CN111004979B - 一种400MPa级超细晶粒抗震钢筋的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种400MPa超细晶粒抗震钢筋的制备方法，本方法轧钢采用低温加热制度和低的开轧温度、精轧前预水冷控制及轧后多喷嘴分段控冷工艺，细化了原始奥氏体晶粒，增加了奥氏体向细小铁素体的转变，铁素体晶粒度达12.0级以上，细晶强化效果显著；钢中C、Mn含量控制较高，提高了珠光体含量，增加了组织强化效果，使钢的强度显著提高；通过提高珠光体含量，显著提高了钢的抗拉强度，改善了抗震性能。本发明通过对化学成分设计、转炉冶炼、脱氧合金化、连铸、轧钢加热制度、轧制温度及控冷工艺集成创新，充分发挥了细晶强化及组织强化等多种强化作用，所生产钢筋具有工艺力学性能优异稳定、显微组织细小均匀、塑韧性好、抗震性能优异等优点。

Description

一种400MPa级超细晶粒抗震钢筋的制备方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种400MPa级超细晶粒抗震钢筋的制备方法。
背景技术
热轧带肋钢筋是钢筋混凝土建筑结构的主要增强材料，在结构中承载着拉、压应力和应变等负载的应力应变。目前我国热轧带肋钢筋年产量约2亿吨，是国民经济建筑工程结构建设使用最多的钢铁材料。随着我国建筑向高层、大跨度及抗震结构方向的不断发展，开发高强韧、综合性能优异的细晶抗震钢筋已是钢铁行业提升技术水平和产品结构调整的重要任务之一。
近年来随着建筑结构不断升级，用钢强度持续提高，促进了建筑用钢筋的升级换代和产品标准的修改完善。热轧带肋钢筋国家标准GB/T 1499.2-2018于2018年11月1日正式实施，新标准增加了金相组织检验规定及配套的宏观金相、截面维氏硬度、微观组织检验方法，对钢筋性能、质量检验和判定作出了更严格和更明确规定，对生产工艺提出了更高、更严格的要求，对提升热轧带肋钢筋产品质量、促进节能减排、淘汰落后产能产生积极的推进作用。
目前国内生产高强钢筋主要采用钒微合金化工艺，在钢中加入一定量的钒氮合金或氮化钒铁，由于钒合金价格昂贵，导致生产成本较高，此外，该工艺生产钢筋抗震性能匹配性不好，不利于高强钢筋生产成本的降低和产品市场竞争力的提升。
国内针对GB/T 1499.2-2018标准实施后HRB400E直条抗震钢筋生产技术主要采用钒氮微合金化工艺，钢中V含量控制为0.025～0.035wt％，通过适当控轧控冷工艺得到宏观金相、截面维氏硬度、微观组织满足GB/T 1499.2-2018标准的HRB400E钢筋，钢筋显微组织晶粒度大多控制在9.0～10.5级，而本发明提供的400MPa级超细晶粒抗震钢筋制备方法未见研究报道。
因此，针对GB/T 1499.2-2018标准实施后采用钒微合金化工艺生产HRB400E钢筋生产成本居高不下的局面，开发一种生产成本低的制备工艺是极其必要的。
发明内容
为解决以上存在的不足，本发明的目的在于提供一种400MPa级超细晶粒抗震钢筋的制备方法。
本发明的目的是这样实现的，一种400MPa级超细晶粒抗震钢筋的制备方法，所述400MPa级超细晶粒抗震钢筋具有下列重量份的化学成分：C 0.21～0.25wt％、Si 0.62～0.75wt％、Mn 1.45～1.60wt％、S≤0.040wt％、P≤0.045wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物；具体包括以下步骤：
A、钢水冶炼：将废钢、生铁及铁水分别按160～180kg/t钢、30～40kg/t钢、850～880kg/t钢配比加入LD转炉，之后进行常规顶底复合吹炼，加入常规石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为20～25kg/t钢，轻烧白云石加入量为15～18kg/t钢，菱镁球加入量为0.5kg/t钢，控制终点碳含量≥0.07wt％，出钢温度≤1625℃；出钢前向钢包底部分别按1.0kg/t钢和1.2kg/t钢的量，加入渣洗脱硫剂(化学成分质量比：Al2O3 21.5wt％，SiO25.2wt％，CaO 46.5wt％，Al 9.2wt％，MgO6.5wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物)和活性石灰进行渣洗，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为15～20/NL/min；所述废钢化学成分C 0.20～0.25wt％，Si 0.35～0.60wt％，Mn 1.25～1.50wt％，P 0.032～0.050wt％，S 0.028～0.050wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述生铁化学成分C 3.2～3.4wt％、Si 0.20～0.40wt％、Mn 0.40～0.60wt％、P 0.080～0.100wt％、S 0.020～0.035wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述铁水化学成分C 4.2～4.6wt％、Si 0.25～0.45wt％、Mn 0.40～0.70wt％、P 0.085～0.110wt％、S≤0.040wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物，所述铁水温度≥1290℃；
