CN111534751B - 一种hrb400e超细晶高强韧直条抗震钢筋及其制备方法 - Google Patents

一种hrb400e超细晶高强韧直条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HRB400E超细晶高强韧直条抗震钢筋及其制备方法，所述钢筋具有下列重量百分比的化学成分：C 0.21～0.25 wt%、Si 0.35～0.45wt%、Mn 1.40～1.55wt%、Nb 0.006～0.009wt%、Ti 0.010～0.015wt%、S≤0.040wt%、P≤0.045wt%、O≤0.0040wt%、N≤0.0060wt%，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；本发明在钢中加入铌铁和碳化钛合金，轧钢工序中采用较低的开轧温度、进精轧温度及适当的轧后控冷工艺制得HRB400E超细晶高强韧直条抗震钢筋，本发明所制得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、抗震性能优异等优点。

Description

一种HRB400E超细晶高强韧直条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HRB400E超细晶高强韧直条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。
目前国内已有针对GB/T 1499.2-2018标准实施后HRB400E直条抗震钢筋生产技术的相关研究报道，但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，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。
因此，在GB/T 1499.2-2018范围内，为制备出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、抗震性能优异的HRB400E高强韧直条抗震钢筋，开发一种生产成本低、工艺适用性及控制性强的工艺是极其必要的。
发明内容
为解决以上存在的不足，本发明的第一目的在于提供一种HRB400E超细晶高强韧直条抗震钢筋，本发明的第二目的在于提供一种HRB400E超细晶高强韧直条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HRB400E超细晶高强韧直条抗震钢筋，具有下列重量百分比的化学成分：C 0.21～0.25 wt%、Si 0.35～0.45wt%、Mn 1.40～1.55wt%、Nb 0.006～0.009wt%、Ti 0.010～0.015wt%、S≤0.040wt%、P≤0.045wt%、O≤0.0040wt%、N≤0.0060wt%，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HRB400E超细晶高强韧直条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：
S1、钢水冶炼：将废钢、生铁及铁水分别按130～150kg/t钢、30～40kg/t钢、890～910kg/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22～27kg/t钢，轻烧白云石加入量为18～22kg/t钢，菱镁球加入量为0.5～1.0kg/t钢，控制终点碳含量≥0.07wt%，出钢温度≤1640℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰进行渣洗，石灰加入量为1.0kg/t钢，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为20～25NL/min；所述废钢化学成分C 0.18～0.24wt%，Si 0.40～0.60wt%，Mn 1.20～1.40wt% ，P 0.022～0.045wt%，S 0.015～0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述生铁化学成分C 3.0～3.3wt%、Si 0.15～0.30wt%、Mn 0.50～0.80wt% 、P 0.075～0.090wt%、S 0.015～0.025wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述铁水化学成分C 4.2～4.8wt%、Si 0.25～0.45wt%、Mn 0.40～0.60wt% 、P 0.090～0.120wt%、S≤0.040wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，所述铁水温度≥1300℃；
S2、脱氧合金化：将S1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→铌铁，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 37.5wt%，Ca15.5wt%，Al 11.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按3.5～5.1kg/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9.1kg/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11.0～13.0kg/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0.10～0.15kg/t钢的量，加入下列质量比的铌铁：Nb 65.3wt%，Si 5.2wt%，C0.85wt%，P 0.45wt%，S 0.055wt%，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；
S3、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20～30NL/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，控制渣碱度为5.0～6.0；按0.24～0.36kg/t钢的量，加入具有下列质量比的碳化钛合金：Ti 69.5wt%，C 19.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，之后再吹氩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1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位；
S4、钢水浇铸：在中间包温度为1525～1540℃，拉速为2.6～2.8m/min，结晶器冷却水流量为120～130m3/h，二冷比水量为1.6～1.8L/kg的条件下，采用小方坯铸机将S3步骤的钢水浇铸成断面150mm×150mm的钢坯；
S5、钢坯加热：将钢坯送入均热段炉温为1040～1080℃的加热炉中，加热60～80分钟，钢坯出钢之后推送至全连续式棒材轧机进行轧制；
