CN113512683A - 一种高强度抗震钢筋的低碳消耗制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度抗震钢筋的低碳消耗制备方法，成分组成为C：0.20～0.24wt%，Si：0.55～0.70wt%，Mn：1.35～1.50wt%，P：≤0.035wt%，S：≤0.030wt%，V：0.85～0.95wt%，Ti：0.015～0.030wt%，N：0.0080～0.010wt%，余量为铁和不可避免的杂质；首先对铁水进行脱硫预处理，成分为：C含量4.2～4.8wt%，Si含量0.50～0.70wt%，Mn含量0.40～0.60wt%，P含量0.050～0.090wt%，S含量≤0.005wt%，其余还有微量的钒；转炉出钢前，铁水包调到钢包位，在空钢包内预先加入约5000‑5300kg铁水；转炉冶炼，转炉出钢控制、电石脱氧、钒氮合金强化，把萤石、活性石灰按1:3的质量比进行混合，转炉出钢结束钢包底吹氩搅拌3分钟后投入钛铁。通过转炉出钢过程碳含量的控制，有利于降碳、降低硅锰合金消耗和脱氧剂铝的使用量。

Description

一种高强度抗震钢筋的低碳消耗制备方法
技术领域
本发明提供一种高强度抗震钢筋的低碳消耗制备方法，属于钢铁冶金领域。
背景技术
为了提高钢的强度和韧性，在钢中添加的微合金元素主要有钒、铌、 钛等，通过其形成的碳、氮化合物进行析出强化和沉淀强化，可大幅度提高钢的强度，并获得良好的塑韧性。在高强度螺纹钢生产中，主要采用钒强化和钒氮强化，主要原因是与钛相比，钒与氧的亲和力小，回收率高。与铌相比，氮化钒的析出强化效果比较稳定，对温度的敏感性不强，钢坯加热温度、轧制的开轧和精轧温度、冷却速率的控制范围较宽，利于大批量稳定轧制；但是钢中氮含量的控制精度要求高，氮含量较低，钒的强化效果不显著，氮含量过高，钢材的韧塑性降低，反映在拉伸性能钢材的断后伸长率降低。
文献检索结果：
(1) 专利申请号CN2013103888388，公开了一种“HRB500钢筋及其制备方法”，成分组成为：C：0.10～0.18wt%，Si：0.20～0.80wt%，Mn：1.20～1.60wt%，P：≤0.040wt%，S：≤0.040wt%，B：0.001～0.005wt%。其生产流程为转炉冶炼、脱氧、吹氩、连铸、轧制。权利要求书要求的主要创新点是成分设计，方坯连铸、方坯的加热温度及轧制工艺控制参数。钢坯加热温度1150～1250℃保温100-120分钟，在压缩比64～165范围内，采用8～12℃/s的冷却速率冷却到600～680℃。轧制了直径16-40mm的螺纹钢，抗拉强度680～760MPa，屈服强度520～580MPa，断后延伸率大于21%。
(2) 专利申请号CN2005100468239，公开了一种“高强度带肋钢筋轧后超快速冷却生产工艺”，其特点是以大于700℃/s的冷速在1s内将钢筋温度终冷至480～720℃，使钢材的奥氏体组织迅速转变为晶粒度11～12级的铁素体和珠光体组织，在提高钢材拉伸性能的同时，可大幅度降低合金成本。
(3) 专利申请号2014101408484, 公开了一种“HRB500级热轧带肋抗震钢筋”，采用的生产工艺为转炉冶炼、LF精炼、连铸、棒材连轧机轧制。成分组成为： C：0.17～0.25wt%、Si：0.40～0.80wt%、Mn：1.20～1. 60wt%、P：≤0.045wt%、S：≤0.045wt%、V：0.028～0.045wt%、Al：0.020～0.040wt%、N：0.0080～0.0110wt%。转炉出钢加入了锰硅氮合金进行强化，经16道次轧制后快速冷却到650℃，然后进行空冷。生产了直径18～25的热轧带肋钢筋，抗拉强度678～700MPa，屈服强度531～597MPa，断后延伸率大于19-25%。性能满足HRB500钢筋的要求。
