CN111519099A - 钒铬微合金化大规格500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋及其制备方法 - Google Patents

钒铬微合金化大规格500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了钒铬微合金化大规格500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋及其制备方法，所述钢筋具有以下重量百分比计的化学成分：C 0.21～0.25wt%、Si 0.45～0.55wt%、Mn 1.25～1.40wt%、Cr 0.30～0.35wt%、V 0.065～0.080wt%、S≤0.040wt%、P≤0.045wt%、O≤0.0070wt%、N 0.0165～0.0200wt%，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、LF炉精炼、浇铸、钢坯加热及控轧控冷工序。本发明在出钢钢包加入一定量含钒生铁替代昂贵的钒合金，增加了钢水V含量，降低了钒合金加入量；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配比值，促进了轧制过程V从固溶状态向碳氮化物析出相的转移，使钢的析出强化效果明显改善；本发明制备方法生产成本低、工艺适用性及控制性强。

Description

钒铬微合金化大规格500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋及其制备 方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种钒铬微合金化大规格500MPa超细晶耐蚀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。
目前国内针对GB/T 1499.2-2018标准实施后500MPa高强抗震钢筋的生产技术，主要采用钒氮微合金化工艺，钢中V含量控制≥0.085wt%，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/T 1499.2-2018标准的500MPa高强钢筋，钢筋显微组织铁素体晶粒度控制在9.5～11.0级，但钒合金价格昂贵，导致生产成本较高，不利于钢筋企业生产成本的降低和产品市场竞争力的提升。目前国内尚本无发明铬钒微合金化大规格500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋制备方法的相关专利和论文研究报道。
综上所述，降低生产成本、提高产品质量是目前制备500MPa高强抗震钢筋亟需解决的问题，因此开发一种铬钒微合金化大规格500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋制备方法是极其必要的。
发明内容
本发明的第一目的在于提供钒铬微合金化大规格500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋，第二目的在于提供钒铬微合金化大规格500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋的制备方法。
本发明的第一目的是这样实现的，钒铬微合金化大规格500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋，包括以下重量比的化学成分：C 0.21～0.25wt%、Si 0.45～0.55wt%、Mn 1.25～1.40wt%、Cr 0.30～0.35wt%、V 0.065～0.080wt%、S≤0.040wt%、P≤0.045wt%、O≤0.0070wt%、N 0.0165～0.0200wt%，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，钒铬微合金化大规格500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋的制备方法，包括钢水冶炼、脱氧合金化、LF炉精炼、浇铸、钢坯加热及控轧控冷工序，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℃；出钢前钢包按4.0kg/t钢的量，加入下列质量比的含钒生铁：成分C 3.5wt%、Si 0.40wt%、Mn 0.65wt% 、V 1.50wt%、P 0.205wt%、S0.075wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；出钢前向加入含钒生铁的钢包底部按1.0kg/t钢的量，加入渣洗料进行渣洗，出钢过程采用全程底吹氮工艺，氮气流量控制为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% ，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℃；所述渣洗料化学成分Al2O3 21.5wt%，SiO25.2wt%，CaO46.5wt%，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：硅铝钙脱氧剂→硅铁→硅锰合金→高碳锰铁→高碳铬铁→硅氮合金→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铝钙脱氧剂：Si 28.5wt%，Ca 14.5wt%，Al 11.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按5.1～6.7kg/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9.0kg/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8.9～10.9kg/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；按4.9～5.9kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr54.2wt%，C 7.8wt%，P 0.085wt%，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 46.5wt%，N 34.5wt%，C 1.75wt%，P 0.020wt%，S0.018wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.78～0.98kg/t钢的量，加入下列质量比的高氮钒合金：V 77.8wt%，N 19.1wt%，C 1.25wt%，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炉精炼工位进行精炼处理；
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的氩气对钢水进行吹氩处理，然后下电极采用档位5～7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2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1.0 kg/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2.9～3.1m/min，结晶器冷却水流量为145～150m3/h，二冷比水量为2.1～2.3L/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≥960℃；
e、钢坯加热：将d步骤钢坯送入均热段炉温为1070～1100℃的加热炉中，加热60～70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0.4～0.5m/s的轧制条件下粗轧6个道次；之后在速度为2.5～3.0 m/s的轧制条件下中轧4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80～100m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为940～980℃；最后在速度为8.0～9.0m/s的轧制条件下精轧2～3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1～2个长度2.0mm的短管水冷段装置进行多段分级控冷，水泵开启数2台，水泵压力为1.0～1.2MPa；控冷后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得公称直径28-40mm大规格500MPa细晶耐蚀抗震钢筋。
