CN114293096B - 一种500MPa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500MPa级钒钛微合金化热轧钢筋及其生产方法。以所述500MPa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：Si：0.2～0.8％，Mn：1.0～1.6％，V：0.01～0.10％，Ti：0.01～0.15％，Si、Mn、V、Ti的含量满足：5.0＜[Si]+1.6[Mn]+29.3[V]－220[V]2+666.7[V]3+47.3[Ti]－258.8[Ti]2+487.9[Ti]3＜7.0。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。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁生产技术领域，具体涉及一种500MPa级钒钛微合金化热轧钢筋及其生产方法。
背景技术
螺纹钢筋是建筑、交通、工程等领域的重要原材料，在钢铁产品中产量最大、应用最广。推广应用高强度钢筋能减少钢材用量，优化建筑结构设计，对于促进节能减排、淘汰落后产能具有重要意义。目前，我国热轧螺纹钢筋的应用以400MPa级为主，500MPa级钢筋用量较少，仍需进一步推广应用。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CN111979486A公开了一种500MPa级大规格直条螺纹钢及其制备方法，通过合适的加热温度和轧制工艺，使直条螺纹钢成品内的网状铁素体消除或压缩到心部极小范围内，显著改善了螺纹钢组织，但合金中钒含量控制为0.1～0.12wt％，生产成本较高。
专利申请CN1096974980A公开了一种高氮复合合金微合金化500MPa级螺纹钢的冶炼方法，采用高氮合金微合金化减少钒系合金的加入量，同时通过对冶炼和连轧工序的控制，降低生产成本。合金中铌含量控制为0.010～0.040wt％，生产成本较高，且需加入高氮复合合金，合金成分难以控制。
专利申请CN1952199A公开了一种铌钛复合微合金化控冷钢筋用钢及其生产方法，其主要采用铌钛复合微合金化，但铌含量控制较高为0.020～0.050％，生产成本仍然较高，氮含量控制为≤0.008％，且轧制后需要采用快速冷却，生产难度较大且不易控制。
专利申请CN102400044A公开了一种铌钛复合微合金化热轧带肋钢筋及其生产方法，采用Nb-Ti复合微合金化工艺来降低钒铌合金成本。但由于没有对钢中Nb和Ti的存在状态以及夹杂物特征进行有效控制，钢筋的强度仅达到400MPa级别，不能满足500MPa级别要求。
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500MPa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500MPa级钒钛微合金化热轧钢筋合金成分和冶炼生产工艺进行科学合理的优化设计，限定主要合金元素Si、Mn、V、Ti含量的匹配关系，使V–Ti二元微合金化成分设计方案更加合理，强化效果更加显著。本发明克服了目前V或Ti单元素微合金化热轧钢筋中合金元素含量高、合金利用率低、强化效果不足的问题，同时解决了现有的V–Ti二元微合金化热轧钢筋技术方案中元素匹配不合理的问题，使合金元素的强化作用得到最大程度的发挥，降低了合金成本，节省贵重合金资源。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种500MPa级钒钛微合金化热轧钢筋，以所述500MPa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：0.20～0.25％，Si：0.2～0.8％，Mn：1.0～1.6％，P：0.01～0.045％，S：0.01～0.045％，V：0.01～0.10％，Ti：0.01～0.15％，O：0.001～0.03％，N：0.001～0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质；
同时，Si、Mn、V、Ti的含量满足如下关系式(1)：
5.0＜[Si]+1.6[Mn]+29.3[V]－220[V]2+666.7[V]3+47.3[Ti]－258.8[Ti]2+487.9[Ti]3＜7.0
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500MPa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500MPa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：0.20～0.25％、Si：0.2～0.8％、Mn：1.0～1.6％、V：0.01～0.10％；
(1-2)根据钢水的Si、Mn、V含量添加钛，使Ti质量分数达到0.01～0.15％并且满足如下关系式(1)
5.0＜[Si]+1.6[Mn]+29.3[V]－220[V]2+666.7[V]3+47.3[Ti]－258.8[Ti]2+487.9[Ti]3＜7.0
式中，[]表示相应元素的质量分数，单位为％；
(2)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500MPa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，500MPa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400MPa级热轧钢筋相比，500MPa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，提高合金元素的利用率以及不同合金元素间的合理配比变得更加重要。钢铁材料中采用多元微合金化方案通常会比单元微合金化能够产生更佳的强化效果。对于500MPa级热轧钢筋，单纯地采用钒或钛微合金化成分设计，随着钒或钛含量的增加，其单位含量的强化贡献率降低，即合金元素的利用率下降，而采用钒钛复合微合金化方案将有利于提高合金元素利用率，但需要钒和钛含量之间的合理匹配才能实现这一效果，否则将同时造成这两种元素的浪费或对钢筋性能产生不良影响。
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500MPa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。Si、Mn是热轧钢筋生产过程中的主要脱氧元素，Si、Mn含量的提高将有利于减少Ti的氧化，提高Ti作为碳氮化物析出的强化作用；但另一方面，Si、Mn含量的提高还显著影响基体的相变行为，提高奥氏体的稳定性，抑制碳化物的析出，从而削弱了V、Ti的析出强化作用。钢筋中V和Ti主要以碳氮化物析出发挥强化作用，与V相比，Ti的析出温度更高。V、Ti复合添加时，Ti能够促进V析出温度的提高，有利于析出量的增加和强化作用的增强；但同时Ti的析出消耗了碳氮元素，又使钒的析出行为受到抑制。因此，Si、Mn、V、Ti元素之间相互制约，其含量与最终的强化效果并非简单的线性关系。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V、Ti元素存在状态和强化效果，优化出最有效的Si、Mn、V、Ti含量范围，并将这一范围内的元素含量进行非线性回归，得到Si、Mn、V、Ti含量的匹配关系式。在这一成分设计方案下，本发明对钢筋的冶炼生产过程进行了工艺优化，保证合金元素的强化作用得到充分发挥，钢筋性能稳定提升。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。
