CN113802044A - 一种高强抗震钢筋的合金化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及冶金技术领域，具体公开一种高强抗震钢筋的合金化方法，包括以下步骤：将电弧炉熔炼或转炉冶炼所得钢水出钢至钢包中，当出钢至总出钢量的1/4时开始向钢水中加入含铬钒钛铁块、脱氧剂、硅锰合金和增碳剂，同时在钢包底部吹入氩气直至出钢结束后继续吹氩搅拌3min‑5min，出钢结束得合金化钢液；上述所有物料在出钢至总出钢量的3/4之前全部加完。采用本发明提供的合金化方法，可提高钢产量3.5％‑6.0％，钢水中C增量为0.14％‑0.20％，V的收得率为96％‑98％，Ti的收得率为50％‑55％，Mn的收得率为95％‑98％，且简化了微合金化工艺，有利于缩短冶炼周期。

Description

一种高强抗震钢筋的合金化方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种高强抗震钢筋的合金化方法。
背景技术
建筑用带肋钢筋，分为普通钢筋和抗震钢筋两种，钢筋按屈服强度特征值又可分为335MPa、400MPa、500MPa级，国内市场主要以HRB335，即335MPa级的钢筋为主，其中400MPa及以上级别的钢筋只占建筑钢产量的40％。随着建筑工业的迅速的发展，大型公共建筑、高层建筑等复杂结构对钢筋的需求量越来越大，对钢筋承载能力的要求越来越高。
HRB400MPa级别的钢筋的传统生产工艺是主要以20MnSi作为基础成分的碳锰钢系成分设计，采用锰系和硅系铁合金进行锰和硅合金化，用钒铁或钒氮合金进行钒微合金化，或利用铌铁合金进行铌微合金化，其主要成分控制为：C 0.17％-0.25％，Si 0.40％-0.60％，Mn 1.2％-1.6％，性能要求为：屈服强度(Rel)≥400MPa，抗拉强度≥550MPa，断面收缩率(A)≥16％。但是，目前常用的合金化方法存在如下问题：硅锰及碳含量较高，钒氮合金价格昂贵，导致合金化成本较高，且钒氮冶炼工艺复杂、增加冶炼周期。因此，寻找一种可以操作简单的低成本的合金化方法，对于高强抗震钢筋的发展具有十分重要的意义。
发明内容
针对现有高强抗震钢筋的合金化方法存在的成本高以及冶炼工艺复杂的问题，本发明提供一种高强抗震钢筋的合金化方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
一种高强抗震钢筋的合金化方法，包括以下步骤：将电弧炉熔炼或转炉冶炼所得钢水出钢至钢包中，当出钢至总出钢量的1/4时开始向钢水中加入含铬钒钛铁块、脱氧剂、硅锰合金和增碳剂，同时在钢包底部吹入氩气直至出钢结束后继续吹氩搅拌3min-5min，出钢结束得合金化钢液；上述所有物料在出钢至总出钢量的3/4之前全部加完。
本发明提供的高强抗震钢筋的合金化方法，通过在钢水出钢过程中加入含铬钒钛铁块，严格其加入时机，利用特定的钢水出钢时机的动力条件以及吹氩搅拌的方法，使含铬钒钛铁块充分溶解，且此时钢水是无渣的，V、Ti、C等元素直接与钢水接触，可使V、Ti、C等元素直接被钢水吸收，提高合金元素的收得率，增加钢水中碳含量；同时，含铬钒钛铁块中的Si和加入的脱氧剂可对钢水进行充分脱氧，避免有益元素的氧化损失，可进一步提高V、Ti、C等有益元素的高效利用，含铬钒钛铁块经过合金化后余量铁直接转变为钢，增加钢产量。采用本发明提供的合金化方法，可提高钢产量3.5％-6.0％，钢水中C增量为0.14％-0.20％，V的收得率为96％-98％，Ti的收得率为50％-55％，Mn的收得率为95％-98％，且简化了微合金化工艺，有利于缩短冶炼周期。
可选的，本发明中所述高强抗震钢筋为HRB400E。
