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CN111575587A - 一种钒铬微合金化生产hrb600高强热轧带肋钢筋的方法 - Google Patents

一种钒铬微合金化生产hrb600高强热轧带肋钢筋的方法 Download PDF

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CN111575587A CN202010495496.XA CN202010495496A CN111575587A CN 111575587 A CN111575587 A CN 111575587A CN 202010495496 A CN202010495496 A CN 202010495496A CN 111575587 A CN111575587 A CN 111575587A
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XINING SPECIAL STEEL CO Ltd
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Abstract

本发明公开了一种钒铬微合金化生产HRB600高强热轧带肋钢筋的方法，包括以下工序：转炉冶炼‑LF精炼‑连铸‑加热‑轧制‑冷床空冷‑剪切，其中，在转炉冶炼工序中，出钢2/3时加入硅铁、锰铁、硅锰合金、铬铁和硅氮合金进行硅、锰、铬合金化，在LF精炼工序中，精炼炉钢液温度≥1570℃时按成分要求加入钒铁进行钒合金化。本发明的有益之处在于：(1)填补了V‑Cr复合微合金化生产600MPa级钢筋的空白，以V、Cr作为微合金强化元素，避免了使用价格普遍较高的Nb和Ti，降低了生产成本；(2)轧制后80％的V以析出状态存在，显著提高了HRB600热轧带肋钢筋的强度；(3)在钢中加入了一定量的Cr元素，明显提高了HRB600热轧带肋钢筋的强度，并且具有一定的抗腐蚀能力。

Description

一种钒铬微合金化生产HRB600高强热轧带肋钢筋的方法
技术领域
本发明涉及一种生产热轧带肋钢筋的方法，具体涉及一种钒铬微合金化生产HRB600高强热轧带肋钢筋的方法，属于冶金技术领域。
背景技术
2018年11月1日，热轧带肋钢筋新标准(GB/T 1499.2-2018)发布实施，新标准增加了600MPa级钢筋。高强热轧带肋钢筋具有强度高、综合性能优的特点。目前，热轧带肋钢筋强度级别以400MPa级为主，少量500MPa级，国内诸多厂家通过V-N微合金化开发出了600MPa级高强钢筋(即HRB600高强钢筋)。HRB600高强钢筋在建筑工程应用中有很多优点，与目前主要使用的400MPa、500MPa级钢筋相比，可节约用钢量44.4％和19.5％，高强材料的应用解决了建筑结构中肥梁胖柱问题，这样不仅能增加建筑使用面积，也可以使结构设计更加灵活，同时还可以提高建筑使用功能。此外，采用高强材料可以提高建筑质量，延长使用年限，减少维护使用费用。同时，在国家大力提倡节能减排、绿色环保的背景下，作为资源消耗大户的建筑业，普通强度钢筋作为建筑用钢主材的状况已无法满足建设发展的需要，发展高强度的钢筋是未来钢筋混凝土结构在建筑工程领域发展的必然趋势。在国外，高强钢筋(如韩标SD600)已经得到推广，在国内，部分工程也已经开始使用高强钢筋，高强钢筋是即将大力推广的热轧带肋钢筋产品。
