CN114672724B - 一种稀土和氮微合金化含钼hrb500e盘螺钢筋及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种稀土和氮微合金化含钼HRB500E盘螺钢筋及其生产方法，利用氮和稀土元素及钼进行微合金化，充分发挥微量稀土和氮析出强化作用，利用钼推迟先共析铁素体转变，提高微合金化元素在奥氏体中的固溶度，延迟微合金碳氮化物析出沉淀析出，使更多的微合金元素得以保留至较低温度下从铁素体中析出,从而产生更大的沉淀强化作用，Mo能够溶入铁素体中析出的微合金碳氮化物的晶格中，形成(M,Mo)(C,N)，不仅提高了析出相体积分数，而且显著细化微合金析出物的尺寸。采用控轧控冷工艺控制在轧制和冷却过程中的相变及组织变化，解决盘螺同圈性能差大的难题，同圈盘螺性能差小于10MPa，拉伸试验呈现明显屈服平台。

Description

一种稀土和氮微合金化含钼HRB500E盘螺钢筋及其生产方法

技术领域

本发明属于盘螺钢筋制备技术领域，尤其涉及一种稀土和氮微合金化处理含钼HRB500E盘螺钢筋及其生产方法。

背景技术

钢筋混凝土用热轧带肋钢筋，从热轧交货的形状可分为直条螺纹钢和盘条螺纹钢，其中盘条螺纹钢的直径主要为6-12mm。轧制主要工序为：钢坯加热-粗轧机组轧制-中轧机组轧制-A组冷却水箱冷却-预精轧机组轧制-B组冷却水箱冷却-精轧机组轧制-C组冷却水箱冷却-减径机组-吐丝机-斯泰尔摩散卷冷却-集卷。随着GB/T1499.2-2018国家新标准的实施，对螺纹钢的微观组织有明确的规定和限制，利用轧后余热在线热处理的螺纹钢强穿水工艺使用受到了限制，热轧状态的成品钢筋不允许出现回火马氏体组织。钢筋生产企业若不进行微合金化与控轧控冷工艺创新，只能通过大幅度提高钢中硅、锰、钒、铌等元素的含量来满足新标准对组织与性能的要求。但这样，一方面会增加诸如硅、锰合金及钒、铌等合金的用量，形成增量化生产，造成资源和环境负荷增加，这与当今“碳达峰、碳中和”背道而驰；另一方面大幅增加盘螺钢筋生产成本，给钢筋生产企业带来巨大成本压力。

另外，依据现有盘条螺纹钢设备与工艺特点，盘条螺纹钢筋存在：同圈性能差大，搭接点冷却速率小，且冷却不均匀，圆弧状钢筋制成拉伸试样存在变形应力，拉伸试验时无明显屈服点更无明显屈服平台等。新标准执行后，采用低成分或超低成分设计，仅仅采用碳、硅、锰合金化，依靠钢筋轧制后余热淬火工艺即强穿水工艺已被淘汰。

目前，满足GB/T1499.2-2018国家新标准要求的HRB500EMPa盘螺钢筋目前生产工艺主要有三大类。一类是采用高成分设计和非控轧控冷的高温轧制工艺路线。主要以20MnSi 成分为基础的碳锰钢成分体系+钒或铌或钛作为微合金化元素的成份设计，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，利用铌铁合金进行铌微合金化，用钛铁合金或硼 铁合金进行钛或硼 微合金化，其主要成分控制[Mn]在1.2-1.6％之间，[Si]在0.40-0.80％之间，[C]在0.17-0.25％之间，[V]控制在0.07-0.12％之间或[Nb]控制在0.060-0.10％之间或[Ti]控制在0.05-0.15％之间，或采用铌钒复合微合金化，或铌钛复合微合金化，或钒钛复合微合金化等成分设计，采用高温度制度，吐丝温度一般在880℃以上，生产出的盘螺钢筋屈服强度(Rel)≥500MPa，抗拉强度≥630MPa，断面收缩率(A) ≥16％。主要依靠碳、锰和硅固溶强化和钒或铌或钛固溶或以碳氮化物析出强化，该方法为最为传统和最为成熟的钢筋生产方法,其产品质量稳定,使用性能良好，规格大(直径在 18mm以上)钢筋抗震性好，直径小的规格抗震性较差。该方法存在如下问题：①硅锰及碳含量较高，需添加较高的钒或铌或钛，合金单耗高且成本高；②在凝固和冷却过程中容易产生元素偏析；③碳当量偏高焊接性能较差；④容易出现屈服不明显和混晶现象；⑤使用铌微合金化时钢的高温塑性较差，含铌钢时连铸拉速超过3米/分钟时极易出现铸坯裂纹、脱方等质量缺陷，甚至出现漏钢事故；铌作为微合金化元素，需提高钢坯加热温度，以确保碳氮化铌回溶至奥氏体中，这样会造成钢坯烧损增加、能源消耗增加、加热炉寿命降低等不利影响；⑥采用钛或硼 作为微合金化元素时，因钛和硼 元素极易与钢中氧、硫及氮结合，除非将钢中上述元素控制在很低含量，否则造成钛或硼 元素收得率不稳定，造成钢筋性能波动大，铸坯表面质量缺陷率高，很难满足工业规模生产要求。⑦未充分发挥轧线控轧控冷的工艺装备优势与特点。⑧钢筋下拉伸试验时应力-应变曲线无明显屈服平台的比例超98％，且抗震指标Rm/Rel值≥1.25的命中率远低于100％，尤其是小规格极为明显，Agt总延伸率≥9％的比例也远低于100％。

