CN111020359A - 一种用于提高螺纹钢强度的合金及其制造方法 - Google Patents

一种用于提高螺纹钢强度的合金及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及螺纹钢冶炼领域，提供一种用于提高螺纹钢强度的合金及其制造方法，用于提高螺纹钢的强度。本发明提供的一种用于提高螺纹钢强度的合金，包括：S10.取镍钛合金粉，提纯处理后，得到第一粉末；S20.将1~2质量份的硝酸铈溶于800~1000质量份去离子水中，加入0.3%~0.5%的双氧水，得到混合溶液，调节混合溶液的pH为4~5，将第一粉末浸泡在混合溶液中3~5h，浸泡温度为50~60摄氏度，滤去液体，将滤渣同石墨烯粉末0.05~0.1质量份，铁粉0.2~0.5质量份，进行干法球磨2~3h，得到第二粉末；S30.将第二粉末加热到1200~1500摄氏度，维持2~3h，得到用于提高螺纹钢强强度的合金。经稀土铈、钛、镍等元素制成合金，在螺纹钢冶炼过程中加入可以有效的提高螺纹钢的强度。

Description

一种用于提高螺纹钢强度的合金及其制造方法
技术领域
本发明涉及螺纹钢冶炼领域，具体涉及一种用于提高螺纹钢强度的合金及其制造方法。
背景技术
螺纹钢是热轧带肋钢筋的俗称。螺纹钢属于长条材，主要为建筑用钢材，是一个相对比较古老的产品。但随着高速公路等诸多基础建设以及房地产业的高速发展，人们对螺纹钢的数量和质量要求都有了大幅度提高。而国内高品位铁矿石少，许多钢厂均依靠进口铁矿石以维持生产，故螺纹钢的成本较高。
因而，希望生产高强度、低成本的螺纹钢筋已引起技术人员的高度关注。以20MnSi螺纹钢为例，为了提高强度，许多钢厂在合金中添加价格比较昂贵的Nb、V、Ti等合金元素。然后根据这些元素的合金化的特点，进行控轧、控冷。这种方法虽然可以提高最终产品的强度，但却使产品的成本增加。同时，这些元素的添加量如果控制不好，还会产生其所形成化合物的聚集，降低产品的综合力学性能。
发明内容
本发明解决的技术问题为提高螺纹钢的强度，提供一种用于提高螺纹钢强度的合金及其制造方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种用于提高螺纹钢强度的合金，包括：
S10.取镍钛合金粉，提纯处理后，得到第一粉末；
S20.将1~2质量份的硝酸铈溶于800~1000质量份去离子水中，加入0.3%~0.5%的双氧水，得到混合溶液，调节混合溶液的pH为4~5，将第一粉末浸泡在混合溶液中3~5h，浸泡温度为50~60摄氏度，滤去液体，将滤渣同石墨烯粉末0.05~0.1质量份，铁粉0.2~0.5质量份，进行干法球磨2~3h，得到第二粉末；
S30.将第二粉末加热到1200~1500摄氏度，维持2~3h，得到用于提高螺纹钢强强度的合金。
经稀土铈、钛、镍等元素制成合金，在螺纹钢冶炼过程中加入可以有效的提高螺纹钢的强度。
制备成合金后，各种元素可以较为方便的加入到螺纹钢的生产过程中，同时可以显著的提高螺纹钢的强度。
优选地，所述石墨烯粉末0.06质量份，铁粉0.3质量份。
优选地，所述石墨烯为改性石墨烯。石墨烯较少用于改善螺纹钢的性能，加入石墨烯对于提高螺纹钢的性能有较为巨大的作用。
优选地，所述改性石墨烯的制备方法为：
取镁粉和铝粉，所述镁粉和铝粉的质量比为1：1，熔炼得到合金；将合金放入预热的坩埚中，在真空条件下550~600摄氏度熔炼40min，得到合金熔液，将合金熔液过热100~200摄氏度，雾化，得到合金粉末；
将石墨烯同合金粉末在液氮环境中球磨12h，得到改性石墨烯。将镁铝同石墨烯复配制成的改性石墨烯，可以进一步提高螺纹钢的强度。
优选地，所述石墨烯同合金粉末的质量比为0.2~0.5:1。
优选地，所述石墨烯同合金粉末的质量比为0.3~0.5:1。
优选地，所述石墨烯同合金粉末的质量比为0.3:1。