螺纹钢是一种高强钢筋，其生产主要以Nb、V、Ti等元素作为微合金强化元素，由于Nb、V、Ti等合金的价格普遍较高，所以生产成本占比较大。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种钒铬微合金化生产HRB600高强热轧带肋钢筋的方法，该方法填补了V-Cr复合微合金化生产600MPa级钢筋的空白，其不仅能够降低高强钢筋的生产成本，而且生产的600MPa级钢筋的各项性能指标能够全部满足GB/T1499.2-2018的要求。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种钒铬微合金化生产HRB600高强热轧带肋钢筋的方法，其特征在于，采用该方法生产得到的HRB600高强热轧带肋钢筋的化学成分及各成分的重量百分含量如下：C：0.24％～0.28％，Si：0.60％～0.70％，Mn：1.45％～1.55％，V：0.12％～0.18％，Cr:0.30％～0.40％，P≤0.035％，S≤0.020％，N：0.012～0.018％，Ceq：≤0.56％，其余为Fe和残余元素，该方法具体包括以下工序：
步骤1：转炉冶炼
按75％～85％铁水+15％～25％废钢配料，终点成分重量百分含量控制为C≥0.08％、P≤0.030％，终点温度1620℃～1650℃，见钢流时加入硅钙铝粉和硅铝钡球进行扩散脱氧，出钢1/3时加入Al锭和复合脱氧剂进行钢液预脱氧，出钢2/3时加入硅铁、锰铁、硅锰合金、铬铁和硅氮合金进行硅、锰、铬合金化，加完合金后再加入CaO进行大包造精炼渣；
步骤2：LF精炼
精炼炉钢液温度≥1570℃时，按成分要求加入钒铁进行钒合金化，同时吹入氮气，当氮气流量达到400NL/min～600NL/min时，控制钢液增氮量8ppm/min～15ppm/min；
步骤3：连铸
采用连铸全程保护浇铸，中包温度控制在1530℃～1550℃，拉速为2.00m/min～2.50m/min，二冷比水量为0.8L/kg钢～1.5L/kg钢；
步骤4：加热
加热段温度为1150±30℃；
步骤5：轧制
开轧温度为950℃～1050℃，终轧温度为900℃～1000℃，轧制过程不穿水；
步骤6：冷床空冷
采用冷风机吹风空冷；
步骤7：剪切
采用圆弧剪剪切，保证钢材端面平直、整齐。
前述的钒铬微合金化生产HRB600高强热轧带肋钢筋的方法，其特征在于，在步骤1中，前述复合脱氧剂含30％～40％Ca、15％～20％C、10％～15％Si和5％～10％Al。
前述的钒铬微合金化生产HRB600高强热轧带肋钢筋的方法，其特征在于，在步骤2中，精炼结束后保证软吹氩时间≥10min，精炼吊包上连铸平台温度为1560℃～1620℃。
前述的钒铬微合金化生产HRB600高强热轧带肋钢筋的方法，其特征在于，在步骤6中，下冷床温度≤350℃。
前述的钒铬微合金化生产HRB600高强热轧带肋钢筋的方法，其特征在于，在步骤7中，剪切温度≤350℃。
本发明的有益之处在于：
(1)本发明填补了V-Cr复合微合金化生产600MPa级钢筋的空白，以V、Cr作为微合金强化元素，避免了使用价格普遍较高的Nb和Ti，降低了高强钢筋的生产成本；
(2)本发明通过稳定控制转炉冶炼、LF精炼、连铸、加热和轧制工序中给出的工艺参数，使得生产得到的钢材钢中化学元素波动范围小、稳定，氧含量≤30ppm，夹杂物级别低，钢液纯净度高，生产得到的钢材力学性能稳定，屈服强度630～680MPa，抗拉强度760～890MPa，断后伸长率A≥15％，最大伸长率Agt≥10％，各项性能指标能够全部满足GB/T1499.2-2018的要求；
(3)本发明采用在线组合吹氮和微合金化控制技术，使得钢中氮含量稳定在80ppm～120ppm，钒铁的回收率在98％以上，促进了钢中V、N析出强化效果；
(4)本发明通过在转炉出钢过程加入铝锭、在复合脱氧剂脱氧后加入硅氮合金来初次平衡钢液中N含量，然后在LF精炼过程根据冶炼温度吹入氮气，使得钢液中N含量稳定，通过向LF精炼炉中加入钒铁进行钒合金化，由于钒铁回收率高，所以成本低、成分稳定，从而从这两方面稳定控制了钢中的V、N含量，钢液凝固过程又促进了V、C、N细小颗粒的形成及析出，所以提高了V在钢中的利用率；
(5)本发明采用高温固溶及热轧控温无穿水轧制技术，高温加热使钢中V充分固溶，轧制后80％的V以析出状态存在，析出物中尺寸小于15nm的粒子占比达到50％以上，断面组织均为P+F，珠光体约占50％-60％，晶粒度达到10级以上，显著提高了HRB600热轧带肋钢筋的强度；
