CN112410677A - 一种500MPa级热轧盘螺及其生产方法 - Google Patents

一种500MPa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500MPa级热轧盘螺及其生产方法，所制备的500MPa级热轧盘螺热轧屈服强度Rel≥500MPa，Rm≥630MPa，延伸率A≥15％，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≤9％，铁素体+珠光体≥91％，拉伸试验屈服点明显的500MPa级热轧带肋钢筋盘条的生产方法，可根据V、Nb、Ti合金资源市场及价格情况，有针对性选择上述合金进行微合金化，大幅降低企业生产成本，且所述工艺不复杂，产品性能稳定。

Description

一种500MPa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500MPa级热轧盘螺及其生产方法。
背景技术
2018年11月1日起，热轧带肋钢筋最新国家标准GB/T1499.2—2018正式实施，新国标取消了335MPa级强度螺纹钢，保留了400MPa级、500MPa级强度，新增了600MPa级强度。可以预见，以400MPa、500MPa为代表的4级、5级钢筋将在实际建筑工程中得到更为广泛地应用。钢筋混凝土用热轧带肋钢筋，简称“螺纹钢”，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。螺纹钢，按照外形分为直条、盘条两类，螺纹钢盘条，简称“盘螺”，多指直径6～12mm规格产品。此外，新国标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，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。
我国生产的500MPa级及以上强度级别的热轧带肋钢筋主要采用V、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。
同时，很多企业生产的500MPa级热轧盘螺在进行力学性能检测时，常常出现屈服点不明显或没有屈服点的现象，分析原因主要是工艺控制不当容易导致钢中有较多的贝氏体、马氏体等硬相组织。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CN201811410229.7(公开号为CN 109468534A)的专利文献，公开了“500MPa级含V微合金高强屈比抗震钢筋盘条及其生产方法”，化学成分为：按重量百分比计，C：0.20％～0.25％、Si：0.35％～0.65％、Mn：1.20％～1.60％、P≤0.035％、S≤0.035％、V：0.070％～0.170％、N：0.0100％～0.0120％，N含量较高，且控制范围较窄，对冶炼和浇铸过程控制和产品质量带来一定不利影响，并且所述的500MPa级含V微合金钢筋盘条规格为8mm～12mm，不适用于6mm小规格盘螺生产。
中国专利申请号为CN2008100019404.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，该专利钢筋的强度仅达到400MPa级别，不能满足500MPa级别要求。
中国专利申请号为CN201210340408.4(公开号为CN 102796962A)公开了“铌钛硼微合金HRB600高强度抗震钢筋及其制备”，该发明钢添加了含量较高的合金元素，包括Cr、Nb、Ti等合金，生产成本高，企业生产动力不足，无法规模化。
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CN200510094836与专利CN201110373116通过铌钛复合合金化来完成合金强化，但是其中氮含量偏低，且未对Nb、Ti、N含量进行限定，不能充分发挥析出强化作用，不利于降低合金含量，提高合金利用率。
发明内容
基于现有传统V或V-N微合金工艺生产500MPa钢筋生产成本高、无明显屈服点、规格范围受限等诸多不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种热轧屈服强度Rel≥500MPa，Rm≥630MPa，延伸率A≥15％，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≤9％，铁素体+珠光体≥91％，拉伸试验屈服点明显的500MPa级热轧带肋钢筋盘条的生产方法，可根据V、Nb、Ti合金资源市场及价格情况，有针对性选择上述合金进行微合金化，大幅降低企业生产成本，且所述工艺不复杂，产品性能稳定。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种500MPa级热轧盘螺：所述500MPa级热轧盘螺的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％、N 0.0045～0.0120％，还包括V、Nb、Ti中的一种或多种，V 0～0.10％，Nb 0～0.05％，Ti 0～0.045％，同时满足：2.0≤(V+2Nb+2Ti)/N≤8.4，其余为Fe以及不可避免的杂质。
