CN114000049B - 一种富氮钒铌微合金化大规格hrb400e直条抗震钢筋及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种富氮钒铌微合金化公称直径32‑40mm大规格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 0.35~0.45wt%、Mn 1.34~1.45wt%、V 0.015~0.022wt%、Nb 0.005~0.007wt%、S≤0.045wt%、P≤0.045wt%、N 0.0100~0.0120wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。其制备方法依次按下列步骤来实现: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,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,生产成本同比现有钒微合金化工艺降低45元/t钢以上,同比现有铌微合金化工艺降低25元/t钢以上,具有显著的经济和社会效益。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域,具体涉及一种富氮钒铌微合金化公称直径32-40mm大规格HRB400E直条抗震钢筋及其制备方法。
背景技术
热轧带肋钢筋是钢筋混凝土建筑结构的主要增强材料,在结构中承载着拉、压应力和应变等负载的应力应变。目前我国热轧带肋钢筋年产量超过2亿吨,是国民经济建筑工程结构建设使用最多的钢铁材料。近年来随着建筑结构不断升级,用钢强度持续提高 ,促进了建筑用钢筋的升级换代和产品标准的修改完善。热轧带肋钢筋国家标准GB/T 1499.2-2018于2018年11月1日正式实施,新标准增加了金相组织检验规定及配套的宏观金相、截面维氏硬度、微观组织检验方法,对钢筋性能、质量检验和判定作出了更严格和更明确规定,对生产工艺提出了更高、更严格的要求,对提升热轧带肋钢筋产品质量、促进节能减排、淘汰落后产能产生积极的推进作用。
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。钢中加入一定量的钒氮合金、氮化钒铁或铌铁合金后,导致生产成本较高
目前国内已有GB/T 1499.2-2018标准实施后公称直径32-40mm大规格HRB400E直条抗震钢筋生产技术的相关研究报道,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0.025-0.035wt%;采用铌微合金化工艺生产HRB400E时,钢中Nb含量大多控制在0.020-0.030wt%;采用上述两种工艺时,钢中要加入一定量的钒合金和铌铁,由于钒合金和铌铁价格昂贵,导致微合金化成本较高,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。
针对目前采用钒微合金化或铌微合金化工艺生产公称直径32-40mm大规格直条带肋钢筋由于钢中加入一定量的钒合金或铌铁合金导致HRB400E钢筋生产成本居高不下的局面,本发明旨在提供一种低成本富氮钒铌微合金化公称直径32-40mm大规格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钒铌微合金化公称直径32-40mm大规格HRB400E直条抗震钢筋,本发明的第二目的在于提供一种富氮钒铌微合金化公称直径32-40mm大规格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,一种富氮钒铌微合金化公称直径32-40mm大规格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 0.35~0.45wt%、Mn 1.34~1.45wt%、V 0.015~0.022wt%、Nb 0.005~0.007wt%、S≤0.045wt%、P≤0.045wt%、N 0.0100~0.0120wt%,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,一种富氮钒铌微合金化公称直径32-40mm大规格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90~95kg/t钢、30kg/t钢、940kg/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、轻烧白云石造渣,石灰加入量为23~26kg/t钢,轻烧白云石加入量为15~20kg/t钢,控制终点碳含量≥0.08wt%,出钢温度≤1660℃;出钢前按4.0kg/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 0.21~0.26wt%,Si 0.35~0.60wt%,Mn 1.05~1.60wt% ,P 0.030~0.050wt%,S0.028~0.045wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;所述生铁化学成分为:C3.0~3.2wt%、Si0.32~0.55wt%、Mn 0.35~0.55wt% 、P 0.095~0.120wt%、S 0.018~0.045wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;所述铁水温度≥1350℃,成分为:C4.2~4.5wt%、Si 0.30~0.45wt%、Mn 0.25~0.40wt% 、P 0.110~0.135wt%、S≤0.045wt%,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→锰铌氮合金、硅氮合金,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 35.2wt%,Ca 10.5wt%,Al12.5wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按2.8kg/t钢的量,加入下列质量比的硅碳合金:C20.2wt%,Si 56.8wt%,P 0.085wt%,S0.175wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按20.5~22.5kg/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0.40~0.55kg/t钢的量,加入下列质量比的锰铌氮合金:Mn56.5wt%,N 10.5wt%,Nb 13.5wt%,C 0.25wt%,P 0.028wt%,S 0.035wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按0.10kg/t钢的量,加入下列质量比的硅氮合金:Si 58.6wt%,N 35.8wt%,C2.15wt%,P 0.068wt%,S 0.035wt%,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30~40NL/min的氮气对钢水进行吹氮处理,吹氮时间为5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1522~1536℃,拉速为3.1~3.3m/min,结晶器冷却水流量为145~155m3/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90分钟后出钢,经高压水出鳞,推送至高速线材轧机进行轧制;