B、脱氧合金化：将钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铝钙脱氧剂→硅铁→硅锰合金→高碳锰铁，依次向钢包中加入下列物质：按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铝钙脱氧剂：Si 32.5wt％，Ca 14.5wt％，A 10.5wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物；按8.5～10.5kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si 73.2wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物；按5.5kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.9wt％，Si17.6wt％，C 1.9wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物；按14.7～16.8kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.8wt％，C 7.8wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到3/4时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至氩站进行精炼处理；
C、钢水氩站精炼：将钢水吊至氩站工位接好氩气带，开启氩气采用流量为10～20NL/min的氩气对钢水进行吹氩处理，然后下电极采用档位7～9档化渣；通电化渣3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣样偏稀和颜色偏黑，补加石灰2.0～5.0kg/t钢调渣，反之加预熔型精炼渣1.0～2.0kg/t钢调整；根据钢样分析结果，加入合金调整钢液成分，确保成分和温度合格；精炼结束后对钢水进行小流量软吹氩，吹氩时间2分钟，氩气流量控制为15～20NL/min；吹氩结束后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位；
D、钢水浇铸：在中间包温度为1523～1543℃，拉速为2.8～3.0m/min，结晶器冷却水流量为140～150m3/h，二冷比水量为2.0～2.2L/kg的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将C步骤的钢水浇铸成断面150mm×150mm的钢坯；
E、钢坯加热：将钢坯送入均热段炉温为980～1020℃的加热炉中，加热70～90分钟后出钢，之后推送至全连续式棒材轧机进行轧制；
F、钢坯控轧控冷：将E步骤钢坯在速度为0.5～1.0m/s的轧制条件下粗轧6个道次；之后在速度为3.0～4.0m/s的轧制条件下中轧5～6个道次；之后进入精轧前预水冷装置进行精轧前控冷，冷却水量为40～50m3/h；最后在速度为10.0～13.5m/s的轧制条件下精轧2～5个道次；将精轧后钢材通过1个长度4.5米的长管水冷段装置和2～4个长度0.8米的短管水冷段装置进行控冷，长管水冷段水泵开启数1台，水泵压力为1.4MPa；短管水冷段水泵开启数1台，水泵压力为1.2MPa；控冷后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得目标物。
本发明制备方法的轧钢工序采用低温加热制度和低的开轧温度、精轧前预水冷控制及轧后多喷嘴分段控冷工艺，细化了原始奥氏体晶粒，增加了奥氏体向细小铁素体的转变，铁素体晶粒度达12.0级以上，细晶强化效果显著；钢中C、Mn含量控制较高，提高了珠光体含量，增加了组织强化效果，使钢的强度显著提高；通过提高珠光体含量，显著提高了钢的抗拉强度，改善了抗震性能。本发明通过对化学成分设计、转炉冶炼、脱氧合金化、连铸、轧钢加热制度、轧制温度及控冷工艺集成创新，充分发挥了细晶强化及组织强化等多种强化作用，所生产钢筋具有工艺力学性能优异稳定、显微组织细小均匀、塑韧性好、抗震性能优异等优点。
本发明制备方法具有生产成本低及控制性强等特点，所生产钢筋各项指标全面优于GB/T 1499.2-2018，生产成本同比现有钒微合金化工艺降低70元/t钢以上，大幅降低了GB/T 1499.2-2018实施后400MPa级抗震钢筋生产成本，提高了产品市场竞争力，具有显著的经济和社会效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
本发明一种400MPa级超细晶粒抗震钢筋的制备方法，具体包括以下步骤：
A、钢水冶炼：将废钢、生铁及铁水分别按160～180kg/t钢、30～40kg/t钢、850～880kg/t钢配比加入LD转炉，之后进行常规顶底复合吹炼，加入常规石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为20～25kg/t钢，轻烧白云石加入量为15～18kg/t钢，菱镁球加入量为0.5kg/t钢，控制终点碳含量≥0.07wt％，出钢温度≤1625℃；出钢前向钢包底部分别按1.0kg/t钢和1.2kg/t钢的量，加入渣洗脱硫剂(化学成分质量比：Al2O3 21.5wt％，SiO25.2wt％，CaO 46.5wt％，Al 9.2wt％，MgO6.5wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物)和活性石灰进行渣洗，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为15～20/NL/min；所述废钢化学成分C 0.20～0.25wt％，Si 0.35～0.60wt％，Mn 1.25～1.50wt％，P 0.032～0.050wt％，S 0.028～0.050wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述生铁化学成分C 3.2～3.4wt％、Si 0.20～0.40wt％、Mn 0.40～0.60wt％、P 0.080～0.100wt％、S 0.020～0.035wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述铁水化学成分C 4.2～4.6wt％、Si 0.25～0.45wt％、Mn 0.40～0.70wt％、P 0.085～0.110wt％、S≤0.040wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物，所述铁水温度≥1290℃；
