CN113981311B - 一种富氮微合金细晶hrb400e直条抗震钢筋及其制备方法 - Google Patents

一种富氮微合金细晶hrb400e直条抗震钢筋及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种富氮微合金细晶HRB400E直条抗震钢筋及其制备方法，该钢筋具有以下重量份的化学成分：C 0.21～0.25 wt%、Si 0.42～0.55wt%、Mn 1.38～1.50wt%、V 0.012～0.020wt%、S≤0.045wt%、P≤0.045wt%、N 0.0090～0.0115wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。该钢筋依次经过下列步骤制备：钢水冶炼、脱氧合金化、钢水氩站精炼、钢水浇铸、钢坯加热及钢坯控轧控冷工序。本发明工艺具有生产成本低、工艺适用性及控制性强等特点，通过对化学成分设计、转炉冶炼、脱氧合金化结构、连铸、轧钢加热制度、轧制温度及控冷工艺集成创新，充分发挥了析出强化、细晶强化等多种强化作用，所生产钢筋具有工艺力学性能优异稳定、显微组织细小均匀、塑韧性好、抗震性能优异等优点。

Description

一种富氮微合金细晶HRB400E直条抗震钢筋及其制备方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种富氮微合金细晶HRB400E直条抗震钢筋及其制备方法。
背景技术
GB/T 1499.2-2018标准实施后，国内热轧带肋钢筋生产企业基本都采用钒微合金化或铌微合金化工艺生产直条带肋钢筋，钢中加入一定量的钒氮合金、氮化钒铁或铌铁合金，同时通过优化化学成分控制及轧制工艺，确保钢筋宏观金相、微观组织及截面维氏硬度满足新标准检验要求。
目前国内采用钒微合金化或铌微合金化工艺生产直条带肋钢筋。国内符合GB/T1499.2-2018标准的HRB400E直条抗震钢筋的制备主要采用钒氮微合金化工艺，还有少数企业采用铌微合金化工艺，采用钒微合金化工艺生产HRB400E时，钢中V含量大多控制在0.020-0.035wt%；采用铌微合金化工艺生产HRB400E时，钢中Nb含量大多控制在0.018-0.030wt%；两种工艺通过控制轧制温度和轧制道次得到宏观金相、截面维氏硬度、微观组织满足GB/T 1499.2-2018标准要求的直条HRB400E钢筋。而由于钒合金和铌铁价格昂贵，钢中加入一定量的钒合金或铌铁合金后导致HRB400E直条钢筋生产成本居高不下，不利于钢筋企业生产成本的降低和产品市场竞争力的提升。
本发明旨在提供一种成本更低的富氮微合金细晶HRB400E直条抗震钢筋的制备方法。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种富氮微合金细晶HRB400E直条抗震钢筋，本发明的第二目的在于提供一种富氮微合金细晶HRB400E直条抗震钢筋的制备方法。
本发明的第一目的是这样实现的，一种富氮微合金细晶HRB400E直条抗震钢筋，具有以下重量份的化学成分：C 0.21～0.25 wt%、Si 0.42～0.55wt%、Mn 1.38～1.50wt%、V0.012～0.020wt%、S≤0.045wt%、P≤0.045wt%、N 0.0090～0.0115wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
本发明的第二目的是这样实现的，一种富氮微合金细晶HRB400E直条抗震钢筋的制备方法，依次按下列步骤来实现：
A、钢水冶炼：将废钢、生铁和铁水分别按200～210kg/t钢、30kg/t钢、840kg/t钢的配比加入LD转炉中，之后进行常规顶底复合吹炼，加入常规石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为21-25kg/t钢，轻烧白云石加入量为12-15kg/t钢，菱镁球加入量为1.0-2.0kg/t钢，控制终点碳含量≥0.10wt%，出钢温度≤1640℃；出钢前按3.0-3.8kg/t钢的量，向钢包加入经过烘烤干燥的低品位废弃钒渣，并烘烤2～3分钟；出钢过程采用全程底吹氮工艺，氮气流量控制为30～40NL/min；所述废钢化学成分为：C 0.07～0.20wt%，Si 0.20～0.40wt%，Mn0.35～1.20wt% ，P 0.025～0.045wt%，S 0.020～0.040wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述生铁化学成分为：C3.0～3.3wt%、Si 0.20～0.40wt%、Mn 0.20～0.40wt% 、P 0.080～0.105wt%、S 0.025～0.040wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述铁水温度≥1320℃，成分为：C4.4～4.7wt%、Si 0.25～0.45wt%、Mn 0.20～0.35wt% 、P 0.090～0.110wt%、S≤0.042wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；
