CN112453052A - 一种高锰无钒钢筋的新型轧制工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高锰无钒钢筋的新型轧制工艺,包括以下步骤:①钢筋组份准备,钢筋组份包括:C:0.22wt%,Mn:1.45wt%,Si:0.50wt%,P≤0.045wt%,S≤0.045wt%,As≤0.07wt%,余量为铁;②制作钢坯;③连铸坯预热处理;④连铸坯轧制:将连铸坯轧制成条坯;⑤条坯加热处理;⑥连轧:连轧包括粗轧、中扎和预精扎工序;⑦穿水冷却:将连轧后的一次轧件采用穿水冷却的方式冷却,⑧精扎:将一次轧件进入再次进行精扎处理;⑨冷床冷却:先将二次轧件采用风冷的方式冷却,再将二次轧件置于冷床上进行冷却。本发明通过提高锰含量的加入量,取消加入钒铁合金的方式,不仅降低了生产成本,而且解决钢筋出现弯曲度超标废品和剪切温度高形成弯头的问题。
Description
技术领域
本发明属于炼钢技术领域,具体涉及一种高锰无钒钢筋的新型轧制工艺。
背景技术
热轧高强钢筋因其具有高强度、优良综合性能(工艺性能、焊接性能、延性、抗震性能等)、节能环保、使用寿命长、安全性高等优点可应用于高层、大跨度建筑结构、人防工程等重点工程。近年来国家一直在大力提倡节能减排、绿色环保,作为占国民经济重要地位的建筑行业,推广应用高强钢筋不仅顺应当代绿色、节能的发展趋势,而且能够显著提高建筑结构的安全性和整体质量。目前中国建筑用热轧钢筋产量已达1.6亿吨,占钢产量的20%。从60年代开始,我国先后研制成功不同的低合金的钢筋新品种,包括Mn-Si,Si-Ti,Si-V,Si-Nb,Mn-Si-V, Mn-Si-Nb等六个钢种系列近20个品种,其通过微合金化技术添加Ti,Nb,V或多种元素复合,同时结合控轧控冷工艺生产抗震级别的钢筋,使得钢筋的强度和塑性得到很好的搭配,抗震性能显著提高,有效地保障人民的生命和财产安全。但自2018年11月1日钢筋新标准GB/T1499.2-2018实施,在新的行业标准中,新增加了金相组织的检验规定:宏观金相、截面维氏硬度、微观组织及检验方法,硬性禁止穿水工艺钢筋在市场流通,从而规范高强钢筋产品的标准化。为了达到新国标的要求,需要添加足够的合金元素来满足标准要求,而钒合金无疑是最佳选择,故钢铁行业对钒铁的需求大幅提高,加之供货商的惜售,作为原材料“钒”的价格在2018年末一路上涨,特别是进入到2019年初,钒铁价格就一路飙升,钒铁的价格已经突破38万一吨,比年初17.5万一吨涨幅已经翻倍,这也导致了钢筋在生产过程中生产成本大大增加,另外,在合金里面不添加钒合金后和不用穿水冷却工艺后,热轧后的钢筋温度较高,上冷床冷却后,会造成冷床变形的情况发生,从而导致钢筋弯曲度超标,形成大批废品,此外,钢筋温度过高,在剪切过程中会形成弯头。因此,研制开发一种工艺路线简单、可操作性简便、既能大幅降低生产成本、又能保证产品的组织、晶粒度以及力学性能需求的高锰无钒钢筋的新型轧制工艺是客观需要的。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题,本发明的目的在于提供一种工艺路线简单、可操作性简便、既能大幅降低生产成本、又能保证产品的组织、晶粒度以及力学性能需求的高锰无钒钢筋的新型轧制工艺。
本发明所述的一种高锰无钒钢筋的新型轧制工艺,包括以下步骤:
①钢筋组份准备,所述钢筋组份包括:C:0.22~0.25wt%,Mn:1.45~1.55wt%,Si:0.50~0.65wt%,P≤0.045wt%,S≤0.045wt%,As≤0.07wt%,余量为铁;
②制作钢坯:将上述原料经过转炉冶炼和LF炉精炼后,将钢水连铸成连铸坯,连铸的过程中,调节结晶器电磁搅拌的电流强度为305~315A,运行频率为3.5~4.5HZ,中间包的温度为1520~1550℃,拉速为3~3.5m/min,二冷比水量为1.8~3L/kg;
