CN112359161A - 一种低成本螺纹钢筋及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低成本螺纹钢筋及其制备方法，涉及金属材料领域。该低成本螺纹钢筋的制备方法包括如下步骤：采用顶底复吹转炉进行冶炼，过程中全程底吹氮气，并保持吹氮流量为15‑20立方米/分钟；控制顶底复吹转炉冶炼的钢水的终点碳的质量百分比为0.06‑0.10％；出钢时，加入铝铁合金进行预脱氧。其能够制备出成本低廉、力学性能良好的螺纹钢筋。本发明还公开了一种低成本螺纹钢筋，其由上述低成本螺纹钢筋的制备方法制备得到，其成本低廉的同时，具有组织成分良好、力学性能优秀的特点。

Description

一种低成本螺纹钢筋及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料领域，具体而言，涉及一种低成本螺纹钢筋及其制备方法。
背景技术
随着工业技术的迅速发展，以及建筑施工能力与效率的提升，越来越多宏伟壮观的建筑逐渐起建，将国家的建筑事业带入新纪元。随之而来的问题在于，随着建筑难度的提高，现有的钢材的质量无法达到使用要求，从而减缓了国内建筑能力的提升。钢筋作为不可缺少的建筑施工材料，其祖师与力学性能更需满足当下建筑施工的需求，因而研究新的钢筋的制备工艺技术路线以满足新标准新要求已经势在必行。
鉴于此特提出本申请。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本螺纹钢筋的制备方法，其能够制备出成本低廉、力学性能良好的螺纹钢筋。
本发明的另一个目的在于提供一种低成本螺纹钢筋，其由上述低成本螺纹钢筋的制备方法制备得到，其成本低廉的同时，具有组织成分良好、力学性能优秀的特点。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：
本发明提出了一种低成本螺纹钢筋的制备方法，其包括冶炼步骤，冶炼步骤包括如下流程：
采用顶底复吹转炉进行冶炼，过程中全程底吹氮气，并保持吹氮流量为15-20立方米/分钟；
控制顶底复吹转炉冶炼的钢水的终点碳的质量百分比为0.06-0.10％；
出钢时，加入铝铁合金进行预脱氧。
本发明还提出一种低成本螺纹钢筋，其由上述低成本螺纹钢筋的制备方法制备得到。
本发明实施例提供一种低成本螺纹钢筋的制备方法的有益效果是：其通过采用顶底复吹转炉进行冶炼，过程中全程底吹氮气，并保持吹氮流量为15-20立方米/分钟，一方面能够使得炉内的钢水流动，防止化料不均而影响化料速率，也防止炉体受热不均而损坏，另一方面为钢水供氮，通过固氮来固钒，使加入钢水内的钒能够更容易的与钢水结合，从而提升了钒铁或含钒合金的利用率，因而达到了良好的降低成本的效果；通过控制顶底复吹转炉冶炼的钢水的终点碳的质量百分比为0.06-0.10％，从而降低钢水中硫、磷的质量百分比，提高产品质量；通过出钢时加入铝铁合金进行预脱氧，防止钢水内氧含量过高而引起的质量问题，同时也防止吹入钢水的氮氧化，从而造成氮流失。本发明还提供了一种低成本螺纹钢筋，其由上述低成本螺纹钢筋的制备方法制得，其成本低廉的同时，具有组织成分良好、力学性能优秀的特点。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施方式或实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂除非特别说明，皆为市购常规试剂或原料，实施方式或实施例所使用的试验方法除非特别说明，皆为本领域常规方法。
下面对本发明实施例提供的低成本螺纹钢筋及其制备方法进行具体说明。
本发明实施例提供了一种低成本螺纹钢筋的制备方法，其主要包括如下步骤：
S1、冶炼
具体地，采用顶底复吹转炉进行冶炼，将原料倒入顶底复吹转炉内熔化，过程中顶吹氧气，消耗钢水中的碳，使钢水中的碳的质量分数降低，进而除去钢水中的硫和磷；同时，冶炼过程中全程底吹氮气，一方面底吹的氮气能够使得炉内的钢水流动，防止化料不均而影响化料速率，也防止炉体受热不均而损坏，另一方面为钢水供氮，为接下来的步骤做准备，即通过固氮来固钒，使加入钢水内的钒能够更容易的与钢水结合，从而提升了钒铁或含钒合金的利用率，由于两者的购买成本均较高，因而达到了良好的降低成本的效果。
