CN110904390A - 一种铌钒复合微合金化600MPa级低温钢筋用钢及其生产方法 - Google Patents

一种铌钒复合微合金化600MPa级低温钢筋用钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种铌钒复合微合金化600MPa级低温钢筋用钢及其生产方法，包括以下重量百分比的成分：C:0.04～0.10％，Si:0.20～0.40％，Mn:1.30～1.80％，P≤0.008％、S≤0.008％，Ni:1.00～2.50％，Nb:0.02～0.04％，V:0.06～0.14％，Als:0.020～0.040％，[H]≤0.00015％，T.O≤0.0020％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。与现有技术相比，通过设计的钢的成分配合生产工艺参数，使其表层为回火索氏体组织，回火层深度≥1/5半径厚度，心部为粒状贝氏体，该复相组织使得钢筋具有良好的强韧性能。

Description

一种铌钒复合微合金化600MPa级低温钢筋用钢及其生产方法
技术领域
本发明属于LNG等各类低温储罐混凝土结构用低温钢筋技术领域，尤其涉及一种铌钒复合微合金化600MPa级低温钢筋用钢及其生产方法。
背景技术
近年来，随着国家“能源发展战略行动计划(2014-2020年)”的颁布实施，我国液化天然气(LNG)的消费比重大幅增加，沿海港口城市LNG低温储罐建设项目不断上马，对低温钢筋的需求大大增加。低温钢筋主要用于LNG储罐外罐内侧混凝土结构的建造，对外罐起支撑加固作用，且当内灌-165℃低温液体发生泄漏事故时，起到保护罐体的作用，为抢修赢得宝贵时间。但长期以来，低温钢筋一直依赖从国外进口，主要进口阿赛洛米塔尔的500MPa级低温钢筋。为适应低温钢筋国产化的需求，马钢、南钢等陆续开发了500MPa级低温钢筋，并在国内多个LNG储罐工程得到了应用。而600MPa级钢筋比500MPa级低温钢筋具有更高的强度、更好的综合性能，符合我国高强钢筋推广政策以及绿色环保、节能减排的政策要求。但无论国外还是国内，目前还没有600MPa级低温钢筋市场应用的报道。另外，600MPa级低温钢筋不仅适用于LNG储罐，还适用于乙烯储罐、丙烷等低温储罐以及我国北方寒冷地区的建筑物，应用前景广阔。
中国专利申请号201410287658.5的专利文献公开了“一种耐低温专用钢筋及生产方法”，其组分及wt％为：C：0.10～0.20％、Si：0.2～0.5％、Mn：1.3～1.55％、P≤0.015％、S≤0.005％、Ti：0.034～0.05％、Cu≤0.02％、V：0.03～0.05％、Ni：5～8.5％、Als：0.015～0.035％、Ca：0.001～0.007％、B：0.001～0.003％；生产步骤：常规冷却并铸坯；对铸坯进行堆垛冷却并至室温；对钢坯加热；粗轧；精轧；自然空冷至室温并待用。存在不足：(1)Ni含量过高，大大增加生产成本，不利于市场推广应用；(2)Ti的氧化性强，收得率不稳定，容易造成力学性能较大波动，不利于产品质量的稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铌钒复合微合金化600MPa级低温钢筋用钢，采用铌钒复合微合金化，能够满足日益增长的LNG等低温储罐工程的需要。
本发明另一目的在于提供一种铌钒复合微合金化600MPa级低温钢筋用钢的生产方法，配合铌钒合金化的配方、电炉炼钢、LF炉精炼、RH真空脱气、全程保护浇铸、棒材轧机在线淬火自回火工艺，在钢企现有工艺装备条件下，能够实现大规模工业生产，来满足我国大型化LNG等低温储罐建设的需要。
本发明具体技术方案如下：