③连铸坯预热处理,将步骤②制成的连铸坯入坑进行缓冷,冷却后将连铸坯放入加热炉内进行加热处理,加热分为四段加热,依次为预热段、加热一段、加热二段和均热段,预热段的温度为600~750℃,加热一段的温度为1000~1050℃,加热二段的温度为1200~1250℃,均热段的温度为1250~1280℃,四段加热段总加热时间控制在400~450min;
④连铸坯轧制:将连铸坯送入轧机中轧制成宽度为60~100mm的条坯,条坯开轧的温度为950~1000℃,终轧温度不大于900℃,之后将条坯入坑进行堆冷;
⑤条坯加热处理:将步骤④制得的条坯放入加热炉内进行加热处理,加热分为四段加热,依次为预热段、加热一段、加热二段和均热段,预热段的温度为600~750℃,加热一段的温度为900~950℃,加热二段的温度为1000~1050℃,均热段的温度为980~1020℃,四段加热段总加热时间控制在250~280min;
⑥连轧:将经步骤⑤加热后的条坯进入轧机内进行连轧得到一次轧件,连轧包括粗轧、中扎和预精扎工序,粗轧的入口温度控制在1080~1100℃、速度控制在1~1.2m/s,粗轧的道次为5~7次,中扎的入口温度控制在980~1000℃、速度控制在2.5~3m/s,中扎的道次为5~7次,预精扎的入口温度控制在900~920℃、速度控制在4~5m/s,预精扎的道次为3~5次;
⑦穿水冷却:将经步骤⑥连轧后的一次轧件采用穿水冷却的方式冷却至780~800℃,穿水冷却的水冷速度为100~150℃/s,水压为0.5~0.8Mpa;
⑧精扎:将经步骤⑦冷却后的一次轧件进入轧机内再次进行精扎处理,得到二次轧件,精扎的入口温度控制在750~770℃、速度控制在4~5m/s,精扎的道次为2~3次;
⑨冷床冷却:先将精扎后的二次轧件采用风冷的方式冷却至700~720℃,再将二次轧件置于冷床上进行冷却,冷床冷却室,保温罩内缓慢冷却的速率为5~20℃/min,出冷床保温罩温度为400~450℃,之后自然冷却至室温后即可获得高锰无钒钢筋。
进一步的,在步骤②中,在进行转炉冶炼时,先将铁水、废钢及生铁加入转炉内进行吹炼,出钢时采用渣洗及吹氩处理,控制氩气流量为20~30NL/min,当钢包钢水量大于1/4时,依次向钢包中加入C、Mn、Si、P、S和As,并在钢包钢水量达到3/4时加完,以进行脱氧合金化;当出钢完毕后钢水LF炉进行精炼时,需用流量为20~30NL/min的氩气吹氩2min,然后加入铌、钛用电极化渣进行精炼,精炼结束后用流量为20~25NL/min的氩气,对钢水吹氩5分钟,加热钢水至温度为1600~1650℃后,按1.0kg/t钢的量,加入常规覆盖剂,送连铸工序。
进一步的,在步骤③中,加热炉采用四段步进式加热炉,四段步进式加热炉内的残氧控制≤10%。
进一步的,在步骤⑤中,条坯加热处理后,需要对条坯进行高压水除磷,除磷的压力不小于20MPa。
进一步的,在步骤⑤中,加热炉采用四段步进式加热炉,四段步进式加热炉内的残氧控制≤5%。
与现有技术相比,本发明具有以下的技术效果:一是在生产工艺中相对的提高了锰元素的加入量,取消了钒元素的加入量,通过调整钢筋成分的含量控制,从钢筋的原材料成本上进行控制,能够有效的降低了钢筋的生产成本;二是合理的优化了钢筋轧制的工艺,一方面连铸坯采用高温加热的工艺,利用高温加热能够使连铸坯表面氧化速度大于脱C速度,减小条坯表面脱C层的深度,另一方面条坯采用低温加热工艺,低温加热可以减少一次轧件表面脱C层的深度,让一次轧件的表面质量更好,同时,在一次轧件轧制的过程中,通过合理的控制轧制的温度和速度,以及采用合适的冷却方式,能够使钢筋到冷床上时温度有所降低,避免了钢筋温度过高造成冷床变,从而导致钢筋弯曲度超标的问题,且有效解决钢筋温度过高在剪切过程中会形成弯头的问题。本发明具有工艺路线简单、可操作性简便、生产成本低的优点,采用本发明制得的钢筋力学性能、抗震性能、冷弯反弯、金相分析试验、机械连接试验、焊接试验均符合国家标准的要求,易于推广使用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明,但不以任何方式对本发明加以限制,基于本发明教导所作的任何变换或替换,均属于本发明的保护范围。
