一种钒钛微合金化公称直径50mm高强抗震钢筋及其生产工艺的制作方法-半岛BOB·(中国)官方网站

文档序号:34131600发布日期:2023-11-28阅读:811来源:国知局


1.本发明属于钢铁材料制作领域,种钒震钢制作具体来说涉及一种钒钛微合金化公称直径50mm高强抗震钢筋及其生产工艺。钛微


背景技术:

2.建筑用钢在全球钢铁消费市场占有举足轻重的合金化地位,而螺纹钢是称直产工建筑行业常见的、使用量最大的径m筋及钢铁材料。随着我国经济社会高速发展,强抗其生建筑行业对用材的种钒震钢制作需求逐步向高质量、高使用性能、钛微低成本方向发展,合金化大规格(φ32mm以上)钢筋在大型建筑如桥梁、称直产工大坝、径m筋及超高层建筑的强抗其生使用占比越来越大,同时,种钒震钢制作高强度钢筋能有效降低整体钢筋用量,钛微优化其建筑设计的合金化高效性和经济性,而在大型建筑的设计中,钢筋抗震性能很大程度上影响了建筑服役周期和抗风险能力。因此,随着我国大型建筑项目的日益增多,及其对钢筋使用要求的不断提升及优化,具备优良使用性能的大规格高强钢筋具有广阔的市场需求。
3.φ50mm是我国热轧带肋钢筋国家标准的极限规格,由于其规格较大,在常规产线配置下轧制压缩比小,其晶粒度难以细化,同时,gb/t 1499.2-2018《钢筋混凝土用钢第2部分:热轧带肋钢筋》标准中增加了金相组织检验规定及配套的宏观金相、截面维氏硬度、微观组织检验方法,对金相组织有了明确严格的要求,钢筋生产中常用精轧前/后穿水等控轧控冷手段细化晶粒以提升力学性能指标,但由于50mm规格较大,整体热量高,水冷过程中易造成表面及心部温差过大,冷却相变后出现异常组织或出现心部/表面晶粒度级别差异过大。严重情况下,宏观观察会发现肋部或基体出现亮环组织,不满足国标要求,或造成客户投诉。因此,常规的成分设计下强度普遍偏低。同时国标对高强抗震钢筋hrb500e有较高的强屈比、屈标比要求,以确保钢筋抗震性能满足要求。
4.目前,国内有报道通过钒铬微合金化工艺生产公称直径32~40mm大规格600mpa超细晶高强韧耐蚀抗震钢筋(cn111004980a)或公称直径28-40mm大规格500mpa超细晶耐蚀抗震钢筋(cn111519099a);或通过富氮钒铌微合金化工艺生产公称直径32-40mm大规格hrb400e直条抗震钢筋(cn114000049a)。而针对公称直径50mm高强抗震钢筋钒钛微合金化研究的技术方案寥寥无几。而具备优良使用性能的大规格高强钢筋具有广阔的市场需求。因此,进行钒钛微合金化φ50mm高强抗震钢筋的工艺研究具有显著的经济效益和社会效益。


技术实现要素:

