CN114293093A - 一种600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钢铁生产技术领域，具体涉及一种600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋及其生产方法。以所述600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋的总质量为基准，其包含的化学成分的质量分数为：C：0.2～0.28％，Si：0.2～0.8％，Mn：1～1.6％，V：0.05～0.15％，Ti：0.05～0.20％，其中，Mn、Ti的含量满足2.4＜[Mn]+29.4[Ti]－169.6[Ti]2+328.5[Ti]3＜3.0，V、Ti的含量满足0.15＜[V]+[Ti]＜0.3。本发明通过限定合金元素的合理匹配关系，充分发挥合金元素的强化作用，在提高合金元素利用率的同时，保证了产品质量性能。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁生产技术领域，具体涉及一种600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋及其生产方法。
背景技术
钢筋是现代建筑的基础性材料，广泛用于房屋、桥梁、道路等工程建设，其性能直接影响着混凝土构件的寿命和安全性。目前，我国正处在城镇化高速发展阶段，房地产和基础设施建设蓬勃发展，钢筋的产量和消费量均居世界第一。但我国无论在建筑还是基础设施领域，仍还以400MPa级螺纹钢为主，因此，推进600MPa级螺纹钢的应用，促进螺纹钢的升级换代，对于实现钢材的减量化应用、提高工程质量、节约建设成本，均具有十分积极的意义。长期以来，高强度钢筋的生产以钒微合金化技术为主，通过钒的碳氮化物析出提高钢筋强度。但是，由于钒合金价格的升高导致钢筋生产成本增加，钒钛复合微合金化受到越来越多的关注。
专利申请CN111500920A公开了一种HRB600高强度抗震螺纹钢及其生产方法，用Cr代替部分Mn，利用铬提高钢的强度，减少硅锰用量，并通过氮元素合金化降低钒用量，降低生产成本。但合金通过加入了铬微合金化提高强度，同时添加了铜元素，生产成本较高。
专利申请CN112375988A公开了一种高强度螺纹钢及其制备方法，通过调配合金成分，控制轧制温度并进行热处理，使螺纹钢满足性能要求。螺纹钢生产需精确控制轧制温度，且轧制后需进行多次热处理，提高了生产难度。
专利申请CN111455262A公开了一种超细晶高强韧600MPa级抗震钢筋及其制备方法，在炼钢脱氧合金化过程中加入硅氮合金，通过控轧控冷工艺，改善螺纹钢析出强化效果。合金通过加入铬、铌提高强度，生产成本较高，同时需控轧控冷，使生产工艺复杂化。
专利申请CN102796962A公开了一种铌钛硼微合金HRB600高强度抗震钢筋及其制备，添加了较高的Cr、Nb、B、Ti合金，并采用低温控轧控冷的方法，提高了合金成本和生产难度。
从上述现有技术来看，为降低合金成本，钢筋的生产技术从钒、铌微合金化向较廉价元素微合金化转变。其中，采用廉价的钒钛复合微合金化来代替单一的钒微合金化能够降低钢筋生产成本，受到钢筋生产领域的极大关注。但是，现有含钒钛复合微合金化钢筋的生产技术方案对钢筋的冶炼和轧制工艺具有较高的限制，影响了技术推广应用。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋及其生产方法。本发明的技术方案对600MPa级钒钛微合金化钢筋的合金成分和冶炼生产工艺进行科学合理的优化设计，限定了高强度条件下Mn和Ti的含量关系，避免成分设计不当造成钢筋组织和性能不良，从而保证获得良好的组织性能，同时将V、Ti含量关系限定在合适范围内，能充分发挥贵重合金元素的强化作用，避免性能波动和合金的浪费。本发明主要解决了目前600MPa级高强度热轧钢筋的合金含量和生产成本过高的问题，同时解决了现有技术中无法实现以Ti为主的微合金化技术在600MPa级高强度热轧钢筋中良好应用的问题。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋，以所述600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋的总质量为基准，其包含的化学成分的质量分数为：C：0.2～0.28％，Si：0.2～0.8％，Mn：1～1.6％，P：0.01～0.045％，S：0.01～0.045％，V：0.05～0.15％，Ti：0.05～0.20％，O：0.001～0.03％，N：0.001～0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质；