B、脱氧合金化：将钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铝钙脱氧剂→硅铁→硅锰合金→高碳锰铁，依次向钢包中加入下列物质：按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铝钙脱氧剂：Si 32.5wt％，Ca 14.5wt％，A10.5wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物；按8.5～10.5kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si 73.2wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物；按5.5kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.9wt％，Si17.6wt％，C 1.9wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物；按14.7～16.8kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.8wt％，C 7.8wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到3/4时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至氩站进行精炼处理；
C、钢水氩站精炼：将钢水吊至氩站工位接好氩气带，开启氩气采用流量为10～20NL/min的氩气对钢水进行吹氩处理，然后下电极采用档位7～9档化渣；通电化渣3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣样偏稀和颜色偏黑，补加石灰2.0～5.0kg/t钢调渣，反之加预熔型精炼渣1.0～2.0kg/t钢调整；根据钢样分析结果，加入合金调整钢液成分，确保成分和温度合格；精炼结束后对钢水进行小流量软吹氩，吹氩时间2分钟，氩气流量控制为15～20NL/min；吹氩结束后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位；
D、钢水浇铸：在中间包温度为1523～1543℃，拉速为2.8～3.0m/min，结晶器冷却水流量为140～150m3/h，二冷比水量为2.0～2.2L/kg的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将C步骤的钢水浇铸成断面150mm×150mm的钢坯；
E、钢坯加热：将钢坯送入均热段炉温为980～1020℃的加热炉中，加热70～90分钟后出钢，之后推送至全连续式棒材轧机进行轧制；
F、钢坯控轧控冷：将E步骤钢坯在速度为0.5～1.0m/s的轧制条件下粗轧6个道次；之后在速度为3.0～4.0m/s的轧制条件下中轧5～6个道次；之后进入精轧前预水冷装置进行精轧前控冷，冷却水量为40～50m3/h；最后在速度为10.0～13.5m/s的轧制条件下精轧2～5个道次；将精轧后钢材通过1个长度4.5米的长管水冷段装置和2～4个长度0.8米的短管水冷段装置进行控冷，长管水冷段水泵开启数1台，水泵压力为1.4MPa；短管水冷段水泵开启数1台，水泵压力为1.2MPa；控冷后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得目标物。
所述步骤D中，铸坯出拉矫机矫直温度≥970℃。
所述步骤D的二冷比水量是指：连铸机二冷区单位时间内消耗的总水量与单位时间内通过二冷区铸坯质量的比值，以L/kg为单位，它是连铸二次冷却喷水强度的指标。
所述步骤E中，钢坯出钢温度为930～950℃。
所述F步骤中，预水冷后钢筋进精轧温度控制为850～900℃。
所述F步骤中，控冷后钢筋上冷床温度控制为830～860℃。
本发明的400MPa级超细晶粒抗震钢筋工艺力学性能、显微组织、维氏硬度差见表1、表2。
表1 400MPa级超细晶粒抗震钢筋工艺力学性能
Figure GDA0002510076140000081
Figure GDA0002510076140000091
表2 400MPa级超细晶粒抗震钢筋金相显微组织及维氏硬度
Figure GDA0002510076140000092
实施例1
A、钢水冶炼：分别按160kg/t钢、40kg/t钢的冷料装入配比，在LD转炉加入下列质量比的废钢(化学成分:C 0.20wt％，Si 0.35wt％，Mn 1.25wt％，P 0.032wt％，S 0.028wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物)及生铁(化学成分：C 3.2wt％、Si 0.20wt％、Mn 0.40wt％、P 0.080wt％、S 0.020wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物)；之后按880kg/t钢的铁水装入配比，在LD转炉加入下列温度及质量比的铁水：铁水温度1290℃，铁水成分C 4.2wt％、Si0.25wt％、Mn 0.40wt％、P 0.085wt％、S 0.025wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物；废钢、生铁及铁水兑入LD转炉后，进行常规顶底复合吹炼，加入常规石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为20kg/t钢，轻烧白云石加入量为15kg/t钢，菱镁球加入量为0.5kg/t钢，控制终点碳含量0.10wt％，出钢温度1610℃；出钢前向钢包底部分别按1.0kg/t钢和1.2kg/t钢的量，加入渣洗脱硫剂(化学成分质量比：Al2O3 21.5wt％，SiO2 5.2wt％，CaO 46.5wt％，Al 9.2wt％，MgO6.5wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物)和活性石灰进行渣洗，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为15/NL/min。
