％之间，[Nb]在0.005-0.01％之间；温度和其他成分满足标准要求，出钢；
在出钢后60秒时，根据冶炼终点钢水中的锰含量加入适量的硅锰合金和金属锰，使钢中锰含量在1.10-1.20％之间，根据冶炼终点钢水中的硅含量加入适量的硅铁合金和硅碳合金，使钢中硅含量在0.30-0.40％，根据目标碳含量及考虑其他合金带入碳含量添加适量的増碳剂碳化硅和石油焦，使钢中碳含量在0.21-0.25％之间；
在出钢过程和钢水吹气搅拌过程中加入适量的稀土氮合金和氮化硅锰和氮化铬合金，使钢水中氮含量在0.0080-0.0090％之间；吹氮气强度为0.2m3/min.t钢，吹氮气时间控制在3.5min；
根据转炉冶炼终点炼钢水中铌含量，出钢时加入适量的铌铁和铌的氧化物合金微调钢水中的铌含量，使钢水中铌含量在0.009-0.013％之间；
钢水经过连铸机浇注成断面尺寸为155X155mm的钢坯，钢坯下线冷送至加热炉，钢坯通过加热炉加热，然后经过4切分轧制成直径为14mm规格的钢筋，钢坯加热温度在1190-1230℃之间，开轧温度在1110-1150℃之间，中轧机架与精轧机架间采用预穿水，终轧温度在1040-1050℃之间，轧后钢筋采用穿水冷却，控制冷却水流量和压力使钢筋上冷床回火温度控制在860-870℃之间，然后经过空冷，定尺剪切，打捆包装，最后得到含铌氮微合金化的HRB400E成品钢筋。
该钢筋的化学成分为:C＝0.24％，Mn＝1.14％，Si＝0.32％，N＝0.0132％，Nb＝0.011％。性能指标如下：共取四组拉伸试样和二组冷弯试验样，四组拉伸试验结果分别为:Rel＝435MPa，Rm＝595MPa，A＝34.6％，Rm/Rel＝1.368，Agt＝18.7％；Rel＝435MPa，Rm＝590MPa，A＝34.8，Agt＝18.8％，Rm/Rel＝1.356；Rel＝440MPa，Rm＝605MPa，A＝34.5,Agt＝18.2％，Rm/Rel＝1.375；Rel＝445MPa，Rm＝610MPa，A＝34.5，Agt＝17.8％，Rm/Rel＝1.371；Rel＝440MPa，Rm＝605MPa，A＝33.8，Agt＝17.6％，Rm/Rel＝1.375；二组冷弯试样经180°冷弯试验均合格；Ceq小于0.44％。综合成本降低79.1元/吨。三个月时效，Rel和Rm值波动值为5MPa，焊接性能良好，钢筋组织为铁素体+珠光体，且表层与芯部组织一致。
实施例3
将高炉铁水与废钢或生铁中的一种或几种加入到公称容量为100吨的转炉内，吹氧熔炼，并加入造渣材料如石灰等，在转炉吹炼8min时加入适量的还原性氧化锰球团，在转炉出钢前4min时，加入适量的还原性氧化铌球团与还原性氧化钒球团的混合物，使冶炼终点钢水中[C]＝0.10-0.15％之间，[Mn]在0.12-0.20％之间，[V]在0.005-0.010％之间，[Nb]在0.005-0.010％之间；其他成分如钢水硫含量小于0.035％，磷含量小于0.035％等满足标准要求，温度满足连铸工艺要求，出钢；
在出钢后100秒时，根据冶炼终点钢水中的锰含量加入适量的硅锰合金和锰铁合金，使钢水中锰含量在1.23-1.28％之间，根据冶炼终点钢水中的硅含量加入适量的硅铁合金和硅碳合金，使钢水中硅含量在0.40-0.50％之间，根据目标碳含量及考虑其他合金带入碳含量适量添加増碳剂碳化钙和石油焦，使钢水中[C]在0.18-0.22％之间，
在出钢过程和钢水吹气搅拌过程中，通过微波场向钢包钢水中吹适量的氮气和加入稀土氮合金和氮化硅和氮化锰增氮，使钢水中的[N]含量在0.013-0.014％之间，吹氮气强度为0.5m3/min.t钢，吹氮气时间控制在2min；