其中，Mn、Ti的含量满足如下关系式(1)：
2.4＜[Mn]+29.4[Ti]－169.6[Ti]2+328.5[Ti]3＜3.0
V、Ti的含量满足如下关系式(2)：
0.15＜[V]+[Ti]＜0.3
式中，[]表示相应元素的质量分数，单位为％。
本发明第二方面提供了一种600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋的生产方法，该方法包括以下步骤：
(1)炼钢
将铁水和/或废钢料熔炼成钢水；当钢水温度达到1600～1700℃，钢水成分按质量分数达到C：0.05～0.2％、P：0.01～0.045％、S：0.01～0.045％时，出钢；
在出钢量1/3～3/4过程中，向钢包中加入硅和锰进行脱氧合金化；出钢完成后，钢包运送至精炼站进行合金化；合金化的过程如下：
(1-1)根据600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋的成分要求，调整钢水成分按质量分数达到C：0.2～0.28％、Si：0.2～0.8％、Mn：1～1.6％、V：0.05～0.15％；
(1-2)根据钢水的Si、Mn、V含量添加钛，使Ti质量分数达到0.05～0.2％并且满足如下关系式(1)和(2)：
2.4＜[Mn]+29.4[Ti]－169.6[Ti]2+328.5[Ti]3＜3.0 式(1)
0.15＜[V]+[Ti]＜0.3 式(2)
式中，[]表示相应元素的质量分数，单位为％；
(3)连铸
将步骤(1)得到的钢水送至方坯连铸机进行连铸，得到连铸坯；
(3)轧制
连铸坯直接送入轧制机组轧制，或者连铸坯再次加热后送入轧制机组轧制；铸坯进初轧机温度1050～1250℃，出终轧机温度850～1150℃，得到热轧后的钢筋；热轧后的钢筋在冷床上冷却，得到600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋。
本发明技术方案的原理和设计思想为：
目前，600MPa级热轧钢筋的成分设计普遍采用钒微合金化手段，钒属于贵重金属资源，合金价格昂贵，导致钢筋生产成本提高。钛微合金化技术由于其显著的成本优势，受到行业内的广泛关注和大量研究。但由于热轧钢筋的生产工艺特点不同于其它钢材产品，使得钛微合金化技术特别是钒钛复合微合金化技术在热轧钢筋中的应用仍然存在诸多问题。一方面，钛的化学性质活泼，在钢中有多种存在状态，其强化作用受到各种工艺因素的制约。其中，合金成分和生产工艺对钛的强化作用的发挥有直接影响。因此，按照常规的微合金化思路添加钛元素，往往容易导致钢筋的强化量不足或过量强化，造成产品性能不良或合金浪费。另一方面，与400～500MPa级热轧钢筋相比，600MPa级热轧钢筋具有更高的强度，合金元素添加量明显增加，这时，钢筋的相变和析出过程发生显著变化。随着Ti含量的大幅增加，除了Ti的碳氮化物析出行为发生变化之外，以固溶状态存在的Ti含量的提高对基体组织的相变行为也产生显著影响。因此，对相变和析出行为的有效调控成为研发600MPa级含钛热轧钢筋的关键，并且决定了是否能够获得合格的产品组织和性能。
本发明针对这一问题开展了大量理论和实验研究，分析了合金元素间的交互作用机理，建立了600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋的有效成分设计方案和生产工艺。本发明研究发现，在600MPa级强度水平下，Mn和Ti的协同效应对钢筋的相变和析出行为影响最为重要，其次是V和Ti的含量关系。Ti元素以碳氮化物析出相存在时，能够降低基体的淬透性，提高相变温度，促进铁素体晶粒的析出；而在以固溶状态存在时，起到提高淬透性的作用，抑制铁素体相变。Ti在铁素体中的溶解度低于奥氏体，因此，铁素体转变将促进Ti的碳氮化物的析出，提高析出强化效果。