进一步地，保持底吹氮的流量为15-20立方米/分钟，既能够保证钢水内氮的良好供应，又能够维持炉内钢水的流动，并且，15-20立方米/分钟的流量不会破坏炉体的透气砖。
进一步地，通过顶吹氧气控制顶底复吹转炉冶炼的钢水的终点碳的质量百分比为0.06-0.10％，优选为0.08％，从而降低钢水中硫、磷的质量百分比，提高产品质量。
S2、预脱氧
具体地，当炉内钢水完全熔化，终点碳、硫、磷以及温度均达标时出钢，出钢时加入铝铁合金进行钢水预脱氧，防止钢水内氧含量过高而引起的质量问题，同时也防止吹入钢水的氮氧化，从而造成氮流失。
具体地，铝铁合金以0.25-0.50Kg/t的比例加入钢水中，优选为0.3-0.4Kg/t，其中，本实施例中选择的铝铁合金中铝的质量分数为42％，其他实施例中，可根据所选用的铝铁合金中铝的质量分数做参照来改变其用量，并视具体脱氧效果进行调节。
S3、合金化
具体地，在出钢过程中，加入合金对钢水进行合金化，使其成分满足要求，从而控制产品的质量。合金加入顺序依次为：加入硅锰合金、硅铁合金以及钒氮合金。其中，通过钒氮合金的加入，使钢水内的钒与氮结合，从而有效地提升产品的性能。
具体地，按照质量百分比计，需通过合金化将钢水成分控制在下述范围内：
C：0.21-0.25％，Si：0.43-0.54％，Mn：1.30-1.40％，V：0.020-0.035％，余量为N、P、S以及不可避免的微量杂质；优选为：C：0.23％，Si：0.5％，Mn：1.35％，V：0.030％；其中，P、S：≤0.045，优选为≤0.040。
需要说明的是，根据实际使用的硅锰合金、硅铁合金以及钒氮合金中的成分含量为依据，计算各合金的使用量，使得合金化后的钢水成分落入上述范围内即可。
具体地，所使用的各种合金必须干燥，且在出钢2/3以内完成合金加入的操作。
具体地，合金加入的过程中，依然需要全程底吹氮气，一方面对钢水提供搅拌，加速合金的熔化速率，并使钢水成分均匀，另一方面使钢水中的杂质上浮，从而提高产品质量。
S4、热处理
具体地，出钢后浇筑的坯件进入热处理步骤，即将其置于加热炉内加热。元素V是较强的N、C化物形成元素，能够形成V(C、N)弥散颗粒。VN在奥氏体中溶解度远小于VC，冷却过程中在奥氏体温度范围区间，析出物为VN，随着温度进一步降低，原子扩散速度受限制，则析出物由VN转变为复合V(C、N)。弥散析出物能够起到沉淀和细化晶粒的效果，显著提高产品的力学性能。弥散析出物的首要条件是加热温度，即必须使连铸坯具有足够的奥氏体化温度，并均匀化，要保证合金V的作用充分发挥。
具体地，所使用的加热炉的炉内温度≥1000℃，其包括加热段和均热段，均热段的温度控制在1120-1200℃。与此同时，热处理步骤中，热坯的加热时间需≥60分钟，冷坯加热时间需≥70分钟。该热处理方式能够满足弥散析出物的析出，从而起到沉淀和细化晶粒的效果，显著提高产品的力学性能。
具体地，当坯件的规格为Φ12-16时，加热炉的均热段的温度需控制在1140-1200℃，当坯件的规格为Φ18-32时，加热炉的均热段的温度需控制在1120-1180℃。
S5、轧制
具体的，热处理后的钢坯通过轧机轧制上冷床，上冷床的温度为870-900℃。
需要说明的是，其他未提及的步骤均采用现有技术。
本发明实施例还提供了一种低成本螺纹钢筋，其是由上述低成本螺纹钢筋的制备方法制备得到。其成本低廉的同时，具有组织成分良好、力学性能优秀的特点。
具体的，按照质量百分比计，其成分包括：C：0.21-0.25％，Si：0.43-0.54％，Mn：1.30-1.40％，V：0.020-0.035％，余量为N、P、S以及不可避免的微量杂质；优选为：C：0.23％，Si：0.5％，Mn：1.35％，V：0.030％。
进一步地，其碳当量为0.43-0.54％；优选为0.45-0.54％。