B、脱氧合金化：将钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铝钙脱氧剂→硅碳合金→硅锰合金→氮化硅铁，依次向钢包中加入下列物质：按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铝钙脱氧剂：Si 30.5wt%，Ca 13.5wt%，Al 11.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按3.6～4.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅碳合金：C21.5wt%，Si 60.5wt%，P 0.075wt%，S0.105wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按21.5～23.2kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.8wt%，Si 17.6wt%，C 1.6wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.20-0.30kg/t钢的量，加入下列质量比的氮化硅铁：Si57.5wt%，N 32.5wt%，C 2.45wt%，P 0.046wt%，S 0.047wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至氩站进行精炼处理；
C、钢水氩站精炼：将钢水吊至氩站工位接好氮气带，开启氮气采用流量为35～45NL/min的氮气对钢水进行吹氮处理，吹氮时间为4分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位；
D、钢水浇铸：在中间包温度为1525～1540℃，拉速为3.3～3.5m/min，结晶器冷却水流量为140～150m3/h，二冷比水量为2.0～2.2L/kg的条件下，采用小方坯铸机将C步骤的钢水浇铸成断面165mm×165mm的钢坯；
E、钢坯加热：将钢坯送入均热段炉温为1060～1100℃的蓄热式加热炉中，加热60分钟后出钢，推送至全连续式棒材轧机进行轧制；
F、钢坯控轧控冷：将E步骤钢坯通过粗轧机在速度为0.3～0.4m/s的轧制条件下轧制6个道次；之后通过中轧机在速度为2.2～2.7m/s的轧制条件下轧制4个道次；之后进入精轧前预水冷装置进行精轧前控冷，预水冷后钢筋进精轧温度控制为880～900℃；最后通过带机架水冷装置的精轧机在速度为10.0～13.0m/s的轧制条件下轧制2～5个道次；将精轧后钢材进行控冷，控冷后钢筋上冷床温度控制为840～860℃，之后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得公称直径12-25mm HRB400E细晶直条抗震钢筋。
本发明的有益效果为：
1、本发明炼钢出钢钢包加入一定量廉价的废弃钒渣，通过出钢渣洗使钢水中废弃钒渣中V2O5还原成V，增加了钢水V含量，取消了钒合金的加入；脱氧合金化过程中加入少量氮化硅铁，在钢中含有一定V含量的基础上，显著增加了钢水中氮含量，促进了轧制过程中大量细小V(C,N)、VN的充分析出，使V的强化效果的充分发挥；轧钢采用较低的开轧温度，通过精轧前预水冷控制较低的进精轧温度，采用带机架水冷装置的精轧机轧制，轧后采用多段分级有限控冷工艺，显著细化了原始奥氏体晶粒，增加了铁素体晶粒的形核位置及形核速率，使铁素体晶粒显著细化，钢筋横截面中心铁素体晶粒度达11.0级以上，细晶强化效果显著，同时改善了钢的塑韧性；钢中通过废弃钒渣V2O5还原成少量V并通过钢水增氮，促进了V从固溶状态向碳氮化物析出相的转移，细小弥散的V(C,N)、VN析出相大量形成和析出，增加了奥氏体稳定性，降低了相变温度，使钢的强化效果明显改善；钢中C、Mn含量控制较高，提高了珠光体含量，显著提高了钢的抗拉强度，改善了抗震性能。
2、本发明工艺具有生产成本低、工艺适用性及控制性强等特点，通过对化学成分设计、转炉冶炼、脱氧合金化结构、连铸、轧钢加热制度、轧制温度及控冷工艺集成创新，充分发挥了析出强化、细晶强化等多种强化作用，所生产钢筋具有工艺力学性能优异稳定、显微组织细小均匀、塑韧性好、抗震性能优异等优点，各项指标全面优于GB/T 1499.2-2018，生产成本同比现有钒微合金化工艺降低35元/t钢以上，同比现有铌微合金化工艺降低20元/t钢以上，显著提升了HRB400E直条抗震钢筋市场竞争力，具有显著的经济和社会效益。
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。
本发明一种富氮微合金细晶HRB400E直条抗震钢筋，具有以下重量份的化学成分：C 0.21～0.25 wt%、Si 0.42～0.55wt%、Mn 1.38～1.50wt%、V 0.012～0.020wt%、S≤0.045wt%、P≤0.045wt%、N 0.0090～0.0115wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