优选地，所述提纯的方法为：取摩尔比为1:2的氯化钠、氯化钾的熔盐体系80~100质量份，镍钛合金2~5质量份，四氯化钛10~20质量份；将四氯化钛与镍钛合金反应制备含钛离子、镍离子的电解质体系；采用石墨篮筐做阳极，将镍钛合金块置于其中，以钼棒为阴极，阳极电流的输出电压3.8V，阴极电流密度0.1A/cm2，电解8~10h，将得到阴极产物用稀盐酸处理、除去电解质、烘干。通过熔盐电解的方法提纯的镍钛合金同石墨烯复配可以进一步提高螺纹钢的强度。
一种用于提高螺纹钢强度的合金，根据权利要求上述的制造方法制备的合金。
优选地，所述合金在炼钢过程中的投加量为0.4~0.5kg/t钢。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：经稀土铈、钛、镍等元素制成合金，在螺纹钢冶炼过程中加入可以有效的提高螺纹钢的强度。
具体实施方式
以下实施列是对本发明的进一步说明，不是对本发明的限制。
实施例1
一种用于提高螺纹钢强度的合金的制造方法，包括：
S10.取镍钛合金粉，提纯处理后，得到第一粉末；
S20. 将1.5质量份的硝酸铈溶于900质量份去离子水中，加入0.4%的双氧水，得到混合溶液，调节混合溶液的pH为4~5，将第一粉末浸泡在混合溶液中4h，浸泡温度为55摄氏度，滤去液体，将滤渣同石墨烯粉末0.06质量份，铁粉0.3质量份，进行干法球磨2.5h，得到第二粉末；
S30.将第二粉末加热到1300摄氏度，维持2.5h，得到用于提高螺纹钢强强度的合金。所述石墨烯为改性石墨烯。所述改性石墨烯的制备方法为：
取镁粉和铝粉，所述镁粉和铝粉的质量比为1：1，熔炼得到合金；将合金放入预热的坩埚中，在真空条件下550~600摄氏度熔炼40min，得到合金熔液，将合金熔液过热150摄氏度，雾化，得到合金粉末；
将石墨烯同合金粉末在液氮环境中球磨12h，得到改性石墨烯。所述石墨烯同合金粉末的质量比为0.3:1。取摩尔比为1:2的氯化钠、氯化钾的熔盐体系90质量份，镍钛合金3质量份，四氯化钛12质量份；将四氯化钛与镍钛合金反应制备含钛离子、镍离子的电解质体系；采用石墨篮筐做阳极，将镍钛合金块置于其中，以钼棒为阴极，阳极电流的输出电压3.8V，阴极电流密度0.1A/cm2，电解9h，将得到阴极产物用稀盐酸处理、出去电解质、烘干。
经稀土铈、钛、镍等元素制成合金，在螺纹钢冶炼过程中加入可以有效的提高螺纹钢的强度。制备成合金后，各种元素可以较为方便的加入到螺纹钢的生产过程中，同时可以显著的提高螺纹钢的强度。石墨烯较少用于改善螺纹钢的性能，加入石墨烯对于提高螺纹钢的性能有较为巨大的作用。将镁铝同石墨烯复配制成的改性石墨烯，可以进一步提高螺纹钢的强度。通过熔盐电解的方法提纯的镍钛合金同石墨烯复配可以进一步提高螺纹钢的强度。
实施例2
一种用于提高螺纹钢强度的合金的制造方法， 包括：
S10.取镍钛合金粉，提纯处理后，得到第一粉末；
S20. 将1质量份的硝酸铈溶于900质量份去离子水中，加入0.3%~0.5%的双氧水，得到混合溶液，调节混合溶液的pH为4~5，将第一粉末浸泡在混合溶液中3h，浸泡温度为50~60摄氏度，滤去液体，将滤渣同石墨烯粉末0.05质量份，铁粉0.2质量份，进行干法球磨2h，得到第二粉末；
S30.将第二粉末加热到1200摄氏度，维持2h，得到用于提高螺纹钢强强度的合金。所述石墨烯为改性石墨烯。所述改性石墨烯的制备方法为：
取镁粉和铝粉，所述镁粉和铝粉的质量比为1：1，熔炼得到合金；将合金放入预热的坩埚中，在真空条件下550~600摄氏度熔炼40min，得到合金熔液，将合金熔液过热100摄氏度，雾化，得到合金粉末；