F、钢坯控轧控冷:将钢坯在速度为0.5~0.6m/s的轧制条件下轧制6个道次后通过中轧机在速度为2.5~3.0m/s的轧制条件下轧制4个道次;之后进行精轧前预水冷控冷,控制预水冷后钢筋进精轧温度为940~970℃;最后通过带机架水冷装置的精轧机在速度为8.0~9.0m/s的轧制条件下轧制2~3个道次;将精轧后钢材进行控冷,控制控冷后钢筋上冷床温度为930~950℃,之后钢筋在冷床自然空冷至室温,即获得公称直径32-40mm大规格HRB400E直条抗震钢筋,钢的温度控制、轧制道次及控冷参数视不同规格要求具体确定。
本发明的有益效果为:
1、本发明方法在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锰铌氮合金、硅氮合金,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)、Nb(C,N)的充分析出,使V、Nb的强化效果得到充分发挥;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,V(C,N)、Nb(C,N)沉淀析出的驱动力增加,在低温铁素体区基体、晶界及位错线上析出了大量细小弥散的第二相,使铁素体基体得到强化,同时低温控轧控冷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,钢筋横截面铁素体晶粒度达11.5级以上,细晶强化效果显著,同时改善了钢的塑韧性;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;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,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45元/t钢以上,同比现有铌微合金化工艺降低25元/t钢以上,显著提升了HRB400E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。
本发明一种富氮钒铌微合金化公称直径32-40mm大规格HRB400E直条抗震钢筋,具有以下重量份的化学成分:C 0.22~0.25 wt%、Si 0.40~0.50wt%、Mn 0.98~1.13wt%、S≤0.045wt%、P≤0.045wt%、N 0.0090~0.0110wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。
本发明富氮钒铌微合金化公称直径32-40mm大规格HRB400E直条抗震钢筋,经过下列工艺步骤制备:
A、钢水冶炼:将废钢、生铁和铁水分别按90~95kg/t钢、30kg/t钢、940kg/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、轻烧白云石造渣,石灰加入量为23~26kg/t钢,轻烧白云石加入量为15~20kg/t钢,控制终点碳含量≥0.08wt%,出钢温度≤1660℃;出钢前按4.0kg/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 0.21~0.26wt%,Si 0.35~0.60wt%,Mn 1.05~1.60wt% ,P 0.030~0.050wt%,S0.028~0.045wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;所述生铁化学成分为:C3.0~3.2wt%、Si0.32~0.55wt%、Mn 0.35~0.55wt% 、P 0.095~0.120wt%、S 0.018~0.045wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;所述铁水温度≥1350℃,成分为:C4.2~4.5wt%、Si 0.30~0.45wt%、Mn 0.25~0.40wt% 、P 0.110~0.135wt%、S≤0.045wt%,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→锰铌氮合金、硅氮合金,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 35.2wt%,Ca 10.5wt%,Al12.5wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按2.8kg/t钢的量,加入下列质量比的硅碳合金:C20.2wt%,Si 56.8wt%,P 0.085wt%,S0.175wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按20.5~22.5kg/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0.40~0.55kg/t钢的量,加入下列质量比的锰铌氮合金:Mn56.5wt%,N 10.5wt%,Nb 13.5wt%,C 0.25wt%,P 0.028wt%,S 0.035wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按0.10kg/t钢的量,加入下列质量比的硅氮合金:Si 58.6wt%,N 35.8wt%,C2.15wt%,P 0.068wt%,S 0.035wt%,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30~40NL/min的氮气对钢水进行吹氮处理,吹氮时间为5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1522~1536℃,拉速为3.1~3.3m/min,结晶器冷却水流量为145~155m3/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90分钟后出钢,经高压水出鳞,推送至高速线材轧机进行轧制;
F、钢坯控轧控冷:将钢坯在速度为0.5~0.6m/s的轧制条件下轧制6个道次后通过中轧机在速度为2.5~3.0m/s的轧制条件下轧制4个道次;之后进行精轧前预水冷控冷,控制预水冷后钢筋进精轧温度为940~970℃;最后通过带机架水冷装置的精轧机在速度为8.0~9.0m/s的轧制条件下轧制2~3个道次;将精轧后钢材进行控冷,控制控冷后钢筋上冷床温度为930~950℃,之后钢筋在冷床自然空冷至室温,即获得公称直径32-40mm大规格HRB400E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:V2O54.2~5.5wt%、SiO2 18.2~19.5wt%、CaO 4.6~6.2wt%、MgO 4.2~5.6wt%、MnO 6.3~7.5wt%、P0.103wt%、S 0.035wt%,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为1010℃。
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990~1020℃。
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20~30m3/h。
所述步骤F中,精轧后钢材控冷方式如下:通过1个长4.5米的长管水冷段装置和4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3台,水泵压力为1.0~1.2MPa。
