CN111455262B - 一种超细晶高强韧600MPa级抗震钢筋及其制备方法 - Google Patents

一种超细晶高强韧600MPa级抗震钢筋及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超细晶高强韧600MPa级抗震钢筋及其制备方法，所述钢筋具有以下重量份的化学成分：C 0.23～0.27wt%、Si 0.45～0.57wt%、Mn 1.42～1.55wt%、Cr 0.20～0.25wt%、Nb 0.012～0.017wt%、V 0.095～0.110wt%、S≤0.040wt%、P≤0.043wt%、O≤0.0070wt%、N 0.0240～0.0265wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，其制备方法包括钢水冶炼、脱氧合金化、钢水氩站精炼、钢水浇铸、钢坯加热、钢坯控轧控冷工序；本发明在炼钢脱氧合金化过程中加入少量硅氮合金，增加了钢水中氮含量，降低了钢中V/N、Nb/N配比值，促进了轧制过程V、Nb从固溶状态向碳氮化物析出相的转移，细小弥散的V(C，N)、Nb(C，N)析出相大量形成和析出，降低了相变温度，使钢的析出强化效果明显改善；本方法降低了生产成本，改善了抗震性能，提高了产品市场竞争力。

Description

一种超细晶高强韧600MPa级抗震钢筋及其制备方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种超细晶高强韧600MPa级抗震钢筋及其制备方法。
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600MPa级高强钢筋，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。
GB/T 1499.2-2018标准实施后，目前国内已有针对GB/T 1499.2-2018标准实施后600MPa直条抗震钢筋生产技术的相关研究报道，主要采用钒氮微合金化工艺，钢中V含量控制≥0.130wt%，通过适当控轧工艺得到宏观金相、截面维氏硬度、微观组织满足GB/T1499.2-2018标准的600MPa高强钢筋，钢筋显微组织晶粒度大多控制在9.5~11.0级，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600MPa高强钢筋生产成本的降低和产品市场竞争力的提升。
因此，开发一种能解决上述问题的生产600MPa高强钢筋的方法是极其必要的。
发明内容
为解决以上存在的不足，本发明的第一目的在于提供一种超细晶高强韧600MPa级抗震钢筋，本发明的第二目的在于提供一种超细晶高强韧600MPa级抗震钢筋的制备方法。
本发明的第一目的是这样实现的，一种超细晶高强韧600MPa级抗震钢筋，具有以下重量份的化学成分：C 0.23~0.27wt%、Si 0.45~0.57wt%、Mn 1.42~1.55wt%、Cr 0.20~0.25wt%、Nb 0.012~0.017wt%、V 0.095~0.110wt%、S≤0.040wt%、P≤0.043wt%、O≤0.0070wt%、N 0.0240~0.0265wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
本发明的第二目的是这样实现的，一种超细晶高强韧600MPa级抗震钢筋的制备方法，包括钢水冶炼、脱氧合金化、钢水氩站精炼、钢水浇铸、钢坯加热、钢坯控轧控冷工序，其特征在于具体包括以下步骤：
本发明的目的是这样实现的，一种超细晶高强韧600MPa级抗震钢筋的制备方法，包括以下步骤：
a、钢水冶炼：将废钢、生铁及铁水分别按125~165kg/t钢、30kg/t钢、880~920kg/t钢的配比装入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22~28kg/t钢，轻烧白云石加入量为12~16kg/t钢，菱镁球加入量为0.5~1.5kg/t钢，控制终点碳含量≥0.07wt%，出钢温度≤1630℃；出钢前向钢包底部按1.0kg/t钢和1.5kg/t钢的量，加入渣洗料和活性石灰进行渣洗，出钢过程采用全程底吹氮工艺，氮气流量控制为20~25NL/min；所述废钢化学成分C 0.18~0.25wt%，Si 0.40~0.70wt%，Mn 1.25~1.60wt%，P0.028~0.045wt%，S 0.020~0.045wt%，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 0.35~0.55wt%、P 0.075~0.100wt%、S 0.022~0.038wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述铁水化学成分C 4.0~4.5wt%、Si 0.20~0.45wt%、Mn0.40~0.65wt%、P 0.085~0.120wt%、S≤0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，所述铁水温度≥1300℃；所述渣洗料化学成分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；
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：硅钙钡脱氧剂→硅铁→硅锰合金→高碳锰铁→高碳铬铁→硅氮合金→高硅铌铁→高氮钒合金，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钙钡脱氧剂：Si 52.5wt%，Ca 12.5wt%，Ba 10.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按5.4~7.3kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si 73.5wt%，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 65.3wt%，Si 17.2wt%，C1.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按14.5~16.4kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn75.2wt%，C 7.4wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按3.0~4.0kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr 53.7wt%，C 7.8wt%，P 0.075wt%，S 0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.20~0.30kg/t钢的量，加入下列质量比的硅氮合金：Si 48.5wt%，N 35.2wt%，C0.75wt%，P 0.020wt%，S 0.018wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.20~0.28kg/t钢的量，加入下列质量比的铌铁：Nb 65.2wt%，Si 6.1wt%，C1.25wt%，P 0.205wt%，S 0.075wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按1.25~1.45kg/t钢的量，加入下列质量比的高氮钒合金：V77.8wt%，N 19.5wt%，C 1.05wt%，P 0.075wt%，S 0.045wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉进行精炼处理；