将石墨烯同合金粉末在液氮环境中球磨12h，得到改性石墨烯。所述石墨烯同合金粉末的质量比为0.2:1。取摩尔比为1:2的氯化钠、氯化钾的熔盐体系80质量份，镍钛合金2质量份，四氯化钛10质量份；将四氯化钛与镍钛合金反应制备含钛离子、镍离子的电解质体系；采用石墨篮筐做阳极，将镍钛合金块置于其中，以钼棒为阴极，阳极电流的输出电压3.8V，阴极电流密度0.1A/cm2，电解9h，将得到阴极产物用稀盐酸处理、出去电解质、烘干。
实施例3
一种用于提高螺纹钢强度的合金的制造方法， 包括：
S10.取镍钛合金粉，提纯处理后，得到第一粉末；
S20.将2质量份的硝酸铈溶于1000质量份去离子水中，加入0.5%的双氧水，得到混合溶液，调节混合溶液的pH为4~5，将第一粉末浸泡在混合溶液中5h，浸泡温度为60摄氏度，滤去液体，将滤渣同石墨烯粉末0.1质量份，铁粉0.5质量份，进行干法球磨3h，得到第二粉末；
S30.将第二粉末加热到1500摄氏度，维持3h，得到用于提高螺纹钢强强度的合金。所述石墨烯为改性石墨烯。所述改性石墨烯的制备方法为：
取镁粉和铝粉，所述镁粉和铝粉的质量比为1：1，熔炼得到合金；将合金放入预热的坩埚中，在真空条件下550~600摄氏度熔炼40min，得到合金熔液，将合金熔液过热200摄氏度，雾化，得到合金粉末；
将石墨烯同合金粉末在液氮环境中球磨12h，得到改性石墨烯。所述石墨烯同合金粉末的质量比为0.2:1。取摩尔比为1:2的氯化钠、氯化钾的熔盐体系100质量份，镍钛合金5质量份，四氯化钛20质量份；将四氯化钛与镍钛合金反应制备含钛离子、镍离子的电解质体系；采用石墨篮筐做阳极，将镍钛合金块置于其中，以钼棒为阴极，阳极电流的输出电压3.8V，阴极电流密度0.1A/cm2，电解8~10h，将得到阴极产物用稀盐酸处理、出去电解质、烘干。
实施例4
一种用于提高螺纹钢强度的合金的制造方法，包括：
S10.取镍钛合金粉，提纯处理后，得到第一粉末；
S20. 将1.5质量份的硝酸铈溶于900质量份去离子水中，加入0.4%的双氧水，得到混合溶液，调节混合溶液的pH为4~5，将第一粉末浸泡在混合溶液中4h，浸泡温度为55摄氏度，滤去液体，将滤渣同石墨烯粉末0.06质量份，铁粉0.3质量份，进行干法球磨2.5h，得到第二粉末；
S30.将第二粉末加热到1300摄氏度，维持2.5h，得到用于提高螺纹钢强强度的合金。所述石墨烯为改性石墨烯。
实施例5
一种用于提高螺纹钢强度的合金的制造方法，包括：
S10.取镍钛合金粉，提纯处理后，得到第一粉末；
S20. 将1.5质量份的硝酸铈溶于900质量份去离子水中，加入0.4%的双氧水，得到混合溶液，调节混合溶液的pH为4~5，将第一粉末浸泡在混合溶液中4h，浸泡温度为55摄氏度，滤去液体，将滤渣同石墨烯粉末0.06质量份，铁粉0.3质量份，进行干法球磨2.5h，得到第二粉末；
S30.将第二粉末加热到1300摄氏度，维持2.5h，得到用于提高螺纹钢强强度的合金。
对比例1
一种用于提高螺纹钢强度的合金，包括：
S10.取摩尔比为1:2的氯化钠、氯化钾的熔盐体系90质量份，镍钛合金3质量份，四氯化钛12质量份；将四氯化钛与镍钛合金反应制备含钛离子、镍离子的电解质体系；采用石墨篮筐做阳极，将镍钛合金块置于其中，以钼棒为阴极，阳极电流的输出电压3.8V，阴极电流密度0.1A/cm2，电解9h，将得到阴极产物用稀盐酸处理、出去电解质、烘干，得到第一粉末；第一粉末即为合金。
对比例2
一种用于提高螺纹钢强度的合金，包括：
S10.取摩尔比为1:2的氯化钠、氯化钾的熔盐体系90质量份，镍钛合金3质量份，四氯化钛12质量份；将四氯化钛与镍钛合金反应制备含钛离子、镍离子的电解质体系；采用石墨篮筐做阳极，将镍钛合金块置于其中，以钼棒为阴极，阳极电流的输出电压3.8V，阴极电流密度0.1A/cm2，电解9h，将得到阴极产物用稀盐酸处理、出去电解质、烘干，得到第一粉末；
S20.将1.5质量份的硝酸铈溶于900质量份去离子水中，加入0.4%的双氧水，得到混合溶液，调节混合溶液的pH为4~5，将第一粉末浸泡在混合溶液中4h，浸泡温度为55摄氏度，滤去液体，将滤渣同铁粉0.3质量份，进行干法球磨2.5h，得到第二粉末；