(6)本发明在钢中加入了一定量的Cr元素，Cr原子可置换Fe原子，置换出的Fe原子与C原子结合形成合金渗碳体，提高了珠光体的稳定性，Cr原子也可以溶于铁素体中，提高铁素体的强度和硬度，产生固溶强化作用，从而明显提高了HRB600热轧带肋钢筋的强度，并且具有一定的抗腐蚀能力；
(7)采用本发明提供的方法生产得到的HRB600热轧带肋钢筋与400MPa、500MPa级抗震钢筋相比，由于强度高、成本低，所以具有节能减排、安全环保的现实意义。
附图说明
图1是不同温度下增氮速率图；
图2(A)和图2(B)是规格
Figure BDA0002522634830000051
螺纹钢100倍组织图片；
图3(A)和图3(B)是规格
Figure BDA0002522634830000052
螺纹钢100倍组织图片。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
一、成分要求
为了使生产得到的HRB600热轧带肋钢筋的屈服强度达到630～680MPa，抗拉强度达到760～890MPa，断后伸长率A达到≥15％，最大伸长率Agt达到≥10％，各项性能指标能够全部满足GB/T1499.2-2018的要求，我们主要采取的措施为Cr、V微合金元素的沉淀强化和细晶强化，为保证沉淀物的析出量，将V微合金含量调整到0.140％左右，钢材中氮含量要求保证在120ppm～180ppm范围内，HRB600热轧带肋钢筋的化学成分及各成分的重量百分含量具体要求见表1。
表1 HRB600热轧带肋钢筋的化学成分及各成分的重量百分含量
Figure BDA0002522634830000061
二、生产方法
生产上述HRB600热轧带肋钢筋的方法，具体包括以下工序：转炉冶炼、LF精炼、连铸、加热、轧制、冷床空冷、剪切。
步骤1：转炉冶炼
使用65t转炉进行冶炼。
按75％～85％铁水+15％～25％废钢配料，其中，铁水中Si的含量为0.20％～0.80％、P的含量≤0.200％，终点成分重量百分含量控制为C≥0.08％、P≤0.030％，终点温度1620℃～1650℃。见钢流时加入硅钙铝粉和硅铝钡球进行扩散脱氧，出钢1/3时加入Al锭和复合脱氧剂进行钢液脱氧，出钢2/3时加入硅铁、锰铁、硅锰合金、铬铁和硅氮合金进行硅、锰、铬合金化。
配料见表2。
表2配料
钢种 铁水，％ 铁水中的Si，％ 铁水中的P，％ 废钢，％
HRB600-1 83.9 0.45 0.166 16.1
HRB600-2 82.9 0.58 0.178 17.1
HRB600-3 83.3 0.65 0.198 16.7
HRB600-4 83.8 0.41 0.179 16.2
HRB600-5 83.3 0.59 0.133 16.7
HRB600-6 81.6 0.56 0.131 18.4
HRB600-7 84.9 0.32 0.163 15.1
HRB600-8 81.9 0.52 0.138 18.1
HRB600-9 79.7 0.36 0.134 20.3
HRB600-10 81.1 0.42 0.142 18.9
终点成分及终点温度见表3。
表3终点成分及终点温度
Figure BDA0002522634830000071
Al锭、复合脱氧剂及合金的加入顺序具体如下：见钢流时加入硅钙铝粉30kg和硅铝钡球20kg进行扩散脱氧，出钢1/3时加入Al锭20kg和复合脱氧剂(复合脱氧剂含30％～40％Ca、15％～20％C、10％～15％Si和5％～10％Al)30kg进行钢液预脱氧，出钢2/3时加入硅铁、锰铁、硅锰合金、铬铁和硅氮合金进行硅、锰、铬合金化，加完合金后再加入CaO 300kg±20kg进行大包造精炼渣。
出钢过程保证双透气砖透气(以利于化渣和合金熔化)，出钢完毕后用氮气进行2-3min的搅拌，钢液搅拌翻动面直径400mm～600mm。