在出钢中期加入适量的铌铁合金以及钒氮合金和金属钒及氧化钒分别对钢水中[Nb]和[V]进行微调，使钢水中的[Nb]在0.010-0.013％之间，[V]在0.021-0.026％之间。
钢水经过连铸机浇注成断面尺寸为165X165mm的钢坯，钢坯下线冷送至加热炉，钢坯通过加热炉加热，然后被轧制成直径为22mm规格(二切分)的钢筋，钢坯加热温度在1060-1080℃之间，开轧温度在980-1000℃之间，中轧机架与精轧机架间无预穿水，终轧温度在980-1000℃之间，轧后钢筋采用穿水冷却，控制冷却水流量和压力使钢筋上冷床回火温度控制在880-890℃之间，然后经过空冷，定尺剪切，打捆包装，最后得到含铌氮微合金化的HRB400E成品钢筋。
该钢筋的化学成分为：C＝0.18％，Mn＝1.26％，Si＝0.45％，N＝0.0136％，Nb＝0.011％，V＝0.024％，性能指标如下：共取二组拉伸和一组冷弯试验样，二组拉伸试验结果分别为:Rel＝490MPa，Rm＝645MPa，A＝26.5％，Rm/Rel＝1.316，Agt＝13.8％；Rel＝485MPa，Rm＝650MPa，A＝25.8％，Rm/Rel＝1.34，Agt＝13.5％，一组冷弯试样经180°冷弯试验合格，Ceq小于0.40％。综合成本降低30.9元/吨。三个月时效，Rel和Rm值波动值小于5MPa，焊接性能良好，钢筋组织为铁素体+珠光体，且表层与芯部组织一致。
实施例4
将高炉铁水与废钢或生铁块中的一种或几种加入到公称容量为150吨的转炉内，吹氧熔炼，并加入造渣材料如石灰等，在转炉吹炼10min时加入适量的还原性氧化锰球团，在转炉出钢前5min时加入适量的还原性氧化铌球团，使冶炼终点钢水中[C]在0.10-0.15％之间，[Mn]在0.10-0.20％之间，[Nb]在0.005-0.008％之间；在转炉钢水硫含量小于0.035％，磷含量小于0.035％，温度满足连铸工艺要求的条件下出钢。
在出钢后120秒时，根据冶炼终点钢水中的锰含量加入适量的硅锰合金和锰铁合金，使钢中锰含量在1.00-1.05％之间，根据冶炼终点钢水中的硅含量加入适量的硅铁合金和碳化硅，使钢中硅含量在0.50-0.55％，根据目标碳含量及考虑其他合金带入碳含量添加増碳剂石油焦和类石墨，使钢中碳含量在0.20-0.23％之间；
在出钢过程和钢水吹气搅拌过程中加入适量的微氮合金和硅氮合金和稀土氮合金，使钢水中氮含量在0.0120-0.0130％之间，吹氮气强度为0.3m3/min.t钢，吹氮气时间控制在3min；
根据转炉冶炼终点炼钢水中铌含量，出钢时加入适量的铌铁合金和金属铌微调钢水中的铌含量，使钢水中铌含量在0.025-0.030％之间。
钢水经过连铸机浇注成断面尺寸为160X160mm的钢坯，钢坯热送送至加热炉，钢坯通过加热炉加热，然后被轧制成直径为28mm规格的钢筋，钢坯加热温度在1160-1180℃之间，开轧温度在1080-1100℃之间，中轧机架与精轧机架间采用预穿水，终轧温度在980-1000℃之间，轧后钢筋采用穿水冷却，控制冷却水流量和压力使钢筋上冷床回火温度控制在890-900℃之间。
该钢筋的化学成分为：C＝0.22％，Mn＝1.00％，Si＝0.52％，N＝0.0126％，Nb＝0.030％。性能指标下：共取四组拉伸试样和二组冷弯试验样，四组拉伸试验结果分别为:Rel＝470MPa，Rm＝650MPa，A＝27.5％，Rm/Rel＝1.383，Agt＝16.2％；Rel＝465MPa，Rm＝650MPa，A＝27.6％，Rm/Rel＝1.398，Agt＝16.7％；Rel＝475MPa，Rm＝650MPa，A＝27.8，Rm/Rel＝1.368，Agt＝16.8％；Rel＝470MPa，Rm＝645MPa，A＝27.5％，Rm/Rel＝1.372，Agt＝16.2％；二组冷弯试样经180°冷弯试验均合格；Ceq小于0.40％。综合成本降低49.3元/吨。三个月时效，Rel和Rm值波动值为4MPa，焊接性能良好，钢筋组织为铁素体+珠光体，且表层与芯部组织一致。