S6、钢坯控轧控冷：将钢坯在速度为0.5～1.0m/s的轧制条件下粗轧6个道次；之后在速度为3.0～4.0 m/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60~80m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为890～930℃；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1～2段水冷段装置(每段长度5米)进行控冷，水泵开启数1～2台，水泵压力为1.5～2.0MPa；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、本发明制备方法的轧钢工序采用较低的开轧温度、精轧前预水冷控制及适当的轧后控冷工艺，细化了原始奥氏体晶粒，在形变奥氏体中形成大量形变带，增加了奥氏体向铁素体转变时铁素体晶粒的形核位置及形核速率，使铁素体晶粒显著细化，晶粒度达12.0级以上，细晶强化效果显著，同时改善了钢的塑韧性；钢中加入铌铁和碳化钛合金，控制较低的开轧温度、进精轧温度及适当的轧后控冷工艺，NbC、TiC沉淀析出的驱动力增加，在低温铁素体区基体、晶界及位错线上析出了大量细小弥散的第二相，使铁素体基体得到强化，钢的强度显著提高，同时改善了钢的焊接、时效等性能；钢筋横截面中心部位形成含量1～3%粒状贝氏体，其位错密度较高，位错处分布均匀细小的碳化物颗粒，可以显著提高钢的抗拉强度，改善抗震性能。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、析出强化及多相组织复合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、低应变时效性、抗震性能优异等优点；
2、本发明制备方法具有生产成本低、工艺适用性及控制性强等特点，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60元/t钢以上，大幅降低了GB/T 1499.2-2018实施后HRB400E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HRB400E超细晶高强韧直条抗震钢筋，具有下列重量百分比的化学成分：C 0.21～0.25 wt%、Si 0.35～0.45wt%、Mn 1.40～1.55wt%、Nb 0.006～0.009wt%、Ti0.010～0.015wt%、S≤0.040wt%、P≤0.045wt%、O≤0.0040wt%、N≤0.0060wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；
本发明一种HRB400E超细晶高强韧直条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，具体于包括以下步骤：
S1、钢水冶炼：将废钢、生铁及铁水分别按130～150kg/t钢、30～40kg/t钢、890～910kg/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22～27kg/t钢，轻烧白云石加入量为18～22kg/t钢，菱镁球加入量为0.5～1.0kg/t钢，控制终点碳含量≥0.07wt%，出钢温度≤1640℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰进行渣洗，石灰加入量为1.0kg/t钢，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为20～25NL/min；所述废钢化学成分C 0.18～0.24wt%，Si 0.40～0.60wt%，Mn 1.20～1.40wt% ，P 0.022～0.045wt%，S 0.015～0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述生铁化学成分C 3.0～3.3wt%、Si 0.15～0.30wt%、Mn 0.50～0.80wt% 、P 0.075～0.090wt%、S 0.015～0.025wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述铁水化学成分C 4.2～4.8wt%、Si 0.25～0.45wt%、Mn 0.40～0.60wt% 、P 0.090～0.120wt%、S≤0.040wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，所述铁水温度≥1300℃；
S2、脱氧合金化：将S1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→铌铁，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 37.5wt%，Ca15.5wt%，Al 11.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按3.5～5.1kg/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9.1kg/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11.0～13.0kg/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0.10～0.15kg/t钢的量，加入下列质量比的铌铁：Nb 65.3wt%，Si 5.2wt%，C0.85wt%，P 0.45wt%，S 0.055wt%，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；
S3、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20～30NL/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，控制渣碱度为5.0～6.0；按0.24～0.36kg/t钢的量，加入具有下列质量比的碳化钛合金：Ti 69.5wt%，C 19.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，之后再吹氩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1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位；
S4、钢水浇铸：在中间包温度为1525～1540℃，拉速为2.6～2.8m/min，结晶器冷却水流量为120～130m3/h，二冷比水量为1.6～1.8L/kg的条件下，采用小方坯铸机将S3步骤的钢水浇铸成断面150mm×150mm的钢坯；
S5、钢坯加热：将钢坯送入均热段炉温为1040～1080℃的加热炉中，加热60～80分钟，钢坯出钢之后推送至全连续式棒材轧机进行轧制；
S6、钢坯控轧控冷：将钢坯在速度为0.5～1.0m/s的轧制条件下粗轧6个道次；之后在速度为3.0～4.0 m/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60~80m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为890～930℃；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1～2段水冷段装置(每段长度5米)进行控冷，水泵开启数1～2台，水泵压力为1.5～2.0MPa；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S4中，钢水浇铸成断面钢坯采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机。
所述步骤S4中，铸坯出拉矫机矫直温度控制为1010～1030℃。
所述步骤S4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S5中，钢坯出钢温度为980～1010℃。