B、脱氧合金化：将A步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铝钙脱氧剂→硅铁→硅锰合金→高碳锰铁，依次向钢包中加入下列物质：按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铝钙脱氧剂：Si 32.5wt％，Ca 14.5wt％，A10.5wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物；按8.5kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si73.2wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物；按5.5kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.9wt％，Si 17.6wt％，C 1.9wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物；按14.7kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.8wt％，C 7.8wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到3/4时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至氩站进行精炼处理。
C、钢水氩站精炼：将钢水吊至氩站工位接好氩气带，开启氩气采用流量为10NL/min的氩气对钢水进行吹氩处理，然后下电极采用档位7～9档化渣；通电化渣3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣样偏稀和颜色偏黑，补加石灰2.0kg/t钢调渣，反之加预熔型精炼渣1.0kg/t钢调整；根据钢样分析结果，加入合金调整钢液成分，确保成分和温度合格；精炼结束后对钢水进行小流量软吹氩，吹氩时间2分钟，氩气流量控制为15NL/min；吹氩结束后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位。
D、钢水浇铸：在中间包温度为1543℃，拉速为2.8m/min，结晶器冷却水流量为150m3/h，二冷比水量为2.2L/kg的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将C步骤的钢水浇铸成断面150mm×150mm的钢坯；铸坯出拉矫机矫直温度控制为970℃。
E、钢坯加热：将D步骤钢坯送入均热段炉温为1020℃的加热炉中，加热90分钟，钢坯出钢温度为950℃，之后推送至全连续式棒材轧机进行轧制。
F、钢坯控轧控冷：将E步骤钢坯在速度为1.0m/s的轧制条件下粗轧6个道次；之后在速度为4.0m/s的轧制条件下中轧6个道次；之后进入精轧前预水冷装置进行精轧前控冷，冷却水量为40m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为900℃；最后在速度为13.5m/s的轧制条件下精轧5个道次；将精轧后钢材通过1个长管水冷段装置(长度4.5米)和2个短管水冷段装置(长度0.8米)进行控冷，长管水冷段水泵开启数1台，水泵压力为1.4MPa；短管水冷段水泵开启数1台，水泵压力为1.2MPa；控冷后钢筋上冷床温度控制为830℃，之后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得具有下列重量百分比化学成分的400MPa级超细晶粒抗震钢筋：C0.21wt％、Si 0.62wt％、Mn 1.45wt％、S 0.025wt％、P 0.030wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物。
实施例1的400MPa级超细晶粒抗震钢筋工艺力学性能、显微组织、维氏硬度差见表3、表4。
表3实施例1的400MPa级超细晶粒抗震钢筋工艺力学性能
Figure GDA0002510076140000111
表4实施例1的400MPa级超细晶粒抗震钢筋金相显微组织及维氏硬度
Figure GDA0002510076140000121
实施例2
A、钢水冶炼：分别按170kg/t钢、40kg/t钢的冷料装入配比，在LD转炉加入下列质量比的废钢(化学成分:C 0.23wt％，Si 0.47wt％，Mn 1.38wt％，P 0.040wt％，S 0.038wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物)及生铁(化学成分：C 3.3wt％、Si 0.32wt％、Mn 0.50wt％、P 0.090wt％、S 0.028wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物)；之后按870kg/t钢的铁水装入配比，在LD转炉加入下列温度及质量比的铁水：铁水温度1305℃，铁水成分C 4.5wt％、Si0.35wt％、Mn 0.55wt％、P 0.096wt％、S 