本发明的优点及有益效果是：
(1)本发明技术方案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)本发明从根本上解决钒钛复合微合金化技术在热轧钢筋领域较难应用的问题，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，本发明方案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500MPa级钒钛微合金化热轧钢筋，以所述500MPa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：0.20～0.25％，Si：0.2～0.8％，Mn：1.0～1.6％，P：0.01～0.045％，S：0.01～0.045％，V：0.01～0.10％，Ti：0.01～0.15％，O：0.001～0.03％，N：0.001～0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质；
同时，Si、Mn、V、Ti的含量满足如下关系式(1)：
5.0＜[Si]+1.6[Mn]+29.3[V]－220[V]2+666.7[V]3+47.3[Ti]－258.8[Ti]2+487.9[Ti]3＜7.0
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250～2500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％的上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％、28％、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，且铁素体晶粒度＞10级，优选为11～13级，具体的例如可以为11级、12级。
本发明所述的500MPa级钒钛微合金化热轧钢筋的屈服强度＞500MPa，优选为520-600MPa，具体的例如可以为520MPa、560MPa、575MPa、600MPa。
本发明所述的500MPa级钒钛微合金化热轧钢筋的抗拉强度＞700MPa，优选为720-800MPa，具体的例如可以为726MPa、738MPa、756MPa、776MPa、792MPa。
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1.35、1.42、1.45。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500MPa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500MPa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：0.20～0.25％、Si：0.2～0.8％、Mn：1.0～1.6％、V：0.01～0.10％；
(1-2)根据钢水的Si、Mn、V含量添加钛，使Ti质量分数达到0.01～0.15％并且满足如下关系式(1)
5.0＜[Si]+1.6[Mn]+29.3[V]－220[V]2+666.7[V]3+47.3[Ti]－258.8[Ti]2+487.9[Ti]3＜7.0
式中，[]表示相应元素的质量分数，单位为％；
(2)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500MPa级钒钛微合金化热轧钢筋。
在一种优选实施方式中，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，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，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，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)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La。
在一种优选实施方式中，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500MPa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1700℃，钢水成分按质量分数达到C：0.05％、P：0.01％、S：0.03％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：0.22％、Si：0.2％、Mn：1.37％、V：0.06％；然后，根据钢水的Si、Mn、V含量添加钛，Ti质量分数达到0.05％，满足关系式(1)：[Si]+1.6[Mn]+29.3[V]－220[V]2+666.7[V]3+47.3[Ti]－258.8[Ti]2+487.9[Ti]3＝5.28；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500MPa级钒钛微合金化热轧钢筋A1。
所述500MPa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：0.22％，Si：0.2％，Mn：1.37％，P：0.01％，S：0.03％，V：0.06％，Ti：0.05％，O：0.001％，N：0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质；[Si]+1.6[Mn]+29.3[V]－220[V]2+666.7[V]3+47.3[Ti]－258.8[Ti]2+487.9[Ti]3＝5.28。
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550MPa，抗拉强度为726MPa，强屈比为1.32。
实施例2
