CN111763886B - 一种400MPa级热轧盘螺及其生产方法 - Google Patents

一种400MPa级热轧盘螺及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种400MPa级热轧盘螺及其生产方法，所述400MPa级热轧盘螺化学成分按重量百分比计为：C 0.20～0.25％、Si 0.3～0.8％、Mn 1.0～1.4％、P≦0.035％、S≦0.035％、B 0.0003～0.0038％、其余为Fe及不可避免的杂质。本发明所述400MPa级热轧盘螺金相组织主要为铁素体+珠光体，没有回火马氏体，可能出现少量贝氏体，贝氏体≤8％，铁素体+珠光体≥92％，晶粒度为8.5～10级，拉伸试验屈服点明显。

Description

一种400MPa级热轧盘螺及其生产方法
技术领域
本发明涉及钢铁长材产品及其生产方法，属于钢铁冶金生产制造领域，特别涉及一种400MPa级热轧盘螺及其生产方法。
背景技术
螺纹钢，全称：钢筋混凝土用热轧带肋钢筋，属于量大面广的钢铁产品，近几年国内产销量超过2亿吨/年。按照外形分直条、盘条两类，螺纹钢盘条，简称“盘螺”。热轧带肋钢筋最新国家标准GB/T1499.2—2018条款中，取消了335MPa级螺纹钢，最低强度级别变为400MPa级；同时新增了螺纹钢金相组织的要求和检测方法，规定不能出现回火马氏体组织，从而严格控制强穿水工艺生产螺纹钢，杜绝“地条钢”。新国标颁布实施后，以前被大量企业采用的强穿水工艺被限制使用或被淘汰，为了满足国标GB/T1499.2—2018对钢筋组织和性能的高标准、严要求，钢铁企业常常通过添加一定量的合金元素来提高强度和满足组织要求，一般大幅提高Si、Mn合金以及添加Nb、V、Ti、N等微合金。这样一来，导致上述合金价格一路飙升，从而给企业的生产经营带来了巨大挑战。
长期以来，我国生产的400MPa级及以上强度级别的热轧带肋钢筋主要采用V或V-N微合金化工艺，采用该工艺生产的钢筋，金相组织主要为铁素体+珠光体，且工艺窗口宽，现场操作简单易行，延性好、强屈比大，尤其适合生产抗震螺纹钢。除了上述微合金化工艺外，一些企业为了降低成本，不添加微合金元素而是采用强穿水工艺生产热轧钢筋，该工艺生产的钢筋最外层常常出现回火马氏体组织。新国家标准的实施使得钢筋生产企业开始大量采用传统V或V-N微合金工艺，造成钒铁需求大幅度增加；另一方面，随着国家环保整治力度的加强，禁止随意开采矿产资源，钒合金资源供应紧张，多因素叠加导致钒合金价格急剧上涨，造成传统钒或钒氮微合金化工艺钢筋生产成本大大提高。
为了降低生产成本，很多企业开始尝试采用Nb、Ti、Nb-Ti或Nb-V复合微合金化，但采用该类微合金化技术生产的钢筋在进行力学性能检测时，拉伸试验过程中常常出现屈服点不明显或没有屈服点的现象，分析原因主要是钢中有较多的贝氏体等硬相组织。虽然GB/T1499.2—2018标准中规定：对于没有明显屈服强度的钢筋，下屈服强度特征值Rel应采用规定塑性延伸强度Rp0.2。但国内用户包括建筑施工检测部门多数不具备测试Rp0.2的设备和能力，因为用来测试Rp0.2的引伸计价格不菲，且属易损耗件。因此，屈服点不明显或没有屈服点的钢筋虽然符合标准要求，但不符合大多数用户要求，产生的此类质量抱怨较多。另外，钢筋如果没有明显屈服点，施工后其在服役过程中的安全预警作用将大大降低。
经检索，中国专利申请号为CN200810019404.X(公开号为CN 101255492A)的专利文献，公开了“预防铌微合金化热轧带肋钢筋无明显屈服点的生产方法”，根据环境温度的不同，对加热温度、上冷床温度分别给出了温度范围，但加热温度偏低为1040～1120℃，低的加热温度不利于铌元素的固溶，不但影响微合金元素的充分利用，而且对轧机设备能力要求较高。另外，该专利申请为了使钢筋出现明显屈服点，上冷床温度控制较低为820～910℃，轧制后水冷强度较大，导致钢筋最外层出现细晶层，钢筋组织的均匀性较差。采用该专利出现钢筋屈服点不明显的概率＜1％，并不能完全杜绝钢筋无明显屈服点的现象。