0.035wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物；废钢、生铁及铁水兑入LD转炉后，进行常规顶底复合吹炼，加入常规石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为23kg/t钢，轻烧白云石加入量为17kg/t钢，菱镁球加入量为0.5kg/t钢，控制终点碳含量0.09wt％，出钢温度1620℃；出钢前向钢包底部分别按1.0kg/t钢和1.2kg/t钢的量，加入渣洗脱硫剂(化学成分质量比：Al2O3 21.5wt％，SiO2 5.2wt％，CaO 46.5wt％，Al 9.2wt％，MgO6.5wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物)和活性石灰进行渣洗，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为20/NL/min。
B、脱氧合金化：将A步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铝钙脱氧剂→硅铁→硅锰合金→高碳锰铁，依次向钢包中加入下列物质：按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铝钙脱氧剂：Si 32.5wt％，Ca 14.5wt％，A10.5wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物；按9.5kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si73.2wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物；按5.5kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.9wt％，Si 17.6wt％，C 1.9wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物；按15.7kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.8wt％，C 7.8wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到3/4时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至氩站进行精炼处理。
C、钢水氩站精炼：将钢水吊至氩站工位接好氩气带，开启氩气采用流量为15NL/min的氩气对钢水进行吹氩处理，然后下电极采用档位7～9档化渣；通电化渣3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣样偏稀和颜色偏黑，补加石灰4.0kg/t钢调渣，反之加预熔型精炼渣2.0kg/t钢调整；根据钢样分析结果，加入合金调整钢液成分，确保成分和温度合格；精炼结束后对钢水进行小流量软吹氩，吹氩时间2分钟，氩气流量控制为20NL/min；吹氩结束后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位。
D、钢水浇铸：在中间包温度为1533℃，拉速为2.9m/min，结晶器冷却水流量为145m3/h，二冷比水量为2.1L/kg的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将C步骤的钢水浇铸成断面150mm×150mm的钢坯；铸坯出拉矫机矫直温度控制为980℃。
E、钢坯加热：将D步骤钢坯送入均热段炉温为1000℃的加热炉中，加热80分钟，钢坯出钢温度为940℃，之后推送至全连续式棒材轧机进行轧制。
F、钢坯控轧控冷：将E步骤钢坯在速度为0.8m/s的轧制条件下粗轧6个道次；之后在速度为3.5m/s的轧制条件下中轧6个道次；之后进入精轧前预水冷装置进行精轧前控冷，冷却水量为50m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为880℃；最后在速度为12.0m/s的轧制条件下精轧4个道次；将精轧后钢材通过1个长管水冷段装置(长度4.5米)和3个短管水冷段装置(长度0.8米)进行控冷，长管水冷段水泵开启数1台，水泵压力为1.4MPa；短管水冷段水泵开启数1台，水泵压力为1.2MPa；控冷后钢筋上冷床温度控制为840℃，之后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得具有下列重量百分比化学成分的400MPa级超细晶粒抗震钢筋：C0.24wt％、Si 0.68wt％、Mn 1.53wt％、S 0.032wt％、P 0.038wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物。
实施例2的400MPa级超细晶粒抗震钢筋的工艺力学性能、显微组织、维氏硬度差见表5、表6。
表5实施例2的400MPa级超细晶粒抗震钢筋工艺力学性能
Figure GDA0002510076140000141
表6实施例2的400MPa级超细晶粒抗震钢筋金相显微组织及维氏硬度
Figure GDA0002510076140000142
实施例3