5.本发明的目的在于针对以上技术难题,通过合理的化学成分设计、生产工艺设计和参数选择,提供了一种钒钛微合金化φ50mm高强抗震钢筋及其生产方法,能确保该钢筋屈服强度r
el
≥520mpa、抗拉强度rm≥700mpa、强屈比≥1.30、伸长率a
200
≥15%,、最大力总延伸率a
gt
≥9.0%,冷弯、焊接性能良好,宏观/微观金相组织均满足要求。
6.为了实现上述目的,本发明所涉及的一种钒钛微合金化φ50mm高强抗震钢筋,其化学成分按重量百分数计为:[c]0.20~0.25%、[si]0.40~0.70%、[mn]1.30~1.60%、
[v]0.16~0.20%、[ti]0.010~0.050%、[p]≤0.040%、[s]≤0.040%,其余为fe和不可避免的杂质;其中,碳当量≤0.55%。
[0007]
优选地,其化学成分按重量百分数计为:[c]0.21~0.24%、[si]0.55~0.65%、[mn]1.40~1.50%、[v]0.16~0.18%、[ti]0.015~0.025%、[p]≤0.025%、[s]≤0.025%,其余为fe和不可避免的杂质,碳当量0.48~0.54%。
[0008]
碳当量计算公式:ceq=[c+mn/6+(cr+mo+v)/5+(ni+cu)/15]
×
100%
[0009]
本发明成分设计理由:
[0010]
c是钢中重要、廉价的强化元素,通过在钢中形成固溶体组织来提高钢的强度,但含量过高会使钢的焊接性能降低。本发明中优选为0.21~0.24%;
[0011]
si可以提高钢的强度,但含量过高会使钢的塑性和韧性降低。本发明优选为0.55~0.65%;
[0012]
mn可以起到固溶强化的作用,但锰含量过高易诱发偏析,且增加生产成本。为确保强度和控制生产成本,本发明中优选为1.40~1.50%;
[0013]
v可以通过c/n化物沉淀析出起到沉淀强化效果,同时抑制奥氏体晶粒长大,细化晶粒,提升钢材强韧性,为确保钢的强度及韧性,但含钒合金成本较高,本发明中优选为v:0.16~0.18%;
[0014]
ti主要与氮结合,形成的tin细化初始奥氏体晶粒,在加热时阻止晶粒长大,还可改善焊接性和韧性,但ti易氧化,且含量过高细化晶粒作用有限,本发明中优选为ti:0.015~0.025%;
[0015]
p为钢中的有害元素,本发明中优选为p≤0.025%。
[0016]
s为钢中的有害元素,本发明中优选为s≤0.025%。
[0017]
本发明提供了一种上述一种钒钛微合金化φ50mm高强抗震钢筋的生产方法,包括转炉冶炼工序、lf炉精炼工序、连铸工序和轧制工序步骤,具体操作如下:
[0018]
(1)转炉采用全程底吹氮搅拌,控制出钢[c]0.05~0.12%,出钢[p]≤0.040%,出钢1/4时随钢流依次顺序加入碳化硅、铝饼、合金和渣料,出钢过程采用滑板挡渣操作,出钢时间为4~5min;
[0019]
作为优选,步骤(1)中采用的炼钢原料为废钢、生铁和铁水,废钢占所述炼钢原料总重的3%~5%,生铁占所述炼钢原料总重的7%~10%,所述炼钢原料的总装入量130~140t/炉,转炉冶炼13~16min,出钢温度为1620~1680℃,出钢采用滑板挡渣操作,下渣量不超过50mm;
[0020]
作为优选,步骤(1)中所述的合金为硅锰、硅铁、钒氮合金和钒铁合金,其中,相对于所述炼钢原料的加入量,铝饼1.0~1.5kg/t、硅锰:21.5kg/t、硅铁:3.9kg/t、钒氮合金:0.9kg/t、钒铁:2.3kg/t;步骤(1)中所述的渣料及加入量为石灰400kg/炉。
[0021]
(2)lf取初样后粗调成分,喂铝线调整铝含量,目标铝含量0.020~0.025%,第二样分析出来后微调至目标成分,成分调整严格按目标成分控制,减少成分波动,确保精炼时间30~50分钟。软吹前15min加入钛铁1.25kg/t。软吹前喂入硅钙线0.5kg/t或纯钙线0.12kg/t,喂线后保证钢水的流动性。软吹氩时间20~30分钟,软吹后确保合适的吊包温度;
[0022]