实施例5
将高炉铁水，废钢和生铁块加入到公称容量为100吨电炉内吹氧和送电熔炼，并加入造渣剂；
在电炉加入生铁或废钢时，加入石灰、焦炭粒或其他増碳剂、还原性氧化锰球团等炉料；送电，同时向炉内喷吹碳粉和氧气助熔；待熔清后脱碳并造氧化性渣脱磷，倒渣；待钢水磷和碳达到钢种要求后，出钢。电炉出钢时向钢包内加入适量的还原性氧化钒球团和氧化铌球团混合物；
电炉钢水经过LF精炼后，根据钢水中硅与锰的含量，在LF精炼炉内加入适量的碳化硅、金属锰、硅锰合金、硅铁合金、金属硅等进行微调硅和锰的含量，使钢水中硅与锰的质量百分含量比达到目标范围，并根据LF炉钢水的碳含量和考虑合金带入碳含量，加入适量的増碳剂碳粉、石油焦，使钢水中碳的质量百分比含量达到目标范围；在电炉的LF精炼站，加入适量的微氮合金和氮化硅锰硅和稀土氮合金，使钢水中氮含量达到目标控制范围要求；根据LF炉钢水的铌含量，加入适量的氧化铌和金属铌，使钢水中铌的质量百分比含量达到目标范围；
分别将C控制在0.22-0.25％，Si控制在0.55-0.65％，Mn控制在1.15-1.20％，Nb控制在0.020-0.025％，N控制在0.0010-0.011％；吹氮气强度为0.1m3/min.t钢，吹氮气时间控制在5min；
钢水经过连铸机浇注成断面尺寸为160X160mm的钢坯，钢坯热送送至加热炉，钢坯通过加热炉加热，然后经过三切分轧制成直径为18mm规格的钢筋，钢坯加热温度在1120-1140℃之间，开轧温度在1040-1060℃之间，中轧机架与精轧机架间不预穿水，终轧温度在1040-1050℃之间，轧后钢筋采用穿水冷却，控制冷却水流量和压力使钢筋上冷床回火温度控制在870-880℃之间。
该钢筋的化学成分为：C＝0.23％，Mn＝1.17％，Si＝0.60％，N＝0.0105％，Nb＝0.023％。性能指标如下：共取二组拉伸试样和一组冷弯试验样，二组拉伸试样的拉伸试验结果分别为:Rel＝465MPa，Rm＝640MPa，A＝25.6％，Rm/Re＝1.376，Agt＝14.2％；Rel＝470MPa，Rm＝645MPa，A＝26.1％，Rm/Rel＝1.372，Agt＝13.6％；一组冷弯试样经180°冷弯试验合格，Ceq小于0.43％。综合成本降低66.1元/吨。三个月时效，Rel和Rm值波动值小于5MPa，焊接性能良好，钢筋组织为铁素体+珠光体，且表层与芯部组织一致。
本发明为一种纯铌加氮作为微合金元素或铌加钒复合加氮作为微合金元素的HRB400E钢种及其与之配套的冶炼轧制工艺方法，确保在本发明范围内有生产出来的HRB400E钢筋均满足国家标准要求，上述实例为较为典型的代表案例，不必穷举。
本发明在技术开发过程中，还尝试了不按照本发明设计的顺序进行或者参数不在本发明的设计范围内的方案，但其所得产品的稳定性和/或其他质量指标差于本发明或不符合GB/T1499.2-2018标准要求。

Claims (10)

1.一种含铌氮微合金化HRB400E钢筋的生产方法，是将高炉铁水，或者高炉铁水与废钢或生铁中的一种或两种加入到转炉内吹氧熔炼，或者加入到电炉内吹氧和喷吹碳粉、送电熔炼，并加入造渣剂；其特征在于，包括以下步骤：
1)在转炉吹氧冶炼6-12min，或电炉加入生铁或废钢时，加入适量的还原性氧化锰球团；