本发明富氮钒铌微合金化公称直径32-40mm大规格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 本发明公称直径32-40mm大规格HRB400E直条抗震钢工艺力学性能
表2本发明公称直径32-40mm大规格HRB400E直条抗震钢金相组织及维氏硬度
实施例1
A、钢水冶炼:分别按90kg/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 0.21wt%,Si 0.35wt%,Mn 1.05wt% ,P 0.030wt%,S 0.028wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物)及生铁(化学成分:C3.0wt%、Si 0.32wt%、Mn 0.35wt% 、P0.095wt%、S 0.018wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物);之后按940kg/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1350℃,铁水成分C4.2wt%、Si 0.30wt%、Mn 0.25wt% 、P 0.110wt%、S 0.028wt%,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、轻烧白云石造渣,石灰加入量为23kg/t钢,轻烧白云石加入量为15kg/t钢,控制终点碳含量0.08wt%,出钢温度1640℃;出钢前按4.0kg/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的低品位废弃钒渣:V2O54.2wt%、SiO2 18.2wt%、CaO 4.6wt%、MgO 4.2wt%、MnO 6.3wt%、P 0.103wt%、S0.035wt%,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300NL/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→锰铌氮合金、硅氮合金,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 35.2wt%,Ca10.5wt%,Al 12.5wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按2.8kg/t钢的量,加入下列质量比的硅碳合金:C 20.2wt%,Si 56.8wt%,P 0.085wt%,S0.175wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按20.5kg/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0.40kg/t钢的量,加入下列质量比的锰铌氮合金:Mn56.5wt%,N 10.5wt%,Nb 13.5wt%,C 0.25wt%,P 0.028wt%,S 0.035wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按0.10kg/t钢的量,加入下列质量比的硅氮合金:Si 58.6wt%,N 35.8wt%,C2.15wt%,P 0.068wt%,S 0.035wt%,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30NL/min的氮气对钢水进行吹氮处理,吹氮时间为5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1536℃,拉速为3.1m/min,结晶器冷却水流量为145m3/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1010℃。
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90分钟,钢坯出钢温度为1020℃,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0.6m/s的轧制条件下轧制6个道次;之后通过中轧机在速度为3.0m/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970℃;最后通过带机架水冷装置的精轧机(机架冷却水量为20m3/h)在速度为9.0m/s的轧制条件下轧制3个道次;将精轧后钢材通过1个长管水冷段装置(长度4.5米)和4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3台,水泵压力为1.0MPa;控冷后钢筋上冷床温度控制为950℃,之后钢筋在冷床自然空冷至室温,即获得公称直径32mm大规格HRB400E直条抗震钢筋,其具有下列重量百分比的化学成分:C 0.21wt%、Si 0.35wt%、Mn1.34wt%、V 0.015wt%、Nb 0.005wt%、S0.025wt%、P0.028wt%、N 0.0100wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。
实施例1提供的富氮钒铌微合金化公称直径32-40mm大规格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生产的公称直径32mm HRB400E直条抗震钢工艺力学性能
表4实施例1生产的公称直径32mm HRB400E直条抗震钢金相组织及维氏硬度
实施例2
A、钢水冶炼:分别按92kg/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 0.23wt%,Si 0.42wt%,Mn 1.32wt% ,P 0.040wt%,S 0.036wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物)及生铁(化学成分:C3.1wt%、Si 0.42wt%、Mn 0.40wt% 、P0.106wt%、S 0.031wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物);之后按940kg/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1360℃,铁水成分C4.4wt%、Si 0.38wt%、Mn 0.32wt% 、P 0.122wt%、S 0.038wt%,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、轻烧白云石造渣,石灰加入量为25kg/t钢,轻烧白云石加入量为18kg/t钢,控制终点碳含量0.09wt%,出钢温度1650℃;出钢前按4.0kg/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的低品位废弃钒渣:V2O54.8wt%、SiO2 18.8wt%、CaO 5.5wt%、MgO 4.9wt%、MnO 6.9wt%、P 0.103wt%、S0.035wt%,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→锰铌氮合金、硅氮合金,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 