中国专利申请号为CN201811549673.7(公开号为CN 109735699A)的专利文献，公开了“预防含铌热轧带肋钢筋无明显屈服点的生产方法”，所述热轧带肋钢筋的铌含量为0.01～0.04wt％，成本也不低廉。除此之外，所述热轧带肋钢筋为直径20～36mm的直条棒材，并不适用20mm以下的棒材或盘螺。
中国专利申请号为CN201610796076.9(公开号为CN 106319179A)的专利文献，公开了“一种HRB400盘螺细晶粒钢筋的生产工艺”，所述工艺控制轧制入口温度900-950℃，热轧后的钢筋进行冷却，控制吐丝温度为820～840℃，控制输送辊道线前端速度为0.35～0.40m/s，后端速度为0.80～0.90m/s。轧制温度较高但吐丝温度较低，意味着精轧后冷却水箱冷却较快，这极易导致多道次轧制的小规格盘条在冷却水箱内堆钢、冲钢；除此之外，上述斯太尔摩输送辊道较慢，不利于生产效率提高，生产成本高，企业生产动力不足，产量无法规模化。
中国专利申请号为CN201410660168.5(公开号为CN 104357741A)的专利文献，公开了“一种HRB400E高强度抗震钢筋盘螺及其生产方法”，组分组成：C 0.20～0.25％、Si0.30～0.40％、Mn 0.90～1.10％、V 0.010～0.015％、P≦0.045％、S≦0.045％，其余为Fe。其中V是通过VN16合金添加，该发明含有一定量的高价钒合金，不利于低成本生产控制。同时，该生产方法下所得的钢筋有无明显屈服点尚不明确。
发明内容
针对现有技术存在的钢筋生产成本高、无明显屈服点、现场堆冲钢工艺故障多等不足，本发明第一目的在于提供一种400MPa级热轧盘螺，规格为Φ6-14mm；金相组织主要为铁素体+珠光体，没有回火马氏体，可能出现少量贝氏体，贝氏体≤8％，铁素体+珠光体≥92％，晶粒度为8.5～10级，拉伸试验屈服点明显。
本发明第二目的在于提供一种400MPa级热轧盘螺生产方法，工艺适应能力强，而且加热温度较高，可在高温下轧制，降低了轧机负荷，有利于提高生产效率，另外，工艺窗口宽，有利于现场操作和生产顺行，成本大幅降低。
为进一步实现上述第一目的，本发明采用以下技术方案：一种400MPa级热轧盘螺，其化学成分按重量百分比计为：C 0.20～0.25％、Si 0.3～0.8％、Mn 1.0～1.4％、P≦0.035％、S≦0.035％、B 0.0003～0.0038％、其余为Fe及不可避免的杂质。
以下对本发明钢中各元素作用进行分析说明：
C：C是钢铁材料中最廉价、最有效的强化元素，溶入基体中，能起到固溶强化作用，C含量若低于0.20％，则难以保证钢筋的屈服强度和抗拉强度，C含量若高于0.25％，碳当量Ceq较高，恶化钢的韧性和可焊接性，国家标准GB/T1499.2规定不能超过0.25％。因此，将C含量控制在0.20～0.25％。所述C含量优选为0.22～0.25％。
Si：以固溶状态存在于钢中提高强度，也是炼钢的脱氧元素，在保证钢筋韧性、弯曲性能合格的前提下，尽量多采用廉价的Si元素，但含量不宜过高，以免降低钢的韧性和塑性，且国家标准GB/T1499.2规定其含量不超过0.80％。故控制在0.3～0.8％。所述Si含量优选为0.4～0.7％。
Mn：Mn溶于铁素体中提高钢的强度，可降低过冷奥氏体转变温度，细化铁素体晶粒，对提高钢筋强度和韧性均有益。但是，Mn也是易偏析元素，含量越高越易发生偏析，成分偏析会导致钢筋在连续冷却时贝氏体组织的产生，不利于钢筋获得明显屈服点，故控制在1.0～1.40％。所述Mn含量优选为1.15～1.40％。
P、S：P、S在本钢中属于有害元素，一般是其含量越低越好，考虑到炼钢实际控制及生产成本因素，故控制P≤0.035％、S≤0.035％。
B：B在合金钢中主要是提高钢材淬透性，但钢筋中并不涉及淬透性能。在本发明中，B是强氮化物形成元素，生成细小弥散的BN可产生沉淀强化效果，提高钢的强度，且与O元素有很强的亲和力，可减少钢中游离态氧、氮元素，有利于消除钢筋的时效现象，但B含量过高时会恶化钢的强度和韧性，故含量控制在0.0003～0.0038％。所述B含量优选为0.0004～0.0035％。
为了实现上述第二目的，本发明采用以下技术方案：一种400MPa级热轧盘螺生产方法，包括下述步骤：
(1)铁水预处理：高炉所出铁水经脱硫工艺后P、S含量控制为：[P]＜0.015wt％、[S]＜0.015wt％；
