CN115029614A - 一种钛氮复合强化与控轧控冷相结合生产螺纹钢的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种钛氮复合强化与控轧控冷相结合生产螺纹钢的方法，通过优化转炉工序、LF精炼工序与连铸工序的工艺步骤与工艺参数，且优化控轧控冷，均热段的温度为1100℃‑1140℃，开轧温度为960℃‑1000℃，进精轧温度为900℃‑950℃，上冷床温度为880℃‑920℃，螺纹钢的成分为：0.22%‑0.25%的C，0.50%‑0.70%的Si，1.20%‑1.40%的Mn，S≤0.045%，P≤0.045%，0.012%‑0.022%的Ti，0.010%‑0.012%的N，余量的Fe；屈服强度在440MPa以上，强屈比为1.26及以上，表面质量良好，实现了性能稳定达标且低合金低成本生产。

Description

一种钛氮复合强化与控轧控冷相结合生产螺纹钢的方法
技术领域
本发明涉及热轧带肋钢筋生产技术领域，尤其是涉及一种钛氮复合强化与控轧控冷相结合生产螺纹钢的方法。
背景技术
热轧带肋钢筋，俗称螺纹钢，普通热轧带肋钢筋的牌号由HRB和牌号的屈服点最小值构成，H、R、B分别为热轧(Hotrolled)、带肋(Ribbed)、钢筋(Bars)三个词的英文首位字母；热轧带肋钢筋分为HRB400(E)、HRB500(E)、HRB600三个牌号。
大部分螺纹钢的生产企业采用热轧工艺，通过添加高锰、高硅以及较大含量昂贵的V、Nb等合金元素来提高钢筋强度，此类生产方式生产成本高，因此，较难适应市场和企业自身发展需求。而另一类生产企业采用控轧控冷工艺生产，虽然可以大幅降低合金成本，但螺纹钢的表面质量难以保证。
因此，在新国标条件下，如何通过优化钢筋的合金成分，既能节约合金资源，大幅降低钢材的生产成本，同时通过改进生产工艺保证产品的性能达标，保证良好的外观质量，尤其是表面质量显得尤为重要，在获得要求的力学性能的同时，又可以实现低成本生产，是本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种钛氮复合强化与控轧控冷相结合生产螺纹钢的方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种钛氮复合强化与控轧控冷相结合生产螺纹钢的方法，包括以下依次进行的步骤：
1)转炉工序：转炉工序不加脱氧剂，直接采用硅锰合金、硅铁合金进行合金化，出钢完毕后加入600-700kg顶渣石灰；
转炉底吹与钢包底吹均采用氮气；
控制出钢温度，保证后续的LF精炼工序的进站温度为1540℃及以上；
2)LF精炼工序：钢包底吹前4分钟吹氮气，后期吹氩气；
钢水进站后通电提温，做到一次通电提温到位；
通电后加入钛铁和氮化硅铁的混合合金，搅拌40秒-60秒时取进站样，根据取样成分调节混合合金的加入量，保证Ti含量在目标范围之内；
成份合格后喂入钙线，软吹3min后上连铸机；
3)连铸工序：钢包到中间包采用大包长水口保护浇注，中间包的液面提前3炉采用碱性覆盖剂与炭化稻壳进行覆盖，中间包到结晶器采用浸入式水口与保护渣保护浇注，中间包中的钢水温度为1522℃-1529℃；
结晶器中的水量控制为120-130t/h，二冷水采用自动配水，二冷水的比水量按1.2-1.30L/kg控制；
铸坯包括以下质量百分数的元素：0.22％-0.25％的C，0.50％-0.70％的Si，1.20％-1.40％的Mn，S≤0.045％，P≤0.045％，0.012％-0.022％的Ti，0.010％-0.012％的N，余量的Fe元素以及不可避免的杂质元素；
4)轧钢工序：钢坯依次在加热炉中进行加热、粗轧、中轧、水箱冷却、精轧、水箱喷水冷却、在冷床上进行冷却、自然时效；
加热炉中的均热段的温度为1100℃-1140℃，粗轧的开轧温度为960℃-1000℃，进精轧温度为900℃-950℃，上冷床温度为880℃-920℃。
优选的，步骤2)中，钛铁的质量:氮化硅铁的质量＝65:35，混合合金的加入量为85kg/炉-95kg/炉。
优选的，步骤2)中，钙线的长度为150m-200m。
优选的，步骤4)中，中轧后的水箱冷却的进水温度控制为22℃-25℃，水压0.8-1.2MPa，水量为100m3/h-120m3/h。