第二类HRB500EMPa盘螺钢筋采用低成分设计，如硅和锰按20MnSi下限成分控制，添加极其少量或不添加微合金化元素如钒或铌或钛或硼 或它们的组合，采用低温或超低温轧制工艺，如开轧温度在950℃以下甚至在800℃左右轧制，低温大变形量轧制，生产出超细晶钢，以晶粒细化和提高位错密度作为提高钢筋强度的主要手段。该方法目前还处于工业试验推广阶段，同时该方法存在缺点是：①需要大幅度增加轧机的负荷能力,大幅度增加设备投资和改造旧轧机带来固定资产投资大幅度增加；②生产出的钢筋不能采用常规焊接，否则焊接区因晶粒长大，造成钢筋强度大幅度下降；③钢筋强屈比降低,抗震性降低；④轧制温度过低即在两相区轧制，钢筋极易出现混晶组织，造成钢筋性能波动大。⑤低温轧制带来轧制过程电耗升高，导卫、轧辊消耗上升，换辊换曹频率增加；钢筋温度过低也会造成钢筋堆钢事故，不利于生产效率的提高。⑥采用该方法生产的HRB500EMPa盘螺钢筋在拉伸试验时应力-应变曲线95％以上的批次未见明显的屈服平台；且抗震指标 Rm/Rel值≥1.25的命中率远低于100％，Agt总延伸率≥9％的比例也远低于100％。

第三类以20MnSi成分为基础，将碳、硅和锰等固溶强化元素按中下限控制，加入极少使用钒或铌或钛或硼 等微合金化元素，选择适当的加热制度、变形制度和轧后冷却制度，实行控轧控冷工艺即采取弱穿水工艺或分段冷却回复工艺，在合金成分降低的前提下，可生产出满足GB/T1499.2-2018国家新标准要求的HRB500EMPa盘螺钢筋，该方法目前使用较为普遍。存在如下缺陷：①需增加穿水设备，增加投资；②钢筋性能波动大，时效现象严重；③焊接性能差；④钢筋容易锈蚀，抗震性差，Rm/Rel值小于1.25的比例较高；⑤钢筋表面和芯部组织不一致，表面极易出现回火马氏体，超出国家标准钢筋组织为铁素体 +珠光体的基本要求。

GB/T1499.2-2018国家新标准实施后，HRB500E规模生产主要采用包括硅、锰等主合金元素及钒或铌或钛或它们的复合微合金化元素高含量操作，进行高温加热，通过适当粗化铸坯原始晶粒度，以解决Rm/Rel达不到1.25和Agt小于9％的技术难题。这种工艺带来：(1)铸坯加热温度高，加热燃料消耗高、钢坯氧化烧损高、加热炉寿命大幅度降低；(2)必须采用高成分控制，否则Rel值达不到GB/T1499.2-2018国家新标准要求，带来合金消耗增高，尤其是贵金属钒、铌或钛等消耗高，与碳达峰碳中和倡导的减量化生产背道而驰；(3)这种工艺生产的HRB500EMPa盘螺钢筋拉伸试验应力-应变曲线几乎没有明显的屈服平台。(4)抗震指标Rm/Rel值≥1.25的命中率远低于100％，Agt总延伸率≥9％的比例也远低于100％。

发明内容

针对现有生产HRB500EMPa盘螺钢筋存在的诸多技术问题，尤其是钢筋生产成本较高、拉伸试验时无明显的屈服平台甚至无明显的屈服点、同圈性能差别大、吐丝温度过低后钢筋出现锈蚀和回火马氏体组织等不足，本发明第一目的在于提供一种稀土和氮微合金化含钼HRB500E盘螺钢筋。本发明的第二个目的在于提供一种稀土和氮微合金化含钼HRB500E盘螺钢筋的生产方法。

本发明的工艺采用微量的稀土和氮及钼作为微合金化元素，结合控轧控冷工艺生产出完全满足GB/T1499.2-2018国家新标准要求的HRB500EMPa盘螺钢筋，且钢筋拉伸试验时具有明显的屈服平台，而非仅仅有较明显的屈服点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种稀土和氮微合金化含钼HRB500E盘螺钢筋，所述HRB500E盘螺钢筋中，按重量百分比计，化学成分组成如下：C 0.20wt％-0.25wt％，Si 0.30wt％-0.80wt％，Mn1.00 wt％-1.55wt％，N 0.010wt％-0.0160wt％，∑Re 0.0025wt％-0.0050wt％，Mo0.05wt％-0.20wt％， X 0.030wt％-0.075wt％，所述X选自V和/或Nb，余量为铁和不可避免的杂质元素。

本发明提供了一种含钼HRB500E盘螺钢筋，同步添加了微量的氮和稀土元素，利用微量的氮和稀土元素及钼对钢筋进行微合金化处理，充分发挥微量稀土和氮析出强化作用，利用钼推迟先共析铁素体转变，提高微合金化元素(Nb、V、Ti)在奥氏体中的固溶度，延迟微合金碳氮化物析出沉淀析出，使更多的微合金元素得以保留至较低温度下从铁素体中析出，从而产生更大的沉淀强化作用等特性，而Mo能够溶入铁素体中析出的微合金碳氮化物的晶格中，形成(M,Mo)(C,N)(M为微合金元素)，不仅提高了析出相体积分数，而且显著细化微合金析出物尺寸。

优选的方案，当X选自V时，X在HRB500E盘螺钢筋中的重量百分比为 0.035wt％-0.075wt％；当X选自Nb时，X在HRB500E盘螺钢筋中的重量百分比为 0.030-065wt％；当X选自V和Nb时，X在HRB500E盘螺钢筋中的重量百分比为 0.040wt％-0.060wt％。