c、钢水LF炉精炼：将钢水吊到LF炉精炼工位接好氮气带，开启氮气采用流量为10~20NL/min的氮气对钢水进行吹氮处理，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3.0~4.0kg/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氮，吹氮时间3分钟，氮气流量控制为15~20NL/min；吹氮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1525~1540℃，拉速为2.4~2.6m/min，结晶器冷却水流量为115~125m3/h，二冷比水量为1.6~1.8L/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d步骤钢坯送入均热段炉温为1060~1100℃的加热炉中，加热60分钟，钢坯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0.5~0.8m/s的轧制条件下粗轧6个道次；之后在速度为2.5~3.0m/s的轧制条件下中轧4~6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50~70m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为950~980℃；最后在速度为10.0~13.5m/s的轧制条件下精轧4~5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800mm的短管水冷段装置进行多段分级控冷，长管水冷段和短管水冷段间隔200mm，短管水冷段间隔100mm，长管水冷段水泵压力为1.4~1.8MPa,短管水冷段水泵压力为1.0~1.2MPa；控冷后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得目标物。
本发明的有益效果为：
1、本发明制备方法在炼钢出钢前向钢包底部加入渣洗料和活性石灰进行渣洗并进行出钢过程全程底吹氮，降低钢水[O]、[S]含量，提高了钢水洁净度，促进了钢材塑韧性的改善；炼钢脱氧合金化过程中加入少量硅氮合金，增加了钢水中氮含量，降低了钢中V/N、Nb/N配比值，促进了轧制过程V、Nb从固溶状态向碳氮化物析出相的转移，细小弥散的V(C，N)、Nb(C，N)析出相大量形成和析出，降低了相变温度，使钢的析出强化效果明显改善；轧钢采用较低的开轧温度，通过精轧前预水冷控制较低的进精轧温度及轧后多段分级控冷工艺，细化了原始奥氏体晶粒，促进了奥氏体向细小铁素体的转变，钢筋横截面中心铁素体晶粒度达12.0级以上，超细晶强韧化效果显著；钢中加入少量铬，淬透性和二次硬化作用得到明显提高，促进了珠光体含量的提高，进而促进了钢抗拉强度的提高，同时还提高了钢的钝化耐腐蚀能力；钢筋横截面中心部位形成含量2~4%粒状贝氏体，提高了钢的抗拉强度，改善了抗震性能；
2、本方法中，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，充分发挥了析出强化、细晶强化、多相组织强化等多重强化作用，所生产的超细晶高强韧600MPa级抗震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；本方法所生产钢筋各项指标全面优于GB/T1499.2-2018，生产成本同比现有钒微合金化工艺降低50元/t钢以上，降低了GB/T 1499.2-2018实施后600MPa高强钢筋生产成本，改善了抗震性能，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。
本发明一种超细晶高强韧600MPa级抗震钢筋，具有以下重量份的化学成分：C0.23~0.27wt%、Si 0.45~0.57wt%、Mn 1.42~1.55wt%、Cr 0.20~0.25wt%、Nb 0.012~0.017wt%、V 0.095~0.110wt%、S≤0.040wt%、P≤0.043wt%、O≤0.0070wt%、N 0.0240~0.0265wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
本发明一种超细晶高强韧600MPa级抗震钢筋的制备方法，包括钢水冶炼、脱氧合金化、钢水氩站精炼、钢水浇铸、钢坯加热、钢坯控轧控冷工序，具体包括以下步骤：
a、钢水冶炼：将废钢、生铁及铁水分别按125~165kg/t钢、30kg/t钢、880~920kg/t钢的配比装入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22~28kg/t钢，轻烧白云石加入量为12~16kg/t钢，菱镁球加入量为0.5~1.5kg/t钢，控制终点碳含量≥0.07wt%，出钢温度≤1630℃；出钢前向钢包底部按1.0kg/t钢和1.5kg/t钢的量，加入渣洗料和活性石灰进行渣洗，出钢过程采用全程底吹氮工艺，氮气流量控制为20~25NL/min；所述废钢化学成分C 0.18~0.25wt%，Si 0.40~0.70wt%，Mn 1.25~1.60wt% ，P0.028~0.045wt%，S 0.020~0.045wt%，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 0.35~0.55wt%、P 0.075~0.100wt%、S 0.022~0.038wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述铁水化学成分C 4.0~4.5wt%、Si 0.20~0.45wt%、Mn0.40~0.65wt%、P 0.085~0.120wt%、S≤0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，所述铁水温度≥1300℃；所述渣洗料化学成分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；