在高Ti含量下，Mn对基体组织相变和析出行为的影响显著增强。Mn是提高淬透性元素，有利于铁素体晶粒的细化。Mn和Ti的交互作用使相变和析出行为更加复杂，对预期强化效果和相变组织均带来不确定性。本发明在理论研究的基础上开展了大量实验工作，深入分析了不同成分配比下的析出和相变行为，首先优化出最合理的Mn、Ti含量关系，使得在获得理想组织的同时发挥最佳的析出强化效果，并进行非线性回归得到Mn、Ti的含量关系式；在Mn、Ti含量关系确定后，发现V、Ti含量之间的相关性下降，两者叠加在优选的范围内即可达到预期强化效果。为了改善冶炼性能并进一步充分利用Ti的氧、氮化物对钢筋组织的细化作用，采用强脱氧元素进行复合处理，促进含Ti氧、氮化物的微细弥散分布，进一步改善了钢筋的力学性能并提高了Ti元素的利用率。在上述思想的指导下，本发明通过对合金成分和冶炼生产工艺的改进设计和优化，从而实现了600MPa级高强度含钒钛热轧钢筋的成功开发。
本发明的优点及有益效果是：
(1)本发明的成分设计采用较廉价合金元素，降低了钢筋的合金成本，节约了贵重合金资源，在提高钢铁生产企业经济效益的同时，还有利于钢铁行业的可持续发展。
(2)本发明克服了高强度热轧钢筋中钛合金元素的合金化效果难以控制的难题，能够保证钛元素的强化作用稳定发挥，本发明技术方案与其它技术相比具有工艺简单易操作的优点，有利于在行业内的推广实施。
(3)现有的热轧钢筋生产技术中只限定合金元素的含量范围，而未考虑元素之间的匹配关系，本发明通过限定合金元素的合理匹配关系，充分发挥合金元素的强化作用，在提高合金元素利用率的同时，保证产品质量性能。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋，以所述600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋的总质量为基准，其包含的化学成分的质量分数为：C：0.2～0.28％，Si：0.2～0.8％，Mn：1～1.6％，P：0.01～0.045％，S：0.01～0.045％，V：0.05～0.15％，Ti：0.05～0.20％，O：0.001～0.03％，N：0.001～0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质；
其中，Mn、Ti的含量满足如下关系式(1)：
2.4＜[Mn]+29.4[Ti]－169.6[Ti]2+328.5[Ti]3＜3.0
V、Ti的含量满足如下关系式(2)：
0.15＜[V]+[Ti]＜0.3
式中，[]表示相应元素的质量分数，单位为％。
在优选的实施方式中，钢筋中尺寸在0.25～5μm且包含Al、Ca、Mg、Zr、Ba、RE中的一种或多种元素的氧化物颗粒的数量为300～3000个/mm2。
进一步优选地，尺寸在0.25～5μm且包含Al、Ca、Mg、Zr、Ba、RE中的一种或多种元素的氧化物颗粒中，按颗粒数量计，10～90％的所述氧化物颗粒中还包含氧化钛和/或氮化钛，整个颗粒中氧化钛和/或氮化钛的平均体积占比＜50％，优选为10-40％，具体的例如可以为12％、20％、23％、32％。
在本发明所述的500MPa级钒钛微合金化热轧钢筋中，优选地，其显微组织为铁素体+珠光体组织，且铁素体晶粒度＞10级，优选为11～13级，具体的例如可以为11.5级、12.5级。
本发明所述的500MPa级钒钛微合金化热轧钢筋的屈服强度＞600MPa，优选为620-700MPa，具体的例如可以为640MPa、660MPa、670MPa、680MPa。
本发明所述的500MPa级钒钛微合金化热轧钢筋的抗拉强度＞800MPa，优选为840-960MPa，具体的例如可以为845MPa、864MPa、925MPa、952MPa。
在本发明中，钢筋的屈服强度和抗拉强度根据国标GB/T 1499.2-2018方法测定。
本发明所述的500MPa级钒钛微合金化热轧钢筋的强屈比为1.25～1.45，具体的例如可以为1.28、1.35、1.38、1.4。在本发明中，钢筋的强屈比根据国标GB/T 1499.2-2018方法测定并计算得到。
本发明还提供了一种600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋的生产方法，该方法包括以下步骤：
(1)炼钢