实施例1:
本实施例1所述的一种高锰无钒钢筋的新型轧制工艺,包括以下步骤:
①钢筋组份准备,所述钢筋组份包括:C:0.22wt%,Mn:1.45wt%,Si:0.50wt%,P≤0.045wt%,S≤0.045wt%,As≤0.07wt%,余量为铁,钢筋组份中相对的提高了锰元素的加入量,取消了钒元素的加入量,通过调整钢筋成分的含量控制,从钢筋的原材料成本上进行控制,能够有效的降低了钢筋的生产成本;
②制作钢坯:将上述原料经过转炉冶炼和LF炉精炼后,在进行转炉冶炼时,先将铁水、废钢及生铁加入转炉内进行吹炼,出钢时采用渣洗及吹氩处理,控制氩气流量为20NL/min,当钢包钢水量大于1/4时,依次向钢包中加入C、Mn、Si、P、S和As,并在钢包钢水量达到3/4时加完,以进行脱氧合金化;当出钢完毕后钢水LF炉进行精炼时,需用流量为20NL/min的氩气吹氩2min,然后加入铌、钛用电极化渣进行精炼,精炼结束后用流量为20NL/min的氩气,对钢水吹氩5分钟,加热钢水至温度为1600℃后,按1.0kg/t钢的量,加入常规覆盖剂,送连铸工序,将钢水连铸成连铸坯,连铸的过程中,调节结晶器电磁搅拌的电流强度为305A,运行频率为3.5HZ,中间包的温度为1520℃,拉速为3m/min,二冷比水量为1.8L/kg;
③连铸坯预热处理,将步骤②制成的连铸坯入坑进行缓冷,冷却后将连铸坯放入加热炉内进行加热处理,加热分为四段加热,依次为预热段、加热一段、加热二段和均热段,预热段的温度为600℃,加热一段的温度为1000℃,加热二段的温度为1200℃,均热段的温度为1250℃,四段加热段总加热时间控制在400min,加热炉采用四段步进式加热炉,四段步进式加热炉内的残氧控制≤10%,在连铸坯预热处理步骤中,采用高温加热方法控制脱C层,连铸坯在1200℃以上时,表面氧化速度大于脱C速度,本发明将连铸坯的均热段的温度控制在1250℃,均热段加热时间控制在120min,这样既能控制住连铸坯表面脱C层,又能避免氧化烧损大,同时保证连铸坯合金高温扩散时间,改善偏析,有利于提高产品内部质量,而国内一般采用低温加热来控制连铸坯表面脱C层深度,均热段温度不超过1100℃,其存在缺点是碳化物扩散不均匀,轧机负荷大,形变不均匀,性能不稳定;
④连铸坯轧制:将连铸坯送入轧机中轧制成宽度为60mm的条坯,条坯开轧的温度为950℃,终轧温度不大于900℃,之后将条坯入坑进行堆冷,连铸坯为亚共析钢,奥氏体冷却过程中先共析铁素体析出曲线和珠光体的析出曲线没有完全分开,连铸坯中先共析铁素体析出温度在700~900℃之间,本发明将终轧温度控制在不大于900℃,可以起到细化晶粒作用,提高先共析铁素体量;
⑤条坯加热处理:将步骤④制得的条坯放入加热炉内进行加热处理,加热分为四段加热,依次为预热段、加热一段、加热二段和均热段,预热段的温度为600℃,加热一段的温度为900℃,加热二段的温度为1000℃,均热段的温度为980℃,四段加热段总加热时间控制在250min,加热炉采用四段步进式加热炉,四段步进式加热炉内的残氧控制≤5%,采用低温加热控制脱C层,条坯加热到奥氏体区即可出钢,本发明设置均热温度范围为980℃,在轧机剪机等设备负载满足条件下,温度越低越好,并将条坯的总加热时间控制在250~280min,如果加热时间超过300分钟,条坯表面脱C层深度会大于1mm,导致条坯的性能变差,条坯加热处理后,需要对条坯进行高压水除磷,除磷的压力不小于20MPa;