优选的方案，所述∑Re选自镧、铈、钕、钐、铕、钆、钬、铒中的一种或几种组合。

优选的方案，所述HRB500E级盘螺钢筋Rel为535-595MPa，Rm在690-750MPa之间，A在22-31％之间，Rm/Rel在1.26-1.35之间，冷弯合格率为100％；焊接碳当量≤0.48，三个月时效，Rel和Rm值波动值小于10MPa，盘螺钢筋组织为铁素体+珠光体，同圈盘螺钢筋性能差小于10MPa，拉伸试验时应力-应变曲线呈现明显屈服平台。

本发明一种稀土和氮微合金化含钼盘螺钢筋的生产方法，包括如下步骤：

步骤一、钢水冶炼

先以高炉铁水、废钢、生铁、还原铁中的至少一种为含铁原料，熔炼，并加入造渣剂，并于出钢过程加入硅锰合金或锰铁合金、硅铁合金、稀土氮合金、稀土合金、钒氮合金、钼铁合金、增碳剂，获得符合设计成份含量的钢水，

步骤二、浇铸

将钢水在连铸工序连续浇铸获得连铸坯；

步骤三、轧制

将步骤二所得连铸坯转运至加热炉进行加热，然后将己加热的连铸坯进行轧制获得盘螺钢筋，所述轧制过程中：控制开轧温度为950-1030℃，轧件进预精轧机组温度900-1000℃，轧件进精轧机组温度845-950℃，轧件进减径机组温度800-930℃，末机架速度：85～135m/s，控制吐丝温度为710-900℃；

步骤四

将步骤三所得盘螺钢筋进行分段冷却，先以2-5℃/s快速冷却至550-620℃，随后以1.5-2.2℃/s速度冷却至400-550℃，最后再以0.2-0.8℃/s速度冷却至400℃以下进行集卷获得HRB500E盘螺钢筋。

盘螺钢筋在不同的吐丝温度条件下，利用冷却风机来调节冷却强度，采取三段不同冷却速率，以确保获得的组织为铁素体(F)+珠光体(P)，而且确保获得的微观结构更为细小，晶粒度级别更高。本发明中在高温段采用较大的冷却强度，快速冷却，促进珠光体和铁素体形成，尤其是珠光体和先共析铁素形成，且控制其长大，但冷却速率不宜过大，过大会形成马氏体或贝氏体，同时促进稀土碳化物析出，这些二相析出物沿钢筋整个横截面均匀分布，以阻碍位错运动，增加强度；至550℃以下降低冷却速率促进组织和析出均匀，而不至于长大；最后以较小的冷却速率进行冷却，近似空冷条件冷却，以减少热应力，确保性能均匀性。

优选的方案，步骤一中，将高炉铁水，或者高炉铁水与废钢或生铁块中的一种或两种加入到转炉内吹氧熔炼，并加入造渣剂，控制转炉废钢装入量占总装入量15-25％；终点采用高拉碳一倒出钢工艺；转炉终点C控制0.08-0.15％；出钢温度1600-1650℃；挡渣出钢，钢包渣层厚度≤100mm；依据转炉终点成分和HRB500E盘螺钢筋的成分要求于钢水出至2/3前加完硅锰合金或锰铁合金、硅铁合金、稀土氮合金、稀土合金、钒氮合金、钼铁合金、增碳剂，出钢过程钢包全程底吹气搅拌，出完钢后在氩站进行吹氩气或氮气搅拌 4-12min，然后测温、取样，将HRB500E盘螺钢筋成分调整至目标值，氩站出站温度控制 1555-1620℃之间。

优选的方案，步骤一中，以废钢+生铁块或直接还原铁作为含铁原料，加入到电炉内吹氧和送电熔炼，并加入造渣剂，电炉终点钢水C控制0.10-0.17％，留钢操作，留钢量为总钢水量的1/3(如150吨电炉留钢量约50吨左右)，偏心底出钢；出钢温度1600-1630℃，出钢前按吨钢加入2-4Kg将石灰加入到钢包底部冲击区，出钢过程根据HRB500E盘螺钢筋的成分要求加入硅锰合金或锰铁合金、硅铁合金、稀土氮合金、稀土合金、钒氮合金、钼铁合金、增碳剂以确保合金成分接近HRB500E盘螺钢筋的目标成分的下限；将钢水转运至LF炉进行取样，加入造渣料，适当加大底吹氩气量，将钢水表面顶渣吹开，然后根据电炉出站成分和目标成分加入氮化合金(如微氮合金、稀土氮合金等)，然后第一次送电3-12分钟，同时开启钢包底吹氩气搅拌，确保钢包顶渣覆盖在钢水液面上，钢水不裸露；第一次送电结束后，依据进LF站成分和目标成分加入微合金化元素合金(如含钒合金或含铌合金或含钛合金或它们的组合合金等)，然后第2次送电5-16min，造泡沫黄渣出钢，使成分达到HRB500E盘螺钢筋目标成分，出站温度1555-1615℃。

进一步的优选，采用双工位超高功率量子电炉冶炼，由电炉烟气预热废钢且采用连续加废钢工艺；电炉采用炉门碳氧喷枪、炉壁氧枪中的至少一种输入化学热。

优选的方案，浇注过程采用钢包长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，结晶器保护渣采用碱性保护渣，连续浇铸中包钢水过热度：15-35℃；连铸坯断面尺寸为150-180mm×150-180mm；连铸拉速控制在2.5-4.8m/min。