本发明的有益效果为：
1、本发明的制备方法中，炼钢出钢钢包加入一定量含钒生铁替代昂贵的钒合金，增加了钢水V含量，降低了钒合金加入量；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配比值，促进了轧制过程V从固溶状态向碳氮化物析出相的转移，细小弥散的V(C,N)析出相大量形成和析出，使钢的析出强化效果明显改善；轧钢控制较低的开轧温度，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11.5级以上，细晶强化效果显著，同时改善了钢的塑韧性；钢中加入一定量铬，提高了钢的钝化耐腐蚀能力，同时使淬透性和二次硬化作用得到明显提高，提高了珠光体含量，促进了钢抗拉强度的提高，改善了抗震性能；
2、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500MPa超细晶耐蚀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、低应变时效性、抗震性能和耐腐蚀性能优异等优点；
3、本发明制备工艺具有生产成本低、工艺适用性及控制性强等优点，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40元/t钢以上，大幅降低了GB/T 1499.2-2018实施后500MPa高强钢筋生产成本，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。
本发明所述钒铬微合金化大规格500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋，具有下列重量份的化学成分：C 0.21～0.25wt%、Si 0.45～0.55wt%、Mn 1.25～1.40wt%、Cr 0.30～0.35wt%、V0.065～0.080wt%、S≤0.040wt%、P≤0.045wt%、O≤0.0070wt%、N 0.0165～0.0200wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；
本发明所述钒铬微合金化大规格500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋的制备方法，包括钢水冶炼、脱氧合金化、LF炉精炼、浇铸、钢坯加热及控轧控冷工序，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℃；出钢前钢包按4.0kg/t钢的量，加入下列质量比的含钒生铁：成分C 3.5wt%、Si 0.40wt%、Mn 0.65wt% 、V 1.50wt%、P 0.205wt%、S0.075wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；出钢前向加入含钒生铁的钢包底部按1.0kg/t钢的量，加入渣洗料进行渣洗，出钢过程采用全程底吹氮工艺，氮气流量控制为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% ，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℃；所述渣洗料化学成分Al2O3 21.5wt%，SiO25.2wt%，CaO46.5wt%，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：硅铝钙脱氧剂→硅铁→硅锰合金→高碳锰铁→高碳铬铁→硅氮合金→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铝钙脱氧剂：Si 28.5wt%，Ca 14.5wt%，Al 11.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按5.1～6.7kg/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9.0kg/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8.9～10.9kg/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；按4.9～5.9kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr54.2wt%，C 7.8wt%，P 0.085wt%，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 46.5wt%，N 34.5wt%，C 1.75wt%，P 0.020wt%，S0.018wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.78～0.98kg/t钢的量，加入下列质量比的高氮钒合金：V 77.8wt%，N 19.1wt%，C 1.25wt%，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炉精炼工位进行精炼处理；
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的氩气对钢水进行吹氩处理，然后下电极采用档位5～7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，吹氮结束后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位；
d、钢水浇铸：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1070～1100℃的加热炉中，加热60～70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0.4～0.5m/s的轧制条件下粗轧6个道次；之后在速度为2.5～3.0 m/s的轧制条件下中轧4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80～100m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为940～980℃；最后在速度为8.0～9.0m/s的轧制条件下精轧2～3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1～2个长度2.0mm的短管水冷段装置进行多段分级控冷，水泵开启数2台，水泵压力为1.0～1.2MPa；控冷后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得公称直径28-40mm大规格500MPa细晶耐蚀抗震钢筋。
所述步骤c中，软吹氮时间为2分钟，氮气流量控制为15～20NL/min。
所述步骤d中，中间包温度为1525～1540℃，拉速为2.9～3.1m/min，结晶器冷却水流量为145～150m3/h，二冷比水量为2.1～2.3L/kg。
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d中，铸坯出拉矫机矫直温度≥960℃。
所述e步骤中，钢坯出钢温度为1030～1050℃。
所述f步骤中，控冷后钢筋上冷床温度控制为920～940℃。
本发明钒铬微合金化大规格500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋工艺力学性能、显微组织、维氏硬度差、时效性能见表1-3。
表1 大规格500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋工艺力学性能
Figure DEST_PATH_IMAGE001
表2 大规格500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋金相组织及维氏硬度
Figure 279644DEST_PATH_IMAGE002