所述步骤S6中，控冷后钢筋上冷床温度控制为820～860℃。
本发明提供的HRB400E超细晶高强韧直条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 HRB400E直条细晶高强韧抗震钢筋工艺力学性能
Figure 488888DEST_PATH_IMAGE001
表2HRB400E直条细晶高强韧抗震钢筋金相显微组织及维氏硬度
Figure 568839DEST_PATH_IMAGE002
。
实施例1
S1、钢水冶炼：分别按130kg/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 0.18wt%，Si 0.40wt%，Mn 1.20wt% ，P 0.022wt%，S 0.015wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)及生铁(化学成分：C 3.0wt%、Si 0.15wt%、Mn 0.50wt% 、P0.075wt%、S 0.015wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)；之后按910kg/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 4.2wt%、Si0.25wt%、Mn 0.40wt% 、P 0.090wt%、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22kg/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0.11wt%，出钢温度1620℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰进行渣洗，石灰加入量为1.0kg/t钢，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为20NL/min。
S2、脱氧合金化：将S1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→铌铁，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 37.5wt%，Ca15.5wt%，Al 11.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按3.5kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si 73.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按9.1kg/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11.0kg/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0.10kg/t钢的量，加入下列质量比的铌铁：Nb 65.3wt%，Si 5.2wt%，C 0.85wt%，P0.45wt%，S 0.055wt%，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。
S3、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2.0kg/t钢调渣，反之加预熔型精炼渣1.0kg/t钢调整，控制渣碱度为5.0；按0.24kg/t钢的量，加入具有下列质量比的碳化钛合金：Ti 69.5wt%，C 19.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，之后再吹氩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1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位。
S4、钢水浇铸：在中间包温度为1540℃，拉速为2.6m/min，结晶器冷却水流量为130m3/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控制为1010℃。
S5、钢坯加热：将S4步骤钢坯送入均热段炉温为1040℃的加热炉中，加热60分钟，钢坯出钢温度为980℃，之后推送至全连续式棒材轧机进行轧制。
S6、钢坯控轧控冷：将S5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4.0 m/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80m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为890℃；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段水冷段装置(每段长度5米)进行控冷，水泵开启数2台，水泵压力为1.5MPa；控冷后钢筋上冷床温度控制为820℃，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HRB400E直条细晶高强韧抗震钢筋： C0.21 wt%、Si 0.35wt%、Mn 1.40wt%、Nb 0.006wt%、Ti 0.010wt%、S 0.018wt%、P 0.025wt%、O 0.0040wt%、N 0.0045wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
实施例1的HRB400E超细晶高强韧直条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HRB400E超细晶高强韧直条抗震钢筋工艺力学性能
Figure 594564DEST_PATH_IMAGE003
表4 实施例1HRB400E超细晶高强韧直条抗震钢筋金相显微组织及维氏硬度
Figure 205805DEST_PATH_IMAGE004
。
实施例2
S1、钢水冶炼：分别按140kg/t钢、35kg/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 0.50wt%，Mn 1.30wt% ，P 0.034wt%，S 0.026wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)及生铁(化学成分：C 3.1wt%、Si 0.22wt%、Mn 0.65wt% 、P0.082wt%、S 0.020wt%，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 4.5wt%、Si0.35wt%、Mn 0.50wt% 、P 0.105wt%、S 0.032wt%，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20kg/t钢，菱镁球加入量为0.8kg/t钢，控制终点碳含量0.08wt%，出钢温度1630℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰进行渣洗，石灰加入量为1.0kg/t钢，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为25NL/min。