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：硅钙钡脱氧剂→硅铁→硅锰合金→高碳锰铁→高碳铬铁→硅氮合金→高硅铌铁→高氮钒合金，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钙钡脱氧剂：Si 52.5wt%，Ca 12.5wt%，Ba 10.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按5.4~7.3kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si 73.5wt%，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 65.3wt%，Si 17.2wt%，C1.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按14.5~16.4kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn75.2wt%，C 7.4wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按3.0~4.0kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr 53.7wt%，C 7.8wt%，P 0.075wt%，S 0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.20~0.30kg/t钢的量，加入下列质量比的硅氮合金：Si 48.5wt%，N 35.2wt%，C0.75wt%，P 0.020wt%，S 0.018wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.20~0.28kg/t钢的量，加入下列质量比的铌铁：Nb 65.2wt%，Si 6.1wt%，C1.25wt%，P 0.205wt%，S 0.075wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按1.25~1.45kg/t钢的量，加入下列质量比的高氮钒合金：V77.8wt%，N 19.5wt%，C 1.05wt%，P 0.075wt%，S 0.045wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉进行精炼处理；
c、钢水LF炉精炼：将钢水吊到LF炉精炼工位接好氮气带，开启氮气采用流量为10~20NL/min的氮气对钢水进行吹氮处理，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3.0~4.0kg/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氮，吹氮时间3分钟，氮气流量控制为15~20NL/min；吹氮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1525~1540℃，拉速为2.4~2.6m/min，结晶器冷却水流量为115~125m3/h，二冷比水量为1.6~1.8L/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d步骤钢坯送入均热段炉温为1060~1100℃的加热炉中，加热60分钟，钢坯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0.5~0.8m/s的轧制条件下粗轧6个道次；之后在速度为2.5~3.0m/s的轧制条件下中轧4~6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50~70m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为950~980℃；最后在速度为10.0~13.5m/s的轧制条件下精轧4~5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800mm的短管水冷段装置进行多段分级控冷，长管水冷段和短管水冷段间隔200mm，短管水冷段间隔100mm，长管水冷段水泵压力为1.4~1.8MPa,短管水冷段水泵压力为1.0~1.2MPa；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控制为1010~1025℃。
所述步骤d中，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1020~1040℃。
所述步骤f中，控冷后钢筋上冷床温度控制为880~920℃。
所述钢筋具有以下重量份的化学成分：C 0.23~0.27wt%、Si 0.45~0.57wt%、Mn1.42~1.55wt%、Cr 0.20~0.25wt%、Nb 0.012~0.017wt%、V 0.095~0.110wt%、S≤0.040wt%、P≤0.043wt%、O≤0.0070wt%、N 0.0240~0.0265wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
本发明超细晶高强韧600MPa级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 本发明超细晶高强韧600MPa级抗震钢筋工艺力学性能
Figure 582760DEST_PATH_IMAGE001
表2 本发明超细晶高强韧600MPa级抗震钢筋金相组织及维氏硬度
Figure 703163DEST_PATH_IMAGE002
。
实施例1
