CN112322978A - 一种Ti微合金化在400MPa级钢筋生产中的应用工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冶金领域，尤其是一种Ti微合金化在400MPa级钢筋生产中的应用工艺。钢筋成分包含C、Si、Mn、P、S、Ti、铁及不可避免的杂质元素。主要工艺参数具体为：(1)钢水的出钢温度控制在1630℃以上；(2)钛线均是在出吹氩站前2～3分钟喂入，含量控制在0.020％～0.050％范围；(3)连铸过热度控制20‑35℃；(4)轧钢轧制时控制个阶段温度。本发明利用微合金细晶强化、再结晶轧制、未再结晶轧制、形变诱导铁素体机制，分配每个阶段的温度控制，通过连续不断的控温+变形轧制过程，实现了钢材微观组织的细化与均匀化。

Description

一种Ti微合金化在400MPa级钢筋生产中的应用工艺
技术领域
本发明属于冶金领域，尤其是一种Ti微合金化在400MPa级钢筋生产中的应用工艺。
背景技术
作为一种微合金元素的Ti，可以提高和改进微合金化钢筋性能，但Ti作为微合金化元素应用则比较少。将微量Ti加入到钢筋中，可以改善钢筋的冷成形成性能和焊接性能，并能提高钢筋的强度。Ti能提供可观的沉淀强化效果，同时还能细化晶粒。
TiN可起到晶粒细化的作用，形成的TiN细化初始奥氏体晶粒，在加热时阻止晶粒长大，可改善钢筋的焊接性和韧性。
TiC可起到沉淀强化的作用，它由Ti和碳结合生成。超出Ti/N理想化学配比的Ti固溶在钢中或以细小TiC质点形式析出，起到沉淀强化的作用。
传统流程生产中，由于Ti的化学活性很大，所以易和氧、硫、碳、氮等形成化合物，它们既不能起到沉淀强化的作用，也不能细化晶粒，因此钢中的氧、硫、氮元素含量的波动造成钢中化学成分的波动，最终导致产品性能的波动。
因此，开发Ti微合金化螺纹钢，以减少或取代Nb元素，降低螺纹钢生产成本，成为了本公司的重要研究课题。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明根据微合金元素的细晶强化、沉淀析出强化作用，在钢坯中添加Ti微合金元素，利用Ti化合物熔点高的特点使其在加热和轧制过程中集聚在晶界以阻止奥氏体晶粒长大，从而达到细晶强化的作用。利用Ti化合物在相变过程中沉淀析出后弥散分布在组织内部，在应变过程中起到位错塞积从而提高强度的作用，确定了Ti微合金化螺纹钢析出强化机理以及Ti微合金化螺纹钢冶炼工艺和轧制工艺。
一种Ti微合金化400MPa级钢筋，各成分的质量百分含量为：C：0.20-0.25％，Si：0.50-0.80％，Mn：1.30-1.60％，P≤0.045％，S≤0.045％，Ti 0.020-0.050％，其余为铁及不可避免的杂质元素。
本发明依据全流程连续控制温度轧制技术要求对生产设备进行改造，根据钢筋轧钢生产线粗、中、精轧机组实际生产设备参数，综合利用再结晶、未再结晶和形变诱导铁素体机制以及轧后控冷等工艺措施，达到控制晶粒长大和组织均匀化的目的。本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种Ti微合金化在400MPa级钢筋生产中的应用工艺，总工艺技术路线为转炉→LF精炼炉→连铸机→钢坯检验→加热炉加热→机架粗轧机组→曲臂剪切头、切尾、碎断→机架中轧机组→预水冷段实现低温精轧→回转剪切头、切尾、碎断→机架精轧机组→轧后水冷段控制冷却→倍尺剪分段剪切→冷床自然冷却→冷剪定尺剪切→短尺剔除→计数、精整→打捆、称重→吊运、入库；
其中，主要工艺参数具体为：
(1)钢水的出钢温度控制在1630℃以上；
(2)钛线均是在出吹氩站前2～3分钟喂入，质量百分含量控制在0.020％～0.050％范围；
(3)连铸过热度控制20-35℃；
(4)轧钢轧制温度参数：
加热炉控制温度：预热段680-980℃，加热一段900-1080℃，加热二段1060-1180℃，均热段1090-1180℃；
开轧温度1050-1100℃；
精轧温度：940-1030℃；
上冷床温度：880-930℃。
进一步地，预热段880-980℃，加热一段980-1080℃，加热二段1100-1180℃，均热段1120-1180℃；开轧温度1080-1100℃；精轧温度：980-1030℃；上冷床温度：900-930℃。
为提高Ti的收得率，必须强化脱氧，一般会采用加入铝块进行重度脱氧，钢水铝含量会有一定上升，除在钢水中加入铝块，还需要加入铝酸钙和无碳的钢包等其他的覆盖剂对钢水进行表面覆盖，保护Ti不被氧化，这对炼钢温降、连铸浇铸有一定的要求。加入铝块后，会加重脱氧后连铸絮流风险，经过三轮的试验，相关技术人员成功的在保证钢水正常浇铸的同时，提高了Ti的收得率。永钢的炼钢厂都具备上述工装条件，可以实现预期的冶炼。
Ti合金必须在钢液用铝充分脱氧后才能加入，因为Ti和氧有着很强的亲和力，否则形成的氧化Ti将降低有效Ti的含量，减小随后Ti的沉淀强化和细化晶粒的作用。本发明为保证Ti收得率的稳定性，合金必须在钢液用铝充分脱氧后才能加入，本发明在生产含Ti螺纹钢时，钛线均是在出吹氩站前2～3分钟喂入，含量控制在0.020％～0.050％范围。