本实施例用于说明本发明所述的500MPa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1640℃，钢水成分按质量分数达到C：0.2％、P：0.02％、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；在出钢过程中加入铝进行脱氧；出钢完成后，钢包运送至精炼站进行合金化；钢包在精炼站进行底吹氩气；首先，调整钢水成分按质量分数达到C：0.23％、Si：0.65％、Mn：1.0％、V：0.01％；然后，根据钢水的Si、Mn、V含量添加钛铁合金，Ti质量分数达到0.15％，满足关系式(1)：[Si]+1.6[Mn]+29.3[V]－220[V]2+666.7[V]3+47.3[Ti]－258.8[Ti]2+487.9[Ti]3＝5.44；向钢水中喂入Ca、Mg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1250℃，出终轧机温度1150℃，得到热轧后的钢筋；热轧后的钢筋在冷床上冷却，得到500MPa级钒钛微合金化热轧钢筋A2。
所述500MPa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：0.23％，Si：0.65％，Mn：1.0％，P：0.02％，S：0.015％，V：0.01％，Ti：0.15％，O：0.016％，N：0.001％，余量为Fe和不可避免的杂质；[Si]+1.6[Mn]+29.3[V]－220[V]2+666.7[V]3+47.3[Ti]－258.8[Ti]2+487.9[Ti]3＝5.44。
钢筋中尺寸在0.25～5μm且包含Ca、Mg元素的氧化物颗粒的数量为1550个/mm2；按颗粒数量计，70％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为32％。
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560MPa，抗拉强度为756MPa，强屈比为1.35。
实施例3
本实施例用于说明本发明所述的500MPa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：0.06％、P：0.045％、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，加入铝进行脱氧并进行合金化；首先，调整钢水成分按质量分数达到C：0.25％、Si：0.45％、Mn：1.6％、V：0.03％；然后，根据钢水的Si、Mn、V含量喂入钛包芯线，Ti质量分数达到0.08％，满足关系式(1)：[Si]+1.6[Mn]+29.3[V]－220[V]2+666.7[V]3+47.3[Ti]－258.8[Ti]2+487.9[Ti]3＝6.08；向钢水中加入含Al、Zr的合金；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1100℃，出终轧机温度980℃；轧机机架之间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500MPa级钒钛微合金化热轧钢筋A3。
所述500MPa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：0.45％，Mn：1.6％，P：0.045％，S：0.01％，V：0.03％，Ti：0.08％，O：0.03％，N：0.021％，余量为Fe和不可避免的杂质；[Si]+1.6[Mn]+29.3[V]－220[V]2+666.7[V]3+47.3[Ti]－258.8[Ti]2+487.9[Ti]3＝6.08。
钢筋中尺寸在0.25～5μm且包含Al、Zr元素的氧化物颗粒的数量为360个/mm2；按颗粒数量计，15％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11级；钢筋的屈服强度为520MPa，抗拉强度为738MPa，强屈比为1.42。
实施例4
本实施例用于说明本发明所述的500MPa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1660℃，钢水成分按质量分数达到C：0.12％、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；出钢后的钢水进行LF精炼，精炼时间40min；钢水在精炼站进行合金化，首先，调整钢水成分按质量分数达到C：0.20％、Si：0.65％、Mn：1.58％、V：0.10％；然后，根据钢水的Si、Mn、V含量添加钛，Ti质量分数达到0.01％，满足关系式(1)：[Si]+1.6[Mn]+29.3[V]－220[V]2+666.7[V]3+47.3[Ti]－258.8[Ti]2+487.9[Ti]3＝5.02；向钢水中加入Ba的包芯线；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；连铸坯再次加热后送入轧制机组轧制；铸坯进初轧机温度1050℃，出终轧机温度850℃；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500MPa级钒钛微合金化热轧钢筋A4。
所述500MPa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：0.20％，Si：0.65％，Mn：1.58％，P：0.03％，S：0.045％，V：0.10％，Ti：0.01％，O：0.023％，N：0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质；[Si]+1.6[Mn]+29.3[V]－220[V]2+666.7[V]3+47.3[Ti]－258.8[Ti]2+487.9[Ti]3＝5.02。
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760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28％。
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575MPa，抗拉强度为776MPa，强屈比为1.35。
实施例5
本实施例用于说明本发明所述的500MPa级钒钛微合金化热轧钢筋及其生产方法。
将铁水和/或废钢料熔炼成钢水；当钢水温度达到1680℃，钢水成分按质量分数达到C：0.07％、P：0.04％、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；钢包在精炼站进行底吹氮气并进行合金化；首先，调整钢水成分按质量分数达到C：0.24％、Si：0.8％、Mn：1.42％、V：0.06％；然后，根据钢水的Si、Mn、V含量添加钛，Ti质量分数达到0.12％，满足关系式(1)：[Si]+1.6[Mn]+29.3[V]－220[V]2+666.7[V]3+47.3[Ti]－258.8[Ti]2+487.9[Ti]3＝6.97；向钢水中加入稀土La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1200℃，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500MPa级钒钛微合金化热轧钢筋A5。