a、钢水冶炼：分别按125kg/t钢、30kg/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 0.18wt%，Si 0.40wt%，Mn 1.25wt%，P 0.028wt%，S 0.020wt%，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 0.35wt%、P0.075wt%、S 0.022wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)；之后按920kg/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1300℃，铁水成分C 4.0wt%、Si0.20wt%、Mn 0.40wt%、P 0.085wt%、S 0.020wt%，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22kg/t钢，轻烧白云石加入量为12kg/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1615℃；出钢前向钢包底部按1.0kg/t钢和1.5kg/t钢的量，加入渣洗料(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氮工艺，氮气流量控制为20NL/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：硅钙钡脱氧剂→硅铁→硅锰合金→高碳锰铁→高碳铬铁→硅氮合金→高硅铌铁→高氮钒合金，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钙钡脱氧剂：Si 52.5wt%，Ca 12.5wt%，Ba 10.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按5.4kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si 73.5wt%，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 65.3wt%，Si 17.2wt%，C1.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按14.5kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.2wt%，C7.4wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按3.0kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr53.7wt%，C 7.8wt%，P 0.075wt%，S 0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.20kg/t钢的量，加入下列质量比的硅氮合金：Si 48.5wt%，N 35.2wt%，C 0.75wt%，P 0.020wt%，S0.018wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.20kg/t钢的量，加入下列质量比的铌铁：Nb65.2wt%，Si 6.1wt%，C1.25wt%，P 0.205wt%，S 0.075wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按1.25kg/t钢的量，加入下列质量比的高氮钒合金：V 77.8wt%，N 19.5wt%，C 1.05wt%，P0.075wt%，S 0.045wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉进行精炼处理。
c、钢水LF炉精炼：将钢水吊到LF炉精炼工位接好氮气带，开启氮气采用流量为10NL/min的氮气对钢水进行吹氮处理，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3.0kg/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氮，吹氮时间3分钟，氮气流量控制为15NL/min；吹氮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1540℃，拉速为2.4m/min，结晶器冷却水流量为125m3/h，二冷比水量为1.8L/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1010℃。
e、钢坯加热：将d步骤钢坯送入均热段炉温为1100℃的加热炉中，加热60分钟，钢坯出钢温度为1040℃，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3.0m/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50m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为980℃；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(每个长度800mm)进行多段分级控冷，长管水冷段和短管水冷段间隔200mm，短管水冷段间隔100mm，长管水冷段水泵压力为1.4MPa,短管水冷段水泵压力为1.0MPa；控冷后钢筋上冷床温度控制为880℃，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超细晶高强韧600MPa级抗震钢筋：C 0.23wt%、Si 0.45wt%、Mn 1.42wt%、Cr0.20wt%、Nb 0.012wt%、V 0.095wt%、S 0.028wt%、P 0.030wt%、O 0.0070wt%、N 0.0240wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
实施例1的超细晶高强韧600MPa级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的超细晶高强韧600MPa级抗震钢筋工艺力学性能
Figure 951742DEST_PATH_IMAGE003
表4实施例1的超细晶高强韧600MPa级抗震钢筋金相显微组织及维氏硬度
Figure 815792DEST_PATH_IMAGE004
。
实施例2
a、钢水冶炼：分别按145kg/t钢、30kg/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 0.21wt%，Si 0.55wt%，Mn 1.42wt%，P 0.035wt%，S 0.032wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)及生铁(化学成分：C 3.3wt%、Si 0.30wt%、Mn 0.45wt% 、P0.085wt%、S 0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)；之后按900kg/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 4.2wt%、Si0.32wt%、Mn 0.52wt%、P 0.102wt%、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26kg/t钢，轻烧白云石加入量为14kg/t钢，菱镁球加入量为1.0kg/t钢，控制终点碳含量0.08wt%，出钢温度1625℃；出钢前向钢包底部按1.0kg/t钢和1.5kg/t钢的量，加入渣洗料(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氮工艺，氮气流量控制为25NL/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：硅钙钡脱氧剂→硅铁→硅锰合金→高碳锰铁→高碳铬铁→硅氮合金→高硅铌铁→高氮钒合金，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钙钡脱氧剂：Si 52.5wt%，Ca 12.5wt%，Ba 10.