将铁水和/或废钢料熔炼成钢水；当钢水温度达到1600～1700℃，钢水成分按质量分数达到C：0.05～0.2％、P：0.01～0.045％、S：0.01～0.045％时，出钢；
在出钢量1/3～3/4过程中，向钢包中加入硅和锰进行脱氧合金化；出钢完成后，钢包运送至精炼站进行合金化；合金化的过程如下：
(1-1)根据600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋的成分要求，调整钢水成分按质量分数达到C：0.2～0.28％、Si：0.2～0.8％、Mn：1～1.6％、V：0.05～0.15％；
(1-2)根据钢水的Si、Mn、V含量添加钛，使Ti质量分数达到0.05～0.2％并且满足如下关系式(1)和(2)：
2.4＜[Mn]+29.4[Ti]－169.6[Ti]2+328.5[Ti]3＜3.0 式(1)
0.15＜[V]+[Ti]＜0.3 式(2)
式中，[]表示相应元素的质量分数，单位为％；
(3)连铸
将步骤(1)得到的钢水送至方坯连铸机进行连铸，得到连铸坯；
(3)轧制
连铸坯直接送入轧制机组轧制，或者连铸坯再次加热后送入轧制机组轧制；铸坯进初轧机温度1050～1250℃，出终轧机温度850～1150℃，得到热轧后的钢筋；热轧后的钢筋在冷床上冷却，得到600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋。
在一种优选实施方式中，在步骤(1)中，在出钢过程中或精炼站，向钢水中加入强脱氧剂进行脱氧。所述强脱氧剂可以为硅、铝、钙、钡以及炼钢常用强脱氧剂中的至少一种。
在一种优选实施方式中，在步骤(1)中，出钢后的钢水进行LF精炼，精炼时间10～45min。
在一种优选实施方式中，在步骤(1)中，钢包在精炼站进行底吹氩气或氮气。
在一种优选实施方式中，在步骤(1)中，钢水中钛的添加方法为投合金块或喂入包芯线。
在一种优选实施方式中，步骤(1)中，在钢水成分满足关系式(1)和(2)之后，加入含Al、Ca、Mg、Zr、Ba、RE中的一种或多种元素的合金或包芯线。在本发明中，RE是指稀土元素，在一种具体实施方式中，RE为稀土Ce。
在一种优选实施方式中，在步骤(3)中，在轧机机架之间和/或终轧机出口之后对轧件进行加速冷却，冷却方式选自水冷、雾冷和风冷中的至少一种。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
本实施例用于说明本发明所述的600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋及其生产方法。
将铁水和废钢料熔炼成钢水；当钢水温度达到1690℃，钢水成分按质量分数达到C：0.05％、P：0.01％、S：0.015％时，出钢；在出钢量1/3～3/4过程中，向钢包中加入硅和锰进行脱氧合金化；出钢完成后，钢包运送至精炼站进行合金化；首先，调整钢水成分按质量分数达到C：0.20～0.28％、Si：0.2～0.8％、Mn：1.0～1.6％、V：0.05～0.15％；然后，根据钢水的Si、Mn、V含量添加钛，使Ti质量分数达到0.05～0.2％并且满足关系式(1)：[Mn]+29.4[Ti]－169.6[Ti]2+328.5[Ti]3＝2.97和关系式(2)：[V]+[Ti]＝0.17；最后，得到成分合格的钢水；将成分合格的钢水送至方坯连铸机进行连铸，得到连铸坯；连铸坯再次加热后送入轧制机组轧制；铸坯进初轧机温度1150℃，出终轧机温度1000℃，得到热轧后的钢筋；热轧后的钢筋在冷床上冷却，得到600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋A1。
所述600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋A1包含的化学成分按质量分数为C：0.23％，Si：0.45％，Mn：1.32％，P：0.01％，S：0.015％，V：0.05％，Ti：0.12％，O：0.005％，N：0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质；[Mn]+29.4[Ti]－169.6[Ti]2+328.5[Ti]3＝2.97；[V]+[Ti]＝0.17。