优选的方案，连铸坯进行加热时，控制加热段温度1000-1060℃，均热段温度1050-1090℃，连铸坯表面和芯部的温度差小于30℃，铸坯两端的温度差小于20℃。

通过上述操作，确保连铸坯不得过热、过烧，且保证钢坯表面和芯部温度均匀。

在实际操作过程中，在轧制的过程中，机架之间采用水冷，预精轧机组前设置水冷箱，预精轧与精轧之间设置水冷箱，精轧后设置水冷箱，以确保轧制温度的控制。

在钢筋轧后冷却过程中，在斯太尔摩风冷辊道前半段以2-5℃/s快速冷却至550-620℃；随后以1.5-2.2℃/s速度冷却至400-550℃，最后以0.2-0.8℃/s速度冷却至400℃以下进行集卷。

有益效果

本发明提供了一种含钼HRB500E盘螺钢筋，并同步添加了微量的氮和稀土元素，利用微量的氮和稀土元素及钼对钢筋进行微合金化处理，充分发挥微量稀土和氮析出强化作用，利用钼推迟先共析铁素体转变，提高微合金化元素(Nb、V、Ti)在奥氏体中的固溶度，延迟微合金碳氮化物析出沉淀析出，使更多的微合金元素得以保留至较低温度下从铁素体中析出，从而产生更大的沉淀强化作用等特性，而Mo能够溶入铁素体中析出的微合金碳氮化物的晶格中，形成(M,Mo)(C,N)(M为微合金元素)，不仅提高了析出相体积分数，而且显著细化微合金碳氮化物析出物尺寸。

本发明的生产工艺，充分利用不同种类的微量稀土及氮和钒或铌等微合金化元素形成不同种类的碳氮化物析，利用钼元素的冶金作用，采用控轧控冷工艺，控制在轧制和冷却过程中的相变及组织变化，解决了盘螺同圈性能差大(一般在40-60MPa)的技术难题，同圈盘螺性能差小于10MPa，钢筋组织为：100％的铁素+珠光体。在减量化前提下，抗震指标Rm/Rel值≥1.25的命中率达到100％，Agt总延伸率≥9％的比例达到100％，拉伸曲线具有明显屈服平台。

采用本发明的工艺可生产出直径为6mm-12mm的HRB500E盘螺钢筋，其Rel在 535-595MPa之间，Rm在690-750MPa之间，A在22-31％之间，Rm/Rel在1.26-1.35之间，冷弯合格率为100％；焊接碳当量≤0.48；

盘螺钢筋的成分组成为：0.20wt％≤C≤0.25wt％，0.30wt％≤Si≤0.80wt％，1.00wt％≤Mn≤1.55wt％，0.010wt％≤N≤0.0160wt％，0.0025wt％≤∑Re≤0.0050wt％，0.05wt％≤Mo≤0.20wt％，钢水中含V不含Nb时满足0.035wt％≤V≤0.075wt％；钢水中含Nb不含V时满足0.030wt％≤Nb≤0.065wt％；同时含V和Nb时满足，0.040wt％≤V+Nb≤0.060wt％，其余为铁和不可避免的杂质元素。

本发明利用现有冶炼、轧制装备，不增加任何投入的前提下，生产出满足 GB/T1499.2-2018标准要求的HRB500E盘螺钢筋，其综合成本较传统方法降低20-70元/ 吨，

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，而不会限制本发明。

本发明可以采用氧气转炉冶炼—连铸—轧制工艺，也可采用电炉冶炼—连铸—轧制工艺。本发明具体实施例采用氧气转炉冶炼或电炉冶炼—连铸—轧制工艺进行实施。

实施例1

将高炉铁水100吨，废钢23吨，分别加入到120吨转炉内，吹氧熔炼，并加入造渣材料如石灰、烧结矿或矿石、萤石、白云石等，在转炉吹氧冶炼17min时，倒炉、取样、测温出钢，转炉终点钢水中[C]＝0.12％，[Mn]＝0.15％之间，[O]＝534PPm，出钢温度1635℃；挡渣出钢，钢包渣层厚度为62mm；转炉钢水出至2/3时硅锰合金、硅铁合金、稀土氮合金、稀土合金、钒氮合金、钼铁合金、增碳剂全部加入完毕，出钢过程钢包全程底吹气搅拌，出完钢后在氩站进行吹氮气大气量搅拌4min，软吹搅拌7min，测温、取样，HRB500E 盘螺钢筋的成分：C＝0.22wt％，Si＝0.38wt％，Mn＝1.25wt％，N＝0.0132wt％，Mo＝0.09,∑Re ＝0.0035wt％，其中∑Re为镧、钕、钐、铕四种在钢水中的总含量，钢水中V＝0.041wt％；氩站出站温度1577℃。

钢包长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，结晶器保护渣采用碱性保护渣。连续浇铸中包钢水过热度：25℃；连铸坯断面尺寸为180mm×180mm；连铸拉速控制在2.46m/min；

铸坯加热，均热段温度为1085℃，钢坯表面和芯部温度均匀，同坯断面温差小于20℃。开轧温度：1025℃。机架之间采用水冷，预精轧机组前设置水冷箱，轧件进预精轧机组温度991℃，预精轧与精轧之间设置水冷箱，轧件进精轧机组温度902℃，精轧后设置水冷箱，轧件进减径机组温度895℃，盘螺钢筋吐丝温度：888℃。末机架速度：89m/s。