本发明一种富氮微合金细晶HRB400E直条抗震钢筋的制备方法，具体以下步骤：
A、钢水冶炼：将废钢、生铁和铁水分别按200～210kg/t钢、30kg/t钢、840kg/t钢的配比加入LD转炉中，之后进行常规顶底复合吹炼，加入常规石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为21-25kg/t钢，轻烧白云石加入量为12-15kg/t钢，菱镁球加入量为1.0-2.0kg/t钢，控制终点碳含量≥0.10wt%，出钢温度≤1640℃；出钢前按3.0-3.8kg/t钢的量，向钢包加入经过烘烤干燥的低品位废弃钒渣，并烘烤2～3分钟；出钢过程采用全程底吹氮工艺，氮气流量控制为30～40NL/min；所述废钢化学成分为：C 0.07～0.20wt%，Si 0.20～0.40wt%，Mn0.35～1.20wt% ，P 0.025～0.045wt%，S 0.020～0.040wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述生铁化学成分为：C3.0～3.3wt%、Si 0.20～0.40wt%、Mn 0.20～0.40wt% 、P 0.080～0.105wt%、S 0.025～0.040wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述铁水温度≥1320℃，成分为：C4.4～4.7wt%、Si 0.25～0.45wt%、Mn 0.20～0.35wt% 、P 0.090～0.110wt%、S≤0.042wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；
B、脱氧合金化：将钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铝钙脱氧剂→硅碳合金→硅锰合金→氮化硅铁，依次向钢包中加入下列物质：按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铝钙脱氧剂：Si 30.5wt%，Ca 13.5wt%，Al 11.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按3.6～4.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅碳合金：C21.5wt%，Si 60.5wt%，P 0.075wt%，S0.105wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按21.5～23.2kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.8wt%，Si 17.6wt%，C 1.6wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.20-0.30kg/t钢的量，加入下列质量比的氮化硅铁：Si57.5wt%，N 32.5wt%，C 2.45wt%，P 0.046wt%，S 0.047wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至氩站进行精炼处理；
C、钢水氩站精炼：将钢水吊至氩站工位接好氮气带，开启氮气采用流量为35～45NL/min的氮气对钢水进行吹氮处理，吹氮时间为4分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位；
D、钢水浇铸：在中间包温度为1525～1540℃，拉速为3.3～3.5m/min，结晶器冷却水流量为140～150m3/h，二冷比水量为2.0～2.2L/kg的条件下，采用小方坯铸机将C步骤的钢水浇铸成断面165mm×165mm的钢坯；
E、钢坯加热：将钢坯送入均热段炉温为1060～1100℃的蓄热式加热炉中，加热60分钟后出钢，推送至全连续式棒材轧机进行轧制；
F、钢坯控轧控冷：将E步骤钢坯通过粗轧机在速度为0.3～0.4m/s的轧制条件下轧制6个道次；之后通过中轧机在速度为2.2～2.7m/s的轧制条件下轧制4个道次；之后进入精轧前预水冷装置进行精轧前控冷，预水冷后钢筋进精轧温度控制为880～900℃；最后通过带机架水冷装置的精轧机在速度为10.0～13.0m/s的轧制条件下轧制2～5个道次；将精轧后钢材进行控冷，控冷后钢筋上冷床温度控制为840～860℃，之后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得公称直径12-25mm HRB400E细晶直条抗震钢筋。
所述步骤A中，钢包中加入的经过烘烤干燥的废弃钒渣的成分为：V2O54.5～6.0wt%、SiO2 16.0～18.5wt%、CaO 4.0～6.0wt%、MgO 3.5～4.5wt%、MnO 5.8～7.0wt%、P0.115wt%、S 0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