S2、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→铌铁，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 37.5wt%，Ca15.5wt%，Al 11.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按4.6kg/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9.1kg/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12.0kg/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0.13kg/t钢的量，加入下列质量比的铌铁：Nb 65.3wt%，Si 5.2wt%，C 0.85wt%，P0.45wt%，S 0.055wt%，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。
S3、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25NL/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1.6kg/t钢调整，控制渣碱度为5.5；按0.30kg/t钢的量，加入具有下列质量比的碳化钛合金：Ti 69.5wt%，C 19.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，之后再吹氩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1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位。
S4、钢水浇铸：在中间包温度为1532℃，拉速为2.7m/min，结晶器冷却水流量为125m3/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控制为1020℃。
S5、钢坯加热：将S4步骤钢坯送入均热段炉温为1060℃的加热炉中，加热70分钟，钢坯出钢温度为1000℃，之后推送至全连续式棒材轧机进行轧制。
S6、钢坯控轧控冷：将S5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3.5 m/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910℃；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2段水冷段装置(每段长度5米)进行控冷，水泵开启数1台，水泵压力为1.8MPa；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HRB400E直条细晶高强韧抗震钢筋： C0.23 wt%、Si 0.40wt%、Mn 1.48wt%、Nb 0.008wt%、Ti 0.012wt%、S 0.030wt%、P 0.034wt%、O 0.0032wt%、N 0.0050wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
实施例2的HRB400E超细晶高强韧直条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HRB400E超细晶高强韧直条抗震钢筋工艺力学性能
Figure 670285DEST_PATH_IMAGE005
表6 实施例2的HRB400E超细晶高强韧直条抗震钢筋金相显微组织及维氏硬度
Figure 542426DEST_PATH_IMAGE006
。
实施例3
S1、钢水冶炼：分别按150kg/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 0.24wt%，Si 0.60wt%，Mn 1.40wt% ，P 0.045wt%，S 0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)及生铁(化学成分：C3.3wt%、Si 0.30wt%、Mn 0.80wt% 、P0.090wt%、S 0.025wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)；之后按890kg/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1340℃，铁水成分C 4.8wt%、Si0.45wt%、Mn 0.60wt% 、P 0.120wt%、S0.040wt%，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27kg/t钢，轻烧白云石加入量为22kg/t钢，菱镁球加入量为1.0kg/t钢，控制终点碳含量0.07wt%，出钢温度1640℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰进行渣洗，石灰加入量为1.0kg/t钢，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为25NL/min。
S2、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→铌铁，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 37.5wt%，Ca15.5wt%，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 73.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按9.1kg/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13.0kg/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0.15kg/t钢的量，加入下列质量比的铌铁：Nb 65.3wt%，Si 5.2wt%，C 0.85wt%，P0.45wt%，S 0.055wt%，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。
S3、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30NL/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，控制渣碱度为6.0；按0.36kg/t钢的量，加入具有下列质量比的碳化钛合金：Ti 69.5wt%，C 19.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，之后再吹氩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1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位。
S4、钢水浇铸：在中间包温度为1525℃，拉速为2.8m/min，结晶器冷却水流量为120m3/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1030℃。
S5、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80分钟，钢坯出钢温度为1010℃，之后推送至全连续式棒材轧机进行轧制。