2)在转炉出钢前2-6min内，加入适量的还原性氧化铌球团，或者加入适量的还原性氧化钒球团和还原性氧化铌球团的混合物；或电炉出钢时向钢包内加入适量的还原性氧化铌球团，或者加入适量的还原性氧化钒球团和氧化铌球团的混合物；
3)在转炉出钢开始30-120秒内，根据冶炼终点钢水中的锰含量和HRB400E钢熔炼成分锰的目标要求范围，加入适量的锰系合金、金属锰中的一种或几种的组合；根据冶炼终点钢水中的硅含量和HRB400E钢熔炼成分硅的目标要求范围，加入适量的硅系合金、金属硅、碳化硅中的一种或几种的组合；根据冶炼终点钢水中的碳含量和HRB400E钢熔炼成分碳的目标要求范围，及考虑其他合金带入碳含量加入适量的増碳剂；
或根据电炉钢水经过LF精炼时钢水中硅与锰的含量和HRB400E钢熔炼成分硅和锰的目标要求范围，在LF精炼炉内加入适量的硅系合金、金属硅、碳化硅中的一种或几种的组合，以及加入适量的锰系合金、金属锰中的一种或几种的组合，进行微调硅和锰的含量，使钢水中硅与锰的质量百分含量比达到HRB400E钢熔炼成份硅和锰的目标要求范围，并根据LF炉钢水的碳含量和考虑合金带入碳含量，加入适量的増碳剂，使钢水中碳的质量百分比含量达到HRB400E钢熔炼成分碳的目标要求范围；
4)在转炉出钢过程中和钢水吹气搅拌站，在微波场条件下，向钢包中的钢水中添加氮元素，使钢水中氮含量达到HRB400E钢熔炼成分氮的目标要求范围，同时考虑上述各类合金中除氮元素以外的其他合金元素在HRB400E钢筋的熔炼目标成分范围之内；
或在电炉的LF精炼站，在微波场条件下，向钢包中的钢水中添加氮元素，使钢水中氮含量达到HRB400E钢熔炼成份氮的目标要求范围，同时考虑上述各类合金中除氮元素以外的其他合金元素在HRB400E钢筋的熔炼目标成分范围之内；
5)在转炉出钢过程中根据转炉终点钢水中钒和铌的含量及HRB400E钢筋熔炼成分钒和铌的目标范围，向钢包中的钢水加入适量的钒元素和/或铌元素；使钢水中钒和铌含量达到HRB400E钢筋熔炼成分钒和铌的目标范围；
或在电炉的LF精炼站根据钢水中钒和铌的含量及HRB400E钢筋熔炼成分钒和铌的目标范围，向钢包中的钢水加入适量的钒元素和/或铌元素；使钢水中钒和铌含量达到HRB400E钢筋熔炼成分钒和铌的目标范围；
经过上述步骤后，最终控制钢水中各种元素质量百分比含量目标范围如下:1.00wt％≤Mn≤1.30wt％、0.30wt％≤Si≤0.80wt％、0.18wt％≤C≤0.25wt％、0.008wt％≤N<0.0150wt％；
当钢水中含Nb不含V时，满足：0.010wt％≤Nb≤0.030wt％；
当钢水中同时含V和Nb时，满足：0.015wt％≤V+Nb≤0.035wt％；
6)钢水经连铸机浇注成不同断面尺寸的钢坯，钢坯热送或钢坯下线冷送至加热炉，钢坯通过加热炉加热，然后被轧制成不同规格的钢筋，经轧制过程及轧后控制冷却，使钢筋上冷床温度在860-950℃，然后经过空冷，定尺剪切，打捆包装，最后得到含铌氮微合金化的HRB400E成品钢筋。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：根据转炉冶炼终点炼钢水中钒及铌含量和HRB400E钢筋的熔炼成分中钒和铌的目标范围含量，出钢时加入适量的钒铁、钒氮合金、氮化钒铁、金属钒、钒的氧化物中的一种或几种组合，或适量的铌铁、金属铌、铌的氧化物中的一种或几种组合，微调钢水中的钒和铌含量，使上述各元素质量百分含量均达到HRB400E钢筋的熔炼成分要求的目标范围；或根据电炉出钢后经LF炉精炼时钢水中钒及铌含量和HRB400E钢筋熔炼成分中钒及铌的目标范围含量，加入适量的钒铁、钒氮合金、氮化钒铁、金属钒、钒的氧化物一种或几种组合，或适量的铌铁、金属铌、铌的氧化物中的一种或几种组合，微调钢水中的钒和铌含量，使上述各元素质量百分含量均达到HRB400E钢筋的熔炼成分要求的目标范围。