优选的，步骤4)中，精轧后的水箱喷水冷却的进水温度控制为22℃-25℃，水压0.6-1.0MPa，水量为70m3/h-90m3/h。
优选的，自然时效后得到的成品的螺纹钢的金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度在8.5～9.0级之间，不存在淬硬层，自然时效后屈服强度在440MPa以上，抗拉强度在600MPa以上，强屈比达到1.26及以上，钢材表面质量良好，钢材性能余量充足。
本申请提供了一种钛氮复合强化与控轧控冷相结合生产螺纹钢的方法，通过优化转炉工序、LF精炼工序与连铸工序的工艺步骤与工艺参数，且优化控轧控冷，均热段的温度为1100℃-1140℃，开轧温度为960℃-1000℃，进精轧温度为900℃-950℃，上冷床温度为880℃-920℃，得到的成品的螺纹钢的成分为：0.22％-0.25％的C，0.50％-0.70％的Si，1.20％-1.40％的Mn，S≤0.045％，P≤0.045％，0.012％-0.022％的Ti，0.010％-0.012％的N，余量的Fe元素；
通过采用钛、氮复合强化技术，优化开轧温度、精轧与上冷床温度，实现低合金成分结构，满足热轧带肋钢筋的组织性能要求，节约了贵金属资源；
本申请通过研究钛、氮复合强化对钢材组织性能的作用，开发实践出钛、氮复合新工艺，在降低合金加入量、降低生产成本的同时又可以保证钢材质量达到2018新国标《钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋》要求，提高了企业效益，节约了合金资源；
本发明探索开发了一种新的生产方法，通过研究钛、氮微合金化技术在轧制过程中的有益作用以及成分对钢材组织性能的影响，开发实践出一种适用于控轧控冷生产条件的钛、氮复合强化新工艺，在降低合金加入量、降低成本的同时又可以保证钢材质量达到新国标要求，提高了企业效益，节约了合金资源，满足了国民经济迅速发展的需求；
本申请中的控轧控冷中，通过采用合理的开轧温度、进精轧温度与上冷床温度，实现了低合金成分结构，满足了热轧带肋钢筋的组织性能要求；
与现有技术相比，本发明充分利用钛、氮复合强化机理，同时发挥控轧控冷工艺的优势，通过较低的开轧温度，结合过程水冷与精轧温度控制，细化了晶粒，低温上冷床有利于保持细晶优势，从而在低合金成分结构条件下，仍可获得国标要求的金相组织与力学性能，大幅度减少了贵金属消耗，满足了当前能耗双控的市场需要，另外，该生产方法极大地发挥了钛、氮复合强化，尤其是钛氮结合形成氮化钛化合物的强化，最终通过析出强化、细晶强化与控轧控冷工艺结合，达到了成分、工艺、性能三者之间的最佳组合。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请提供了一种钛氮复合强化与控轧控冷相结合生产螺纹钢的方法，包括以下依次进行的步骤：
1)转炉工序：转炉工序不加脱氧剂，直接采用硅锰合金、硅铁合金进行合金化，出钢完毕后加入600-700kg顶渣石灰；
转炉底吹与钢包底吹均采用氮气；
控制出钢温度，保证后续的LF精炼工序的进站温度为1540℃及以上；
2)LF精炼工序：钢包底吹前4分钟吹氮气，后期吹氩气；
钢水进站后通电提温，做到一次通电提温到位；
通电后加入钛铁和氮化硅铁的混合合金，搅拌40秒-60秒时取进站样，根据取样成分调节混合合金的加入量，保证Ti含量在目标范围之内；
成份合格后喂入钙线，软吹3min后上连铸机；
3)连铸工序：钢包到中间包采用大包长水口保护浇注，中间包的液面提前3炉采用碱性覆盖剂与炭化稻壳进行覆盖，中间包到结晶器采用浸入式水口与保护渣保护浇注，中间包中的钢水温度为1522℃-1529℃；
结晶器中的水量控制为120-130t/h，二冷水采用自动配水，二冷水的比水量按1.2-1.30L/kg控制；
铸坯包括以下质量百分数的元素：0.22％-0.25％的C，0.50％-0.70％的Si，1.20％-1.40％的Mn，S≤0.045％，P≤0.045％，0.012％-0.022％的Ti，0.010％-0.012％的N，余量的Fe元素以及不可避免的杂质元素；
4)轧钢工序：钢坯依次在加热炉中进行加热、粗轧、中轧、水箱冷却、精轧、水箱喷水冷却、在冷床上进行冷却、自然时效；