步骤2：LF精炼
使用70t精炼炉进行LF精炼。
根据表1的要求，转炉入精炼炉成分控制如下：
C:0.20％-0.25％，Si:0.45％-0.55％，Mn规格下限：±0.05％，P≤0.028％。
精炼炉总渣量控制在钢水重量的0.5％-0.7％，冶炼过程多次、少量使用碳化硅调整炉渣，当化渣良好、渣白并且精炼炉钢液温度T≥1570℃时，按成分要求加入钒铁进行钒合金化，并取第一次样，根据第一次样的分析结果，按内控成分要求调整成分，同时吹入氮气，当氮气流量达到400NL/min～600NL/min时，控制钢液增氮量8ppm/min～15ppm/min，保证钢液氮含量在120ppm～180ppm范围内。白渣保持时间≥15min，精炼结束后软吹氩时间≥10min，精炼吊包上连铸平台温度为1560℃～1620℃。
大量研究表明，氮是含钒钢中十分有效的合金元素，含钒钢中每增加10ppm的氮即可提高6Mpa左右的屈服强度。因此，我们对精炼炉的吹氮工艺进行了研究，并得到了如图1所示的不同温度下的增氮速率图，由图1可知，钢液温度＞1570℃以后，吹氮温度越高，流量越大、进氮速率也越大，最终我们根据图1的结果确定了如下的钢液吹氮工艺：
精炼炉钢液温度≥1570℃时，吹入氮气，当氮气流量达到400NL/min～600NL/min时，控制钢液增氮量8ppm/min～15ppm/min，保证钢液氮含量在120ppm～180ppm范围内。
步骤3：连铸
根据表1的要求，采用连铸全程保护浇铸，大包至中包采用铝碳质长水口，中包至结晶器采用铝碳质浸入式水口，开浇前中包通氩，使用螺纹钢专用保护渣。中包烘烤温度≥980℃，中包液位≥700mm时开浇。浇注时浸入式水口务必做到对中，插入深度80mm～110mm。结晶器搅拌电流：200±5A。频率：4Hz。TL:1505℃，中包目标温度控制在1530℃～1550℃，拉速为2.00m/min～2.50m/min，目标拉速为2.25m/min，结晶器水量：140t/h，二冷比水量为0.8L/kg钢～1.5L/kg钢。
连铸坯标识清晰，表面应良好，不得有严重的结疤、裂纹、渣沟等缺陷。连铸过程控制见表4。
表4连铸过程控制
Figure BDA0002522634830000091
步骤4：加热
采用加热炉进行加热。
根据表1的要求，为了保证微合金碳氮化物的充分溶解，获得较多的沉淀物，加热炉的预热段温度为1050±30℃，加热段温度为1150±30℃，均热段温度1100±30℃，总加热时间≥180min。
步骤5：轧制
采用18架连轧机组进行轧制。
根据表1的要求，为了保证微合金碳氮化物的充分溶解，获得较多的沉淀物，连轧机组的开轧温度为950℃～1050℃，终轧温度为900℃～1000℃，轧制过程不穿水。
步骤6：冷床空冷
采用冷风机吹风空冷，下冷床温度≤350℃。
步骤7：剪切
采用圆弧剪剪切，剪切温度≤350℃，保证钢材端面平直、整齐。
最后按标准或规程要求进行分捆齐尺包装。钢材标牌按相关管理规定执行，标牌须标明牌号、规格、炉号、支数和每捆重量。
三、检验
对采用上述方法生产得到的钢材进行化学成分及力学性能检验。
1、化学成分检验
对采用上述方法生产得到的钢材的化学成分进行检验，检验结果见表5。
表5钢材的化学成分
Figure BDA0002522634830000101
Figure BDA0002522634830000111
2、高倍检验
对采用上述方法生产得到的钢材进行非金属夹杂物、组织及晶粒度高倍检验，检验结果见表6。
表6夹杂物及显微组织检验分析
Figure BDA0002522634830000112
其中，钢种HRB600-6、规格
Figure BDA0002522634830000113
的螺纹钢100倍组织图片如图2(A)所示，钢种HRB600-3、规格
Figure BDA0002522634830000114
的螺纹钢100倍组织图片如图2(B)所示。