在斯太尔摩风冷辊道前半段以2.5℃/s快速冷却至570℃；随后以1.51℃/s速度冷却至 422℃，最后以0.25℃/s速度冷却至395℃以下进行集卷。

每个轧制批次取4组力学性能样进行拉伸试验，力学性能为：Rel在542-573MPa之间，均值553.8MPa，Rm在710-746MPa之间,均值722.8MPa，A在23-27％之间，均值 24.4％Rm/Rel在1.26-1.35之间，均值1.31，冷弯合格率为100％；三个月时效，Rel值波动值为5.1MPa，Rm值波动值为2.3MPa，焊接性能良好；盘螺钢筋组织为：铁素体+珠光体为100％，钢筋进行拉伸试验时，具有明显的屈服平台；同圈盘螺钢筋性能差最大值为8.7MPa。综合成本较常规HRB400E盘螺降低37.9元/吨。

对比例1：冷却制度超出设定范围。

其他条件均与实施例1相同，仅是盘螺吐丝后，在斯太尔摩风冷辊道前半段以1.0℃/s 快速冷却至633℃；随后以1.0℃/s速度冷却至560℃，最后以0.95℃/s速度冷却至356℃以下进行集卷。测得力学性能为：Rel在497-516MPa之间，均值514.6MPa，Rm在 631-662MPa之间,均值632.7MPa；盘螺钢筋组织为：铁素体+珠光体为100％，钢筋进行拉伸试验时，具有明显的屈服平台，同圈性能差最大28.1MPa；性能偏低且出现低于国家标准要求的批次。

实施例2

将高炉铁水93吨，废钢30吨，分别加入到120吨转炉内，吹氧熔炼，并加入造渣材料如石灰、烧结矿或矿石、萤石、白云石等，在转炉吹氧冶炼16min时，倒炉、取样、测温出钢，转炉终点钢水中[C]＝0.12％，[Mn]＝0.13％之间，[O]＝631PPm，出钢温度1606℃；挡渣出钢，钢包渣层厚度为72mm；转炉钢水出至2/3时锰铁合金、硅铁合金、稀土氮合金、稀土合金、铌铁合金、钼铁合金、增碳剂全部加入完毕，出钢过程钢包全程底吹气搅拌，出完钢后在氩站进行吹氮气大气量搅拌3.5min，软吹搅拌4min，测温、取样，HRB500E 盘螺钢筋的成分：C＝0.24wt％，Si＝0.55wt％，Mn＝1.03wt％，N＝0.0149wt％，Mo＝0.12，∑Re＝0.0047wt％，其中∑Re为钆、钬、铒三种在钢水中的总含量，钢水中Nb＝0.037wt％；氩站出站温度1578℃。

钢包长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，结晶器保护渣采用碱性保护渣。连续浇铸中包钢水过热度：31℃；连铸坯断面尺寸为170mm×170mm；连铸拉速控制在3.41m/min；

铸坯加热，均热段温度为1073℃，钢坯表面和芯部温度均匀，同坯断面温差小于35℃。开轧温度：997℃。机架之间采用水冷，预精轧机组前设置水冷箱，轧件进预精轧机组温度937℃，预精轧与精轧之间设置水冷箱，轧件进精轧机组温度922℃，精轧后设置水冷箱，轧件进减径机组温度853℃，盘螺钢筋吐丝温度：712℃。末机架速度：126m/s。

在斯太尔摩风冷辊道前半段以4.4℃/s快速冷却至618℃；随后以2.1℃/s速度冷却至 540℃，最后以0.65℃/s速度冷却至350℃以下进行集卷。

每个轧制批次取6组力学性能样进行拉伸试验，力学性能为：Rel在542-576MPa之间，均值557.2MPa，Rm在714-738MPa之间,均值721.5MPa，A在23-28％之间，均值 25.1％Rm/Rel在1.26-1.35之间，均值1.29，冷弯合格率为100％；三个月时效，Rel值波动值为5.7MPa，Rm值波动值为4.1MPa，焊接性能良好；盘螺钢筋组织为：铁素体+珠光体为100％，钢筋进行拉伸试验时，具有明显的屈服平台；同圈盘螺钢筋性能差最大值为6.6MPa。综合成本较常规HRB400E盘螺降低49.2元/吨。

对比例2不含稀土的HRB500E盘螺钢筋实例。

其他条件均与实施例2相同，仅是成分中不含稀土，其轧制工艺参数也基本一致的条件下，力学性能检测结果为：Rel在488-528MPa之间，均值512.3MPa，Rm在635-657MPa 之间,均值638.5MPa，A在23-31％之间，均值26.2％；Rm/Rel在1.27-1.32之间，均值1.31，冷弯合格率为100％；三个月时效，Rel值波动值为11.2MPa，Rm值波动值为9.1MPa，焊接性能良好。同圈盘螺钢筋性能差最大值为28.2MPa。

实施例3

将高炉铁水102吨，生铁块19吨，分别加入到120吨转炉内，吹氧熔炼，并加入造渣材料如石灰、烧结矿或矿石、萤石、白云石等，在转炉吹氧冶炼17min时，倒炉、取样、测温出钢，转炉终点钢水中[C]＝0.015％，[Mn]＝0.12％之间，[O]＝547PPm，出钢温度1636℃；挡渣出钢，钢包渣层厚度为69mm；出至2/3时硅锰合金、硅铁合金、稀土氮合金、稀土合金、铌铁合金、钒氮合金、钼铁合金、增碳剂全部加入完毕，出钢过程钢包全程底吹气搅拌，出完钢后在氩站进行吹氮气大气量搅拌3min，软吹搅拌8min，测温、取样，HRB500E 盘螺钢筋的成分：C＝0.23wt％，Si＝0.65wt％，Mn＝1.45wt％，N＝0.0148wt％，Mo＝0.08％，∑Re＝0.0032wt％，其中∑Re为铕、钆二种在钢水中的总含量，钢水中Nb＝0.021wt％， V＝0.020wt％；氩站出站温度1565℃。