钢筋的显微组织为铁素体+珠光体组织，铁素体晶粒度12级；钢筋的屈服强度为640MPa，抗拉强度为845MPa，强屈比为1.32。
实施例2
本实施例用于说明本发明所述的600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋及其生产方法。
将铁水熔炼成钢水；当钢水温度达到1680℃，钢水成分按质量分数达到C：0.06％、P：0.02％、S：0.024％时，出钢；在出钢量1/3～3/4过程中，向钢包中加入硅和锰进行脱氧合金化；出钢完成后，钢包运送至精炼站进行合金化；首先，调整钢水成分按质量分数达到C：0.20％、Si：0.34％、Mn：1.6％、V：0.11％；然后，根据钢水的Si、Mn、V含量添加钛铁合金，使Ti质量分数达到0.05％并且满足关系式(1)：[Mn]+29.4[Ti]－169.6[Ti]2+328.5[Ti]3＝2.69和关系式(2)：[V]+[Ti]＝0.16；向钢水中加入含Ca包芯线。最后，得到成分合格的钢水；将成分合格的钢水送至方坯连铸机进行连铸，得到连铸坯；连铸坯直接送入轧制机组轧制；铸坯进初轧机温度1150℃，出终轧机温度970℃，得到热轧后的钢筋；热轧后的钢筋在冷床上冷却，得到600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋A2。
所述600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋A2包含的化学成分按质量分数为C：0.20％，Si：0.34％，Mn：1.6％，P：0.02％，S：0.024％，V：0.11％，Ti：0.05％，O：0.001％，N：0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质；[Mn]+29.4[Ti]－169.6[Ti]2+328.5[Ti]3＝2.69；[V]+[Ti]＝0.16。
钢筋中尺寸在0.25～5μm且包含Ca元素的氧化物颗粒的数量为2650个/mm2；按颗粒数量计，65％的上述氧化物颗粒中还包含氧化钛和氮化钛，整个颗粒中氧化钛和氮化钛的平均体积占比32％。
钢筋的显微组织为铁素体+珠光体组织，铁素体晶粒度12.5级；钢筋的屈服强度670MPa，抗拉强度为925MPa，强屈比为1.38。
实施例3
本实施例用于说明本发明所述的600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋及其生产方法。
将废钢料熔炼成钢水；当钢水温度达到1600℃，钢水成分按质量分数达到C：0.2％、P：0.04％、S：0.01％时，出钢；在出钢量1/3～3/4过程中，向钢包中加入硅和锰进行脱氧合金化；出钢完成后，钢包运送至精炼站，向钢水中加入硅进行脱氧，并进行合金化；钢包在精炼站进行底吹氮气；首先，调整钢水成分按质量分数达到C：0.25％、Si：0.8％、Mn：1.12％、V：0.08％；然后，根据钢水的Si、Mn、V含量添加钛包芯线，使Ti质量分数达到0.20％并且满足关系式(1)：[Mn]+29.4[Ti]－169.6[Ti]2+328.5[Ti]3＝2.84和关系式(2)：[V]+[Ti]＝0.28；向钢水中加入Al、Mg合金；最后，得到成分合格的钢水；将成分合格的钢水送至方坯连铸机进行连铸，得到连铸坯；连铸坯再次加热后送入轧制机组轧制；铸坯进初轧机温度1100℃，出终轧机温度850℃；在轧机机架之间对轧件进行水冷加速冷却，得到热轧后的钢筋；热轧后的钢筋在冷床上冷却，得到600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋A3。
所述600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋A3包含的化学成分按质量分数为C：0.25％，Si：0.8％，Mn：1.12％，P：0.04％，S：0.01％，V：0.08％，Ti：0.20％，O：0.03％，N：0.001％，余量为Fe和不可避免的杂质；[Mn]+29.4[Ti]－169.6[Ti]2+328.5[Ti]3＝2.84；[V]+[Ti]＝0.28。