所述步骤D中，钢水浇铸成断面钢坯采用的小方坯铸机为R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机。
铸坯出拉矫机矫直温度控制≥950℃。
所述步骤D中，二冷比水量是指：连铸机二冷区单位时间内消耗的总水量与单位时间内通过二冷区铸坯质量的比值，以L/kg为单位，它是连铸二次冷却喷水强度的指标。
所述步骤E中，钢坯出钢温度为980～1000℃。
所述步骤F中，预水冷装置冷却水量为80～100m3/h，机架水冷装置冷却水量为30～40m3/h。
所述步骤F中，精轧后钢材控冷方式如下：通过8个长1.5米、每个水冷段间隔0.3米的短管水冷段装置进行控冷，水泵开启数为4台，水泵压力为1.2～1.5MPa。
本发明提供的富氮微合金细晶HRB400E直条抗震钢筋工艺力学性能、显微组织、维氏硬度差分别见表1和表2。
表1 本发明生产的富氮微合金细晶HRB400E直条抗震钢筋工艺力学性能
Figure 352291DEST_PATH_IMAGE002
表2本发明生产的富氮微合金细晶HRB400E直条抗震钢筋金相组织及维氏硬度
Figure 800590DEST_PATH_IMAGE004
实施例1
A、钢水冶炼：分别按200kg/t钢、30kg/t钢的冷料装入配比，在LD转炉加入下列质量比的废钢(化学成分: C 0.07wt%，Si 0.20wt%，Mn 0.35wt% ，P 0.025wt%，S 0.020wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)及生铁(化学成分：C3.0wt%、Si 0.20wt%、Mn 0.20wt% 、P0.080wt%、S 0.025wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)；之后按840kg/t钢的铁水装入配比，在LD转炉加入下列温度及质量比的铁水：铁水温度1320℃，铁水成分C4.4wt%、Si 0.25wt%、Mn 0.20wt% 、P 0.090wt%、S 0.025wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；废钢、生铁及铁水兑入LD转炉后，进行常规顶底复合吹炼，加入常规石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为21kg/t钢，轻烧白云石加入量为12kg/t钢，菱镁球加入量为1.0kg/t钢，控制终点碳含量0.10wt%，出钢温度1630℃；出钢前按3.0kg/t钢的量，向钢包加入经过烘烤干燥后具有下列质量比的廉价废弃钒渣：V2O54.5wt%、SiO2 16.0wt%、CaO 4.0wt%、MgO 3.5wt%、MnO5.8wt%、P 0.115wt%、S 0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，废弃钒渣加入钢包后烘烤2分钟；出钢过程采用全程底吹氮工艺，氮气流量控制为30NL/min。
B、脱氧合金化：将A步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铝钙脱氧剂→硅碳合金→硅锰合金→氮化硅铁，依次向钢包中加入下列物质：按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铝钙脱氧剂：Si 30.5wt%，Ca 13.5wt%，Al11.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按3.6kg/t钢的量，加入下列质量比的硅碳合金：C21.5wt%，Si 60.5wt%，P 0.075wt%，S0.105wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按21.5kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.8wt%，Si 17.6wt%，C 1.6wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.20kg/t钢的量，加入下列质量比的氮化硅铁：Si 57.5wt%，N 32.5wt%，C2.45wt%，P 0.046wt%，S 0.047wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至氩站进行精炼处理。
C、钢水氩站精炼：将钢水吊至氩站工位接好氮气带，开启氮气采用流量为35NL/min的氮气对钢水进行吹氮处理，吹氮时间为4分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位。
D、钢水浇铸：在中间包温度为1540℃，拉速为3.3m/min，结晶器冷却水流量为140m3/h，二冷比水量为2.0L/kg的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将C步骤的钢水浇铸成断面165mm×165mm的钢坯；铸坯出拉矫机矫直温度控制950℃。