钢包长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，结晶器保护渣采用碱性保护渣。连续浇铸中包钢水过热度：21℃；连铸坯断面尺寸为150mm×150mm；连铸拉速控制在4.48m/min；

铸坯加热，热均热段温度为1051℃，钢坯表面和芯部温度均匀，同坯断面温差小于24℃。开轧温度：958℃。机架之间采用水冷，预精轧机组前设置水冷箱，轧件进预精轧机组温度910℃，预精轧与精轧之间设置水冷箱，轧件进精轧机组温度853℃，精轧后设置水冷箱，轧件进减径机组温度803℃，盘螺钢筋吐丝温度：715℃。末机架速度：135m/s。

在斯太尔摩风冷辊道前半段以2.3℃/s快速冷却至554℃；随后以2.0℃/s速度冷却至 426℃，最后以0.55℃/s速度冷却至370℃以下进行集卷。

每个轧制批次取6组力学性能样进行拉伸试验，力学性能为：Rel在540-567MPa之间，均值551.2MPa，Rm在714-741MPa之间,均值723.6MPa，A在22-26％之间，均值 24.4％Rm/Rel在1.27-1.34之间，均值1.31，冷弯合格率为100％；三个月时效，Rel值波动值为5.7MPa，Rm值波动值为5.1MPa，焊接性能良好；盘螺钢筋组织为：铁素体+珠光体为100％，钢筋进行拉伸试验时，具有明显的屈服平台；同圈盘螺钢筋性能差最大值为6.2MPa。综合成本较常规HRB400E盘螺降低68.2元/吨。

对比例3：不含钼的HRB500E盘螺钢筋实例。

其他条件均与实施例3成分基本相同，仅是成分中不含钼，其轧制工艺参数也基本一致的条件下，力学性能检测结果为：Rel在494-518MPa之间，均值507.2MPa，Rm在 631-647MPa之间,均值628.5MPa，A在21-29％之间，均值26.2％；Rm/Rel在1.27-1.34 之间，均值1.30，冷弯合格率为100％；三个月时效，Rel值波动值为12.2MPa，Rm值波动值为8.1MPa，焊接性能良好。同圈盘螺钢筋性能差最大值为23.1MPa。

实施例4

将高炉铁水82吨，生铁块22吨，分别加入到100吨转炉内，吹氧熔炼，并加入造渣材料如石灰、烧结矿或矿石、萤石、白云石等，在转炉吹氧冶炼19min时，倒炉、取样、测温出钢，转炉终点钢水中[C]＝0.015％，[Mn]＝0.12％之间，[O]＝667PPm，出钢温度1603℃；挡渣出钢，钢包渣层厚度为87mm；转炉钢水出至2/3时锰铁合金、硅铁合金、稀土氮合金、稀土合金、钼铁合金、钒氮合金、增碳剂全部加入完毕，出钢过程钢包全程底吹气搅拌，出完钢后在氩站进行吹氮气大气量搅拌4.5min，软吹搅拌6min，测温、取样，

HRB400E盘螺钢筋的成分：C＝0.24wt％，Si＝0.68wt％，Mn＝1.52wt％，N＝0.0157wt％， Mo＝0.18％，∑Re＝0.0038wt％，其中∑Re为镧、铈二种在钢水中的总含量，V＝0.038wt％；氩站出站温度1572℃。

钢包长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，结晶器保护渣采用碱性保护渣。连续浇铸中包钢水过热度：23℃；连铸坯断面尺寸为165mm×165mm；连铸拉速控制在3.7m/min；

铸坯加热，均热段温度为1069℃，钢坯表面和芯部温度均匀，同坯断面温差小于36℃。开轧温度：955℃。机架之间采用水冷，预精轧机组前设置水冷箱，轧件进预精轧机组温度903℃，预精轧与精轧之间设置水冷箱，轧件进精轧机组温度845℃，精轧后设置水冷箱，轧件进减径机组温度814℃，盘螺钢筋吐丝温度：726℃。末机架速度：89m/s。

在斯太尔摩风冷辊道前半段以3.7℃/s快速冷却至565℃；随后以1.32℃/s速度冷却至 470℃，最后以0.35℃/s速度冷却至380℃以下进行集卷。

每个轧制批次取6组力学性能样进行拉伸试验，力学性能为：Rel在542-579MPa之间，均值556.2MPa，Rm在718-749MPa之间,均值725.6MPa，A在23-28％之间，均值 25.3％Rm/Rel在1.27-1.35之间，均值1.31，冷弯合格率为100％；三个月时效，Rel值波动值为5.2MPa，Rm值波动值为5.1MPa，焊接性能良好；盘螺钢筋组织为：铁素体+珠光体为100％，钢筋进行拉伸试验时，具有明显的屈服平台；同圈盘螺钢筋性能差最大值为7.0MPa。综合成本较常规HRB400E盘螺降低62.1元/吨。

对比例4：轧后冷却速率过高HRB500E盘螺钢筋实例

其他条件均与实施例4相同，仅是盘螺吐丝后，在斯太尔摩风冷辊道前半段以9.0℃/s 快速冷却至602℃；随后以4.0℃/s速度冷却至521℃，最后以1.8℃/s速度冷却至320℃进行集卷。测得力学性能为：Rel在576-595MPa之间，均值588.2MPa，Rm在706-732MPa 之间,均值718.5MPa，盘螺钢筋组织为：铁素体+珠光体总量为80％左右，出现20％左右的贝氏体及少量的马氏体，钢筋进行拉伸试验时，无明显的屈服平台，同圈性能差最大 46.8MPa；三个月时效，Rel值波动值为36.4MPa，Rm值波动值为19.2MPa。同圈盘螺钢筋性能差最大值为41.2MPa。Rm/Rel在1.22-1.28之间波动，出现不符合抗震要求的钢筋。组织不满足国家标准要求。