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按6.3kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si 73.5wt%，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 65.3wt%，Si 17.2wt%，C1.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按15.5kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.2wt%，C7.4wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按3.5kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr53.7wt%，C 7.8wt%，P 0.075wt%，S 0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.25kg/t钢的量，加入下列质量比的硅氮合金：Si 48.5wt%，N 35.2wt%，C 0.75wt%，P 0.020wt%，S0.018wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.24kg/t钢的量，加入下列质量比的铌铁：Nb65.2wt%，Si 6.1wt%，C1.25wt%，P 0.205wt%，S 0.075wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按1.35kg/t钢的量，加入下列质量比的高氮钒合金：V 77.8wt%，N 19.5wt%，C 1.05wt%，P0.075wt%，S 0.045wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉进行精炼处理。
c、钢水LF炉精炼：将钢水吊到LF炉精炼工位接好氮气带，开启氮气采用流量为15NL/min的氮气对钢水进行吹氮处理，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氮，吹氮时间3分钟，氮气流量控制为20NL/min；吹氮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1535℃，拉速为2.5m/min，结晶器冷却水流量为120m3/h，二冷比水量为1.7L/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d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1020℃。
e、钢坯加热：将d步骤钢坯送入均热段炉温为1080℃的加热炉中，加热60分钟，钢坯出钢温度为1030℃，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0.7m/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70m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为970℃；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3个短管水冷段装置(每个长度800mm)进行多段分级控冷，长管水冷段和短管水冷段间隔200mm，短管水冷段间隔100mm，长管水冷段水泵压力为1.6MPa,短管水冷段水泵压力为1.1MPa；控冷后钢筋上冷床温度控制为900℃，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超细晶高强韧600MPa级抗震钢筋：C 0.25wt%、Si 0.50wt%、Mn 1.48wt%、Cr0.22wt%、Nb 0.014wt%、V 0.102wt%、S 0.035wt%、P 0.038wt%、O 0.0060wt%、N 0.0252wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
实施例2的超细晶高强韧600MPa级抗震钢筋工艺力学性能、显微组织、维氏硬度差见表5、表6。
表5 实施例2的超细晶高强韧600MPa级抗震钢筋工艺力学性能
Figure 99006DEST_PATH_IMAGE005
表6实施例2的超细晶高强韧600MPa级抗震钢筋金相显微组织及维氏硬度
Figure 187048DEST_PATH_IMAGE006
。
实施例3
a、钢水冶炼：分别按165kg/t钢、30kg/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 0.70wt%，Mn 1.60wt%，P 0.045wt%，S 0.045wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)及生铁(化学成分：C 3.4wt%、Si 0.40wt%、Mn 0.55wt% 、P0.100wt%、S 0.038wt%，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1320℃，铁水成分C 4.5wt%、Si0.45wt%、Mn 0.65wt%、P 0.120wt%、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28kg/t钢，轻烧白云石加入量为16kg/t钢，菱镁球加入量为1.5kg/t钢，控制终点碳含量0.07wt%，出钢温度1630℃；出钢前向钢包底部按1.0kg/t钢和1.5kg/t钢的量，加入渣洗料(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氮工艺，氮气流量控制为25NL/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：硅钙钡脱氧剂→硅铁→硅锰合金→高碳锰铁→高碳铬铁→硅氮合金→高硅铌铁→高氮钒合金，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钙钡脱氧剂：Si 52.5wt%，Ca 12.5wt%，Ba 10.