⑥连轧:将经步骤⑤加热后的条坯进入轧机内进行连轧得到一次轧件,连轧包括粗轧、中扎和预精扎工序,粗轧的入口温度控制在1080℃、速度控制在1m/s,粗轧的道次为5次,中扎的入口温度控制在980℃、速度控制在2.5m/s,中扎的道次为5次,预精扎的入口温度控制在900℃、速度控制在4m/s,预精扎的道次为3次;
⑦穿水冷却:将经步骤⑥连轧后的一次轧件采用穿水冷却的方式冷却至780℃, 穿水冷却的水冷速度为100℃/s,水压为0.5Mpa;将连轧后得到的一次轧件表面温度冷却至780℃,
⑧精扎:将经步骤⑦冷却后的一次轧件进入轧机内再次进行精扎处理,得到二次轧件,精扎的入口温度控制在750℃、速度控制在4m/s,精扎的道次为2次,热轧后进行精轧,精轧过后的一次轧件进行了一次穿水,表面冷却至780℃,因此在表面的奥氏体短时间内相变了一部分,转变成了铁素体和少量的珠光体,剩余部分快速返红至850℃以上,仍保持奥氏体组织;在之后的空冷过程中,首先析出V的析出物,析出物可能长大,钉扎住奥氏体晶界,阻止晶粒长大,之后到达相变点,从表层到芯部先后进行了奥氏体向铁素体和珠光体的转变,形成高强度的细晶组织;
⑨冷床冷却:先将精扎后的二次轧件采用风冷的方式冷却至700℃,风冷采用风机进行冷却,再将二次轧件置于冷床上进行冷却,冷床冷却室,保温罩内缓慢冷却的速率为5℃/min,出冷床保温罩温度为400℃,之后自然冷却至室温后即可获得高锰无钒钢筋,所述冷床冷却工序的具体方法为,精扎后的二次轧件在冷床保温罩内缓慢冷却至500℃以下,然后拿掉保温罩进行冷床空冷,冷床冷却的目的是为二次轧件冷却的成品钢筋进行相变组织准备,另外还起输送钢材作用。
本实施例1通过提高锰含量的加入量,取消加入钒铁合金的方式,不仅降低了生产成本,而且解决钢筋出现弯曲度超标废品和剪切温度高形成弯头的问题。采用本发明制得的钢筋力学性能、抗震性能、冷弯反弯、金相分析试验、机械连接试验、焊接试验均符合国家标准的要求。通过该工艺的运用,钒合金的吨钢消耗约为0.25kg/t,钒氮合金的价格为20万元/吨,与现有技术相比,每吨钢筋生产成本可以降低50元/t,以每年年产量60万吨计算,每年能节约成本约3000万元。
本实施例1制成的钢筋规格为12~18mm钢筋,化学成分为:C:0.22wt%,Mn:1.45wt%,Si:0.50wt%,P:0.035wt%,S:0.04wt%,As:0.05wt%,余量为铁,热轧态组织细化金相组织为铁素体+珠光体,本发明制得的钢筋边部显微组织均匀细小,能够形成高强度的细晶组织,带状组织1.0级别,晶粒度8级,硬度值为230HBW,冷床冷却后,钢筋下线弯曲度改善明显,弯曲度≤4mm/m,其屈服强度650MPa,抗拉强度750MPA,平均伸长率20.6%,平均强屈比1.21,力学性能、抗震性能、冷弯反弯、金相分析试验、机械连接试验、焊接试验均符合GB/T1499.2-2018国家标准的要求
实施例2:
本实施例2所述的一种高锰无钒钢筋的新型轧制工艺,包括以下步骤:
①钢筋组份准备,所述钢筋组份包括:C:0.23wt%,Mn:1.50wt%,Si:0.55wt%,P≤0.045wt%,S≤0.045wt%,As≤0.07wt%,余量为铁,钢筋组份中相对的提高了锰元素的加入量,取消了钒元素的加入量,通过调整钢筋成分的含量控制,从钢筋的原材料成本上进行控制,能够有效的降低了钢筋的生产成本;
②制作钢坯:将上述原料经过转炉冶炼和LF炉精炼后,在进行转炉冶炼时,先将铁水、废钢及生铁加入转炉内进行吹炼,出钢时采用渣洗及吹氩处理,控制氩气流量为25NL/min,当钢包钢水量大于1/4时,依次向钢包中加入C、Mn、Si、P、S和As,并在钢包钢水量达到3/4时加完,以进行脱氧合金化;当出钢完毕后钢水LF炉进行精炼时,需用流量为25NL/min的氩气吹氩2min,然后加入铌、钛用电极化渣进行精炼,精炼结束后用流量为25NL/min的氩气,对钢水吹氩5分钟,加热钢水至温度为1620℃后,按1.0kg/t钢的量,加入常规覆盖剂,送连铸工序,将钢水连铸成连铸坯,连铸的过程中,调节结晶器电磁搅拌的电流强度为310A,运行频率为4.0HZ,中间包的温度为1540℃,拉速为3.3m/min,二冷比水量为2.5L/kg;
