CN110923413A - 一种钒微合金化600MPa级低温钢筋用钢及其生产方法 - Google Patents

一种钒微合金化600MPa级低温钢筋用钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种钒微合金化600MPa级低温钢筋用钢及其生产方法，组分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％，V:0.15～0.25％，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，本发明采用钒微合金化、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，生产的钢筋表层为回火索氏体，心部为粒状贝氏体，其中表层回火索氏体深度≥1/5半径，该复相组织使得钢筋具有良好的强韧性能。

Description

一种钒微合金化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，尤其涉及一种钒微合金化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钒微合金化600MPa级低温钢筋用钢，满足我国日益增长的LNG等低温储罐工程的需要。
本发明的另一目的在于提供一种钒微合金化600MPa级低温钢筋用钢的生产方法，控制本发明的生产工艺及参数，使钢筋表层马氏体发生自回火，转变为回火索氏体，而心部转变为粒状贝氏体，使得钢筋具有良好的强韧性能。
本发明具体技术方案如下：
一种钒微合金化600MPa级低温钢筋用钢，所述钢包括以下重量百分比含量：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％，V:0.15～0.25％，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和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，具有显著的沉淀强化作用，V含量每增加0.01％，可提高强度约6-10MPa。本发明的V含量为0.15～0.25％。
本发明提供的一种钒微合金化600MPa级低温钢筋用钢的生产方法，包括以下步骤：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，要求电弧炉转炉冶炼出钢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，轧制时加热温度控制在1100～1200℃，开轧温度控制在1000～1050℃，终轧温度控制为1000～1080℃。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。
与现有技术相比，本发明采用钒微合金化、电弧炉炼钢、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，生产的钒微合金化600MPa级低温钢筋用钢，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，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：R p0.2≥600MPa、Rm/R p0.2≥1.10、Agt≥5％，低温(通常为-165℃)下力学性能达到：无缺口试样R p0.2≥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R p0.2)。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。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。
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
附图说明
图1为本发明生产的钒微合金化600MPa级低温钢筋用钢轧制钢筋金相宏观图；
图2为本发明生产的钒微合金化600MPa级低温钢筋用钢轧制钢筋表层显微组织；
图3为本发明生产的钒微合金化600MPa级低温钢筋用钢轧制钢筋心部显微组织。
具体实施方式
实施例1-实施例8
一种钒微合金化600MPa级低温钢筋用钢，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1
一种钒微合金化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
一种钒微合金化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和对比例1-2钒微合金化600MPa级低温钢筋用钢的成分，
余量为Fe和不可避免的杂质
Figure BDA0002319491960000031
Figure BDA0002319491960000041
上述实施例1-实施例8所述的钒微合金化600MPa级低温钢筋的生产方法，包括以下步骤：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。
其中，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，轧制时加热温度控制在1100～1200℃，开轧温度控制在1000～1050℃，终轧温度控制为1000～1080℃。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所述钒微合金化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，轧制时加热温度控制在1100～1200℃，开轧温度控制在1000～1050℃，终轧温度控制为1000～1080℃。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所述钒微合金化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，轧制时加热温度控制在1100～1200℃，开轧温度控制在1000～1050℃，终轧温度控制为1000～1080℃。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和对比例1-2的生产工艺
Figure BDA0002319491960000051
本发明上述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、图2和图3。
上述8个实施例生产的钒微合金化600MPa级低温钢筋和2个对比例生产的钒微合金化600MPa级高强钢筋，回火组织深度及性能如下表3。
表3本发明实施例1-8和对比例1-2的产品回火组织深度及性能
Figure BDA0002319491960000052
Figure BDA0002319491960000061
其中，Rp0.2为屈服强度，Rm为抗拉强度，Agt为最大力下总延伸率，NSR为缺口敏感性系数。
本发明生产的钢筋能够实现大规模工业生产，并且满足我国大型化LNG等低温储罐建设的需要。

Claims (8)

1.一种钒微合金化600MPa级低温钢筋用钢，其特征在于，所钒微合金化600MPa级低温钢筋用钢包括以下重量百分比含量：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％，V:0.15～0.25％，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所述钒微合金化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所述的生产方法，其特征在于，轧制时加热温度控制在1100～1200℃。
4.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于，开轧温度控制在1000～1050℃。
5.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于，终轧温度控制为1000～1080℃。
6.根据权利要求2所述的生产方法，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所述的生产方法，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所述的生产方法，其特征在于，所生产的钒微合金化600MPa级低温钢筋用钢表层为回火索氏体，心部为粒状贝氏体，其中表层回火索氏体深度≥1/5半径。
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