实施例5

将废钢和生铁块合计141吨，加入到电炉内吹氧和送电熔炼，并加入造渣剂；

在电炉加入生铁或废钢时，加入石灰、焦炭粒或其他增碳剂等炉料；送电，同时向炉内喷吹碳粉和氧气助熔；待熔清后脱碳并造氧化渣脱磷，倒渣；待钢水磷、碳、温度达到钢种要求后，出钢，电炉终点钢水中[C]＝0.011％，[Mn]＝0.15％之间，[O]＝516PPm，出钢温度1605℃；偏心底出钢，留钢32吨左右，出钢量103吨左右，钢包渣层厚度为78mm；电炉钢水出至2/3时硅锰合金或锰铁合金、硅铁合金、稀土氮合金、钼铁合金、钒氮合金、增碳剂全部加入完毕，出钢过程钢包全程底吹气搅拌，出完钢后在氩站进行吹氮气大气量搅拌5min，测温、取样，HRB500E盘螺钢筋的成分：C＝0.21wt％，Si＝0.25wt％， Mn＝1.11wt％；氩站出站温度1568℃。

将钢水转运至LF炉进行取样，加入适当的造渣料，适当加大底吹氩气量，将钢水表面顶渣吹开，然后根据电炉出站成分和目标成分加入氮化合金如微氮合金、稀土氮合金等，然后第一次送电6分钟，同时开启钢包底吹氩气搅拌，确保钢包顶渣覆盖在钢水液面上，钢水不裸露，第一次送电结束后，依据进LF站成分和目标成分加入微合金化元素合金如含钒合金或含铌合金或它们的组合合金等，然后第2次送电8分钟，造泡沫黄渣出钢，出 LF精炼站HRB400E盘螺钢筋成分C＝0.24wt％，Si＝0.47wt％，Mn＝1.37wt％， N＝0.0145wt％，Mo＝0.06％，∑Re＝0.0026wt％，其中∑Re为钕在钢水中的总含量，V＝0.026％， Nb＝0.025％；出站温度1579℃。

钢包长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，结晶器保护渣采用碱性保护渣。连续浇铸中包钢水过热度：22℃；连铸坯断面尺寸为160mm×160mm；连铸拉速控制在4.2m/min；

铸坯加热，均热段温度为1078℃，钢坯表面和芯部温度均匀，同坯断面温差小于17℃。开轧温度：978℃。机架之间采用水冷，预精轧机组前设置水冷箱，轧件进预精轧机组温度938℃，预精轧与精轧之间设置水冷箱，轧件进精轧机组温度879℃，精轧后设置水冷箱，轧件进减径机组温度855℃，盘螺钢筋吐丝温度：776℃。末机架速度：116m/s。

在斯太尔摩风冷辊道前半段以3.2℃/s快速冷却至575℃；随后以1.40℃/s速度冷却至 470℃，最后以0.56℃/s速度冷却至380℃以下进行集卷。

每个轧制批次取6组力学性能样进行拉伸试验，力学性能为：Rel在540-577MPa之间，均值556.6MPa，Rm在718-748MPa之间,均值723.6MPa，A在23-27％之间，均值 25.5％Rm/Rel在1.27-1.35之间，均值1.30，冷弯合格率为100％；三个月时效，Rel值波动值为5.6MPa，Rm值波动值为5.3MPa，焊接性能良好；盘螺钢筋组织为：铁素体+珠光体为100％，钢筋进行拉伸试验时，具有明显的屈服平台；同圈盘螺钢筋性能差最大值为7.1MPa。综合成本较常规HRB400E盘螺降低49.2元/吨。

对比例5氮含量偏低HRB500E盘螺钢筋实例

其他条件均与实施例5相同，但成分氮含量81PPm,低于设定范围下限，其轧制工艺参数也基本一致的条件下，力学性能检测结果为：Rel在491-523MPa之间，均值514.2MPa，Rm在625-654MPa之间,均值643.4MPa，A在24-31％之间，均值28.6％Rm/Rel在1.27-1.31 之间，均值1.27，冷弯合格率为100％；三个月时效，Rel值波动值为13.8MPa，Rm值波动值为18.5MPa，焊接性能良好。同圈盘螺钢筋性能差最大值为31.2MPa。

Claims (9)

1.一种稀土和氮微合金化含钼HRB500E盘螺钢筋的生产方法，包括如下步骤：

步骤一、钢水冶炼

以高炉铁水、废钢、生铁、还原铁中的至少一种为含铁原料，熔炼，并加入造渣剂，并于出钢过程加入硅锰合金或锰铁合金、硅铁合金、稀土氮合金、稀土合金、钒氮合金、钼铁合金、增碳剂，获得符合设计成分含量的钢水，

步骤二、浇铸

将钢水在连铸工序连续浇铸获得连铸坯；

步骤三、轧制

将步骤二所得连铸坯转运至加热炉进行加热，然后将己加热的连铸坯进行轧制获得盘螺钢筋，所述轧制过程中：控制开轧温度为950-1030℃，轧件进预精轧机组温度900-1000℃，轧件进精轧机组温度845-950℃，轧件进减径机组温度800-930℃，末机架速度：85～135m/s，控制吐丝温度为710-900℃；