③连铸坯预热处理,将步骤②制成的连铸坯入坑进行缓冷,冷却后将连铸坯放入加热炉内进行加热处理,加热分为四段加热,依次为预热段、加热一段、加热二段和均热段,预热段的温度为730℃,加热一段的温度为1025℃,加热二段的温度为1225℃,均热段的温度为1265℃,四段加热段总加热时间控制在425min,加热炉采用四段步进式加热炉,四段步进式加热炉内的残氧控制≤10%,在连铸坯预热处理步骤中,采用高温加热方法控制脱C层,连铸坯在1200℃以上时,表面氧化速度大于脱C速度,本发明将连铸坯的均热段的温度控制在1265℃,均热段加热时间控制在140min,这样既能控制住连铸坯表面脱C层,又能避免氧化烧损大,同时保证连铸坯合金高温扩散时间,改善偏析,有利于提高产品内部质量,而国内一般采用低温加热来控制连铸坯表面脱C层深度,均热段温度不超过1100℃,其存在缺点是碳化物扩散不均匀,轧机负荷大,形变不均匀,性能不稳定;
④连铸坯轧制:将连铸坯送入轧机中轧制成宽度为80mm的条坯,条坯开轧的温度为980℃,终轧温度不大于900℃,之后将条坯入坑进行堆冷,连铸坯为亚共析钢,奥氏体冷却过程中先共析铁素体析出曲线和珠光体的析出曲线没有完全分开,连铸坯中先共析铁素体析出温度在700~900℃之间,本发明将终轧温度控制在不大于900℃,可以起到细化晶粒作用,提高先共析铁素体量;
⑤条坯加热处理:将步骤④制得的条坯放入加热炉内进行加热处理,加热分为四段加热,依次为预热段、加热一段、加热二段和均热段,预热段的温度为700℃,加热一段的温度为925℃,加热二段的温度为1025℃,均热段的温度为1000℃,四段加热段总加热时间控制在265min,加热炉采用四段步进式加热炉,四段步进式加热炉内的残氧控制≤5%,采用低温加热控制脱C层,条坯加热到奥氏体区即可出钢,本发明设置均热温度范围为1000℃,在轧机剪机等设备负载满足条件下,温度越低越好,并将条坯的总加热时间控制在265min,如果加热时间超过300分钟,条坯表面脱C层深度会大于1mm,导致条坯的性能变差,条坯加热处理后,需要对条坯进行高压水除磷,除磷的压力不小于20MPa;
⑥连轧:将经步骤⑤加热后的条坯进入轧机内进行连轧得到一次轧件,连轧包括粗轧、中扎和预精扎工序,粗轧的入口温度控制在1090℃、速度控制在1.1m/s,粗轧的道次为6次,中扎的入口温度控制在990℃、速度控制在2.8m/s,中扎的道次为6次,预精扎的入口温度控制在910℃、速度控制在4.5m/s,预精扎的道次为4次;
⑦穿水冷却:将经步骤⑥连轧后的一次轧件采用穿水冷却的方式冷却至790℃, 穿水冷却的水冷速度为125℃/s,水压为00.65Mpa;将连轧后得到的一次轧件表面温度冷却至790℃,
⑧精扎:将经步骤⑦冷却后的一次轧件进入轧机内再次进行精扎处理,得到二次轧件,精扎的入口温度控制在760℃、速度控制在4.5m/s,精扎的道次为2次,热轧后进行精轧,精轧过后的一次轧件进行了一次穿水,表面冷却至790℃,因此在表面的奥氏体短时间内相变了一部分,转变成了铁素体和少量的珠光体,剩余部分快速返红至850℃以上,仍保持奥氏体组织;在之后的空冷过程中,首先析出V的析出物,析出物可能长大,钉扎住奥氏体晶界,阻止晶粒长大,之后到达相变点,从表层到芯部先后进行了奥氏体向铁素体和珠光体的转变,形成高强度的细晶组织;
⑨冷床冷却:先将精扎后的二次轧件采用风冷的方式冷却至710℃,风冷采用风机进行冷却,再将二次轧件置于冷床上进行冷却,冷床冷却室,保温罩内缓慢冷却的速率为15℃/min,出冷床保温罩温度为425℃,之后自然冷却至室温后即可获得高锰无钒钢筋,所述冷床冷却工序的具体方法为,精扎后的二次轧件在冷床保温罩内缓慢冷却至500℃以下,然后拿掉保温罩进行冷床空冷,冷床冷却的目的是为二次轧件冷却的成品钢筋进行相变组织准备,另外还起输送钢材作用。