加热炉中的均热段的温度为1100℃-1140℃，粗轧的开轧温度为960℃-1000℃，进精轧温度为900℃-950℃，上冷床温度为880℃-920℃。
在本申请的一个实施例中，步骤2)中，钛铁的质量:氮化硅铁的质量＝65:35，混合合金的加入量为85kg/炉-95kg/炉。
在本申请的一个实施例中，步骤2)中，钙线的长度为150m-200m。
在本申请的一个实施例中，步骤4)中，中轧后的水箱冷却的进水温度控制为22℃-25℃，水压0.8-1.2MPa，水量为100m3/h-120m3/h。
在本申请的一个实施例中，步骤4)中，精轧后的水箱喷水冷却的进水温度控制为22℃-25℃，水压0.6-1.0MPa，水量为70m3/h-90m3/h。
在本申请的一个实施例中，自然时效后得到的成品的螺纹钢的金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度在8.5～9.0级之间，不存在淬硬层，自然时效后屈服强度在440MPa以上，抗拉强度在600MPa以上，强屈比达到1.26及以上，钢材表面质量良好，钢材性能余量充足。本申请中，转炉工序中，禁止使用低硅铁。
本申请中，LF精炼工序中不得使用AD粉。
本申请中，连铸工序中，钢种的液相线温度为1502℃。
本申请中，中轧后的水箱冷却的主要目的是通过控制进精轧温度来控制轧件的金相组织，细化晶粒，最终提高钢材的力学性能。
本申请中，钛元素的稳定控制，是在稳定控制钛元素的回收率的基础上，稳定钛元素的窄成分控制；氮元素控制采用转炉中的精准脱氧与LF精炼中的氮氩精准切换，保证钢中氮元素的稳定。
本申请中，成品的螺纹钢包括以下质量百分数的元素：0.22％-0.25％的C，0.50％-0.70％的Si，1.20％-1.40％的Mn，S≤0.045％，P≤0.045％，0.012％-0.022％的Ti，0.010％-0.012％的N，余量的Fe元素以及不可避免的杂质元素。
本申请中的钛氮复合强化与控轧控冷相结合实现既性能达标又减少合金用量的工作原理：钛与氮结合形成氮化钛，在钢中同时具有细化晶粒和沉淀强化的双重效果，它能使钢的内部组织致密，控制奥氏体晶粒长大；轧制过程中应用控轧控冷工艺，进一步对组织进行细化，最终共同作用，提高了钢材的屈服强度和抗拉强度，由于组织晶粒较细，钢材的塑性较好；故通过钛氮复合强化与控轧控冷工艺相结合，在保证各项力学性能指标合格的情况下，大幅降低了合金元素的添加量，降低了合金成本。
本申请中的含量(％)均为质量百分数。
本发明未详尽描述的方法和装置均为现有技术，不再赘述。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种钛氮复合强化与控轧控冷相结合生产螺纹钢的方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例
一种钛氮复合强化与控轧控冷相结合生产螺纹钢的方法，以生产HRB400E螺纹钢为例，包括以下依次进行的步骤：
1)转炉工序：转炉工序不加脱氧剂，直接采用硅锰合金、硅铁合金进行合金化，出钢完毕后加入600-700kg顶渣石灰；
转炉底吹与钢包底吹均采用氮气；
控制出钢温度，保证后续的LF精炼工序的进站温度为1540℃及以上；
2)LF精炼工序：钢包底吹前4分钟吹氮气，后期吹氩气；
钢水进站后通电提温，做到一次通电提温到位；
通电后加入钛铁和氮化硅铁的混合合金，搅拌40秒-60秒时取进站样，根据取样成分调节混合合金的加入量，保证Ti含量在目标范围之内；
成份合格后喂入钙线，软吹3min后上连铸机；
步骤2)中，钛铁的质量:氮化硅铁的质量＝65:35，混合合金的加入量为90kg/炉；
步骤2)中，钙线的长度为175m；
3)连铸工序：钢包到中间包采用大包长水口保护浇注，中间包的液面提前3炉采用碱性覆盖剂与炭化稻壳进行覆盖，中间包到结晶器采用浸入式水口与保护渣保护浇注，中间包中的钢水温度为1522℃-1529℃；
结晶器中的水量控制为120-130t/h，二冷水采用自动配水，二冷水的比水量按1.2-1.30L/kg控制；
4)轧钢工序：钢坯依次在加热炉中进行加热、粗轧、中轧、水箱冷却、精轧、水箱喷水冷却、在冷床上进行冷却、自然时效；
步骤4)中，中轧后的水箱冷却的进水温度控制为22℃-25℃，水压1.0MPa；
精轧后的水箱喷水冷却的进水温度控制为22℃-25℃，水压0.8MPa；