(2)转炉炼钢：控制废钢装入量占总装入量6～10％；终点采用高拉补吹工艺；转炉终点C控制0.1～0.35％；出钢温度≥1650℃；滑板挡渣出钢，钢包渣层厚度≤120mm；钢水出至2/3时合金、增碳剂必须全部加入。
(3)氩站吹氩：加入MnSi合金后吹氩4～12min，然后测温、取样，成分调整按目标值控制。
(4)保护连铸及铸坯尺寸：采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，中包保护渣采用低碳碱性保护渣。连续浇铸中包钢水过热度：20～32℃，前两炉过热度：22～42℃；连铸坯断面尺寸为200mm×200mm、220mm×220mm及以上。
(5)铸坯加热：热均热段温度为1100～1220℃，不得过热、过烧，加热总时间≥100min，同坯断面温差≤35℃。
(6)开轧温度：980～1080℃。
(7)末机架速度：110～135m/s。
(8)吐丝温度：780～960℃。
(9)冷却方式：在斯太尔摩风冷辊道前半段以3～7℃/S快速冷却至580—650℃；随后以1.0～1.5℃/S速度冷却至550-600℃，特别在冬季或寒冷气候下轧制8mm及以下规格时应开启18#—24#保温罩；最后以0.3～1.0℃/S速度冷却至320℃以下进行集卷。
(10)冷却风机使用状态：1#～2#开启70—90％，3#开启0—60％，4#～12#关闭。
以下对本发明生产方法进行分析说明：
控制废钢比6～10％：转炉冶炼时，控制较低的废钢装入量，减少钢水中Cr、Nb、V、Cu、Ni等残余合金元素，根据亚共析钢奥氏体冷却转变机理，上述合金元素均可扩大过冷奥氏体稳定区，使C曲线右移，抑制先共析铁素体的形成，促进后期过冷奥氏体向贝氏体的转变。
大压缩比轧制成材：本发明采用断面尺寸为200mm×200mm、220mm×220mm及以上的连铸坯轧制，相对于绝大多数企业150mm×150mm、160mm×160mm连铸坯轧制，具有较大的压缩比特征，通过大变形量轧制能增加铸坯压缩率，有利于提高钢筋显微晶粒细小且均匀，有利于钢材强度和韧性的提高，此外，可减少贝氏体形核与长大。
高温加热和轧制：采用均热锻1100～1220℃高温加热，以及较长加热时间，有利于各组分在钢中的扩散均匀，减少偏析，有益于显微组织均匀和性能稳定。
较高较宽的开轧温度：相对于低温轧制，高温轧制可大幅减少轧机负荷和轧辊损耗，极大降低生产成本；较宽的温度范围，意味着该生产工艺窗口宽，有利于现场操作和生产顺行。
较低的吐丝温度和分段冷却制度：根据热模拟试验绘制出钢的CCT曲线可知，当以大于1.0℃/S速度冷却至550℃时将可能产生贝氏体，当以大于2.5℃/S速度冷却至437℃时将产生马氏体，因此，必须严格控制各区间冷却温度和斯太尔摩冷却速度。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明所述热轧盘螺规格为Φ6-14mm，热轧屈服强度Rel≥400MPa，Rm≥540MPa，延伸率A≥16％，Agt≥9％，强屈比≥1.25，屈标比≤1.30，金相组织主要为铁素体+珠光体，没有回火马氏体，贝氏体≤8％，铁素体+珠光体≥92％，晶粒度为8.5～10级，拉伸试验屈服点明显。
2、本发明与现有技术添加钒铌、钒氮微合金化技术相比，在成本大幅降低的前提下，工艺适应能力强，而且加热温度较高，可在高温下轧制，降低了轧机负荷，有利于提高生产效率，另外，工艺窗口宽，有利于现场操作和生产顺行。
3、本发明工艺不复杂，产品性能较稳定。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本发明热模拟试验绘制出钢CCT曲线；
图2是本发明实施后钢筋的显微组织。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。以下的实施例用于阐述本发明，但本发明并不局限以下实施例。
表1为本发明各实施例和对比例的化学成分取值；
表2为本发明各实施例和对比例冶炼过程工艺参数；
表3为本发明各实施例和对比例轧制过程工艺参数；
表4为本发明各实施例和对比例试验效果。
本发明各实施例按照以下步骤生产：