表3 大规格500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋时效性能
Figure DEST_PATH_IMAGE003
。
实施例1
a、钢水冶炼：分别按160kg/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 0.20wt%，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% 、P0.080wt%、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1605℃；出钢前钢包按4.0kg/t钢的量，加入下列质量比的含钒生铁：成分C 3.5wt%、Si 0.40wt%、Mn 0.65wt% 、V 1.50wt%、P 0.205wt%、S 0.075wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；出钢前向加入含钒生铁的钢包底部按1.0kg/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)进行渣洗，出钢过程采用全程底吹氮工艺，氮气流量控制为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→高碳铬铁→硅氮合金→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铝钙脱氧剂：Si 28.5wt%，Ca 14.5wt%，Al 11.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按5.1kg/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9.0kg/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8.9kg/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；按4.9kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr 54.2wt%，C 7.8wt%，P 0.085wt%，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 46.5wt%，N 34.5wt%，C 1.75wt%，P 0.020wt%，S 0.018wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.78kg/t钢的量，加入下列质量比的高氮钒合金：V 77.8wt%，N19.1wt%，C 1.25wt%，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，将钢水吊送至氩站进行精炼处理。
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的氩气对钢水进行吹氩处理，然后下电极采用档位5～7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2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1.0 kg/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2.9m/min，结晶器冷却水流量为150m3/h，二冷比水量为2.3L/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985℃。
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70分钟，钢坯出钢温度为1050℃，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3.0 m/s的轧制条件下中轧4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80m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为980℃；最后在速度为9.0m/s的轧制条件下精轧3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1个短管水冷段装置(长度2.0mm)进行分级控冷，水泵开启数2台，水泵压力为1.0MPa；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公称直径28mm大规格500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋：C 0.21wt%、Si 0.45wt%、Mn 1.25wt%、Cr 0.30wt%、V 0.065wt%、S 0.025wt%、P0.028wt%、O 0.0070wt%、N 0.0165wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
实施例1提供的大规格500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋工艺力学性能、显微组织、维氏硬度差见表4-6。
表4 公称直径28mm 500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋工艺力学性能
Figure 55839DEST_PATH_IMAGE004
表5 公称直径28mm500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋金相显微组织及维氏硬度
Figure DEST_PATH_IMAGE005
表6 公称直径28mm 500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋时效性能
Figure 304418DEST_PATH_IMAGE006
。
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 0.22wt%，Si 0.48wt%，Mn 1.32wt% ，P 0.040wt%，S 0.039wt%，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 0.50wt% 、P0.090wt%、S 0.029wt%，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1300℃，铁水成分C 4.4wt%、Si0.35wt%、Mn 0.55wt% 、P 0.095wt%、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22kg/t钢，轻烧白云石加入量为16kg/t钢，菱镁球加入量为0.5kg/t钢，控制终点碳含量0.08wt%，出钢温度1620℃；出钢前钢包按4.0kg/t钢的量，加入下列质量比的含钒生铁：成分C 3.5wt%、Si 0.40wt%、Mn 0.65wt% 、V 1.50wt%、P 0.205wt%、S 0.075wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；出钢前向加入含钒生铁的钢包底部按1.0kg/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)进行渣洗，出钢过程采用全程底吹氮工艺，氮气流量控制为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→高碳铬铁→硅氮合金→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铝钙脱氧剂：Si 28.5wt%，Ca 14.5wt%，Al 11.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按5.9kg/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9.0kg/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9.8kg/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；按5.4kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr 54.2wt%，C 7.8wt%，P 0.085wt%，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 46.5wt%，N 34.5wt%，C 1.75wt%，P 0.020wt%，S 0.018wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.83kg/t钢的量，加入下列质量比的高氮钒合金：V 77.8wt%，N19.1wt%，C 1.25wt%，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，将钢水吊送至氩站进行精炼处理。