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按7.3kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si 73.5wt%，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 65.3wt%，Si 17.2wt%，C1.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按16.4kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.2wt%，C7.4wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按4.0kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr53.7wt%，C 7.8wt%，P 0.075wt%，S 0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.30kg/t钢的量，加入下列质量比的硅氮合金：Si 48.5wt%，N 35.2wt%，C 0.75wt%，P 0.020wt%，S0.018wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.28kg/t钢的量，加入下列质量比的铌铁：Nb65.2wt%，Si 6.1wt%，C1.25wt%，P 0.205wt%，S 0.075wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按1.45kg/t钢的量，加入下列质量比的高氮钒合金：V 77.8wt%，N 19.5wt%，C 1.05wt%，P0.075wt%，S 0.045wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉进行精炼处理。
c、钢水LF炉精炼：将钢水吊到LF炉精炼工位接好氮气带，开启氮气采用流量为20NL/min的氮气对钢水进行吹氮处理，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氮，吹氮时间3分钟，氮气流量控制为20NL/min；吹氮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1525℃，拉速为2.6m/min，结晶器冷却水流量为115m3/h，二冷比水量为1.6L/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1025℃。
e、钢坯加热：将d步骤钢坯送入均热段炉温为1060℃的加热炉中，加热60分钟，钢坯出钢温度为1020℃，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2.5m/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70m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为950℃；最后在速度为10.0m/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4个短管水冷段装置(每个长度800mm)进行多段分级控冷，长管水冷段和短管水冷段间隔200mm，短管水冷段间隔100mm，长管水冷段水泵压力为1.8MPa,短管水冷段水泵压力为1.2MPa；控冷后钢筋上冷床温度控制为920℃，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超细晶高强韧600MPa级抗震钢筋：C 0.25wt%、Si 0.50wt%、Mn 1.48wt%、Cr0.22wt%、Nb 0.014wt%、V 0.102wt%、S 0.035wt%、P 0.038wt%、O 0.0060wt%、N 0.0252wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
实施例3的超细晶高强韧600MPa级抗震钢筋工艺力学性能、显微组织、维氏硬度差见表7、表8。
表7 实施例3生产的超细晶高强韧600MPa级抗震钢筋工艺力学性能
Figure 657343DEST_PATH_IMAGE007
表8 实施例3生产的超细晶高强韧600MPa级抗震钢筋金相显微组织及维氏硬度
Figure 121823DEST_PATH_IMAGE008

Claims (6)

1.一种超细晶高强韧600MPa级抗震钢筋，其特征在于，所述钢筋具有以下重量份的化学成分：C 0.23~0.27wt%、Si 0.45~0.57wt%、Mn 1.42~1.55wt%、Cr 0.20~0.25wt%、Nb0.012~0.017wt%、V 0.095~0.110wt%、S≤0.040wt%、P≤0.043wt%、O≤0.0070wt%、N 0.0240~0.0265wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；规格12~25mm钢筋的ReL 625~665MPa、Rm 795~860MPa、Rºm/RºeL≥1.27、RºeL/ReL≤1.11、A%≥20.0、Agt%≥12.0；铁素体含量为40~46%，形状为等轴准多边形；珠光体含量为52~56%，形状为细片状；贝氏体含量为2~4%，形状为粒状；铁素体晶粒度12.0~13.5，维氏硬度差HV-HV0 5~10。