A、钢水冶炼：分别按180kg/t钢、40kg/t钢的冷料装入配比，在LD转炉加入下列质量比的废钢(化学成分:C 0.25wt％，Si 0.60wt％，Mn 1.50wt％，P 0.050wt％，S 0.050wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物)及生铁(化学成分：C 3.2～3.4wt％、Si 0.20～0.40wt％、Mn 0.40～0.60wt％、P 0.080～0.100wt％、S 0.020～0.035wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物)；之后按850kg/t钢的铁水装入配比，在LD转炉加入下列温度及质量比的铁水：铁水温度1310℃，铁水成分C 4.6wt％、Si 0.45wt％、Mn 0.70wt％、P 0.110wt％、S 0.040wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物；废钢、生铁及铁水兑入LD转炉后，进行常规顶底复合吹炼，加入常规石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为25kg/t钢，轻烧白云石加入量为18kg/t钢，菱镁球加入量为0.5kg/t钢，控制终点碳含量0.07wt％，出钢温度1625℃；出钢前向钢包底部分别按1.0kg/t钢和1.2kg/t钢的量，加入渣洗脱硫剂(化学成分质量比：Al2O321.5wt％，SiO2 5.2wt％，CaO 46.5wt％，Al 9.2wt％，MgO6.5wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物)和活性石灰进行渣洗，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为20/NL/min。
B、脱氧合金化：将A步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铝钙脱氧剂→硅铁→硅锰合金→高碳锰铁，依次向钢包中加入下列物质：按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铝钙脱氧剂：Si 32.5wt％，Ca 14.5wt％，A10.5wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物；按10.5kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si73.2wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物；按5.5kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.9wt％，Si 17.6wt％，C 1.9wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物；按16.8kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.8wt％，C 7.8wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到3/4时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至氩站进行精炼处理。
C、钢水氩站精炼：将钢水吊至氩站工位接好氩气带，开启氩气采用流量为20NL/min的氩气对钢水进行吹氩处理，然后下电极采用档位7～9档化渣；通电化渣3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣样偏稀和颜色偏黑，补加石灰5.0kg/t钢调渣，反之加预熔型精炼渣2.0kg/t钢调整；根据钢样分析结果，加入合金调整钢液成分，确保成分和温度合格；精炼结束后对钢水进行小流量软吹氩，吹氩时间2分钟，氩气流量控制为20NL/min；吹氩结束后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位。
D、钢水浇铸：在中间包温度为1523℃，拉速为3.0m/min，结晶器冷却水流量为140m3/h，二冷比水量为2.0L/kg的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将C步骤的钢水浇铸成断面150mm×150mm的钢坯；铸坯出拉矫机矫直温度控制为990℃。
E、钢坯加热：将D步骤钢坯送入均热段炉温为980℃的加热炉中，加热70分钟，钢坯出钢温度为930℃，之后推送至全连续式棒材轧机进行轧制。
F、钢坯控轧控冷：将E步骤钢坯在速度为0.5m/s的轧制条件下粗轧6个道次；之后在速度为3.0m/s的轧制条件下中轧5个道次；之后进入精轧前预水冷装置进行精轧前控冷，冷却水量为50m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为850℃；最后在速度为10.0m/s的轧制条件下精轧2个道次；将精轧后钢材通过1个长管水冷段装置(长度4.5米)和4个短管水冷段装置(长度0.8米)进行控冷，长管水冷段水泵开启数1台，水泵压力为1.4MPa；短管水冷段水泵开启数1台，水泵压力为1.2MPa；控冷后钢筋上冷床温度控制为860℃，之后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得具有下列重量百分比化学成分的400MPa级超细晶粒抗震钢筋：C0.25wt％、Si 0.75wt％、Mn 1.60wt％、S 0.040wt％、P 0.045wt％，其余为Fe及不可避免的不纯物。
实施例3的400MPa级超细晶粒抗震钢筋的工艺力学性能、显微组织、维氏硬度差见表7、表8。
表7实施例3的400MPa级超细晶粒抗震钢筋工艺力学性能
Figure GDA0002510076140000171
表8实施例3的400MPa级超细晶粒抗震钢筋金相显微组织及维氏硬度
Figure GDA0002510076140000172

Claims (2)

1.一种400MPa级超细晶粒抗震钢筋的制备方法，所述400MPa级超细晶粒抗震钢筋具有下列重量份的化学成分：C 0.21~0.25wt%、Si 0.62~0.75wt%、Mn 1.45~1.60wt%、S≤0.040wt%、P≤0.045wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；其特征在于，具体包括以下步骤：