(4) 专利申请号2012103404084，公开了“一种铌钛硼微合金HRB600高强度抗震钢筋及其制备”，采用的生产工艺为转炉冶炼、LF精炼、连铸、1750连轧机轧制。成分组成为：C：0.14～0.18wt%，Si：0.30～0.50wt%，Mn：0.50～0.75wt%，P：≤0.045wt%，S：≤0.045wt%，Ti：0.020～0.040wt%，Al：0.020～0.040wt%，Cr：0.050～0.070wt%，B：0.0015～0.0030wt%。其制备方法为转炉冶炼、LF精炼、连铸。出钢过程加入硅钙钡合金进行脱氧，加入高碳锰铁、硅铁、铌铁进行合金化，LF精炼还原气氛下加入钛铁、硼铁。连铸采用电磁搅拌解决中心偏析。轧制采用快速冷却模式，冷速250～300℃/s，冷却至600～650℃。
由于螺纹钢的强度越高，焊接难度越大。因此，在建筑施工过程中采用套筒连接是通常采用的方法。从材料上解决高强度螺纹钢的焊接难题是最理想的方法。添加钛是解决焊接接头软化的最佳方法。但由于钛容易氧化，必须经LF精炼处理后加入才能保证钛的回收率，起到相应的强化效果，提高钢材的强度改善钢焊接性能，由于LF增加工序费用和增加电极消耗，这种工艺增加了钢材的制造成本，并不能减少CO2的排放量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度抗震钢筋的低碳消耗制备方法，通过转炉出钢过程碳含量的控制，充分利用铁水中的的碳、硅、锰元素，使转炉吹氧熔炼的氧化性钢水和高碳、含硅锰的铁水中和，起到脱氧合金化的作用，省略了LF工序，有利于降碳、降低硅锰合金消耗和脱氧剂铝的使用量。
本发明方法是通过如下方法实现的，一种高强度抗震钢筋的低碳消耗制备方法，1、成分设计：成分组成为C：0.20～0.24wt%，Si：0.55～0.70wt%，Mn：1.35～1.50wt%，P：≤0.035wt%，S：≤0.030wt%，V：0.85～0.95wt%，Ti：0.015～0.030wt%，N：0.0080～0.010wt%，余量为铁和不可避免的杂质；2、制备方法：1）、首先对铁水进行脱硫预处理，成分为：C含量4.2～4.8wt%，Si含量0.50～0.70wt%，Mn含量0.40～0.60wt%，P含量0.050～0.090wt%，S含量≤0.005wt%，其余还有微量的钒；2）、转炉出钢前，铁水包调到钢包位，在空钢包内预先加入约5000-5300kg铁水；转炉冶炼，装入铁水120吨，废钢30吨，采用4孔顶吹氧枪进行吹炼，氧气流量控制在480～500 Nm3/min，吹氧时间不大于12分钟，转炉出钢控制：[C]:0.07-0.10%，[P]:≤0.020% 、[S]:≤0.008%；转炉出钢采用电石脱氧，脱氧剂电石加入量吨钢0.5～1.0kg，采用钒氮合金进行强化，其中钒含量为77%，氮含量为14%，其余为铁及不可避免的杂质元素，钒氮合金加入量吨钢加入1.25kg，转炉出钢1分钟后投入电石，根据转炉出钢钢水的成分，每吨钢配入22～24kg的硅锰合金，加入硅铁3.8～3.9kg/t，每炉钢可以节省碳粉加入量210-240kg。