钢筋中尺寸在0.25～5μm且包含Al、Mg元素的氧化物颗粒的数量为2870个/mm2；按颗粒数量计，85％的上述氧化物颗粒中还包含氧化钛和氮化钛，整个颗粒中氧化钛和氮化钛的平均体积占比23％。
钢筋的显微组织为铁素体+珠光体组织，铁素体晶粒度11.5级；钢筋的屈服强度640MPa，抗拉强度为864MPa，强屈比为1.35。
实施例4
本实施例用于说明本发明所述的600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋及其生产方法。
将铁水和废钢料熔炼成钢水；当钢水温度达到1640℃，钢水成分按质量分数达到C：0.15％、P：0.03％、S：0.045％时，出钢；在出钢量1/3～3/4过程中，向钢包中加入硅和锰进行脱氧合金化；出钢过程中向钢水中加入铝进行脱氧；出钢后的钢水进行LF精炼，精炼时间40min；钢包在精炼站进行底吹氩气并进行合金化；首先，调整钢水成分按质量分数达到C：0.28％、Si：0.2％、Mn：1.25％、V：0.15％；然后，根据钢水的Si、Mn、V含量添加钛，使Ti质量分数达到0.06％并且满足关系式(1)：[Mn]+29.4[Ti]－169.6[Ti]2+328.5[Ti]3＝2.47和关系式(2)：[V]+[Ti]＝0.21；向钢水中加入Zr、Ce包芯线；最后，得到成分合格的钢水；将成分合格的钢水送至方坯连铸机进行连铸，得到连铸坯；连铸坯直接送入轧制机组轧制；铸坯进初轧机温度1180℃，出终轧机温度1100℃；在终轧机出口之后对轧件进行雾冷加速冷却，得到热轧后的钢筋；热轧后的钢筋在冷床上冷却，得到600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋A4。
所述600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋A4包含的化学成分按质量分数为C：0.28％，Si：0.2％，Mn：1.25％，P：0.03％，S：0.045％，V：0.15％，Ti：0.06％，O：0.025％，N：0.024％，余量为Fe和不可避免的杂质；[Mn]+29.4[Ti]－169.6[Ti]2+328.5[Ti]3＝2.47；[V]+[Ti]＝0.21。
钢筋中尺寸在0.25～5μm且包含Zr、Ce元素的氧化物颗粒的数量为1260个/mm2；按颗粒数量计，33％的上述氧化物颗粒中还包含氧化钛和氮化钛，整个颗粒中氧化钛和氮化钛的平均体积占比20％。
钢筋的显微组织为铁素体+珠光体组织，铁素体晶粒度12.5级；钢筋的屈服强度660MPa，抗拉强度为845MPa，强屈比为1.28。
实施例5
本实施例用于说明本发明所述的600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋及其生产方法。
将铁水和废钢料熔炼成钢水；当钢水温度达到1650℃，钢水成分按质量分数达到C：0.08％、P：0.045％、S：0.025％时，出钢；在出钢量1/3～3/4过程中，向钢包中加入硅和锰进行脱氧合金化；出钢完成后，钢包运送至精炼站进行合金化；首先，调整钢水成分按质量分数达到C：0.26％、Si：0.56％、Mn：1.0％、V：0.12％；然后，根据钢水的Si、Mn、V含量添加钛，使Ti质量分数达到0.17％并且满足关系式(1)：[Mn]+29.4[Ti]－169.6[Ti]2+328.5[Ti]3＝2.71和关系式(2)：[V]+[Ti]＝0.29；向钢水中加入Ba合金；最后，得到成分合格的钢水；将成分合格的钢水送至方坯连铸机进行连铸，得到连铸坯；连铸坯直接送入轧制机组轧制；铸坯进初轧机温度1180℃，出终轧机温度950℃，得到热轧后的钢筋；热轧后的钢筋在冷床上冷却，得到600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋A5。
所述600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋A5包含的化学成分按质量分数为C：0.26％，Si：0.56％，Mn：1.0％，P：0.045％，S：0.025％，V：0.12％，Ti：0.17％，O：0.016％，N：0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质；[Mn]+29.4[Ti]－169.6[Ti]2+328.5[Ti]3＝2.71；[V]+[Ti]＝0.29。