2.一种根据权利要求1所述超细晶高强韧600MPa级抗震钢筋的制备方法，包括钢水冶炼、脱氧合金化、钢水氩站精炼、钢水浇铸、钢坯加热、钢坯控轧控冷工序，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125~165kg/t钢、30kg/t钢、880~920kg/t钢的配比装入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22~28kg/t钢，轻烧白云石加入量为12~16kg/t钢，菱镁球加入量为0.5~1.5kg/t钢，控制终点碳含量≥0.07wt%，出钢温度≤1630℃；出钢前向钢包底部按1.0kg/t钢和1.5kg/t钢的量，加入渣洗料和活性石灰进行渣洗，出钢过程采用全程底吹氮工艺，氮气流量控制为20~25NL/min；所述废钢化学成分C 0.18~0.25wt%，Si 0.40~0.70wt%，Mn 1.25~1.60wt%，P0.028~0.045wt%，S 0.020~0.045wt%，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 0.35~0.55wt%、P 0.075~0.100wt%、S 0.022~0.038wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述铁水化学成分C 4.0~4.5wt%、Si 0.20~0.45wt%、Mn0.40~0.65wt%、P 0.085~0.120wt%、S≤0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，所述铁水温度≥1300℃；所述渣洗料化学成分Al2O3 21.5wt%，SiO25.2wt%，CaO 46.5wt%，Al 9.2wt%，MgO 6.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；
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：硅钙钡脱氧剂→硅铁→硅锰合金→高碳锰铁→高碳铬铁→硅氮合金→高硅铌铁→高氮钒合金，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钙钡脱氧剂：Si 52.5wt%，Ca 12.5wt%，Ba 10.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按5.4~7.3kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si 73.5wt%，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 65.3wt%，Si 17.2wt%，C1.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按14.5~16.4kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.2wt%，C7.4wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按3.0~4.0kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr 53.7wt%，C 7.8wt%，P 0.075wt%，S 0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.20~0.30kg/t钢的量，加入下列质量比的硅氮合金：Si 48.5wt%，N 35.2wt%，C 0.75wt%，P0.020wt%，S 0.018wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.20~0.28kg/t钢的量，加入下列质量比的铌铁：Nb 65.2wt%，Si 6.1wt%，C1.25wt%，P 0.205wt%，S 0.075wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按1.25~1.45kg/t钢的量，加入下列质量比的高氮钒合金：V 77.8wt%，N19.5wt%，C 1.05wt%，P 0.075wt%，S 0.045wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉进行精炼处理；
c、钢水LF炉精炼：将钢水吊到LF炉精炼工位接好氮气带，开启氮气采用流量为10~20NL/min的氮气对钢水进行吹氮处理，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3.0~4.0kg/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氮，吹氮时间3分钟，氮气流量控制为15~20NL/min；吹氮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1525~1540℃，拉速为2.4~2.6m/min，结晶器冷却水流量为115~125m3/h，二冷比水量为1.6~1.8L/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d步骤钢坯送入均热段炉温为1060~1100℃的加热炉中，加热60分钟，钢坯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0.5~0.8m/s的轧制条件下粗轧6个道次；之后在速度为2.5~3.0m/s的轧制条件下中轧4~6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50~70m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为950~980℃；最后在速度为10.0~13.5m/s的轧制条件下精轧4~5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800mm的短管水冷段装置进行多段分级控冷，长管水冷段和短管水冷段间隔200mm，短管水冷段间隔100mm，长管水冷段水泵压力为1.4~1.8Mpa，短管水冷段水泵压力为1.0~1.2MPa；控冷后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得目标物。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤d中，铸坯出拉矫机矫直温度控制为1010~1025℃。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤e中钢坯出钢温度为1020~1040℃。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤f中控冷后钢筋上冷床温度控制为880~920℃。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述钢筋具有以下重量份的化学成分：C 0.23~0.27wt%、Si 0.45~0.57wt%、Mn 1.42~1.55wt%、Cr 0.20~0.25wt%、Nb 0.012~0.017wt%、V 0.095~0.110wt%、S≤0.040wt%、P≤0.043wt%、O≤0.0070wt%、N 0.0240~0.0265wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
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