E、钢坯加热：将D步骤钢坯送入均热段炉温为1100℃的加热炉中，加热60分钟，钢坯出钢温度为1000℃，之后推送至全连续式棒材轧机进行轧制。
F、钢坯控轧控冷：将E步骤钢坯通过粗轧机在速度为0.4m/s的轧制条件下轧制6个道次；之后通过中轧机在速度为2.7m/s的轧制条件下轧制4个道次；之后进入精轧前预水冷装置进行精轧前控冷，冷却水量为100m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为900℃；最后通过带机架水冷装置的精轧机(机架冷却水量为30m3/h)在速度为13.0m/s的轧制条件下轧制5个道次；将精轧后钢材通过8个短管水冷段装置(每个长度1.5米，每个水冷段间隔0.3米)进行控冷，水泵开启数4台，水泵压力为1.2MPa；控冷后钢筋上冷床温度控制为860℃，之后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得公称直径12mm HRB400E细晶直条抗震钢筋，其具有下列重量百分比的化学成分：C 0.21 wt%、Si 0.42wt%、Mn 1.38wt%、V 0.012wt%、S0.025wt%、P0.026wt%、N 0.0090wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
实施例1提供的富氮微合金细晶HRB400E直条抗震钢筋工艺力学性能、显微组织、维氏硬度差分别见表3和表4。
表3实施例1生产的富氮微合金细晶HRB400E直条抗震钢筋工艺力学性能
Figure 862218DEST_PATH_IMAGE006
表4实施例1生产的富氮微合金细晶HRB400E直条抗震钢筋金相组织及维氏硬度
Figure 788586DEST_PATH_IMAGE008
实施例2
A、钢水冶炼：分别按205kg/t钢、30kg/t钢的冷料装入配比，在LD转炉加入下列质量比的废钢(化学成分: C 0.14wt%，Si 0.30wt%，Mn 0.45wt% ，P 0.035wt%，S 0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)及生铁(化学成分：C3.1wt%、Si 0.30wt%、Mn 0.30wt% 、P0.092wt%、S 0.032wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)；之后按840kg/t钢的铁水装入配比，在LD转炉加入下列温度及质量比的铁水：铁水温度1330℃，铁水成分C4.6wt%、Si 0.35wt%、Mn 0.28wt% 、P 0.100wt%、S 0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；废钢、生铁及铁水兑入LD转炉后，进行常规顶底复合吹炼，加入常规石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为23kg/t钢，轻烧白云石加入量为14kg/t钢，菱镁球加入量为2.0kg/t钢，控制终点碳含量0.11wt%，出钢温度1635℃；出钢前按3.4kg/t钢的量，向钢包加入经过烘烤干燥后具有下列质量比的廉价废弃钒渣：V2O55.4wt%、SiO2 17.2wt%、CaO 5.0wt%、MgO 4.0wt%、MnO6.4wt%、P 0.115wt%、S 0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，废弃钒渣加入钢包后烘烤3分钟；出钢过程采用全程底吹氮工艺，氮气流量控制为35NL/min。
B、脱氧合金化：将A步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铝钙脱氧剂→硅碳合金→硅锰合金→氮化硅铁，依次向钢包中加入下列物质：按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铝钙脱氧剂：Si 30.5wt%，Ca 13.5wt%，Al11.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按3.8kg/t钢的量，加入下列质量比的硅碳合金：C21.5wt%，Si 60.5wt%，P 0.075wt%，S0.105wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按22.4kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.8wt%，Si 17.6wt%，C 1.6wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.25kg/t钢的量，加入下列质量比的氮化硅铁：Si 57.5wt%，N 32.5wt%，C2.45wt%，P 0.046wt%，S 0.047wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至氩站进行精炼处理。