钢筋中尺寸在0.25～5μm且包含Ba元素的氧化物颗粒的数量为830个/mm2；按颗粒数量计，42％的上述氧化物颗粒中还包含氧化钛和氮化钛，整个颗粒中氧化钛和氮化钛的平均体积占比12％。
钢筋的显微组织为铁素体+珠光体组织，铁素体晶粒度11.5级；钢筋的屈服强度680MPa，抗拉强度为952MPa，强屈比为1.40。
对比例1
本对比例用于说明一种含钒钛热轧钢筋B1及其生产方法。
将铁水和废钢料熔炼成钢水；当钢水温度达到1700℃，钢水成分按质量分数达到C：0.06％、P：0.015％、S：0.015％时，出钢；在出钢量1/3～3/4过程中，向钢包中加入硅和锰进行脱氧合金化；出钢完成后，钢包运送至精炼站进行合金化；根据含钒钛热轧钢筋B1同时调整各元素含量；钢水送至方坯连铸机进行连铸，得到连铸坯；连铸坯再次加热后送入轧制机组轧制；铸坯进初轧机温度1150℃，出终轧机温度1000℃，得到热轧后的钢筋；热轧后的钢筋在冷床上冷却，得到含钒钛热轧钢筋B1。
所述含钒钛热轧钢筋B1包含的化学成分按质量分数为C：0.23％，Si：0.55％，Mn：1.25％，P：0.015％，S：0.015％，V：0.08％，Ti：0.05％，O：0.005％，N：0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质；[Mn]+29.4[Ti]－169.6[Ti]2+328.5[Ti]3＝2.34；[V]+[Ti]＝0.13。
钢筋的显微组织为铁素体+珠光体组织，铁素体晶粒度9.5级；钢筋的屈服强度为570MPa，抗拉强度为712MPa，强屈比为1.25。
对比例2
本对比例用于说明一种含钒钛热轧钢筋B2及其生产方法。
将铁水和废钢料熔炼成钢水；当钢水温度达到1710℃，钢水成分按质量分数达到C：0.05％、P：0.012％、S：0.02％时，出钢；在出钢量1/3～3/4过程中，向钢包中加入硅和锰进行脱氧合金化；出钢完成后，钢包运送至精炼站进行合金化；根据含钒钛热轧钢筋B2同时调整各元素含量；钢水送至方坯连铸机进行连铸，得到连铸坯；连铸坯再次加热后送入轧制机组轧制；铸坯进初轧机温度1180℃，出终轧机温度900℃，得到热轧后的钢筋；热轧后的钢筋在冷床上冷却，得到含钒钛热轧钢筋B2。
所述含钒钛热轧钢筋B2包含的化学成分按质量分数为C：0.24％，Si：0.57％，Mn：1.57％，P：0.012％，S：0.02％，V：0.14％，Ti：0.18％，O：0.006％，N：0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质；[Mn]+29.4[Ti]－169.6[Ti]2+328.5[Ti]3＝3.28；[V]+[Ti]＝0.32。
钢筋的显微组织为铁素体+贝氏体组织，铁素体晶粒度11级；钢筋的屈服强度为680MPa，抗拉强度为802MPa，强屈比为1.18。
以上实施例1-5和对比例1-2所制备的钢筋的性能数据如下表1所示。
表1
由上述表1的数据可以看出，本发明实施例1～5的钢筋显微组织均为铁素体+珠光体组织，符合标准要求，铁素体晶粒度得到细化，获得良好的力学性能。对比例1的钢筋的元素含量低于关系式(1)和(2)下限，显微组织类型虽符合标准要求，但产品屈服强度和抗拉强度力学性能指标不满足标准要求，产品不合格。对比例2的钢筋的元素含量高于关系式(1)和(2)上限，虽然具有较高的屈服强度，但显微组织类型和强屈比均不满足标准要求。
通过上述实施例和对比例可以看出，本发明中通过限定合金元素的合理匹配关系，充分发挥合金元素的强化作用，在提高合金元素利用率的同时，保证了产品质量性能。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋，其特征在于，以所述600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋的总质量为基准，其包含的化学成分的质量分数为：C：0.2～0.28％，Si：0.2～0.8％，Mn：1～1.6％，P：0.01～0.045％，S：0.01～0.045％，V：0.05～0.15％，Ti：0.05～0.20％，O：0.001～0.03％，N：0.001～0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质；
