CN112281071A

CN112281071A - 一种经济型的500MPa级别钢筋及其制备方法

Info

Publication number: CN112281071A
Application number: CN202011196849.2A
Authority: CN
Inventors: 朱海涛; 聂文金; 金玉静; 桂海峰; 龚琰; 张康; 徐天明; 黄斌
Original assignee: Jiangsu Shagang Group Co Ltd; Zhangjiagang Rongsheng Special Steel Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Shagang Group Co Ltd; Zhangjiagang Rongsheng Special Steel Co Ltd
Priority date: 2020-10-31
Filing date: 2020-10-31
Publication date: 2021-01-29

Abstract

本申请公开了一种经济型的500MPa级别钢筋及其制备方法，包含的组分及重量百分比为：C：0.20~0.25wt%，Mn≤1.60wt%，Si≤0.80%，P≤0.045%，S≤0.045%,Ti≥0.05%，其余为铁及不可避免的杂质元素；其制备方法的关键Si含量由硅锰、硅铁合金带入，出钢过程添加钛铁；与现有500MPa级别传统钒、铌热轧工艺相比，合金消耗低，不含贵重金属元素，经济节约，有利于降低成本。

Description

一种经济型的500MPa级别钢筋及其制备方法

技术领域

本发明属于结构钢冶金技术领域，特别涉及一种经济型的500MPa级别钢筋及其制备方法。

背景技术

据统计，2019年中国钢铁产销量为12.05亿吨，钢筋产销量为2.5亿吨，约占20.74％，钢筋产品中500MPa级别占比超过80％；新国标GB/T1499.2实施以来，超过85％以上的企业生产HRB500添加0.025％以上的钒，利用钒元素在钢中形成碳氮化物，起到沉淀强化及析出强化的作用，从而进一步提高钢筋的强度。其余采用Nb、Ti微合金化，钒微合金化工艺与Ti微合金化相比，收得率稳定受控，与Nb微合金化相比，可与氮有较强的亲和力，可以优先形成碳氮化物，在正常加热温度下即可溶解，并在随后的轧制和冷却中重新析出提升强度。基于V的优势，近年来市场价格波动较大，最高价上涨至88万元/吨，给高强度螺纹钢的生产及价格稳定带来很大影响。为此，铌、钛微合金化工艺生产势在必行，开发Nb、Ti微合金化螺纹钢具有极大的经济价值，可以在V价格波时掌握主动，避免成本的高涨,但铌微合金化细晶粒钢均为Nb含量在0.025-0.035％及以上的成分体系，存在成品贝氏体含量≥8％，无明显屈服平台问题，对下游用户及检测造成很大的困扰，钛微合金化由于国内资源丰富，价格稳定受控，优势明显，且Ti与V、Nb一样，作为细化晶粒、析出强化元素，对提升钢的强韧性起到关键作用，如Ti微合金元素在钢中阻止奥氏体晶粒粗化、细化铁素体晶粒、提高奥氏体再结晶温度、改善钢的焊接性能等，通过在钢中添加微量的Ti,可保证钢在碳当量较低的情况下，利Ti碳、氮化物弥散析出提高钢的强度。

HRB500系类，因市场需求量不大，长三角地区均为永钢钒铌微合金化(V≥0.075％，Nb≥0.015％)、西南地区昆钢钒铌微合金化(V≥0.80％，Nb≥0.015％)，华北地区河钢承德钒微合金化(V≥0.10％)，均为单钒或钒铌微合金化，且钒含量处于高位，钛微合金化细晶粒钢均为Ti含量低于0.01％，国内厂家无任何一家使用纯钛型微合金化工艺，对钛微合金化性炼钢工艺中存在的因保护浇铸渣氧化性导致的结瘤无法连续生产、钛合金收得率波动较大等炼钢核心问题无基础型研究及改进方案，对于轧钢生产过程中微钛型工艺Ti/NC最佳比及最低Ti含量控制无基础型研究，对于高钛型(≥0.05％)更未有在中碳型螺纹钢中进行机理性研究。

很多专利显示采用Nb、V复合微合金化可制造500MPa、600MPa级钢筋，合金成本高，经济性差，如专利CN104018075A、CN102071357A、CN103898407A、CN104032234A、CN104018075A、CN107385342A均属于这一类。专利CN107747047A采用Nb+Cr微合金化，并采用含N包芯线喂入钢液增N，合金加入多及喂线工艺导致制造成本高。专利CN1952199A公布了一种Nb、Ti复合控冷钢筋及其制造方法，但Nb含量超过0.02％，钛含量≤0.03％，且钢中存在少量贝氏体组织。专利CN101538677A发明了采用Nb微合金化制造HRB500E细晶粒抗震钢筋，钢的强化采用细晶粒强化，其加热温度、轧制温度均控制在低温区，轧制速度慢，生产效率低。另外，东北大学稀土系HRB500系类制造方法亦存在冶炼难度较大，生产效率低下等问题。