优选的，电弧炉或转炉终点控制碳含量为0.04％-0.08％，氧含量为300ppm-500ppm。
控制终点碳含量为0.04％-0.08％，可避免钢水的过氧化，同时控制氧含量为300ppm-500ppm，为提高合金的收得率提高了良好的基础。
优选的，所述含铬钒钛铁块的化学成分为：C：3.00％-4.50％、Si：0.05％-0.50％、Mn：0.10％-0.60％、V：0.25％-0.55％、Cr：0.05％-0.30％、Ti：0.05％-0.50％、S≤0.045％、P≤0.080％，余量为铁及不可避免的杂质元素。
含铬钒钛铁块中的V能够起到细化晶粒和析出强化的双重作用，是一种理想的铁素体析出强化元素；Ti能够起到加热时阻止奥氏体颗粒长大、控制奥氏体再结晶和析出强化的作用，因此将Ti作为主要的强化元素之一；Mn在钢中可形成置换固溶体，造成点阵畸变小，细化晶粒，减少珠光体片层间距；Cr能够增加钢的淬透性，提高钢的力学性能，同时，改善钢材的强屈比指标。选择上述特定成分的含铬钒钛铁块不但有利于提高V、Ti、Mn的收得率，增加钢产量，还有利于提高制备的钢筋的力学性能。
优选的，所述含铬钒钛铁块的粒度为30mm-70mm。
优选的含铬钒钛铁块的粒度有利于快速溶解，降低钢水的温降。
优选的，所述含铬钒钛铁块的加入量为35-60Kg/t钢水。
优选的，将所述含铬钒钛铁块加入钢包之前预热至800℃-850℃。
将含铬钒钛铁块预热至800-850℃有利于快速溶解到钢水中，降低钢水的温降。
优选的，所述含铬钒钛铁块、脱氧剂、硅锰合金和增碳剂均加至钢包中的钢水冲击区。
将上述物料加至钢水冲击区有利于各物料与钢水充分混合，稳定钢水质量。
优选的，所述钢水的出钢时间为3min-5min，出钢温度为1630℃-1650℃。
优选的钢水出钢时间不但可以减少出钢过程中的温降，还能使各物料充分与钢水混合。将出钢时间控制为3-5分钟，结合含铬钒钛铁块预热至800-850℃以及特定的粒度，可将温降降低至8-12℃。
优选的，所述氩气的流量为400-600Nm3/h。
优选的，所述氩气的纯度≥99.9％。
优选的氮气流量有利于加快各物料与钢水的充分混合均匀，且有利于更精准的控制钢水的成分和温度。
优选的，所述合金化钢液的化学成分为：C：0.22％-0.24％，Si：0.20％-0.26％，Mn：1.32％-1.35％，V：0.018％-0.029％，Ti：0.002％-0.020％，Cr：0.002％-0.016％，S≤0.040％、P≤0.040％，余量为铁及不可避免的杂质元素。
优选的，所述脱氧剂为铝块，加入量为0.1-0.2kg/t钢水。
优选的，所述硅锰合金的加入量为20-21kg/t钢水。
优选的，所述增碳剂的加入量为0-0.13kg/t钢水。
可选的，所述增碳剂为人工石墨，含碳量大于96％，其余为杂质。
可选的，将所得合金化钢液经连铸、方坯加热、轧制、控冷、冷床空冷，得HRB400R钢筋。
上述连铸、方坯加热、轧制、空冷和冷却等工序均为本领域的常规操作，具体工艺参数可由本领域技术人员进行常规调整得到。
本发明提供的高强抗震钢筋的合金化方法，通过选择特定成分的含铬钒钛铁块，在出钢过程中进行合金化，并控制含铬钒钛铁块的加入时机，配合底部吹氩技术，有效提高了V、Ti、Mn等合金的收得率，增加了钢产量，且钢水中碳增量为0.14％-0.20％，同时，简化了合金化工艺，降低了合金化成本，对于提高企业的竞争力具有十分重要的意义，市场前景广阔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
为了更好的说明本发明，下面通过实施例做进一步的举例说明。
以下实施例以制备HBR400E的合金化工序为例，其中涉及的主要设备有烘烤加热设备、炼钢转炉、LF精炼炉和方坯连铸机、冷床等。每炉钢水为100t。
实施例1