一方面，考虑到含Ti螺纹钢出钢过程大量脱氧剂、覆盖剂的加入会降低钢水温度，另一方面，吹氩的过程可以均匀钢液化学成分和温度、去除有害气体和夹杂物，但保证吹氩时间对钢水温度的损耗不可忽略，后续直接影响连浇过热度和拉速，从而影响铸坯质量，所以本发明在生产含Ti螺纹钢时，出钢温度控制在1630℃以上，连铸过热度控制20-35℃。
本发明的有益效果为：
(1)永钢在采用合金化方式的基础上，保持原有的轧制工艺，生产Ti微合金化钢筋，一方面可避免进行生产线改造，以及由此而引起的系列设备改造和成本投入等问题；另一方面也有助于新品能够大范围迅速的生产与推广。同时优化工艺路线，以合金化方式为主，轧制工艺途径为辅，降低产品生产成本，稳定产品质量，产品生产技术日趋成熟，且企业具备了持续创新能力，技术风险较小。
(2)本发明结合化学成分调控，根据粗、中、精轧机组轧制速度和压下量的不同，利用微合金细晶强化、再结晶轧制、未再结晶轧制、形变诱导铁素体机制，分配每个阶段的温度控制，通过连续不断的控温+变形轧制过程，实现了钢材微观组织的细化与均匀化。
(3)在工艺布置方面，克服了传统工艺的缺点，在各机组间均有控温段设置，不需回复段设置，可以综合利用各种控制机制和满足不同规格和成分控轧需要。
(4)本发明使用Ti微合金化生产HRB400E钢种，可以使400MPa级高强钢筋吨钢成本与目前Nb微合金化钢筋基本保持一致甚至更低。
(5)本发明成功将V、Nb、Ti在螺纹钢中微合金化，我公司成为国内为数不多的掌握该技术的钢铁企业，以应对未来市场合金价格的波动，提高企业竞争力，并对挖掘成本潜力打下坚实的基础。
附图说明
图1为钢筋生产的工艺路线；
图2为22mm规格钢筋的金相图；a-半径-100X；b-半径-500X；c-边部-100X；d-边部-500X；e-心部-100X；f-心部-500X；100X表示放大倍数为100倍；500X表示放大倍数为500倍；
图3为16mm规格钢筋的金相图；a-1/2半径组织-100X；b-边部组织-100X；c-心部组织-100X；100X表示放大倍数为100倍。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
本实施例生产了22mm和16mm两个规格的钢筋，生产工艺依据说明书图1的工艺路线，其中工艺参数为：
(1)钢水的出钢温度控制在1630℃以上；
(2)钛线均是在出吹氩站前2～3分钟喂入，质量百分含量控制在0.020％～0.050％范围；
(3)连铸过热度控制20-35℃；
(4)轧钢轧制温度参数：
加热炉控制温度：预热段680-980℃，加热一段900-1080℃，加热二段1060-1180℃，均热段1090-1180℃；
开轧温度1050-1100℃；
精轧温度：940-1030℃；
上冷床温度：880-930℃。
(1)将本发明所制备的22mm和16mm两个规格的钢筋，做力学性能测试，数据如下：
表1 22mm规格的钢筋力学性能
Figure BDA0002760957860000041
表2 16mm规格的钢筋力学性能
Figure BDA0002760957860000042
(2)金相组织
图2和图3分别为22mm和16mm两个规格的金相组织图，如图所示，组织主要为铁素体+珠光体。
表3 22mm规格的钢筋：
编号 批号 材质 规格 晶粒度级别 组织描述
1 B32006009004 HRB400E 22 9.5 铁素体+珠光体
表4 16mm规格的钢筋：
编号 批号 材质 规格 晶粒度级别 组织描述
1 B52006006024 HRB400E 16 9.5 铁素体+珠光体
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种Ti微合金化400MPa级钢筋，其特征在于，各成分的质量百分含量为：C：0.20-0.25％，Si：0.50-0.80％，Mn：1.30-1.60％，P≤0.045％，S≤0.045％，Ti 0.020-0.050％，其余为铁及不可避免的杂质元素。
2.一种Ti微合金化在400MPa级钢筋生产中的应用工艺，其特征在于，工艺参数具体为：
(1)钢水的出钢温度控制在1630℃以上；
(2)钛线均是在出吹氩站前喂入，质量百分含量控制在0.020％～0.050％范围；
(3)连铸过热度控制20-35℃；
(4)轧钢轧制温度参数：
加热炉控制温度：预热段680-980℃，加热一段900-1080℃，加热二段1060-1180℃，均热段1090-1180℃；
开轧温度1050-1100℃；
精轧温度：940-1030℃；
上冷床温度：880-930℃。
3.如权利要求2所述的Ti微合金化在400MPa级钢筋生产中的应用工艺，其特征在于，步骤(2)中，钛线均是在出吹氩站前2～3分钟喂入。
4.如权利要求2所述的Ti微合金化在400MPa级钢筋生产中的应用工艺，其特征在于，步骤(4)中，预热段880-980℃，加热一段980-1080℃，加热二段1100-1180℃，均热段1120-1180℃；开轧温度1080-1100℃；精轧温度：980-1030℃；上冷床温度：900-930℃。
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