一种如上所述的500MPa级热轧盘螺的生产方法，包含如下步骤：(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，终点采用高拉补吹工艺；终渣碱度≥2.1；转炉终点C控制0.1～0.35％；出钢温度≥1660℃；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，铁水为120吨增碳剂的加入量不超过120Kg；
(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；连铸坯断面尺寸为200mm×200mm及以上；
(5)铸坯加热，热均热段温度为1120～1230℃，不得过热、过烧，加热总时间≥100min，同坯断面温差≤35℃；
(6)开轧温度：1000～1090℃，
(7)末机架速度：110～135m/s；
(8)吐丝温度：800～950℃；
(9)冷却方式：在斯太尔摩风冷辊道前半段以2.5～6℃/S快速冷却至570—640℃；随后以0.8～1.2℃/S速度冷却至530-580℃；最后以0.2～0.9℃/S速度冷却至310℃以下进行集卷；
(10)冷却风机使用状态：1#～2#开启50—80％，3#开启0—50％，4#～12#关闭；
最后得到的500MPa级热轧盘螺的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％、N 0.0045～0.0120％，还包括V、Nb、Ti中的一种或多种，V 0～0.10％，Nb 0～0.05％，Ti 0～0.045％，同时满足：2.0≤(V+2Nb+2Ti)/N≤8.4，其余为Fe以及不可避免的杂质。
作为上述技术方案的优选，本发明提供的500MPa级热轧盘螺的生产方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：
作为上述技术方案的改进，所述步骤(2)转炉炼钢，控制废钢装入量占总装入量6～10％。
作为上述技术方案的改进，所述步骤(3)中，控制化学成分按重量百分比计Si 0.3～0.8％、Mn 1.0～1.4％。
作为上述技术方案的改进，所述步骤(4)中，连续浇铸中包钢水过热度：20～32℃，前两炉过热度：22～42℃。
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1.0～1.50％。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％。
N：N是一种气体元素，与钢中的V、Nb、Ti微合金化元素结合，形成VN、NbN、TiN等第二相粒子，增强析出强化和细晶强化作用，显著提高钢的强度，改善韧性。同时，N属于气体元素、控制相对不稳定，添加过少难以保证上述强化作用，添加过多则会降低钢筋的韧性下降以及增加熔炼操作难度，故含量控制在0.0045～0.0100％。所述N含量优选为0.0052～0.0900％。
V、Nb、Ti：最常见的微合金元素，该三类元素均为强氮化物、碳化物形成元素，在盘螺轧制过程中，生成细小弥散的第二相粒子时可产生强烈的沉淀强化效果，并能细化晶粒，提高钢的强度和韧性，当V、Nb、Ti含量过多时将会导致析出物尺寸增加，可能恶化上述作用，尤其是大颗粒硬质的TiN。经多轮试验证明，同时考虑两种及三种元素间的相互影响，控制V 0～0.10％，Nb 0～0.05％，Ti 0～0.045％，同时满足：2.0≤(V+2Nb+2Ti)/N≤6.9，可达到较好的效果。
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、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1120～1230℃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0.9℃/S速度冷却至536℃时将可能产生贝氏体，当以大于2.0℃/S速度冷却至368℃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，本发明的技术方案具有如下有益效果：上述发明特征在于，所述钢筋盘条规格为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≤9％，铁素体+珠光体≥91％，晶粒度为8.5～11级，拉伸试验屈服点明显。
本发明与现有微合金化技术相比，可以根据钒铁、铌铁、钛铁等合金价格来统筹考虑添加某一种合金或几种合金，较好地控制盘螺的生产成本。而且设计工艺加热温度较高，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。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
图1是热模拟试验绘制出发明钢CCT曲线；
图2是实施后钢筋的显微组织。
具体实施方式