35.2wt%,Ca10.5wt%,Al 12.5wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按2.8kg/t钢的量,加入下列质量比的硅碳合金:C 20.2wt%,Si 56.8wt%,P 0.085wt%,S0.175wt%,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0.48kg/t钢的量,加入下列质量比的锰铌氮合金:Mn56.5wt%,N 10.5wt%,Nb 13.5wt%,C 0.25wt%,P 0.028wt%,S 0.035wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按0.10kg/t钢的量,加入下列质量比的硅氮合金:Si 58.6wt%,N 35.8wt%,C2.15wt%,P 0.068wt%,S 0.035wt%,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5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1529℃,拉速为3.2m/min,结晶器冷却水流量为150m3/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1020℃。
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90分钟,钢坯出钢温度为1005℃,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0.5m/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955℃;最后通过带机架水冷装置的精轧机(机架冷却水量为25m3/h)在速度为8.5m/s的轧制条件下轧制3个道次;将精轧后钢材通过1个长管水冷段装置(长度4.5米)和4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3台,水泵压力为1.0MPa;控冷后钢筋上冷床温度控制为940℃,之后钢筋在冷床自然空冷至室温,即获得公称直径36mm大规格HRB400E直条抗震钢筋,其具有下列重量百分比的化学成分:C 0.21~0.25 wt%、Si 0.35~0.45wt%、Mn 1.34~1.45wt%、V 0.015~0.022wt%、Nb 0.005~0.007wt%、S≤0.045wt%、P≤0.045wt%、N 0.0100~0.0120wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。
实施例2提供的富氮钒铌微合金化公称直径36mm大规格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生产的公称直径36mm HRB400E直条抗震钢工艺力学性能
表6 实施例2生产的公称直径36mm HRB400E直条抗震钢金相组织及维氏硬度
实施例3
A、钢水冶炼:分别按95kg/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 0.26wt%,Si 0.60wt%,Mn 1.60wt% ,P 0.050wt%,S 0.045wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物)及生铁(化学成分:C3.2wt%、Si 0.55wt%、Mn 0.55wt% 、P0.120wt%、S 0.045wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物);之后按940kg/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1370℃,铁水成分C4.5wt%、Si 0.45wt%、Mn 0.40wt% 、P 0.135wt%、S 0.045wt%,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、轻烧白云石造渣,石灰加入量为26kg/t钢,轻烧白云石加入量为20kg/t钢,控制终点碳含量0.10wt%,出钢温度1660℃;出钢前按4.0kg/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的低品位废弃钒渣:V2O55.5wt%、SiO2 19.5wt%、CaO 6.2wt%、MgO 5.6wt%、MnO 7.5wt%、P 0.103wt%、S0.035wt%,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→锰铌氮合金、硅氮合金,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 35.2wt%,Ca10.5wt%,Al 12.5wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按2.8kg/t钢的量,加入下列质量比的硅碳合金:C 20.2wt%,Si 56.8wt%,P 0.085wt%,S0.175wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按22.5kg/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0.55kg/t钢的量,加入下列质量比的锰铌氮合金:Mn56.5wt%,N 10.5wt%,Nb 13.5wt%,C 0.25wt%,P 0.028wt%,S 0.035wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按0.10kg/t钢的量,加入下列质量比的硅氮合金:Si 58.6wt%,N 35.8wt%,C2.15wt%,P 0.068wt%,S 0.035wt%,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5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1522℃,拉速为3.3m/min,结晶器冷却水流量为155m3/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1040℃。
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90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0.5m/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100m3/h,预水冷后钢筋进精轧温度控制为940℃;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8.0m/s的轧制条件下轧制2个道次;将精轧后钢材通过1个长管水冷段装置(长度4.5米)和4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3台,水泵压力为1.2MPa;控冷后钢筋上冷床温度控制为930℃,之后钢筋在冷床自然空冷至室温,即获得公称直径40mm大规格HRB400E直条抗震钢筋,其具有下列重量百分比的化学成分:C 0.21~0.25 wt%、Si 0.35~0.45wt%、Mn 1.34~1.45wt%、V 0.015~0.022wt%、Nb 0.005~0.007wt%、S≤0.045wt%、P≤0.045wt%、N 0.0100~0.0120wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。