步骤四

将步骤三所得盘螺钢筋进行分段冷却，先以2-5℃/s快速冷却至550-620℃，随后以1.5-2.2℃/s速度冷却至400-550℃，最后再以0.2-0.8℃/s速度冷却至400℃以下进行集卷获得HRB500E盘螺钢筋；

所述HRB500E盘螺钢筋中，按重量百分比计，化学成分组成如下：C 0.20 wt%-0.25wt%，Si 0.30 wt%-0.80wt%，Mn 1.00 wt%-1.55wt%， N 0.010 wt%-0.0160wt%，RE 0.0025 wt%-0.0050wt%，Mo 0.05 wt%-0.20wt%，X 0.030wt%-0.075wt%，所述X选自V和/或Nb，余量为铁和不可避免的杂质元素。

2.根据权利要求1所述的一种稀土和氮微合金化含钼HRB500E盘螺钢筋的生产方法，其特征在于：步骤一中，将高炉铁水，或者高炉铁水与废钢或生铁块中的一种或两种加入到转炉内吹氧熔炼，并加入造渣剂，控制转炉废钢装入量占总装入量15-25％；终点采用高拉碳一倒出钢工艺；转炉终点C控制0.08-0.15％；出钢温度1600-1650℃；挡渣出钢，钢包渣层厚度≤100mm；依据转炉终点成分和HRB500E盘螺钢筋的成分要求于钢水出至2/3前加完硅锰合金或锰铁合金、硅铁合金、稀土氮合金、稀土合金、钒氮合金、钼铁合金、增碳剂，出钢过程钢包全程底吹气搅拌，出完钢后在氩站进行吹氩气或氮气搅拌4-12min，然后测温、取样，将HRB500E盘螺钢筋成分调整至目标值，氩站出站温度控制1555-1620℃之间。

3.根据权利要求1所述的一种稀土和氮微合金化含钼HRB500E盘螺钢筋的生产方法，其特征在于：步骤一中，以废钢+生铁块或直接还原铁作为含铁原料，加入到电炉内吹氧和送电熔炼，并加入造渣剂，电炉终点钢水C控制0.10-0.17%，留钢操作，留钢量为总钢水量的1/3，偏心底出钢；出钢温度1600-1630℃，出钢前将石灰加入钢包底部冲击区，石灰的加入量为每吨钢水加入2-4kg 石灰，出钢过程根据HRB500E盘螺钢筋的成分要求加入硅锰合金或锰铁合金、硅铁合金、稀土氮合金、稀土合金、钒氮合金、钼铁合金、增碳剂以确保合金成分接近HRB500E盘螺钢筋的目标成分的下限；将钢水转运至LF炉进行取样，加入造渣料，适当加大底吹氩气量，将钢水表面顶渣吹开，然后根据电炉出站成分和目标成分加入氮化合金，然后第一次送电3-12分钟，同时开启钢包底吹氩气搅拌，确保钢包顶渣覆盖在钢水液面上，钢水不裸露；第一次送电结束后，依据进LF站成分和目标成分加入微合金化元素合金，然后第2次送电5-16min，造泡沫黄渣出钢，使成分达到HRB500E盘螺钢筋目标成分，出站温度1555-1615℃。

4.根据权利要求1所述的一种稀土和氮微合金化含钼HRB500E盘螺钢筋的生产方法，其特征在于：采用双工位超高功率量子电炉冶炼，由电炉烟气预热废钢且采用连续加废钢工艺；电炉采用炉门碳氧喷枪、炉壁氧枪中的至少一种输入化学热。

5.根据权利要求1所述的一种稀土和氮微合金化含钼HRB500E盘螺钢筋的生产方法，其特征在于：浇注过程采用钢包长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，结晶器保护渣采用碱性保护渣，连续浇铸中包钢水过热度：15-35℃；连铸坯断面尺寸为150-180mm×150-180mm；连铸拉速控制在2.5-4.8m /min。

6.根据权利要求1所述的一种稀土和氮微合金化含钼HRB500E盘螺钢筋的生产方法，其特征在于：连铸坯进行加热时，控制加热段温度1000-1060℃，均热段温度1050-1090℃，连铸坯表面和芯部的温度差小于30℃，铸坯两端的温度差小于20℃。

7.根据权利要求1所述的一种稀土和氮微合金化含钼HRB500E盘螺钢筋的生产方法，其特征在于：当X选自V时，X在HRB500E盘螺钢筋中的重量百分比为 0.035wt%-0.075wt%；当X选自Nb时，X在HRB500E盘螺钢筋中的重量百分比为 0.030-065wt%；当X选自V和Nb时，X在HRB500E盘螺钢筋中的重量百分比为 0.040wt%-0.060wt%。

8.根据权利要求1所述的一种稀土和氮微合金化含钼HRB500E盘螺钢筋的生产方法，其特征在于：所述RE选自镧、铈、钕、钐、铕、钆、钬、铒中的一种或几种组合。

9.根据权利要求1所述的一种稀土和氮微合金化含钼HRB500E盘螺钢筋的生产方法，其特征在于：所述HRB500E级盘螺钢筋Rel为535-595MPa，Rm在690-750MPa之间，A在22-31%之间，Rm/Rel在1.26-1.35之间，冷弯合格率为100%；焊接碳当量≤0.48，三个月时效，Rel和Rm值波动值小于10MPa，盘螺钢筋组织为铁素体+珠光体，同圈盘螺钢筋性能差小于10MPa，拉伸试验的应力-应变曲线呈现明显屈服平台。