其余，实施例1-6中的钢筋的成分、工艺参数以及性能检测结果，如下表1-3所示：
表1实施例中的HRB400E螺纹钢的成分
Figure BDA0003670357600000071
表2实施例中的连轧工序中的工艺参数
Figure BDA0003670357600000072
Figure BDA0003670357600000081
表3实施例中的自然时效完成后的HRB400E钢筋的性能检测结果
实施例 金相组织 晶粒度 抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 强屈比
实施例1 铁素体+珠光体 8.5 612 449 1.36
实施例2 铁素体+珠光体 8.5 618 468 1.32
实施例3 铁素体+珠光体 8.5 610 452 1.35
实施例4 铁素体+珠光体 8.5 609 445 1.37
实施例5 铁素体+珠光体 8.5 613 456 1.34
实施例6 铁素体+珠光体 8.5 614 448 1.37
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种钛氮复合强化与控轧控冷相结合生产螺纹钢的方法，其特征在于，包括以下依次进行的步骤：
1) 转炉工序：转炉工序不加脱氧剂，直接采用硅锰合金、硅铁合金进行合金化，出钢完毕后加入600-700kg顶渣石灰；
转炉底吹与钢包底吹均采用氮气；
控制出钢温度，保证后续的LF精炼工序的进站温度为1540℃及以上；
2) LF精炼工序：钢包底吹前4分钟吹氮气，后期吹氩气；
钢水进站后通电提温，做到一次通电提温到位；
通电后加入钛铁和氮化硅铁的混合合金，搅拌40秒-60秒时取进站样，根据取样成分调节混合合金的加入量，保证Ti含量在目标范围之内；
成份合格后喂入钙线，软吹3min后上连铸机；
3) 连铸工序：钢包到中间包采用大包长水口保护浇注，中间包的液面提前3炉采用碱性覆盖剂与炭化稻壳进行覆盖，中间包到结晶器采用浸入式水口与保护渣保护浇注，中间包中的钢水温度为1522℃-1529℃；
结晶器中的水量控制为120-130t/h，二冷水采用自动配水，二冷水的比水量按1.2-1.30L/kg控制；
铸坯包括以下质量百分数的元素：0.22%-0.25%的C，0.50%-0.70%的Si，1.20%-1.40%的Mn，S≤0.045%，P≤0.045%，0.012%-0.022%的Ti，0.010%-0.012%的N，余量的Fe元素以及不可避免的杂质元素；
4) 轧钢工序：钢坯依次在加热炉中进行加热、粗轧、中轧、水箱冷却、精轧、水箱喷水冷却、在冷床上进行冷却、自然时效；
加热炉中的均热段的温度为1100℃-1140℃，粗轧的开轧温度为960℃-1000℃，进精轧温度为900℃-950℃，上冷床温度为880℃-920℃。
2.根据权利要求1所述的一种钛氮复合强化与控轧控冷相结合生产螺纹钢的方法，其特征在于，步骤2)中，钛铁的质量:氮化硅铁的质量=65:35，混合合金的加入量为85kg/炉-95kg/炉。
3.根据权利要求1所述的一种钛氮复合强化与控轧控冷相结合生产螺纹钢的方法，其特征在于，步骤2)中，钙线的长度为150m-200m。
4.根据权利要求1所述的一种钛氮复合强化与控轧控冷相结合生产螺纹钢的方法，其特征在于，步骤4)中，中轧后的水箱冷却的进水温度控制为22℃-25℃，水压0.8-1.2MPa，水量为100m3/h-120m3/h。
5.根据权利要求1所述的一种钛氮复合强化与控轧控冷相结合生产螺纹钢的方法，其特征在于，步骤4)中，精轧后的水箱喷水冷却的进水温度控制为22℃-25℃，水压0.6-1.0MPa，水量为70m3/h-90m3/h。
6.根据权利要求1所述的一种钛氮复合强化与控轧控冷相结合生产螺纹钢的方法，其特征在于，自然时效后得到的成品的螺纹钢的金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度在8.5～9.0级之间，不存在淬硬层，自然时效后屈服强度在440MPa以上，抗拉强度在600MPa以上，强屈比达到1.26及以上，钢材表面质量良好，钢材性能余量充足。
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