本实施例2通过提高锰含量的加入量,取消加入钒铁合金的方式,不仅降低了生产成本,而且解决钢筋出现弯曲度超标废品和剪切温度高形成弯头的问题。采用本发明制得的钢筋力学性能、抗震性能、冷弯反弯、金相分析试验、机械连接试验、焊接试验均符合国家标准的要求。通过该工艺的运用,钒合金的吨钢消耗约为0.25kg/t,钒氮合金的价格为20万元/吨,与现有技术相比,每吨钢筋生产成本可以降低50元/t,以每年年产量60万吨计算,每年能节约成本约3000万元。
本实施例2制成的钢筋规格为12~18mm钢筋,化学成分为:C:0.23wt%,Mn:1.50wt%,Si:0.55wt%,P:0.038wt%,S:0.041wt%,As:0.053 wt%,余量为铁,热轧态组织细化金相组织为铁素体+珠光体,本发明制得的钢筋边部显微组织均匀细小,能够形成高强度的细晶组织,带状组织1.0级别,晶粒度8级,硬度值为238HBW,冷床冷却后,钢筋下线弯曲度改善明显,弯曲度≤4mm/m,其屈服强度661MPa,抗拉强度749MPA,平均伸长率19.5%,平均强屈比1.25,力学性能、抗震性能、冷弯反弯、金相分析试验、机械连接试验、焊接试验均符合GB/T1499.2-2018国家标准的要求
实施例3:
本实施例3所述的一种高锰无钒钢筋的新型轧制工艺,包括以下步骤:
①钢筋组份准备,所述钢筋组份包括:C:0.25wt%,Mn: 1.55wt%,Si:0.65wt%,P≤0.045wt%,S≤0.045wt%,As≤0.07wt%,余量为铁,钢筋组份中相对的提高了锰元素的加入量,取消了钒元素的加入量,通过调整钢筋成分的含量控制,从钢筋的原材料成本上进行控制,能够有效的降低了钢筋的生产成本;
②制作钢坯:将上述原料经过转炉冶炼和LF炉精炼后,在进行转炉冶炼时,先将铁水、废钢及生铁加入转炉内进行吹炼,出钢时采用渣洗及吹氩处理,控制氩气流量为30NL/min,当钢包钢水量大于1/4时,依次向钢包中加入C、Mn、Si、P、S和As,并在钢包钢水量达到3/4时加完,以进行脱氧合金化;当出钢完毕后钢水LF炉进行精炼时,需用流量为30NL/min的氩气吹氩2min,然后加入铌、钛用电极化渣进行精炼,精炼结束后用流量为25NL/min的氩气,对钢水吹氩5分钟,加热钢水至温度为1650℃后,按1.0kg/t钢的量,加入常规覆盖剂,送连铸工序,将钢水连铸成连铸坯,连铸的过程中,调节结晶器电磁搅拌的电流强度为315A,运行频率为4.5HZ,中间包的温度为1550℃,拉速为3.5m/min,二冷比水量为3L/kg;
③连铸坯预热处理,将步骤②制成的连铸坯入坑进行缓冷,冷却后将连铸坯放入加热炉内进行加热处理,加热分为四段加热,依次为预热段、加热一段、加热二段和均热段,预热段的温度为750℃,加热一段的温度为1050℃,加热二段的温度为1250℃,均热段的温度为1280℃,四段加热段总加热时间控制在450min,加热炉采用四段步进式加热炉,四段步进式加热炉内的残氧控制≤10%,在连铸坯预热处理步骤中,采用高温加热方法控制脱C层,连铸坯在1200℃以上时,表面氧化速度大于脱C速度,本发明将连铸坯的均热段的温度控制在1280℃,均热段加热时间控制在160min,这样既能控制住连铸坯表面脱C层,又能避免氧化烧损大,同时保证连铸坯合金高温扩散时间,改善偏析,有利于提高产品内部质量,而国内一般采用低温加热来控制连铸坯表面脱C层深度,均热段温度不超过1100℃,其存在缺点是碳化物扩散不均匀,轧机负荷大,形变不均匀,性能不稳定;
④连铸坯轧制:将连铸坯送入轧机中轧制成宽度为100mm的条坯,条坯开轧的温度为1000℃,终轧温度不大于900℃,之后将条坯入坑进行堆冷,连铸坯为亚共析钢,奥氏体冷却过程中先共析铁素体析出曲线和珠光体的析出曲线没有完全分开,连铸坯中先共析铁素体析出温度在700~900℃之间,本发明将终轧温度控制在不大于900℃,可以起到细化晶粒作用,提高先共析铁素体量;