一种铌钒复合微合金化600MPa级低温钢筋用钢，包括以下重量百分比的成分：
C:0.04～0.10％，Si:0.20～0.40％，Mn:1.30～1.80％，P≤0.008％、S≤0.008％，Ni:1.00～2.50％，Nb:0.02～0.04％，V:0.06～0.14％，Als:0.020～0.040％，[H]≤0.00015％，T.O≤0.0020％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
本发明各成分设计依据如下：
以低碳铝镇静低温钢为基，要求：1)尽量降低钢中的C含量，提高Mn/C比，从而显著降低钢的韧脆转变温度，提高钢的低温韧性，因此本发明的C含量为0.04-0.10％、Mn含量为1.30-1.80％；2)钢中加Al除脱氧功能外，还能有效细化晶粒及固氮，以提高钢的韧性，因此本发明的Als含量为0.020～0.040％；3)通过LF精炼、RH脱气、全程保护浇铸工艺尽量降低S、P、[H]、T.O有害元素含量，提高钢的纯净度来改善钢的韧性，因此本发明P、S≤0.008％，[H]≤0.00015％，T.O≤0.0020％。
此外，在低碳铝镇静低温钢的基础上，通过添加一定的Ni进一步降低钢的韧脆转变温度，大大改善钢的低温性能。Ni提高钢的低温韧性的效果为Mn的5倍，Ni含量每增加0.1％，钢的韧脆转变温度可降低10℃，但Ni属于我国重要的战略资源，价格昂贵，因此本发明的Ni含量为1.00-2.50％。
加入的微合金化元素V、Nb结合在线淬火自回火工艺形成细小弥散的碳、氮或碳氮化物有效加强沉淀强化作用，同时结合Nb的细晶强化作用，获得良好的强度-韧性匹配，本发明的V含量为0.06～0.14％，Nb含量为0.020～0.040％。
本发明提供的一种铌钒复合微合金化600MPa级低温钢筋用钢的生产方法，包括以下工艺流程：电弧炉(转炉)冶炼→LF精炼+RH真空脱气→全程保护浇铸成方坯或大圆坯后经开坯轧机轧制成方坯→棒材加热炉加热→粗轧、中轧、精轧→在线淬火自回火→冷床空冷→钢筋成品→打捆入库。
为保证钢的纯净度，要求电弧炉冶炼出钢P≤0.005％，LF精炼成分调整后要求S≤0.008％，RH真空脱气后要求[H]≤0.00015％，破真空后喂钙线进行夹杂物变性处理，在连铸时要求全程保护浇铸。
为了轧制工艺需要并使Nb充分固溶于奥氏体中，轧制时加热温度控制在1150～1250℃，开轧温度控制在1030～1080℃，终轧温度控制为1030～1100℃。出终轧机后立即进入在线淬火自回火装置，以≥18MPa的水压，对钢筋进行快速淬火热处理，处理时间≤8秒，出淬火装置后，钢筋表面温度在Ms点以下，表面形成马氏体组织。在随后的输送辊道上，由于钢筋心部温度较高，心部热量向表面传递，钢筋上冷床温度控制为500-600℃，使钢筋表层马氏体发生自回火，转变为回火索氏体，而心部由于表层淬火的影响以较快的冷速完成组织转变，转变为粒状贝氏体。
本发明提供了一种600MPa级低温钢筋用钢及其生产方法，通过设计的钢的成分配合生产工艺参数，使其表层为回火索氏体组织，回火层深度≥1/5半径厚度，心部为粒状贝氏体，该复相组织使得钢筋具有良好的强韧性能，其常温力学性能达到：Rp0.2≥600MPa、Rm/ReL≥1.10、Agt≥5％，低温(通常为-165℃)下力学性能达到：无缺口试样Rp0.2≥690MPa、Agt≥3％，有缺口试样Agt≥1％，缺口敏感指数NSR≥1(NSR＝缺口试样的Rm/无缺口试样的Rp0.2)。本发明可满足LNG等各类低温储罐工程的需要，应用前景广阔，产品附加值高，具有良好的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明铌钒复合微合金化600MPa级低温钢筋用钢轧制钢筋金相宏观照片；