这种制造方法是一种低碳、降低脱氧剂电石消耗的制备方法，同时降低了二氧化碳排放量；3、防止钢水大翻腾和爆炸，把萤石、活性石灰按1:3的质量比进行混合，粒度10-15mm，在转炉出钢初期加入，加入目标值750kg/炉，通过转炉出钢过程的钢渣混冲，提高电石、铁水中的的脱氧效率和加速脱氧合金化，整改出钢过程钢包底吹氩搅拌，转炉出钢结束钢包底吹氩搅拌3分钟后投入钛铁，钛铁中钛的含量30%，钛的回收率大于65%；连铸为断面150mm方的方坯，连铸钢水通过的各连接部位全部采用氩气封闭保护浇铸，中间包钢水过热度不大于35℃，为控制钢材组织均匀性，控制钢坯偏析，方坯拉速恒定为2.5m/min，采用曼内斯曼标评级，准钢坯中心偏析小于2级；4、采用150mm的方钢坯热装轧制，入炉温度≥500℃，方坯的加热温度及轧制工艺控制参数，开轧温度1100±15℃，压缩比在32～56之间，采用65～80℃/s的冷却速率冷却到950±10℃，轧制了直径Φ20～Φ30mm的HRB500E抗震螺纹钢，抗拉强度680～730MPa，屈服强度530～560MPa，钢材的断后延伸率大于22%。
由于闪光对焊时，钢中的少量碳被快速氧化，加之热顶端挤压时半熔化区内碳含量较高，熔点较低的流动金属首先被挤出，而在接合部位形成碳含量较低的区域，影响了焊接部位的性能，由于加入了钛，形成了稳定的碳化钛微粒，起到了沉淀强化细化晶粒的作用，焊缝组织为先共析铁素体+珠光体，钢材具有高的强度和韧性以及优异的焊接性能。采用本方法制备了HRB500E螺纹钢约6万吨，列举了Φ20mm～Φ30mm四个直径的螺纹钢18批，成分和性能见表1。
由于采用铁水作为增碳剂，因此，钢中的碳含量更稳定，不同冶炼炉次间的钢中碳含量波动控制在0.21～0.23%，容量为150吨的转炉，每炉钢减少碳粉使用量210-240kg，折合成CO2每炉钢减少CO2排放770～880kg。轧后钢材的各项性能满足HRB500E高强度抗震钢筋的要求。本方法通过对成分微合金元素钒钛的微调，可以在其它牌号的螺纹钢上推广使用，是降低螺纹钢炼钢生产中CO2排放的一种最直接有效的方法。
表1 采用本方法制备的HRB500E成分和性能
Figure DEST_PATH_IMAGE002
具体实施方式
一种高强度抗震钢筋的低碳消耗制备方法，
1、成分设计：成分组成为C：0.20～0.24wt%，Si：0.55～0.70wt%，Mn：1.35～1.50wt%，P：≤0.035wt%，S：≤0.030wt%，V：0.85～0.95wt%，Ti：0.015～0.030wt%，N：0.0080～0.010wt%，余量为铁和不可避免的杂质；
2、制备方法：1）、首先对铁水进行脱硫预处理，成分为：C含量4.2～4.8wt%，Si含量0.50～0.70wt%，Mn含量0.40～0.60wt%，P含量0.050～0.090wt%，S含量≤0.005wt%，其余还有微量的钒；2）、转炉出钢前，铁水包调到钢包位，在空钢包内预先加入约5000-5300kg铁水；转炉冶炼，装入铁水120吨，废钢30吨，采用4孔顶吹氧枪进行吹炼，氧气流量控制在480～500 Nm3/min，吹氧时间不大于12分钟，转炉出钢控制：[C]:0.07-0.10%，[P]:≤0.020% 、[S]:≤0.008%；转炉出钢采用电石脱氧，脱氧剂电石加入量吨钢0.5～1.0kg，采用钒氮合金进行强化，其中钒含量为77%，氮含量为14%，其余为铁及不可避免的杂质元素，钒氮合金加入量吨钢加入1.25kg，转炉出钢1分钟后投入电石，根据转炉出钢钢水的成分，每吨钢配入22～24kg的硅锰合金，加入硅铁3.8～3.9kg/t，每炉钢可以节省碳粉加入量210-240kg。这种制造方法是一种低碳、降低脱氧剂电石消耗的制备方法，同时降低了二氧化碳排放量；