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的氩气对钢水进行吹氩处理，然后下电极采用档位5～7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2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1.0 kg/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3.0m/min，结晶器冷却水流量为145m3/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970℃。
e、钢坯加热：将d步骤钢坯送入均热段炉温为1090℃的加热炉中，加热70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0.4m/s的轧制条件下粗轧6个道次；之后在速度为2.5 m/s的轧制条件下中轧4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90m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为960℃；最后在速度为8.0m/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2个短管水冷段装置(每个长度2.0mm)进行多段分级控冷，水泵开启数2台，水泵压力为1.0MPa；控冷后钢筋上冷床温度控制为930℃，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公称直径32mm大规格500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋：C 0.22wt%、Si 0.50wt%、Mn1.32wt%、Cr 0.32wt%、V 0.072wt%、S 0.035wt%、P0.036wt%、O 0.0060wt%、N 0.0185wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
实施例2提供的钒铬微合金化大规格500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋工艺力学性能、显微组织、维氏硬度差见表7-9。
表7 公称直径32mm 500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋工艺力学性能
Figure DEST_PATH_IMAGE007
表8 公称直径32mm 500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋金相显微组织及维氏硬度
Figure 43835DEST_PATH_IMAGE008
表9 公称直径32mm 500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋时效性能
Figure DEST_PATH_IMAGE009
。
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 3.4wt%、Si 0.40wt%、Mn 0.60wt% 、P0.100wt%、S 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%、Si0.45wt%、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℃；出钢前钢包按4.0kg/t钢的量，加入下列质量比的含钒生铁：成分C 3.5wt%、Si 0.40wt%、Mn 0.65wt% 、V 1.50wt%、P 0.205wt%、S 0.075wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；出钢前向加入含钒生铁的钢包底部按1.0kg/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)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/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→高碳铬铁→硅氮合金→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铝钙脱氧剂：Si 28.5wt%，Ca 14.5wt%，Al 11.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按6.7kg/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9.0kg/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10.9kg/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；按5.9kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr 54.2wt%，C7.8wt%，P 0.085wt%，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 46.5wt%，N 34.5wt%，C 1.75wt%，P 0.020wt%，S 0.018wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.98kg/t钢的量，加入下列质量比的高氮钒合金：V77.8wt%，N 19.1wt%，C 1.25wt%，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，将钢水吊送至氩站进行精炼处理。
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的氩气对钢水进行吹氩处理，然后下电极采用档位5～7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2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1.0 kg/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3.1m/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S3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960℃。