图2为本发明铌钒复合微合金化600MPa级低温钢筋用钢轧制钢筋表层显微组织图；
图3为本发明铌钒复合微合金化600MPa级低温钢筋用钢轧制钢筋心部显微组织图；
具体实施方式
实施例1-实施例8
一种铌钒复合微合金化600MPa级低温钢筋用钢，包括以下重量百分比的成分：见下表1。
对比例1
一种铌钒复合微合金化600MPa级高强钢筋用钢，所述钢包括以下重量百分比含量：见下表1，余量为Fe和不可避免的杂质。
对比例2
一种铌钒复合微合金化600MPa级高强抗震钢筋用钢，所述钢包括以下重量百分比含量：见下表1，余量为Fe和不可避免的杂质。
表1本发明实施例1-8铌钒复合微合金化600MPa级低温钢筋用钢的成分
Figure BDA0002319657430000031
Figure BDA0002319657430000041
上述实施例1-实施例8所述铌钒复合微合金化600MPa级低温钢筋用钢的生产方法，包括以下工艺流程，电弧炉转炉冶炼→LF精炼+RH真空脱气→全程保护浇铸成方坯或大圆坯后经开坯轧机轧制成方坯→棒材加热炉加热→粗轧、中轧、精轧→在线淬火自回火→冷床空冷→钢筋成品→打捆入库。
为保证钢的纯净度，要求电弧炉冶炼出钢P≤0.005％，LF精炼成分调整后要求S≤0.008％，RH真空脱气后要求[H]≤0.00015％，破真空后喂钙线进行夹杂物变性处理，在连铸时要求全程保护浇铸。
为了轧制工艺需要并使Nb充分固溶于奥氏体中，轧制时加热温度控制在1150～1250℃，开轧温度控制在1030～1080℃，终轧温度控制为1030～1100℃。出终轧机后立即进入在线淬火自回火装置，以≥18MPa的水压，对钢筋进行快速淬火热处理，处理时间≤8秒，出淬火装置后，钢筋表面温度在Ms点以下，表面形成马氏体组织。在随后的输送辊道上，由于钢筋心部温度较高，心部热量向表面传递，到达冷床后，钢筋表面温度500-600℃，使钢筋表层马氏体发生自回火，转变为回火索氏体，而心部由于表层淬火的影响以较快的冷速完成相变，转变为粒状贝氏体。
对比例1所述铌钒复合微合金化600MPa级高强钢筋的生产方法，包括以下步骤：转炉冶炼→LF精炼→浇铸成150mm方坯→棒材加热炉加热→粗轧、中轧、精轧→在线淬火自回火→冷床空冷→钢筋成品→打捆入库。
为了轧制工艺需要并使Nb充分固溶于奥氏体中，轧制时加热温度控制在1150～1250℃，开轧温度控制在1030～1080℃，终轧温度控制为1030～1100℃。出终轧机后立即进入在线淬火自回火装置，以≥18MPa的水压，对钢筋进行快速淬火热处理，处理时间≤8秒，出淬火装置后，钢筋表面温度在Ms点以下，表面形成马氏体组织。在随后的输送辊道上，由于钢筋心部温度较高，心部热量向表面传递，到达冷床后，钢筋表面温度500-600℃，使钢筋表层马氏体发生自回火，转变为回火索氏体，而心部组织为铁素体+珠光体。
对比例2所述铌钒复合微合金化600MPa级高强抗震钢筋的生产方法，包括以下步骤：转炉冶炼→LF精炼→浇铸成150mm方坯→棒材加热炉加热→粗轧、中轧、精轧→冷床空冷→钢筋成品→打捆入库。
为了轧制工艺需要并使Nb充分固溶于奥氏体中，轧制时加热温度控制在1150～1250℃，开轧温度控制在1030～1080℃，终轧温度控制为1030～1100℃。出终轧机后直接上冷床空冷，钢筋从表层到心部显微组织均为铁素体+珠光体。
实施例1-实施例8、对比例1-对比例2具体工艺参数控制如下表2。
表2本发明实施例1-8铌钒复合微合金化600MPa级低温钢筋用钢轧制工艺控制参数
编号 轧制规格/mm 钢坯加热温度/℃ 开轧温度/℃ 终轧温度/℃ 上冷床温度/℃
实施例1 φ12 1227 1075 1081 584