C、钢水氩站精炼：将钢水吊至氩站工位接好氮气带，开启氮气采用流量为40NL/min的氮气对钢水进行吹氮处理，吹氮时间为4分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位。
D、钢水浇铸：在中间包温度为1535℃，拉速为3.4m/min，结晶器冷却水流量为145m3/h，二冷比水量为2.1L/kg的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将C步骤的钢水浇铸成断面165mm×165mm的钢坯；铸坯出拉矫机矫直温度控制965℃。
E、钢坯加热：将D步骤钢坯送入均热段炉温为1080℃的加热炉中，加热60分钟，钢坯出钢温度为990℃，之后推送至全连续式棒材轧机进行轧制。
F、钢坯控轧控冷：将E步骤钢坯通过粗轧机在速度为0.3m/s的轧制条件下轧制6个道次；之后通过中轧机在速度为2.5m/s的轧制条件下轧制4个道次；之后进入精轧前预水冷装置进行精轧前控冷，冷却水量为90m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为890℃；最后通过带机架水冷装置的精轧机(机架冷却水量为35m3/h)在速度为11.5m/s的轧制条件下轧制4个道次；将精轧后钢材通过8个短管水冷段装置(每个长度1.5米，每个水冷段间隔0.3米)进行控冷，水泵开启数4台，水泵压力为1.3MPa；控冷后钢筋上冷床温度控制为850℃，之后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得公称直径20mm HRB400E细晶直条抗震钢筋，其具有下列重量百分比的化学成分：C 0.23 wt%、Si 0.48wt%、Mn 1.44wt%、V 0.016wt%、S0.038wt%、P0.037wt%、N 0.0102wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
实施例2提供的富氮微合金细晶HRB400E直条抗震钢筋工艺力学性能、显微组织、维氏硬度差分别见表5和表6。
表5实施例2生产的富氮微合金细晶HRB400E直条抗震钢筋工艺力学性能
Figure 134117DEST_PATH_IMAGE010
表6实施例2生产的富氮微合金细晶HRB400E直条抗震钢筋金相组织及维氏硬度
Figure 487738DEST_PATH_IMAGE012
实施例3
A、钢水冶炼：分别按210kg/t钢、30kg/t钢的冷料装入配比，在LD转炉加入下列质量比的废钢(化学成分: C 0.20wt%，Si 0.40wt%，Mn1.20wt% ，P 0.045wt%，S 0.040wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)及生铁(化学成分：C3.3wt%、Si 0.40wt%、Mn 0.40wt% 、P0.105wt%、S0.040wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)；之后按840kg/t钢的铁水装入配比，在LD转炉加入下列温度及质量比的铁水：铁水温度1340℃，铁水成分C4.7wt%、Si 0.45wt%、Mn 0.35wt% 、P 0.110wt%、S 0.042wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；废钢、生铁及铁水兑入LD转炉后，进行常规顶底复合吹炼，加入常规石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为25kg/t钢，轻烧白云石加入量为15kg/t钢，菱镁球加入量为2.0kg/t钢，控制终点碳含量0.12wt%，出钢温度1640℃；出钢前按3.8kg/t钢的量，向钢包加入经过烘烤干燥后具有下列质量比的廉价废弃钒渣：V2O56.0wt%、SiO2 18.5wt%、CaO 6.0wt%、MgO 4.5wt%、MnO7.0wt%、P 0.115wt%、S 0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，废弃钒渣加入钢包后烘烤3分钟；出钢过程采用全程底吹氮工艺，氮气流量控制为40NL/min。