经评定，钢种HRB600-1至钢种HRB600-10、规格
Figure BDA0002522634830000115
的螺纹钢其组织均为铁素体加珠光体，整体晶粒度10级以上，整体上组织比较均匀。
钢种HRB600-2、规格
Figure BDA0002522634830000122
的螺纹钢100倍组织图片如图3(A)所示，钢种HRB600-7、规格
Figure BDA0002522634830000123
的螺纹钢100倍组织图片如图3(B)所示。
经评定，钢种HRB600-1至钢种HRB600-10、规格
Figure BDA0002522634830000124
的螺纹钢其组织均为铁素体加珠光体，晶粒度10.5级以上，整体上组织比较均匀。
3、力学性能检验
对上述规格
Figure BDA0002522634830000125
的螺纹钢进行力学性能检验，检验结果见表7。
表7钢材的力学性能
Figure BDA0002522634830000121
由表7可知，采用本发明提供的方法生产得到的钢材其屈服强度达到了630～660MPa，抗拉强度达到了790～830MPa，断后伸长率A达到了15％以上，最大伸长率Agt达到了10％以上，各项性能指标都符合标准GB/T1499.2-2018要求，并且曲线正常，有明显屈服平台，塑性指标较好。
需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种钒铬微合金化生产HRB600高强热轧带肋钢筋的方法，其特征在于，采用该方法生产得到的HRB600高强热轧带肋钢筋的化学成分及各成分的重量百分含量如下：C：0.24％～0.28％，Si：0.60％～0.70％，Mn：1.45％～1.55％，V：0.12％～0.18％，Cr:0.30％～0.40％，P≤0.035％，S≤0.020％，N：0.012～0.018％，Ceq：≤0.56％，其余为Fe和残余元素，该方法具体包括以下工序：
步骤1：转炉冶炼
按75％～85％铁水+15％～25％废钢配料，终点成分重量百分含量控制为C≥0.08％、P≤0.030％，终点温度1620℃～1650℃，见钢流时加入硅钙铝粉和硅铝钡球进行扩散脱氧，出钢1/3时加入Al锭和复合脱氧剂进行钢液预脱氧，出钢2/3时加入硅铁、锰铁、硅锰合金、铬铁和硅氮合金进行硅、锰、铬合金化，加完合金后再加入CaO进行大包造精炼渣；
步骤2：LF精炼
精炼炉钢液温度≥1570℃时，按成分要求加入钒铁进行钒合金化，同时吹入氮气，当氮气流量达到400NL/min～600NL/min时，控制钢液增氮量8ppm/min～15ppm/min；
步骤3：连铸
采用连铸全程保护浇铸，中包温度控制在1530℃～1550℃，拉速为2.00m/min～2.50m/min，二冷比水量为0.8L/kg钢～1.5L/kg钢；
步骤4：加热
加热段温度为1150±30℃；
步骤5：轧制
开轧温度为950℃～1050℃，终轧温度为900℃～1000℃，轧制过程不穿水；
步骤6：冷床空冷
采用冷风机吹风空冷；
步骤7：剪切
采用圆弧剪剪切，保证钢材端面平直、整齐。
2.根据权利要求1所述的钒铬微合金化生产HRB600高强热轧带肋钢筋的方法，其特征在于，在步骤1中，所述复合脱氧剂含30％～40％Ca、15％～20％C、10％～15％Si和5％～10％Al。
3.根据权利要求1所述的钒铬微合金化生产HRB600高强热轧带肋钢筋的方法，其特征在于，在步骤2中，精炼结束后保证软吹氩时间≥10min，精炼吊包上连铸平台温度为1560℃～1620℃。
4.根据权利要求1所述的钒铬微合金化生产HRB600高强热轧带肋钢筋的方法，其特征在于，在步骤6中，下冷床温度≤350℃。
5.根据权利要求1所述的钒铬微合金化生产HRB600高强热轧带肋钢筋的方法，其特征在于，在步骤7中，剪切温度≤350℃。
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