本发明实施例提供一种高强抗震钢筋HBR400E的合金化方法，包括以下步骤：
含铬钒钛铁块的化学成分为：C：4.00％、Si：0.05％、Mn：0.12％、V：0.50％、Cr：0.10％、Ti：0.05％、S：0.040％、P：0.045％，余量为铁及不可避免的杂质元素；粒度30-70mm。
将上述含铬钒钛铁块通过烘烤加热设备加热至800℃，在转炉出钢至总出钢量的1/4时，开始向钢包的钢水冲击区加入含铬钒钛铁块4.5t、铝段20kg、硅锰合金2005kg和增碳剂0kg，在出钢至3/4时全部加完，出钢的同时在钢包底部吹入氩气，氩气流量为600Nm3/h，出钢结束后继续吹氩搅拌5min，得合金化钢液。
转炉出钢的出钢温度为1650℃，出钢时间为4min，转炉终点控制碳含量为0.04％，氧含量为500ppm。
合金化钢液的化学成分为：C 0.22％，Si 0.20％，Mn 1.32％，P 0.040％，S0.031％，V 0.022％，Ti 0.002％，Cr 0.008％，余量铁及不可避免的杂质。
对本实施例制备合金化钢液进行取样分析：钢水中C增量为0.18％，V的收得率为97.8％，Ti的收得率为54.2％，Mn的收得率为96.3％，提高钢产量4.3％。
实施例2
本发明实施例提供一种高强抗震钢筋HBR400E的合金化方法，包括以下步骤：
含铬钒钛铁块的化学成分为：C：4.50％、Si：0.50％、Mn：0.55％、V：0.55％、Cr：0.05％、、Ti：0.13％、S：0.035％、P：0.050％，余量为铁及不可避免的杂质元素；粒度30-70mm。
将上述含铬钒钛铁块通过烘烤加热设备加热至800℃，在电炉出钢至总出钢量的1/4时，开始向钢包的钢水冲击区加入含铬钒钛铁块3.5t、铝段10kg、硅锰合金2018kg和增碳剂12.5kg，在出钢至3/4时全部加完，出钢的同时在钢包底部吹入氩气，氩气流量为500Nm3/h，出钢结束后继续吹氩搅拌3-5min，得合金化钢液。
电炉出钢的出钢温度为1630℃，出钢时间为3min，电炉终点控制碳含量为0.08％，氧含量为300ppm。
合金化钢液的化学成分为：C 0.24％，Si 0.26％，Mn 1.35％，P 0.025％，S0.019％，V 0.029％，Ti 0.012％，Cr 0.002％，余量铁及不可避免的杂质。
对本实施例制备合金化钢液进行取样分析：钢水中C增量为0.16％，V的收得率为97.6％，Ti的收得率为55.0％，Mn的收得率为97.2％，提高钢产量3.4％。
实施例3
本发明实施例提供一种高强抗震钢筋HBR400E的合金化方法，包括以下步骤：
含铬钒钛铁块的化学成分为：C：3.00％、Si：0.40％、Mn：0.60％、V：0.25％、Cr：0.30％、Ti：0.50％、S：0.035％、P：0.050％，余量为铁及不可避免的杂质元素；粒度30-70mm。
将上述含铬钒钛铁块通过烘烤加热设备加热至800℃，在转炉出钢至总出钢量的1/4时，开始向钢包的钢水冲击区加入含铬钒钛铁块6.0t、铝段20kg、硅锰合金2020kg和增碳剂12.5kg，在出钢至3/4时全部加完，出钢的同时在钢包底部吹入氩气，氩气流量为400Nm3/h，出钢结束后继续吹氩搅拌4min，得合金化钢液。
转炉出钢的出钢温度为1640℃，出钢时间为5min，转炉终点控制碳含量为0.06％，氧含量为420ppm。
合金化钢液的化学成分为：C 0.24％，Si 0.20％，Mn 1.35％，P 0.025％，S0.019％，V 0.018％，Ti 0.016％，Cr 0.016％，余量铁及不可避免的杂质。
对本实施例制备合金化钢液进行取样分析：钢水中C增量为0.18％，V的收得率为96.7％，Ti的收得率为53.8％，Mn的收得率为96.8％，提高钢产量5.6％。