(1)铁水预处理，高炉所出铁水经脱硫工艺后P、S含量控制为：[P]＜0.015wt％、[S]＜0.015wt％；
(2)转炉炼钢，控制废钢装入量占总装入量6～10％；终点采用高拉补吹工艺；转炉终点C控制0.1～0.35％；出钢温度≥1650℃；滑板挡渣出钢，钢包渣层厚度≤120mm；钢水出至2/3时合金、增碳剂必须全部加入。
(3)氩站吹氩，加入MnSi合金后吹氩4～12min，然后测温、取样，成分调整按目标值控制。
(4)保护连铸及铸坯尺寸，采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，中包保护渣采用低碳碱性保护渣。连续浇铸中包钢水过热度：20～32℃，前两炉过热度：22～42℃；连铸坯断面尺寸为200mm×200mm、220mm×220mm及以上。
(5)铸坯加热，热均热段温度为1100～1220℃，不得过热、过烧，加热总时间≥100min，同坯断面温差≤35℃。
(6)开轧温度：980～1080℃。
(7)末机架速度：110～135m/s。
(8)吐丝温度：780～960℃。
(9)冷却方式：在斯太尔摩风冷辊道前半段以3～7℃/S快速冷却至580—650℃；随后以1.0～1.5℃/S速度冷却至550-600℃，特别在冬季或寒冷气候下轧制8mm及以下规格时应开启18#—24#保温罩；最后以0.3～1.0℃/S速度冷却至320℃以下进行集卷。
(10)冷却风机使用状态：1#～2#开启70—90％，3#开启0—60％，4#～12#关闭。
表1化学成分wt％
Figure BDA0002561851640000081
Figure BDA0002561851640000091
表2冶炼过程工艺参数
Figure BDA0002561851640000092
表3轧制过程工艺参数
Figure BDA0002561851640000101
表4试验效果
Figure BDA0002561851640000102
Figure BDA0002561851640000111
注：表4中F+P表示铁素体和珠光体。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种400MPa级热轧盘螺的生产方法，其特征在于，所述400MPa级热轧盘螺的化学成分按重量百分比计为：C 0.22~0.25%、Si 0.4~0.7%、Mn1.15~1.40%、P≦0.035%、S≦0.035%、B 0.0004~0.0035%、其余为Fe及不可避免的杂质；
400MPa级所述的热轧盘螺的生产方法包括下述步骤：
(1)铁水预处理：高炉所出铁水经脱硫工艺后P、S含量控制为：[P]＜0.015 wt % 、[S]＜0.015 wt %；
(2)转炉炼钢：控制废钢装入量占总装入量6~10%；终点采用高拉补吹工艺；转炉终点C控制0.1~0.35%；出钢温度≥1650℃；滑板挡渣出钢，钢包渣层厚度≤120mm；钢水出至2/3时合金、增碳剂必须全部加入；
(3)氩站吹氩：加入MnSi合金后吹氩4~12min，然后测温、取样，成分调整按目标值控制；
(4)保护连铸及铸坯尺寸：采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，中包保护渣采用低碳碱性保护渣；连续浇铸中包钢水过热度：20~32℃，前两炉过热度：22~42℃；连铸坯断面尺寸为200mm×200mm、220mm×220mm或以上；
(5)铸坯加热：热均热段温度为1100~1220℃，不得过热、过烧，加热总时间≥100 min，同坯断面温差≤35℃；
(6)开轧温度：980~1080℃；
(7)末机架速度：110~135 m/s；
(8)吐丝温度：780~960℃；
(9)冷却方式：在斯太尔摩风冷辊道前半段以3~7℃/s快速冷却至580~650℃；随后以1.0~1.5℃/s速度冷却至550-600℃，在冬季或寒冷气候下轧制8mm及以下规格时应开启18#~24#保温罩；最后以0.3~1.0℃/s速度冷却至320℃以下进行集卷；
(10)冷却风机使用状态：1#~2# 开启70~90％，3#开启0~60％，4#~12# 关闭。
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