B、脱氧合金化：将A步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铝钙脱氧剂→硅碳合金→硅锰合金→氮化硅铁，依次向钢包中加入下列物质：按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铝钙脱氧剂：Si 30.5wt%，Ca 13.5wt%，Al11.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按4.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅碳合金：C21.5wt%，Si 60.5wt%，P 0.075wt%，S0.105wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按23.2kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.8wt%，Si 17.6wt%，C 1.6wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.30kg/t钢的量，加入下列质量比的氮化硅铁：Si 57.5wt%，N 32.5wt%，C2.45wt%，P 0.046wt%，S 0.047wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至氩站进行精炼处理。
C、钢水氩站精炼：将钢水吊至氩站工位接好氮气带，开启氮气采用流量为45NL/min的氮气对钢水进行吹氮处理，吹氮时间为4分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位。
D、钢水浇铸：在中间包温度为1525℃，拉速为3.5m/min，结晶器冷却水流量为150m3/h，二冷比水量为2.2L/kg的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将C步骤的钢水浇铸成断面165mm×165mm的钢坯；铸坯出拉矫机矫直温度控制980℃。
E、钢坯加热：将D步骤钢坯送入均热段炉温为1060℃的加热炉中，加热60分钟，钢坯出钢温度为980℃，之后推送至全连续式棒材轧机进行轧制。
F、钢坯控轧控冷：将E步骤钢坯通过粗轧机在速度为0.3m/s的轧制条件下轧制6个道次；之后通过中轧机在速度为2.2m/s的轧制条件下轧制4个道次；之后进入精轧前预水冷装置进行精轧前控冷，冷却水量为80m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为880℃；最后通过带机架水冷装置的精轧机(机架冷却水量为40m3/h)在速度为10.0m/s的轧制条件下轧制2个道次；将精轧后钢材通过8个短管水冷段装置(每个长度1.5米，每个水冷段间隔0.3米)进行控冷，水泵开启数4台，水泵压力为1.5MPa；控冷后钢筋上冷床温度控制为840℃，之后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得公称直径25mm HRB400E细晶直条抗震钢筋，其具有下列重量百分比的化学成分：C 0.25 wt%、Si 0.55wt%、Mn 1.50wt%、V 0.020wt%、S0.045wt%、P0.045wt%、N 0.0115wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
实施例3提供的富氮微合金细晶HRB400E直条抗震钢筋工艺力学性能、显微组织、维氏硬度差分别见表7和表8。
表7实施例3生产的富氮微合金细晶HRB400E直条抗震钢筋工艺力学性能
Figure 489192DEST_PATH_IMAGE014
表8实施例3生产的富氮微合金细晶HRB400E直条抗震钢筋金相组织及维氏硬度
Figure 235562DEST_PATH_IMAGE016
。

Claims (8)

1.一种富氮微合金细晶HRB400E直条抗震钢筋的制备方法，所述直条抗震钢筋具有以下重量份的化学成分：C 0.21~0.25wt%、Si 0.42~0.55wt%、Mn 1.38~1.50wt%、V 0.012~0.020wt%、S≤0.045wt%、P≤0.045wt%、N 0.0090~0.0115wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；其制备方法具体步骤如下：
A、钢水冶炼：将废钢、生铁和铁水分别按200~210kg/t钢、30kg/t钢、840kg/t钢的配比加入LD转炉中，之后进行常规顶底复合吹炼，加入常规石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为21-25kg/t钢，轻烧白云石加入量为12-15kg/t钢，菱镁球加入量为1.0-2.0kg/t钢，控制终点碳含量≥0.10wt%，出钢温度≤1640℃；出钢前按3.0-3.8kg/t钢的量，向钢包加入经过烘烤干燥的低品位废弃钒渣，并烘烤2~3分钟；出钢过程采用全程底吹氮工艺，氮气流量控制为30~40NL/min；所述废钢化学成分为：C 0.07~0.20wt%，Si 0.20~0.40wt%，Mn 0.35~1.20wt% ，P 0.025~0.045wt%，S 0.020~0.040wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述生铁化学成分为：C 3.0~3.3wt%、Si 0.20~0.40wt%、Mn 0.20~0.40wt%、P 0.080~0.105wt%、S0.025~0.040wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述铁水温度≥1320℃，成分为：C4.4~4.7wt%、Si 0.25~0.45wt%、Mn 0.20~0.35wt%、P 0.090~0.110wt%、S≤0.042wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；