将实施例1-3制备的合金化钢液经将所得合金化钢液经本领域常规的连铸、方坯加热、轧制、控冷、冷床空冷，制备得到HRB400E钢筋。钢筋性能满足国标GB/T1499.2-2018要求。
对比例1
本对比例提供一种炼钢方法，具体步骤与实施例2相同，不同的仅是在钢水出钢结束后向钢包中加入含铬钒钛铁块3.5t、铝段10kg、硅锰合金2018kg和增碳剂12.5kg。
对制备合金化钢液进行取样分析：钢水中C增量为0.15％，V的收得率为93.5％，Ti的收得率为51.2％，Mn的收得率为94.2％，提高钢产量3.3％。
对比例2
本对比例提供一种炼钢方法，具体步骤与实施例2相同，不同的仅是在出钢至出钢总量的1/2时加入含铬钒钛铁块3.5t、铝段10kg、硅锰合金2018kg和增碳剂12.5kg，在出钢结束之前加完。
对制备合金化钢液进行取样分析：钢水中C增量为0.15％，V的收得率为94.0％，Ti的收得率为53.2％，Mn的收得率为95.0％，提高钢产量3.3％。
通过将实施例2与对比例1-对比例2进行比较可以看出，根据本发明提供的合金化方法，通过控制含铬钒钛生铁块的加入时机并配合钢包底吹氩气的技术手段，有效提高了V、Ti、Mn等合金的收得率，增加了钢产量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高强抗震钢筋的合金化方法，其特征在于，包括以下步骤：将电弧炉熔炼或转炉冶炼所得钢水出钢至钢包中，当出钢至总出钢量的1/4时开始向钢水中加入含铬钒钛铁块、脱氧剂、硅锰合金和增碳剂，同时在钢包底部吹入氩气直至出钢结束后继续吹氩搅拌3min-5min，出钢结束得合金化钢液；上述所有物料在出钢至总出钢量的3/4之前全部加完。
2.如权利要求1所述的高强抗震钢筋的合金化方法，其特征在于，所述含铬钒钛铁块的化学成分为：C：3.00％-4.50％、Si：0.05％-0.50％、Mn：0.10％-0.60％、V：0.25％-0.55％、Cr：0.05％-0.30％、Ti：0.05％-0.50％、S≤0.045％、P≤0.080％，余量为铁及不可避免的杂质元素。
3.如权利要求1或2所述的高强抗震钢筋的合金化方法，其特征在于，所述含铬钒钛铁块的粒度为30mm-70mm。
4.如权利要求1或2所述的高强抗震钢筋的合金化方法，其特征在于，所述含铬钒钛铁块的加入量为35-60Kg/t钢水。
5.如权利要求1所述的高强抗震钢筋的合金化方法，其特征在于，将所述含铬钒钛铁块加入钢包之前预热至800℃-850℃。
6.如权利要求1所述的高强抗震钢筋的合金化方法，其特征在于，所述含铬钒钛铁块、脱氧剂、硅锰合金和增碳剂均加至钢包中的钢水冲击区。
7.如权利要求1所述的高强抗震钢筋的合金化方法，其特征在于，所述钢水的出钢时间为3min-5min，出钢温度为1630℃-1650℃。
8.如权利要求1所述的高强抗震钢筋的合金化方法，其特征在于，所述所述氩气的流量为400-600Nm3/h。
9.如权利要求1所述的高强抗震钢筋的合金化方法，其特征在于，所述合金化钢液的化学成分为：C：0.22％-0.24％，Si：0.20％-0.26％，Mn：1.32％-1.35％，V：0.018％-0.029％，Ti：0.002％-0.020％，Cr：0.002％-0.016％，S≤0.040％、P≤0.040％，余量为铁及不可避免的杂质元素。
10.如权利要求1所述的高强抗震钢筋的合金化方法，其特征在于，所述脱氧剂为铝块，加入量为0.1-0.2kg/t钢水；和/或
所述硅锰合金的加入量为20-21kg/t钢水；和/或
所述增碳剂的加入量为0-0.13kg/t钢水。
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