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的还原性氧化钒球团为氧化钒经过内配碳低温烧结而成，还原性氧化铌球团为氧化铌经过内配碳低温烧结而成，还原性氧化锰球团为氧化锰经过内配碳低温烧结而成。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的増碳剂为类石墨、石油焦、碳粉、碳化硅、碳化钙中的一种或几种的组合；所述锰系合金为锰铁合金、硅锰合金中的一种或几种的组合；所述硅系合金为硅铁合金、硅钙合金、硅碳合金、碳化硅中的一种或几种的组合。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在转炉出钢过程中和钢水吹气搅拌站，在微波场条件下，向钢包中的钢水吹适量的氮气或加入适量的微氮合金、稀土氮合金、硅氮合金、氮化硅、氮化硅铁、氮化硅锰、氮化锰、氮化钛、氮化铬中的一种或几种的组合，使钢水中氮含量达到HRB400E钢筋的熔炼成分要求的目标范围，同时考虑上述各类合金中除氮元素以外的其他合金元素在HRB400E钢筋的熔炼目标成分范围之内；或者在电炉的LF精炼站，在微波场条件下，向钢包中的钢水吹适量的氮气或加入适量的微氮合金、稀土氮合金、硅氮合金、氮化硅、氮化硅铁、氮化硅锰、氮化锰、氮化钛、氮化铬中的一种或几种的组合，使钢水中氮含量达到HRB400E钢筋的熔炼成分要求的目标范围，同时考虑上述各类合金中除氮元素以外的其他合金元素在HRB400E钢筋的熔炼目标成分范围之内。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述铁水为通用的炼钢铁水，或钒钛铁水经过提钒后的半钢钢水。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4)中所述的吹氮气强度为0.08-0.5m3/min.t钢，吹氮气时间控制在2-6min。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤6)中钢水经连铸机浇注成不同断面尺寸的钢坯，钢坯直接热送或经下线冷送至加热炉，通过加热炉加热，钢坯加热温度在1060-1230℃之间，开轧温度在980-1150℃之间，中轧机架与精轧机架间采用预穿水或无预穿水工艺，终轧温度在950-1050℃之间，轧后进行空冷却或轧后钢筋采用穿水冷却，控制冷却水流量和压力使钢筋上冷床回火温度控制在860-950℃之间。
9.一种含铌氮微合金化HRB400E钢筋，其特征在于；所述含铌氮微合金化HRB400E钢筋中，Mn的含量为1.00wt％≤Mn≤1.30wt％，Si的含量为0.30wt％≤Si≤0.80wt％，C的含量为0.18wt％≤C≤0.25wt％，N的含量为0.008wt％≤N<0.0150wt％；
当钢中含Nb不含V时，满足：0.010wt％≤Nb≤0.030wt％；
当钢中同时含V和Nb时，满足：0.015wt％≤V+Nb≤0.035wt％。
10.根据权利要求9所述的含铌氮微合金化HRB400E钢筋，其特征在于：所述含铌氮微合金化HRB400E钢筋的性能满足:Rel在435-490MPa之间，Rm在590-650MPa之间，A在24-35％之间，Rm/Rel在1.30-1.42之间，Agt在11.5-19％之间，冷弯合格率为100％，Ceq≤0.48％，三个月自然时效，性能波动小于10MPa，钢筋组织为铁素体+珠光体，表层与芯部组织一致。
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