其中，Mn、Ti的含量满足如下关系式(1)：
2.4＜[Mn]+29.4[Ti]－169.6[Ti]2+328.5[Ti]3＜3.0
V、Ti的含量满足如下关系式(2)：
0.15＜[V]+[Ti]＜0.3
式中，[]表示相应元素的质量分数，单位为％。
2.根据权利要求1所述的600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋，其特征在于，钢筋中尺寸在0.25～5μm且包含Al、Ca、Mg、Zr、Ba、RE中的一种或多种元素的氧化物颗粒的数量为300～3000个/mm2。
3.根据权利要求2所述的600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋，其特征在于，尺寸在0.25～5μm且包含Al、Ca、Mg、Zr、Ba、RE中的一种或多种元素的氧化物颗粒中，按颗粒数量计，10～90％的所述氧化物颗粒中还包含氧化钛和/或氮化钛，整个颗粒中氧化钛和/或氮化钛的平均体积占比＜50％。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋，其特征在于，所述600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋的显微组织为铁素体+珠光体，铁素体晶粒度＞10级。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋，其特征在于，钢筋的屈服强度＞600MPa，抗拉强度＞800MPa，强屈比为1.25～1.45。
6.一种600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋的生产方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)炼钢
将铁水和/或废钢料熔炼成钢水；当钢水温度达到1600～1700℃，钢水成分按质量分数达到C：0.05～0.2％、P：0.01～0.045％、S：0.01～0.045％时，出钢；
在出钢量1/3～3/4过程中，向钢包中加入硅和锰进行脱氧合金化；出钢完成后，钢包运送至精炼站进行合金化；合金化的过程如下：
(1-1)根据600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋的成分要求，调整钢水成分按质量分数达到C：0.2～0.28％、Si：0.2～0.8％、Mn：1～1.6％、V：0.05～0.15％；
(1-2)根据钢水的Si、Mn、V含量添加钛，使Ti质量分数达到0.05～0.2％并且满足如下关系式(1)和(2)：
2.4＜[Mn]+29.4[Ti]－169.6[Ti]2+328.5[Ti]3＜3.0 式(1)
0.15＜[V]+[Ti]＜0.3 式(2)
式中，[]表示相应元素的质量分数，单位为％；
(3)连铸
将步骤(1)得到的钢水送至方坯连铸机进行连铸，得到连铸坯；
(3)轧制
连铸坯直接送入轧制机组轧制，或者连铸坯再次加热后送入轧制机组轧制；铸坯进初轧机温度1050～1250℃，出终轧机温度850～1150℃，得到热轧后的钢筋；热轧后的钢筋在冷床上冷却，得到600MPa级钒钛微合金化热轧钢筋。
7.根据权利要求6所述的生产方法，其特征在于，在步骤(1)中，在出钢过程中或精炼站，向钢水中加入强脱氧剂进行脱氧。
8.根据权利要求6或7所述的生产方法，其特征在于，在步骤(1)中，出钢后的钢水进行LF精炼，精炼时间10～45min；
优选地，钢包在精炼站进行底吹氩气或氮气；
优选地，钢水中钛的添加方法为投合金块或喂入包芯线。
9.根据权利要求6或7所述的生产方法，其特征在于，在步骤(1)中，在钢水成分满足关系式(1)和(2)之后，加入含Al、Ca、Mg、Zr、Ba、RE中的一种或多种元素的合金或包芯线。
10.根据权利要求6或7所述的生产方法，其特征在于，在步骤(3)中，在轧机机架之间和/或终轧机出口之后对轧件进行加速冷却，冷却方式选自水冷、雾冷和风冷中的至少一种。
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