A、钢水冶炼：将废钢、生铁及铁水分别按160-180kg/t钢、30-40kg/t钢、850-880kg/t钢配比加入LD转炉，之后进行常规顶底复合吹炼，加入常规石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为20-25kg/t钢，轻烧白云石加入量为15-18kg/t钢，菱镁球加入量为0.5kg/t钢，控制终点碳含量≥0.07wt%，出钢温度≤1625℃；出钢前向钢包底部分别按1.0kg/t钢和1.2kg/t钢的量，加入渣洗脱硫剂和活性石灰进行渣洗，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为15~20NL/min；所述废钢化学成分C 0.20-0.25wt%，Si 0.35-0.60wt%，Mn 1.25-1.50wt% ，P0.032-0.050wt%，S 0.028-0.050wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述生铁化学成分C3.2-3.4wt%、Si 0.20-0.40wt%、Mn 0.40-0.60wt%、P 0.080-0.100wt%、S 0.020-0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述铁水化学成分C 4.2-4.6wt%、Si 0.25-0.45wt%、Mn0.40-0.70wt%、P 0.085-0.110wt%、S≤0.040wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，所述铁水温度≥1290℃；所述渣洗脱硫剂化学成分Al2O3 21.5wt%，SiO2 5.2wt%，CaO 46.5wt%，Al9.2wt%，MgO6.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；
B、脱氧合金化：将钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铝钙脱氧剂→硅铁→硅锰合金→高碳锰铁，依次向钢包中加入下列物质：按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铝钙脱氧剂：Si 32.5wt%，Ca 14.5wt%，A1 0.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按8.5~10.5kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si 73.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按5.5kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.9wt%，Si 17.6wt%，C1.9wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按14.7~16.8kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.8wt%，C 7.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到3/4时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至氩站进行精炼处理；
C、钢水氩站精炼：将钢水吊至氩站工位接好氩气带，开启氩气采用流量为10~20NL/min的氩气对钢水进行吹氩处理，然后下电极采用档位7~9档化渣；通电化渣3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣样偏稀和颜色偏黑，补加石灰2.0~5.0kg/t钢调渣，反之加预熔型精炼渣1.0~2.0kg/t钢调整；根据钢样分析结果，加入合金调整钢液成分，确保成分和温度合格；精炼结束后对钢水进行小流量软吹氩，吹氩时间2分钟，氩气流量控制为15~20NL/min；吹氩结束后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位；
D、钢水浇铸：在中间包温度为1523~1543℃，拉速为2.8~3.0m/min，结晶器冷却水流量为140~150m3/h，二冷比水量为2.0~2.2L/kg的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将C步骤的钢水浇铸成断面150mm×150mm的钢坯；
E、钢坯加热：将钢坯送入均热段炉温为980~1020℃的加热炉中，加热70~90分钟，钢坯出钢温度为930~950℃，之后推送至全连续式棒材轧机进行轧制；
F、钢坯控轧控冷：将E步骤钢坯在速度为0.5~1.0m/s的轧制条件下粗轧6个道次；之后在速度为3.0~4.0m/s的轧制条件下中轧5~6个道次；之后进入精轧前预水冷装置进行精轧前控冷，冷却水量为40~50m3/h；预水冷后钢筋进精轧温度控制为850~900℃、在速度为10.0~13.5m/s的轧制条件下精轧2~5个道次；将精轧后钢材通过1个长度4.5米的长管水冷段装置和2~4个长度0.8米的短管水冷段装置进行控冷，长管水冷段水泵开启数1台，水泵压力为1.4MPa；短管水冷段水泵开启数1台，水泵压力为1.2MPa；控冷后钢筋上冷床温度控制为830~860℃，之后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得400MPa级超细晶粒抗震钢筋。
2.根据权利要求1所述400MPa级超细晶粒抗震钢筋的制备方法，其特征在于，步骤D中，铸坯出拉矫机矫直温度≥970℃。
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