发明内容

解决的技术问题：本申请主要是提出一种经济型的500MPa级别钢筋及其制备方法，解决现有技术中存在的轧制速度慢，冶炼难度较大，生产效率低下等技术问题。

技术方案：

一种经济型的500MPa级别钢筋及其制备方法，所述经济型的500MPa级别钢筋包含的组分及重量百分比为：C0.20～0.25wt％，Mn≤1.60wt％，Si≤0.80％，P≤0.045％，S≤0.045％,Ti≥0.05％，其余为铁及不可避免的杂质元素。

作为本发明的一种优选技术方案：所述制备经济型的500MPa级别钢筋工艺路线为：高炉铁水经顶底复吹转炉冶炼、电炉冶炼，转炉、电炉出钢并合金化，钢水经底吹搅拌成分均匀后上连铸成坯；钢坯经加热、轧制、穿水冷却、冷床冷却后剪切成定尺光圆钢筋或带肋钢筋，经检验及打捆后堆垛发运。

作为本发明的一种优选技术方案：所述转炉内加入废钢后兑入高炉铁水，废钢比15～25％，过程中加入渣料，经顶底复吹冶炼，转炉出钢温度≥1650℃、出钢1/3～2/3时，按顺序加入硅铁、硅锰合金、钛铁、普通增碳剂，控制C：0.20～0.25wt％，Mn≤1.60wt％，Si≤0.80％，P≤0.045％，S≤0.045％,Ti≥0.05％、出钢至连铸之间全过程采用惰性气体底吹搅拌、连铸浇铸中包过热度控制在30～50℃，连铸强化水冷操作，拉速≤5.0m/min，钢坯断面为150mm×150mm/140mm×140mm的方坯、钢坯加热温度控制为950～1200℃,均热温度控制为1060～1200℃，加热和均热总时间为60～100min，开轧温度控制在1000～1150℃、采用连续式棒材轧制生产线轧制成光圆钢筋或带肋钢筋成品，轧制终轧速度大于14.5m/s，轧后经穿水器加速冷却，上冷床温度控制在800～950℃，在600-700℃进行保温，之后在空气中冷却至室温，经剪切定尺、打捆堆放、入库。

作为本发明的一种优选技术方案：所述单线轧制终轧速度大于14.5m/s。

作为本发明的一种优选技术方案：所述钢坯加热入炉温度控制在650℃以下。

有益效果：本申请所述经济型的500MPa级别钢筋及其制备方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、采用中高钛微合金化，采用高硅高锰体系，钢中的Si为硅铁、硅锰合金带入，终轧速度可达到14.5m/s高速轧制，轧后穿水控制上冷床温度，不仅实现了合金的经济性和合金的最佳配备，既了组织中出现贝氏体异常组织，保证了拉伸试验有明显屈服点的要求，同时也确保了轧制生产效率的高效化，综合制造成本最经济；

2、为降低钢筋的制造成本，应对V、Nb合金价格的持续上涨带来的制造成本的持续上升，给社会提供性价比最优的钢筋产品，一种经济型的500MPa级别钢筋及制造方法，创新性的解决了现国内钛微合金化细晶粒钢均为Ti含量低于0.01％，国内厂家无任何一家使用纯钛型微合金化工艺，对钛微合金化性炼钢工艺中存在的因保护浇铸渣氧化性导致的结瘤无法连续生产、钛合金收得率波动较大等炼钢核心问题无基础型研究及改进方案，对于轧钢生产过程中微钛型工艺Ti/NC最佳比及最低Ti含量控制无基础型研究，对于高钛型(≥0.05％)更未有在中碳型螺纹钢中进行机理性研究的方法；

3、其制备方法的关键Si含量由硅锰、硅铁合金带入，出钢过程添加钛铁；与现有500MPa级别传统钒、铌热轧工艺相比，合金消耗低，不含贵重金属元素，经济节约，有利于降低成本；

4、HRB500系类现在国内大都数厂家均使用钒微合金化工艺组织生产，自2019年起，国内钢铁企业开始研制以Nb、Ti代V微合金化钢筋，以降低制造成本，均为高Nb+高V；高Nb、高V+微Ti复合工艺，厂家暂处于试制阶段，为扩大成本优势，弥补产线设备缺陷，充分利用国内资源丰富且价格便宜的钛资源，整合国内、出口微合金化工艺内部钢种，降低生产成本，可通过Ti(NC)降低铁素体的开始转变温度，使奥氏体晶粒的界面活性降低，造成先共析铁素体在晶界处的形核率减少，最终导致先共析铁素体的形成和长大受到抑制，并使转变结束温度升高，实际珠光体、贝氏体转变温度提高，导致铁素体转变不充分，铁素体比例较低，降低屈服，提升抗拉，提升强屈比；及在不增加碳当量的前提下，通过高钛微合金化替代V-N降低导致的强度下降余量既满足焊接性能指标，由可达到性能指标；