⑤条坯加热处理:将步骤④制得的条坯放入加热炉内进行加热处理,加热分为四段加热,依次为预热段、加热一段、加热二段和均热段,预热段的温度为750℃,加热一段的温度为950℃,加热二段的温度为1050℃,均热段的温度为1020℃,四段加热段总加热时间控制在280min,加热炉采用四段步进式加热炉,四段步进式加热炉内的残氧控制≤5%,采用低温加热控制脱C层,条坯加热到奥氏体区即可出钢,本发明设置均热温度范围为1020℃,在轧机剪机等设备负载满足条件下,温度越低越好,并将条坯的总加热时间控制在280min,如果加热时间超过300分钟,条坯表面脱C层深度会大于1mm,导致条坯的性能变差,条坯加热处理后,需要对条坯进行高压水除磷,除磷的压力不小于20MPa;
⑥连轧:将经步骤⑤加热后的条坯进入轧机内进行连轧得到一次轧件,连轧包括粗轧、中扎和预精扎工序,粗轧的入口温度控制在1100℃、速度控制在1.2m/s,粗轧的道次为7次,中扎的入口温度控制在1000℃、速度控制在3m/s,中扎的道次为7次,预精扎的入口温度控制在920℃、速度控制在5m/s,预精扎的道次为5次;
⑦穿水冷却:将经步骤⑥连轧后的一次轧件采用穿水冷却的方式冷却至800℃, 穿水冷却的水冷速度为150℃/s,水压为0.8Mpa;将连轧后得到的一次轧件表面温度冷却至800℃,
⑧精扎:将经步骤⑦冷却后的一次轧件进入轧机内再次进行精扎处理,得到二次轧件,精扎的入口温度控制在770℃、速度控制在5m/s,精扎的道次为3次,热轧后进行精轧,精轧过后的一次轧件进行了一次穿水,表面冷却至800℃,因此在表面的奥氏体短时间内相变了一部分,转变成了铁素体和少量的珠光体,剩余部分快速返红至850℃以上,仍保持奥氏体组织;在之后的空冷过程中,首先析出V的析出物,析出物可能长大,钉扎住奥氏体晶界,阻止晶粒长大,之后到达相变点,从表层到芯部先后进行了奥氏体向铁素体和珠光体的转变,形成高强度的细晶组织;
⑨冷床冷却:先将精扎后的二次轧件采用风冷的方式冷却至720℃,风冷采用风机进行冷却,再将二次轧件置于冷床上进行冷却,冷床冷却室,保温罩内缓慢冷却的速率为20℃/min,出冷床保温罩温度为450℃,之后自然冷却至室温后即可获得高锰无钒钢筋,所述冷床冷却工序的具体方法为,精扎后的二次轧件在冷床保温罩内缓慢冷却至500℃以下,然后拿掉保温罩进行冷床空冷,冷床冷却的目的是为二次轧件冷却的成品钢筋进行相变组织准备,另外还起输送钢材作用。
本实施例3通过提高锰含量的加入量,取消加入钒铁合金的方式,不仅降低了生产成本,而且解决钢筋出现弯曲度超标废品和剪切温度高形成弯头的问题。采用本发明制得的钢筋力学性能、抗震性能、冷弯反弯、金相分析试验、机械连接试验、焊接试验均符合国家标准的要求。通过该工艺的运用,钒合金的吨钢消耗约为0.25kg/t,钒氮合金的价格为20万元/吨,与现有技术相比,每吨钢筋生产成本可以降低50元/t,以每年年产量60万吨计算,每年能节约成本约3000万元。
本实施例3制成的钢筋规格为12~18mm钢筋,化学成分为:C: 0.25wt%,Mn:1.55wt%,Si: 0.65wt%,P:0.043wt%,S:0.039wt%,As:0.05wt%,余量为铁,热轧态组织细化金相组织为铁素体+珠光体,本发明制得的钢筋边部显微组织均匀细小,能够形成高强度的细晶组织,带状组织1.0级别,晶粒度8级,硬度值为232HBW,冷床冷却后,钢筋下线弯曲度改善明显,弯曲度≤4mm/m,其屈服强度654MPa,抗拉强度748MPA,平均伸长率21.3%,平均强屈比1.19,力学性能、抗震性能、冷弯反弯、金相分析试验、机械连接试验、焊接试验均符合GB/T1499.2-2018国家标准的要求。
Claims (5)
1.一种高锰无钒钢筋的新型轧制工艺,其特征在于:包括以下步骤:
①钢筋组份准备,所述钢筋组份包括:C:0.22~0.25wt%,Mn:1.45~1.55wt%,Si:0.50~0.65wt%,P≤0.045wt%,S≤0.045wt%,As≤0.07wt%,余量为铁;
②制作钢坯:将上述原料经过转炉冶炼和LF炉精炼后,将钢水连铸成连铸坯,连铸的过程中,调节结晶器电磁搅拌的电流强度为305~315A,运行频率为3.5~4.5HZ,中间包的温度为1520~1550℃,拉速为3~3.5m/min,二冷比水量为1.8~3L/kg;
③连铸坯预热处理,将步骤②制成的连铸坯入坑进行缓冷,冷却后将连铸坯放入加热炉内进行加热处理,加热分为四段加热,依次为预热段、加热一段、加热二段和均热段,预热段的温度为600~750℃,加热一段的温度为1000~1050℃,加热二段的温度为1200~1250℃,均热段的温度为1250~1280℃,四段加热段总加热时间控制在400~450min;
④连铸坯轧制:将连铸坯送入轧机中轧制成宽度为60~100mm的条坯,条坯开轧的温度为950~1000℃,终轧温度不大于900℃,之后将条坯入坑进行堆冷;
⑤条坯加热处理:将步骤④制得的条坯放入加热炉内进行加热处理,加热分为四段加热,依次为预热段、加热一段、加热二段和均热段,预热段的温度为600~750℃,加热一段的温度为900~950℃,加热二段的温度为1000~1050℃,均热段的温度为980~1020℃,四段加热段总加热时间控制在250~280min;
⑥连轧:将经步骤⑤加热后的条坯进入轧机内进行连轧得到一次轧件,连轧包括粗轧、中扎和预精扎工序,粗轧的入口温度控制在1080~1100℃、速度控制在1~1.2m/s,粗轧的道次为5~7次,中扎的入口温度控制在980~1000℃、速度控制在2.5~3m/s,中扎的道次为5~7次,预精扎的入口温度控制在900~920℃、速度控制在4~5m/s,预精扎的道次为3~5次;
⑦穿水冷却:将经步骤⑥连轧后的一次轧件采用穿水冷却的方式冷却至780~800℃,穿水冷却的水冷速度为100~150℃/s,水压为0.5~0.8Mpa;
⑧精扎:将经步骤⑦冷却后的一次轧件进入轧机内再次进行精扎处理,得到二次轧件,精扎的入口温度控制在750~770℃、速度控制在4~5m/s,精扎的道次为2~3次;
⑨冷床冷却:先将精扎后的二次轧件采用风冷的方式冷却至700~720℃,再将二次轧件置于冷床上进行冷却,冷床冷却室,保温罩内缓慢冷却的速率为5~20℃/min,出冷床保温罩温度为400~450℃,之后自然冷却至室温后即可获得高锰无钒钢筋。
2.根据权利要求1所述的一种高锰无钒钢筋的新型轧制工艺,其特征在于:在步骤②中,在进行转炉冶炼时,先将铁水、废钢及生铁加入转炉内进行吹炼,出钢时采用渣洗及吹氩处理,控制氩气流量为20~30NL/min,当钢包钢水量大于1/4时,依次向钢包中加入C、Mn、Si、P、S和As,并在钢包钢水量达到3/4时加完,以进行脱氧合金化;当出钢完毕后钢水LF炉进行精炼时,需用流量为20~30NL/min的氩气吹氩2min,然后加入铌、钛用电极化渣进行精炼,精炼结束后用流量为20~25NL/min的氩气,对钢水吹氩5分钟,加热钢水至温度为1600~1650℃后,按1.0kg/t钢的量,加入常规覆盖剂,送连铸工序。
3.根据权利要求1所述的一种高锰无钒钢筋的新型轧制工艺,其特征在于:在步骤③中,加热炉采用四段步进式加热炉,四段步进式加热炉内的残氧控制≤10%。
4.根据权利要求1所述的一种高锰无钒钢筋的新型轧制工艺,其特征在于:在步骤⑤中,条坯加热处理后,需要对条坯进行高压水除磷,除磷的压力不小于20MPa。
5.根据权利要求1所述的一种高锰无钒钢筋的新型轧制工艺,其特征在于:在步骤⑤中,加热炉采用四段步进式加热炉,四段步进式加热炉内的残氧控制≤5%。
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