S6、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80m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为930℃；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2段水冷段装置(每段长度5米)进行控冷，水泵开启数2台，水泵压力为2.0MPa；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HRB400E直条细晶高强韧抗震钢筋： C0.25 wt%、Si 0.45wt%、Mn 1.55wt%、Nb 0.009wt%、Ti 0.015wt%、S 0.040wt%、P 0.045wt%、O 0.0028wt%、N 0.0060wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
实施例3的HRB400E超细晶高强韧直条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的HRB400E超细晶高强韧直条抗震钢筋工艺力学性能
Figure 801369DEST_PATH_IMAGE007
表8 实施例3的HRB400E超细晶高强韧直条抗震钢筋金相显微组织及维氏硬度
Figure 883594DEST_PATH_IMAGE008
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Claims (6)

1.一种HRB400E超细晶高强韧直条抗震钢筋的制备方法，其特征在于，具有下列重量百分比的化学成分：C 0.21~0.25wt%、Si 0.35~0.45wt%、Mn 1.40~1.55wt%、Nb 0.006~0.009wt%、Ti 0.010~0.015wt%、S≤0.040wt%、P≤0.045wt%、O≤0.0040wt%、N≤0.0060wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述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：
S1、钢水冶炼：将废钢、生铁及铁水分别按130~150kg/t钢、30~40kg/t钢、890~910kg/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22~27kg/t钢，轻烧白云石加入量为18~22kg/t钢，菱镁球加入量为0.5~1.0kg/t钢，控制终点碳含量≥0.07wt%，出钢温度≤1640℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰进行渣洗，石灰加入量为1.0kg/t钢，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为20~25NL/min；所述废钢化学成分C 0.18~0.24wt%，Si 0.40~0.60wt%，Mn 1.20~1.40wt%，P 0.022~0.045wt%，S 0.015~0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述生铁化学成分C 3.0~3.3wt%、Si 0.15~0.30wt%、Mn 0.50~0.80wt%、P 0.075~0.090wt%、S 0.015~0.025wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述铁水化学成分C 4.2~4.8wt%、Si 0.25~0.45wt%、Mn 0.40~0.60wt%、P 0.090~0.120wt%、S≤0.040wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，所述铁水温度≥1300℃；
S2、脱氧合金化：将S1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→铌铁，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 37.5wt%，Ca 15.5wt%，Al11.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按3.5~5.1kg/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9.1kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn65.9wt%，Si 17.6wt%，C 1.9wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按11.0~13.0kg/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0.10~0.15kg/t钢的量，加入下列质量比的铌铁：Nb 65.3wt%，Si 5.2wt%，C 0.85wt%，P0.45wt%，S 0.055wt%，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；
S3、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20~30NL/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，控制渣碱度为5.0~6.0；按0.24~0.36kg/t钢的量，加入具有下列质量比的碳化钛合金：Ti 69.5wt%，C 19.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，之后再吹氩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；
S4、钢水浇铸：在中间包温度为1525~1540℃，拉速为2.6~2.8m/min，结晶器冷却水流量为120~130m3/h，二冷比水量为1.6~1.8L/kg的条件下，采用小方坯铸机将S3步骤的钢水浇铸成断面150mm×150mm的钢坯；
S5、钢坯加热：将钢坯送入均热段炉温为1040~1080℃的加热炉中，加热60~80分钟，钢坯出钢之后推送至全连续式棒材轧机进行轧制；
S6、钢坯控轧控冷：将钢坯在速度为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60~80m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为890~930℃；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1~2段水冷段装置进行控冷，水泵开启数1~2台，水泵压力为1.5~2.0MPa；控冷后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得目标物。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，钢水浇铸成断面钢坯采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，铸坯出拉矫机矫直温度控制为1010~1030℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，钢坯出钢温度为980~1010℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S6中，控冷后钢筋上冷床温度控制为820~860℃。
6.一种根据权利要求1~5任一所述制备方法获得的HRB400E超细晶高强韧直条抗震钢筋。
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