5、解决采用均热锻、开轧温度按高温路线，上冷床温度按中高温路线，存在明显屈服，且性能满足500MPa级别热轧带肋钢筋性能要求，通过穿水冷却，上冷床保温制度冷速过慢导致生产闭环先共析铁素体，塑性指标下降明显等问题；

6、采用连续式棒材轧制生产线轧制，轧制终轧速度大于14.5m/s，实现了高速生产，生产效率进一步提升。

附图说明

图1为本发明的一种经济型的500MPa级别钢筋及其制备方法上冷床温度控制图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明专利提供有附图，这些附图为本发明专利揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明专利的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

实施例

一种经济型的500MPa级别钢筋，所述经济型的500MPa级别钢筋包含的组分及重量百分比为：C0.20～0.25wt％，Mn≤1.60wt％，Si≤0.80％，P≤0.045％，S≤0.045％,Ti≥0.05％，其余为铁及不可避免的杂质元素。

所述制备经济型的500MPa级别钢筋工艺路线为：高炉铁水经顶底复吹转炉冶炼、电炉冶炼，转炉、电炉出钢并合金化，钢水经底吹搅拌成分均匀后上连铸成坯；钢坯经加热、轧制、穿水冷却、冷床冷却后剪切成定尺光圆钢筋或带肋钢筋，经检验及打捆后堆垛发运。

采用转炉内加入废钢后兑入高炉铁水，废钢比15～25％，过程中加入渣料，经顶底复吹冶炼，转炉出钢温度≥1650℃；出钢1/3～2/3时，按顺序加入硅铁、硅锰合金、钛铁、普通增碳剂，控制C：0.20～0.25wt％，Mn≤1.60wt％，Si≤0.80％，P≤0.045％，S≤0.045％,Ti≥0.05％；出钢至连铸之间全过程采用惰性气体底吹搅拌，连铸浇铸中包过热度控制在30～50℃，连铸强化水冷操作，拉速≤5.0m/min，钢坯断面为150mm×150mm/140mm×140mm的方坯；钢坯加热温度控制为950～1200℃,均热温度控制为1060～1200℃，加热和均热总时间为60～100min，开轧温度控制在1000～1150℃，采用连续式棒材轧制生产线轧制成光圆钢筋或带肋钢筋成品，轧制终轧速度大于14.5m/s，轧后经穿水器加速冷却，上冷床温度控制在800～950℃，在600-700℃进行保温，之后在空气中冷却至室温，经剪切定尺、打捆堆放、入库。

截线法测量了钢筋试样组织相对量，在100倍金相显微镜下，测量不少于50个视场。钢筋试样的组织相对量见表1牌号、规格、成分、金相组织；工艺参数及性能见表2；

表1牌号、规格、成分、金相组织

表2工艺参数及性能

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种经济型的500MPa级别钢筋，其特征在于：所述经济型的500MPa级别钢筋包含的组分及重量百分比为：C 0.20~0.25wt%，Mn≤1.60wt%，Si≤0.80%，P≤0.045%，S≤0.045%,Ti≥0.05%，其余为铁及不可避免的杂质元素。

2.一种权利要求1所述的经济型的500MPa级别钢筋的制备方法，其特征在于包括以下步骤：高炉铁水经顶底复吹转炉冶炼、电炉冶炼，转炉、电炉出钢并合金化，钢水经底吹搅拌成分均匀后上连铸成坯；钢坯经加热、轧制、穿水冷却、冷床冷却后剪切成定尺光圆钢筋或带肋钢筋，经检验及打捆后堆垛发运。

3.根据权利要求2所述的经济型的500MPa级别钢筋的制备方法，其特征在于：所述制备经济型的500MPa级别钢筋工艺路线为：转炉内加入废钢后兑入高炉铁水，废钢比15~25%，过程中加入渣料，经顶底复吹冶炼，转炉出钢温度≥1650℃、出钢1/3~2/3时，按顺序加入硅铁、硅锰合金、钛铁、普通增碳剂，控制C：0.20~0.25wt%，Mn≤1.60wt%， Si≤0.80%，P≤0.045%，S≤0.045%,Ti≥0.05%；出钢至连铸之间全过程采用惰性气体底吹搅拌，连铸浇铸中包过热度控制在30～50℃，连铸强化水冷操作，拉速≤5.0m/min，钢坯断面为150mm×150mm/140mm×140mm的方坯，钢坯加热温度控制为950～1200℃,均热温度控制为1060～1200℃，加热和均热总时间为60～100min，开轧温度控制在1000~1150℃、采用连续式棒材轧制生产线轧制成光圆钢筋或带肋钢筋成品，轧制终轧速度大于14.5m/s，轧后经穿水器加速冷却，上冷床温度控制在800~950℃，在600-700℃进行保温，之后在空气中冷却至室温，经剪切定尺、打捆堆放、入库。

4.根据权利要求2所述的经济型的500MPa级别钢筋的制备方法，其特征在于：所述单线轧制终轧速度大于14.5m/s。

5.根据权利要求2所述的经济型的500MPa级别钢筋的制备方法，其特征在于：所述钢坯加热入炉温度控制在650℃以下。