S30.将第二粉末加热到1300摄氏度，维持2.5h，得到用于提高螺纹钢强强度的合金。
实验例
在20MnSi螺纹钢的化学成分的基础上，冶炼时加入实施例1~5和对比例1~2中的合金，投加量为0.45kg/t钢。经连铸或半连铸成铸坯；再将铸坯均热，在1000℃~1100℃条件下粗轧，变形量为40~60％；然后在950℃~1050℃条件下中轧，变形量为30~50％；最后在700℃~800℃条件下精轧，变形量为10~30％。得到添加了实施例1~5及对比例1~2中的合金的螺纹钢。测试螺纹钢的强度。
表1 螺纹钢强度
Figure 208196DEST_PATH_IMAGE001
从表1可知，采用改性石墨烯制成的合金可以显著提高20MnSi螺纹钢的强度。
实施例1~3中的石墨烯为改性石墨烯，其提高螺纹钢强度的效果明显优于其他实施例和对比例，实施例1中的合金应用到螺纹钢生产后，螺纹钢的性能提升更加明显，尤其显著提高抗拉伸强度。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，以上实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (10)

1.一种用于提高螺纹钢强度的合金的制造方法，其特征在于，包括：
S10.取镍钛合金粉，提纯处理后，得到第一粉末；
S20.将1~2质量份的硝酸铈溶于800~1000质量份去离子水中，加入0.3%~0.5%的双氧水，得到混合溶液，调节混合溶液的pH为4~5，将第一粉末浸泡在混合溶液中3~5h，浸泡温度为50~60摄氏度，滤去液体，将滤渣同石墨烯粉末0.05~0.1质量份，铁粉0.2~0.5质量份，进行干法球磨2~3h，得到第二粉末；
S30.将第二粉末加热到1200~1500摄氏度，维持2~3h，得到用于提高螺纹钢强强度的合金。
2.根据权利要求1所述的一种用于提高螺纹钢强度的合金，其特征在于，所述石墨烯粉末0.06质量份，铁粉0.3质量份。
3.根据权利要求1所述的一种用于提高螺纹钢强度的合金，其特征在于，所述石墨烯为改性石墨烯。
4.根据权利要求3所述的一种用于提高螺纹钢强度的合金，其特征在于，所述改性石墨烯的制备方法为：
取镁粉和铝粉，所述镁粉和铝粉的质量比为1：1，熔炼得到合金；将合金放入预热的坩埚中，在真空条件下550~600摄氏度熔炼40min，得到合金熔液，将合金熔液过热100~200摄氏度，雾化，得到合金粉末；
将石墨烯同合金粉末在液氮环境中球磨12h，得到改性石墨烯。
5.根据权利要求4所述的一种用于提高螺纹钢强度的合金，其特征在于，所述石墨烯同合金粉末的质量比为0.2~0.5:1。
6.根据权利要求4所述的一种用于提高螺纹钢强度的合金，其特征在于，所述石墨烯同合金粉末的质量比为0.3~0.5:1。
7.根据权利要求4所述的一种用于提高螺纹钢强度的合金，其特征在于，所述石墨烯同合金粉末的质量比为0.3:1。
8.根据权利要求1所述的一种用于提高螺纹钢强度的合金，其特征在于，所述提纯的方法为：取摩尔比为1:2的氯化钠、氯化钾的熔盐体系80~100质量份，镍钛合金2~5质量份，四氯化钛10~20质量份；将四氯化钛与镍钛合金反应制备含钛离子、镍离子的电解质体系；采用石墨篮筐做阳极，将镍钛合金块置于其中，以钼棒为阴极，阳极电流的输出电压3.8V，阴极电流密度0.1A/cm2，电解8~10h，将得到阴极产物用稀盐酸处理、除去电解质、烘干。
9.一种用于提高螺纹钢强度的合金，其特征在于，根据权利要求1~8任一项的制造方法制备的合金。
10.一种用于提高螺纹钢强度的合金，其特征在于，权利要求9所述合金在炼钢过程中的投加量为0.4~0.5kg/t钢。
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