实施例2 φ16 1197 1073 1068 562
实施例3 φ20 1168 1062 1086 515
实施例4 φ20 1190 1072 1080 528
实施例5 φ25 1166 1062 1092 565
实施例6 φ25 1192 1072 1094 542
实施例7 φ25 1177 1062 1088 557
实施例8 φ32 1200 1063 1089 519
对比例1 φ20 1201 1075 1088 555
对比例2 φ20 1206 1078 1092 1042
本发明8个实施例的组织均相同，表层为回火索氏体，心部为粒状贝氏体，其中表层回火索氏体深度≥1/5半径，见附图1、2和图3。
上述8个实施例生产的铌钒复合微合金化600MPa级低温钢筋和2个对比例生产的铌钒复合微合金化600MPa级高强钢筋，回火组织深度及性能如下表3。
表3实施例1-8和对比例1-2生产的钢的性能
Figure BDA0002319657430000051
Figure BDA0002319657430000061
本发明可满足LNG等各类低温储罐工程的需要，应用前景广阔，产品附加值高，具有良好的经济效益和社会效益。

Claims (8)

1.一种铌钒复合微合金化600MPa级低温钢筋用钢，其特征在于，所述铌钒复合微合金化600MPa级低温钢筋用钢包括以下重量百分比的成分：
C:0.04～0.10％，Si:0.20～0.40％，Mn:1.30～1.80％，P≤0.008％、S≤0.008％，Ni:1.00～2.50％，Nb:0.02～0.04％，V:0.06～0.14％，Als:0.020～0.040％，[H]≤0.00015％，T.O≤0.0020％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
2.一种权利要求1所述的铌钒复合微合金化600MPa级低温钢筋用钢的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下工艺流程：电弧炉转炉冶炼→LF精炼+RH真空脱气→全程保护浇铸成方坯或大圆坯后经开坯轧机轧制成方坯→棒材加热炉加热→粗轧、中轧、精轧→在线淬火自回火→冷床空冷→钢筋成品→打捆入库。
3.根据权利要求2所述的产方法，其特征在于，轧制时加热温度控制在1150～1250℃。
4.根据权利要求2所述的产方法，其特征在于，开轧温度控制在1030～1080℃。
5.根据权利要求2所述的产方法，其特征在于，终轧温度控制为1030～1100℃。
6.根据权利要求2所述的产方法，其特征在于，出终轧机后立即进入在线淬火自回火装置，以≥18MPa的水压，对钢筋进行快速淬火热处理，处理时间≤8秒。
7.根据权利要求2所述的产方法，其特征在于，钢筋上冷床温度控制为500-600℃。
8.根据权利要求2所述的产方法，其特征在于，所生产的铌钒复合微合金化600MPa级低温钢筋用钢表层为回火索氏体组织，回火层深度≥1/5半径厚度，心部为粒状贝氏体。
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CN115505848A (zh) * 2022-09-28 2022-12-23 马鞍山钢铁股份有限公司 一种V-Nb-Ti复合微合金化500MPa级-165℃低温抗震钢筋及其生产方法
CN115505848B (zh) * 2022-09-28 2023-08-11 马鞍山钢铁股份有限公司 一种V-Nb-Ti复合微合金化500MPa级-165℃低温抗震钢筋及其生产方法

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