B、脱氧合金化：将钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铝钙脱氧剂→硅碳合金→硅锰合金→氮化硅铁，依次向钢包中加入下列物质：按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铝钙脱氧剂：Si 30.5wt%，Ca 13.5wt%，Al 11.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按3.6~4.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅碳合金：C 21.5wt%，Si60.5wt%，P 0.075wt%，S0.105wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按21.5~23.2kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.8wt%，Si 17.6wt%，C 1.6wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.20-0.30kg/t钢的量，加入下列质量比的氮化硅铁：Si 57.5wt%，N 32.5wt%，C2.45wt%，P 0.046wt%，S 0.047wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至氩站进行精炼处理；
C、钢水氩站精炼：将钢水吊至氩站工位接好氮气带，开启氮气采用流量为35~45NL/min的氮气对钢水进行吹氮处理，吹氮时间为4分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位；
D、钢水浇铸：在中间包温度为1525~1540℃，拉速为3.3~3.5m/min，结晶器冷却水流量为140~150m3/h，二冷比水量为2.0~2.2L/kg的条件下，采用小方坯铸机将C步骤的钢水浇铸成断面165mm×165mm的钢坯；
E、钢坯加热：将钢坯送入均热段炉温为1060~1100℃的蓄热式加热炉中，加热60分钟后出钢，推送至全连续式棒材轧机进行轧制；
F、钢坯控轧控冷：将E步骤钢坯通过粗轧机在速度为0.3~0.4m/s的轧制条件下轧制6个道次；之后通过中轧机在速度为2.2~2.7m/s的轧制条件下轧制4个道次；之后进入精轧前预水冷装置进行精轧前控冷，预水冷后钢筋进精轧温度控制为880~900℃；最后通过带机架水冷装置的精轧机在速度为10.0~13.0m/s的轧制条件下轧制2~5个道次；将精轧后钢材进行控冷，控冷后钢筋上冷床温度控制为840~860℃，之后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得公称直径12-25mm HRB400E细晶直条抗震钢筋。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A的钢包中加入的经过烘烤干燥的废弃钒渣的成分为：V2O5 4.5~6.0wt%、SiO2 16.0~18.5wt%、CaO 4.0~6.0wt%、MgO 3.5~4.5wt%、MnO 5.8~7.0wt%、P 0.115wt%、S 0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤D中钢水浇铸成断面钢坯采用的小方坯铸机为R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，铸坯出拉矫机矫直温度控制≥950℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤D中二冷比水量是指：连铸机二冷区单位时间内消耗的总水量与单位时间内通过二冷区铸坯质量的比值，以L/kg为单位，它是连铸二次冷却喷水强度的指标。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤E中钢坯出钢温度为980~1000℃。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤F中预水冷装置冷却水量为80~100m3/h，机架水冷装置冷却水量为30~40m3/h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤F中精轧后钢材控冷方式如下：通过8个长1.5米、每个水冷段间隔0.3米的短管水冷段装置进行控冷，水泵开启数为4台，水泵压力为1.2~1.5MPa。
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