e、钢坯加热：将d步骤钢坯送入均热段炉温为1070℃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0.4m/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4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100m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为940℃；最后在速度为8.0m/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2个短管水冷段装置(每个长度2.0mm)进行多段分级控冷，水泵开启数2台，水泵压力为1.2MPa；控冷后钢筋上冷床温度控制为940℃，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公称直径40mm大规格500MPa细晶耐蚀抗震钢筋：C 0.22wt%、Si 0.50wt%、Mn1.32wt%、Cr 0.32wt%、V 0.072wt%、S 0.035wt%、P0.036wt%、O 0.0060wt%、N 0.0185wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
实施例3提供的大规格500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋工艺力学性能、显微组织、维氏硬度差见表10-12。
表10 公称直径40mm 500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋的工艺力学性能
Figure 327049DEST_PATH_IMAGE010
表11 公称直径40mm 500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋的金相显微组织及维氏硬度
Figure DEST_PATH_IMAGE011
表12 公称直径40mm 500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋的时效性能
Figure 946249DEST_PATH_IMAGE012

Claims (7)

1.钒铬微合金化大规格500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋，其特征在于包括以下重量比的化学成分：C 0.21～0.25wt%、Si 0.45～0.55wt%、Mn 1.25～1.40wt%、Cr 0.30～0.35wt%、V0.065～0.080wt%、S≤0.040wt%、P≤0.045wt%、O≤0.0070wt%、N 0.0165～0.0200wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
2.权利要求1所述的钒铬微合金化大规格500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋的制备方法，包括钢水冶炼、脱氧合金化、LF炉精炼、浇铸、钢坯加热及控轧控冷工序，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℃；出钢前钢包按4.0kg/t钢的量，加入下列质量比的含钒生铁：成分C 3.5wt%、Si 0.40wt%、Mn 0.65wt% 、V 1.50wt%、P 0.205wt%、S0.075wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；出钢前向加入含钒生铁的钢包底部按1.0kg/t钢的量，加入渣洗料进行渣洗，出钢过程采用全程底吹氮工艺，氮气流量控制为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% ，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℃；所述渣洗料化学成分Al2O3 21.5wt%，SiO25.2wt%，CaO46.5wt%，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：硅铝钙脱氧剂→硅铁→硅锰合金→高碳锰铁→高碳铬铁→硅氮合金→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铝钙脱氧剂：Si 28.5wt%，Ca 14.5wt%，Al 11.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按5.1～6.7kg/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9.0kg/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8.9～10.9kg/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；按4.9～5.9kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr54.2wt%，C 7.8wt%，P 0.085wt%，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 46.5wt%，N 34.5wt%，C 1.75wt%，P 0.020wt%，S0.018wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.78～0.98kg/t钢的量，加入下列质量比的高氮钒合金：V 77.8wt%，N 19.1wt%，C 1.25wt%，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炉精炼工位进行精炼处理；
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的氩气对钢水进行吹氩处理，然后下电极采用档位5～7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，吹氮结束后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位；
d、钢水浇铸：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1070～1100℃的加热炉中，加热60～70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0.4～0.5m/s的轧制条件下粗轧6个道次；之后在速度为2.5～3.0 m/s的轧制条件下中轧4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80～100m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为940～980℃；最后在速度为8.0～9.0m/s的轧制条件下精轧2～3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1～2个长度2.0mm的短管水冷段装置进行多段分级控冷，水泵开启数2台，水泵压力为1.0～1.2MPa；控冷后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得公称直径28-40mm大规格500MPa细晶耐蚀抗震钢筋。
3.根据权利要求2所述的钒铬微合金化大规格500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋的制备方法，其特征在于，所述步骤c中，软吹氮时间为2分钟，氮气流量控制为15～20NL/min。
4.根据权利要求2所述的钒铬微合金化大规格500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋的制备方法，其特征在于，所述步骤d中，中间包温度为1525～1540℃，拉速为2.9～3.1m/min，结晶器冷却水流量为145～150m3/h，二冷比水量为2.1～2.3L/kg。
5.根据权利要求2所述的钒铬微合金化大规格500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋的制备方法，其特征在于，所述步骤d中，铸坯出拉矫机矫直温度≥960℃。
6.根据权利要求2所述的钒铬微合金化大规格500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋的制备方法，其特征在于，所述e步骤中，钢坯出钢温度为1030～1050℃。
7.根据权利要求2所述的钒铬微合金化大规格500MPa超细晶耐蚀抗震钢筋的制备方法，其特征在于，所述f步骤中，控冷后钢筋上冷床温度控制为920～940℃。
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