所述500MPa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：0.24％，Si：0.8％，Mn：1.42％，P：0.04％，S：0.025％，V：0.06％，Ti：0.12％，O：0.005％，N：0.012％，余量为Fe和不可避免的杂质；[Si]+1.6[Mn]+29.3[V]－220[V]2+666.7[V]3+47.3[Ti]－258.8[Ti]2+487.9[Ti]3＝6.97。
钢筋中尺寸在0.25～5μm且包含稀土元素La的氧化物颗粒的数量为1250个/mm2；按颗粒数量计，40％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12级；钢筋的屈服强度为600MPa，抗拉强度为792MPa，强屈比为1.32。
对比例1
本对比例用于说明一种含钒钛的热轧钢筋B1及其生产方法。
将铁水熔炼成钢水；当钢水温度达到1700℃，钢水成分按质量分数达到C：0.05％、P：0.02％、S：0.03％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；根据含钒钛的热轧钢筋B1的成分要求同时调整各元素含量；钢水进行连铸，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，得到含钒钛的热轧钢筋B1。
所述含钒钛的热轧钢筋B1包含的化学成分按质量分数为C：0.22％，Si：0.1％，Mn：1.5％，P：0.02％，S：0.03％，V：0.04％，Ti：0.04％，O：0.01％，N：0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质；[Si]+1.6[Mn]+29.3[V]－220[V]2+666.7[V]3+47.3[Ti]－258.8[Ti]2+487.9[Ti]3＝4.87。
钢筋的显微组织为铁素体+珠光体组织，铁素体晶粒度10级；钢筋的屈服强度为485MPa，抗拉强度为640MPa，强屈比为1.32。
对比例2
本对比例用于说明一种含钒钛的热轧钢筋B2及其生产方法。
将铁水熔炼成钢水；当钢水温度达到1720℃，钢水成分按质量分数达到C：0.04％、P：0.03％、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；根据含钒钛的热轧钢筋B2的成分要求同时调整各元素含量；钢水进行连铸，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，得到含钒钛的热轧钢筋B2。
所述含钒钛的热轧钢筋B2包含的化学成分按质量分数为C：0.24％，Si：0.6％，Mn：1.55％，P：0.03％，S：0.02％，V：0.1％，Ti：0.1％，O：0.005％，N：0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质；[Si]+1.6[Mn]+29.3[V]－220[V]2+666.7[V]3+47.3[Ti]－258.8[Ti]2+487.9[Ti]3＝7.11。
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570MPa，抗拉强度为684MPa，强屈比为1.20。
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)下限，显微组织类型虽符合标准要求，但产品屈服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)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 (8)
1.一种500MPa级钒钛微合金化热轧钢筋，其特征在于，以所述500MPa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：0.20～0.25%，Si：0.2～0.8%，Mn：1.0～1.6%，P：0.01～0.045%，S：0.01～0.045%，V：0.01～0.10%，Ti：0.01～0.15%，O：0.001～0.03%，N：0.001～0.03%，余量为Fe和不可避免的杂质；
同时，Si、Mn、V、Ti的含量满足如下关系式（1）：
6.08＜[Si]＋1.6[Mn]＋29.3[V]－220[V]2＋666.7[V]3＋47.3[Ti]－258.8[Ti]2＋487.9[Ti]3＜7.0
式中，[ ]表示相应元素的质量分数，单位为%；
其中，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250～2500个/mm2；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%；
所述500MPa级钒钛微合金化热轧钢筋按照以下工序制备：
（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500MPa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：0.20～0.25%、Si：0.2～0.8%、Mn：1.0～1.6%、V：0.01～0.10%；
（1-2）根据钢水的Si、Mn、V含量添加钛，使Ti质量分数达到0.01～0.15%并且满足如下关系式（1）：
6.08＜[Si]＋1.6[Mn]＋29.3[V]－220[V]2＋666.7[V]3＋47.3[Ti]－258.8[Ti]2＋487.9[Ti]3＜7.0
式中，[ ]表示相应元素的质量分数，单位为%；
在钢水成分满足关系式（1）之后，加入含Al、Ca、Mg、Zr、Ba、RE中的一种或多种元素的合金；
（2）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500MPa级钒钛微合金化热轧钢筋。
2.根据权利要求1所述的500MPa级钒钛微合金化热轧钢筋，其特征在于，所述500MPa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。
3.根据权利要求1所述的500MPa级钒钛微合金化热轧钢筋，其特征在于，钢筋的屈服强度＞500MPa，抗拉强度＞700MPa，强屈比为1.25～1.45。
4.根据权利要求1所述的500MPa级钒钛微合金化热轧钢筋，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。
5.根据权利要求1所述的500MPa级钒钛微合金化热轧钢筋，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。
6.根据权利要求1所述的500MPa级钒钛微合金化热轧钢筋，其特征在于，在步骤（1）中，钢包在精炼站进行底吹氩气或氮气。
7.根据权利要求1所述的500MPa级钒钛微合金化热轧钢筋，其特征在于，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。
8.根据权利要求1所述的500MPa级钒钛微合金化热轧钢筋，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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