下面详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。
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；终渣碱度≥2.1；转炉终点C控制0.1～0.35％；出钢温度≥1660℃；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，铁水为120吨增碳剂的加入量不超过120Kg。
(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1120～1230℃，不得过热、过烧，加热总时间≥100min，同坯断面温差≤35℃。
(6)开轧温度：1000～1090℃，
(7)末机架速度：110～135m/s
(8)吐丝温度：800～950℃
(9)冷却方式：在斯太尔摩风冷辊道前半段以2.5～6℃/S快速冷却至570—640℃；随后以0.8～1.2℃/S速度冷却至530-580℃；最后以0.2～0.9℃/S速度冷却至310℃以下进行集卷。
(10)冷却风机使用状态：1#～2#开启50—80％，3#开启0—50％，4#～12#关闭。
表1本发明各实施例和对比例的化学成分取值wt％
Figure BDA0002806421280000081
Figure BDA0002806421280000091
表2各实施例和对比例冶炼过程工艺参数
Figure BDA0002806421280000092
表3实施例和对比例轧制过程工艺参数
Figure BDA0002806421280000093
表4各实施例和对比例试验效果
Figure BDA0002806421280000101
上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。
图1是热模拟试验绘制出发明钢CCT曲线；从图中可以看出：当以大于0.9℃/S速度冷却至536℃时将可能产生贝氏体组织，当以大于2.0℃/S速度冷却至368℃时将产生马氏体组织。
图2是实施后钢筋的显微组织，从图中可以看出为铁素体F+珠光体P。
本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种500MPa级热轧盘螺，其特征在于：所述500MPa级热轧盘螺的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％、N0.0045～0.0120％，还包括V、Nb、Ti中的一种或多种，V 0～0.10％，Nb 0～0.05％，Ti 0～0.045％，同时满足：2.0≤(V+2Nb+2Ti)/N≤8.4，其余为Fe以及不可避免的杂质。
2.一种如权利要求1所述的500MPa级热轧盘螺的生产方法，其特征在于，包含如下步骤：(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，终点采用高拉补吹工艺；终渣碱度≥2.1；转炉终点C控制0.1～0.35％；出钢温度≥1660℃；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，铁水为120吨增碳剂的加入量不超过120Kg；
(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；连铸坯断面尺寸为200mm×200mm及以上；
(5)铸坯加热，热均热段温度为1120～1230℃，不得过热、过烧，加热总时间≥100min，同坯断面温差≤35℃；
(6)开轧温度：1000～1090℃，
(7)末机架速度：110～135m/s；
(8)吐丝温度：800～950℃；
(9)冷却方式：在斯太尔摩风冷辊道前半段以2.5～6℃/S快速冷却至570—640℃；随后以0.8～1.2℃/S速度冷却至530-580℃；最后以0.2～0.9℃/S速度冷却至310℃以下进行集卷；
(10)冷却风机使用状态：1#～2#开启50—80％，3#开启0—50％，4#～12#关闭；
最后得到的500MPa级热轧盘螺的化学成分按重量百分比计为：C 0.20～0.25％、Si0.3～0.8％、Mn 1.0～1.4％、P≦0.035％、S≦0.035％、N 0.0045～0.0120％，还包括V、Nb、Ti中的一种或多种，V 0～0.10％，Nb 0～0.05％，Ti 0～0.045％，同时满足：2.0≤(V+2Nb+2Ti)/N≤8.4，其余为Fe以及不可避免的杂质。
3.如权利要求2所述的500MPa级热轧盘螺的生产方法，其特征在于：所述步骤(2)转炉炼钢，控制废钢装入量占总装入量6～10％。
4.如权利要求2所述的500MPa级热轧盘螺的生产方法，其特征在于：所述步骤(3)中，控制化学成分按重量百分比计Si 0.3～0.8％、Mn 1.0～1.4％。
5.如权利要求2所述的500MPa级热轧盘螺的生产方法，其特征在于：所述步骤(4)中，连续浇铸中包钢水过热度：20～32℃，前两炉过热度：22～42℃。
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