进一步地，其成分包括的P和S的质量百分比≤0.045；优选≤0.040。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种低成本螺纹钢筋的制备方法，其包括如下步骤：
将与所使用的顶底复吹转炉的容量相匹配的原料倒入顶底复吹转炉内熔化，过程中顶吹氧气底吹氮气，底吹氮气的流量为15立方米/分钟，控制终点碳的质量百分比为0.10％。
当炉内钢水完全熔化，终点碳、硫、磷以及温度均达标时出钢，出钢时加入铝铁合金进行钢水预脱氧，铝铁合金的加入比例量为0.25Kg/t，铝铁合金中铝的质量分数为42％。
以硅锰合金、硅铁合金以及钒氮合金的顺序向钢水内加入合金进行合金化，使钢水成分为：C：0.21％，Si：0.55％，Mn：1.30％，V：0.035％，P、S：≤0.045，余量为N以及不可避免的微量杂质。然后连铸成Φ12-16的钢坯。
将Φ12-16的热坯置于均热段温度1140℃的加热炉内加热60分钟。
将加热后的Φ12-16钢坯通过轧机轧制后冷却至870℃后上冷床。
本实施例还提供了一种低成本螺纹钢筋，其由上述低成本螺纹钢筋的制备方法制得，其成分包括：C：0.21％，Si：0.55％，Mn：1.30％，V：0.035％，P、S：≤0.045，余量为N以及不可避免的微量杂质。
实施例2
本实施例提供了一种低成本螺纹钢筋的制备方法，其包括如下步骤：
将与所使用的顶底复吹转炉的容量相匹配的原料倒入顶底复吹转炉内熔化，过程中顶吹氧气底吹氮气，底吹氮气的流量为20立方米/分钟，控制终点碳的质量百分比为0.06％。
当炉内钢水完全熔化，终点碳、硫、磷以及温度均达标时出钢，出钢时加入铝铁合金进行钢水预脱氧，铝铁合金的加入比例量为0.50Kg/t，铝铁合金中铝的质量分数为42％。
以硅锰合金、硅铁合金以及钒氮合金的顺序向钢水内加入合金进行合金化，使钢水成分为：C：0.25％，Si：0.45％，Mn：1.40％，V：0.020％，P、S：≤0.045，余量为N以及不可避免的微量杂质。然后连铸成Φ18-32的钢坯。
将Φ18-32的冷坯置于均热段温度1180℃的加热炉内加热70分钟。
将加热后的Φ18-32钢坯通过轧机轧制后冷却至900℃后上冷床。
本实施例还提供了一种低成本螺纹钢筋，其由上述低成本螺纹钢筋的制备方法制得，其成分包括：C：0.25％，Si：0.44％，Mn：1.40％，V：0.020％，P、S：≤0.045，余量为N以及不可避免的微量杂质。
实施例3
本实施例提供了一种低成本螺纹钢筋的制备方法，其包括如下步骤：
将与所使用的顶底复吹转炉的容量相匹配的原料倒入顶底复吹转炉内熔化，过程中顶吹氧气底吹氮气，底吹氮气的流量为17立方米/分钟，控制终点碳的质量百分比为0.08％。
当炉内钢水完全熔化，终点碳、硫、磷以及温度均达标时出钢，出钢时加入铝铁合金进行钢水预脱氧，铝铁合金的加入比例量为0.50Kg/t，铝铁合金中铝的质量分数为42％。
以硅锰合金、硅铁合金以及钒氮合金的顺序向钢水内加入合金进行合金化，使钢水成分为：C：0.23％，Si：0.5％，Mn：1.35％，V：0.030％，P、S：≤0.040，余量为N以及不可避免的微量杂质。然后连铸成Φ12-16的钢坯。
将Φ12-16的热坯置于均热段温度1170℃的加热炉内加热70分钟。
将加热后的Φ12-16钢坯通过轧机轧制冷却至880℃后上冷床。
本实施例还提供了一种低成本螺纹钢筋，其由上述低成本螺纹钢筋的制备方法制得，其成分包括C：0.23％，Si：0.5％，Mn：1.35％，V：0.030％，P、S：≤0.040，余量为N以及不可避免的微量杂质。
实施例4
本实施例与实施例1不同之处仅在于，铝铁合金的加入量为0.3Kg/t，且控制P、S的质量百分比≤0.040。
实施例5
本实施例与实施例2不同之处仅在于，铝铁合金的加入量为0.4Kg/t，且控制P、S的质量百分比≤0.040。
对比例1
本对比例与实施例3不同之处仅在于，冶炼过程中不底吹氮气。
对比例2
本对比例与实施例3不同之处仅在于，未控制终点碳的质量百分比在0.06-0.10％。
对比例3
本对比例与实施例3不同之处仅在于，出钢时未加入铝铁合金进行脱氧。
对比例4