3、防止钢水大翻腾和爆炸，把萤石、活性石灰按1:3的质量比进行混合，粒度10-15mm，在转炉出钢初期加入，加入目标值750kg/炉，通过转炉出钢过程的钢渣混冲，提高电石、铁水中的的脱氧效率和加速脱氧合金化，整改出钢过程钢包底吹氩搅拌，转炉出钢结束钢包底吹氩搅拌3分钟后投入钛铁，钛铁中钛的含量30%，钛的回收率大于65%；连铸为断面150mm方的方坯，连铸钢水通过的各连接部位全部采用氩气封闭保护浇铸，中间包钢水过热度不大于35℃，为控制钢材组织均匀性，控制钢坯偏析，方坯拉速恒定为2.5m/min，采用曼内斯曼标评级，准钢坯中心偏析小于2级；
4、采用150mm的方钢坯热装轧制，入炉温度≥500℃，方坯的加热温度及轧制工艺控制参数，开轧温度1100±15℃，压缩比在32～56之间，采用65～80℃/s的冷却速率冷却到950±10℃，轧制了直径Φ20～Φ30mm的HRB500E抗震螺纹钢，抗拉强度680～730MPa，屈服强度530～560MPa，钢材的断后延伸率大于22%。

Claims (1)

1.一种高强度抗震钢筋的低碳消耗制备方法，其特征在于：1、成分设计：成分组成为C：0.20～0.24wt%，Si：0.55～0.70wt%，Mn：1.35～1.50wt%，P：≤0.035wt%，S：≤0.030wt%，V：0.85～0.95wt%，Ti：0.015～0.030wt%，N：0.0080～0.010wt%，余量为铁和不可避免的杂质；2、制备方法：1）、首先对铁水进行脱硫预处理，成分为：C含量4.2～4.8wt%，Si含量0.50～0.70wt%，Mn含量0.40～0.60wt%，P含量0.050～0.090wt%，S含量≤0.005wt%，其余还有微量的钒；2）、转炉出钢前，铁水包调到钢包位，在空钢包内预先加入约5000-5300kg铁水；转炉冶炼，装入铁水120吨，废钢30吨，采用4孔顶吹氧枪进行吹炼，氧气流量控制在480～500Nm3/min，吹氧时间不大于12分钟，转炉出钢控制：[C]:0.07-0.10%，[P]:≤0.020% 、[S]:≤0.008%；转炉出钢采用电石脱氧，脱氧剂电石加入量吨钢0.5～1.0kg，采用钒氮合金进行强化，其中钒含量为77%，氮含量为14%，其余为铁及不可避免的杂质元素，钒氮合金加入量吨钢加入1.25kg，转炉出钢1分钟后投入电石，根据转炉出钢钢水的成分，每吨钢配入22～24kg的硅锰合金，加入硅铁3.8～3.9kg/t；3、防止钢水大翻腾和爆炸，把萤石、活性石灰按1:3的质量比进行混合，粒度10-15mm，在转炉出钢初期加入，加入目标值750kg/炉，转炉出钢结束钢包底吹氩搅拌3分钟后投入钛铁，钛铁中钛的含量30%，钛的回收率大于65%；连铸为断面150mm方的方坯，连铸钢水通过的各连接部位全部采用氩气封闭保护浇铸，中间包钢水过热度不大于35℃，为控制钢材组织均匀性，控制钢坯偏析，方坯拉速恒定为2.5m/min，采用曼内斯曼标评级，准钢坯中心偏析小于2级；4、采用150mm的方钢坯热装轧制，入炉温度≥500℃，方坯的加热温度及轧制工艺控制参数，开轧温度1100±15℃，压缩比在32～56之间，采用65～80℃/s的冷却速率冷却到950±10℃，轧制了直径Φ20～Φ30mm的HRB500E抗震螺纹钢，抗拉强度680～730MPa，屈服强度530～560MPa，钢材的断后延伸率大于22%。
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