实施例3提供的富氮钒铌微合金化公称直径40mm大规格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生产的公称直径40mm HRB400E直条抗震钢工艺力学性能
表8实施例3生产的公称直径40mm HRB400E直条抗震钢金相组织及维氏硬度
Claims (8)
1.一种富氮钒铌微合金化公称直径32-40mm大规格HRB400E直条抗震钢筋的制备方法,依次按下列步骤来实现: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,其特征在于,具体步骤如下:
A、钢水冶炼:将废钢、生铁和铁水分别按90~95kg/t钢、30kg/t钢、940kg/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、轻烧白云石造渣,石灰加入量为23~26kg/t钢,轻烧白云石加入量为15~20kg/t钢,控制终点碳含量≥0.08wt%,出钢温度≤1660℃;出钢前按4.0kg/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:C0.21~0.26wt%,Si 0.35~0.60wt%,Mn 1.05~1.60wt%,P 0.030~0.050wt%,S 0.028~0.045wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;所述生铁化学成分为:C 3.0~3.2wt%、Si 0.32~0.55wt%、Mn 0.35~0.55wt%、P 0.095~0.120wt%、S 0.018~0.045wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;所述铁水温度≥1350℃,成分为:C4.2~4.5wt%、Si 0.30~0.45wt%、Mn 0.25~0.40wt%、P 0.110~0.135wt%、S≤0.045wt%,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→锰铌氮合金、硅氮合金,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 35.2wt%,Ca 10.5wt%,Al 12.5wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按2.8kg/t钢的量,加入下列质量比的硅碳合金:C 20.2wt%,Si 56.8wt%,P 0.085wt%,S0.175wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按20.5~22.5kg/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0.40~0.55kg/t钢的量,加入下列质量比的锰铌氮合金:Mn 56.5wt%,N10.5wt%,Nb 13.5wt%,C 0.25wt%,P 0.028wt%,S 0.035wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物;按0.10kg/t钢的量,加入下列质量比的硅氮合金:Si 58.6wt%,N 35.8wt%,C 2.15wt%,P0.068wt%,S 0.035wt%,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30~40NL/min的氮气对钢水进行吹氮处理,吹氮时间为5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1522~1536℃,拉速为3.1~3.3m/min,结晶器冷却水流量为145~155m3/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90分钟后出钢,后经高压水除鳞,推送至高速线材轧机进行轧制;
F、钢坯控轧控冷:将钢坯在速度为0.5~0.6m/s的轧制条件下轧制6个道次后通过中轧机在速度为2.5~3.0m/s的轧制条件下轧制4个道次;之后进行精轧前预水冷控冷,控制预水冷后钢筋进精轧温度为940~970℃;最后通过带机架水冷装置的精轧机在速度为8.0~9.0m/s的轧制条件下轧制2~3个道次;将精轧后钢材进行控冷,控制控冷后钢筋上冷床温度为930~950℃,之后钢筋在冷床自然空冷至室温,即获得公称直径32-40mm大规格HRB400E直条抗震钢筋,其具有以下重量份的化学成分:C 0.21~0.25wt%、Si 0.35~0.45wt%、Mn 1.34~1.45wt%、V 0.015~0.022wt%、Nb 0.005~0.007wt%、S≤0.045wt%、P≤0.045wt%、N 0.0100~0.0120wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。
2.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于,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:V2O54.2~5.5wt%、SiO2 18.2~19.5wt%、CaO 4.6~6.2wt%、MgO 4.2~5.6wt%、MnO 6.3~7.5wt%、P 0.103wt%、S 0.035wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。
3.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于,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。
4.根据权利要求3所述制备方法,其特征在于,钢坯出拉矫机矫直温度控制为1010℃。
5.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于,所述步骤E中,钢坯出钢温度为990~1020℃。
6.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于,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20~30m3/h。
7.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于,所述步骤F中,精轧后钢材控冷方式如下:通过1个长4.5米的长管水冷段装置和4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3台,水泵压力为1.0~1.2MPa。
8.一种权利要求1~7中任一所述制备方法获得的富氮钒铌微合金化公称直径32-40mm大规格HRB400E直条抗震钢筋。
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GR01 | Patent grant | ||
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