本对比例与实施例3不同之处仅在于，热处理温度为900℃，热处理时间为50分钟。
对比例5
本对比例与实施例3不同之处仅在于，热处理温度为1250℃，热处理时间为45分钟。
试验例
将通过实施例1-5的方法制备得到的低成本螺纹钢筋与通过对比例1-5的方法制备得到的钢筋，通过《GB/T 28900钢筋混凝土用钢材试验方法》测试力学性能，结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002770077240000111
Figure BDA0002770077240000121
通过表1对比可知：通过实施例1-5的方法制备得到的低成本螺纹钢筋的力学性能远高于通过对比例1-5的方法制备得到的钢筋的力学性能。
综上，本发明提供的一种低成本螺纹钢筋的制备方法，其通过采用顶底复吹转炉进行冶炼，过程中全程底吹氮气，并保持吹氮流量为15-20立方米/分钟，一方面能够使得炉内的钢水流动，防止化料不均而影响化料速率，也防止炉体受热不均而损坏，另一方面为钢水供氮，通过固氮来固钒，使加入钢水内的钒能够更容易的与钢水结合，从而提升了钒铁或含钒合金的利用率，因而达到了良好的降低成本的效果；通过控制顶底复吹转炉冶炼的钢水的终点碳的质量百分比为0.06-0.10％，从而降低钢水中硫、磷的质量百分比，提高产品质量；通过出钢时加入铝铁合金进行预脱氧，防止钢水内氧含量过高而引起的质量问题，同时也防止吹入钢水的氮氧化，从而造成氮流失；通过钒氮合金的加入，使钢水内的钒与氮结合，从而有效地提升产品的力学性能；通过设置热处理温度，满足弥散析出物的析出，从而起到沉淀和细化晶粒的效果，显著提高产品的力学性能。本发明还提供了一种低成本钢筋，其由上述制备方法制得，其成本低廉的同时，具有组织成分良好、力学性能优秀的特点。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种低成本螺纹钢筋的制备方法，其特征在于，包括冶炼步骤，所述冶炼步骤包括如下流程：
采用顶底复吹转炉进行冶炼，过程中全程底吹氮气，并保持吹氮流量为15-20立方米/分钟；
控制顶底复吹转炉冶炼的钢水的终点碳的质量百分比为0.06-0.10％；
出钢时，加入铝铁合金进行预脱氧。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，出钢过程中还需加入钒氮合金。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括热处理步骤，所述热处理步骤中加热炉的温度≥1000℃。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述加热炉包括加热段和均热段，所述均热段的温度控制在1120-1200℃。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述热处理步骤中，热坯的加热时间≥60分钟，冷坯加热时间≥70分钟。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述低成本螺纹钢的钢坯在所述热处理步骤结束后，上冷床的温度为870-900℃。
7.一种低成本螺纹钢筋，其特征在于，其由权利要求1-6所述的制备方法制备得到。
8.根据权利要求7所述的低成本螺纹钢筋，其特征在于，按照质量百分比计，其成分包括：C：0.21-0.25％，Si：0.45-0.55％，Mn：1.30-1.40％，V：0.020-0.035％，余量为N、P、S以及不可避免的微量杂质；优选为：C：0.23％，Si：0.5％，Mn：1.35％，V：0.030％。
9.根据权利要求8所述的低成本螺纹钢筋，其特征在于，所述低成本螺纹钢筋的成分的碳当量为0.43-0.54％；优选为0.45-0.54％。
10.根据权利要求8所述的低成本螺纹钢筋，其特征在于，其成分包括的P和S的质量百分比≤0.045；优选≤0.040。
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