进一步地,步骤(2)中所述的软吹后吊包温度,开浇炉次1585~1605℃、连浇炉次
1560~1580℃;
[0023]
合理控制铝含量、以及控制钛铁和硅钙线加入时间,可以有效防止钢水过氧化,保证钛元素收得率。
[0024]
(3)连铸工序采用全程保护浇铸,中间包目标温度开浇炉次1550~1525℃、连浇炉次1545~1520℃,连铸中包采用快换中包,水口直径≥30mm,拉速控制在0.90
±
0.1m/min;
[0025]
结晶器使用结晶器保护渣,一冷水流量为105
±
10m3/h,水温差6.0~8.5℃,二冷采用中强冷配水模式;
[0026]
作为优选,步骤(3)中,连铸全程保护浇铸,大包长水口氩封保护,中包使用覆盖剂和碳化稻壳双层覆盖,所述使用时间≤28小时,所述水口使用时间6.5-7.5h,所述结晶器保护渣使用西保专用hrb400保护渣,碱度为r=0.70~0.75,熔点1190~1230℃,粘度为1.25~1.45pa.s/1300℃;每隔4小时测量一次液渣层厚度,确保液渣层深度为6~9mm;
[0027]
进一步地,步骤(3)中所述的中强冷配水模式中,比水量1.0l/kg,二冷、足辊段均为全水冷却,确保矫直段温度大于980℃;
[0028]
(4)轧制工序控制好加热炉温度、轧制速度、抛钢温度等参数,
[0029]
作为优选,步骤(4)加热炉二段炉顶温度890
±
40℃,加热炉一段炉顶温度1050
±
40℃:均热段炉温1160~1220℃,开轧温度1090
±
30℃,轧速3.5m/min,采用高温热轧模式,略去穿水冷却,仅空冷,抛钢温度960
±
15℃,负公差率-2.0~-3.0%。
[0030]
由于50mm规格较大,整体热量高,水冷过程中易造成表面及心部温差过大,冷却相变后出现异常组织或出现心部/表面晶粒度级别差异过大。严重情况下,宏观观察会发现肋部或基体出现亮环组织,不满足国标要求,或造成客户投诉。为了确保金相组织正常,需严格控制轧后水冷,略去穿水冷却,仅空冷,以降低冷速,防止异常组织产生,将抛钢温度控制在960
±
15℃,可有效保证轧件温度均匀性,避免异常组织产生。
[0031]
本发明的有益效果在于:在避免过度控冷造成金相组织异常的前提下,通过合理设计化学成分,充分发挥v(c,n)沉淀强化及细化晶粒效果,同时利用tin细化原始奥氏体晶粒,抑制晶粒长大的效果,有效保证50mm高强抗震钢筋具备优良的强度、塑性、抗震性能及焊接性能,各项指标均优于国标要求,同时具备细化,均匀的金相组织。本发明生产50mm高强抗震钢筋,通过对化学成分设计、转炉冶炼、脱氧合金化、连铸、轧钢加热制度、轧制温度及冷却制度集成设计,所生产钢筋具有力学性能优异稳定、塑韧性好、抗震性能余量大等优点。在避免轧后水冷造成组织异常,出现宏观亮环组织的条件下,解决了50mm高强抗震钢筋强度偏低、强屈比不达标、性能不稳定等难点,完全符合国标及客户的需求。同时,本发明生产成本低廉,且易于生产操作,生产效率高,具有显著的经济效益和社会效益。
附图说明:
[0032]
图1是本发明实施例1所制备的钢筋的金相组织照片(100倍);
[0033]
图2是本发明对比例2所制备的钢筋的边部金相组织照片(100倍);
[0034]
图3是本发明对比例2所制备的钢筋的半径1/2处金相组织照片(100倍);
[0035]
图4是本发明对比例2所制备的钢筋的宏观照片。
具体实施方式
[0036]
生产工艺简述如下:
[0037]
120t转炉冶炼

lf炉精炼

矩形坯连铸(220*260mm2)

加热炉加热

轧机轧制

冷床冷却

收集打包。
[0038]
实施例1(炉号718020838)
[0039]
(1)转炉采用的炼钢原料为废钢、生铁和铁水,废钢占所述炼钢原料总重的4%,生铁占所述炼钢原料总重的8.5%,总装入量135t/炉;
[0040]
(2)转炉冶炼过程中采用全程底吹氮搅拌,吹炼时间为15分钟,出钢[c]0.13%,出钢[p]0.032%,出钢温度1668℃,出钢1/4时随钢流依次顺序加入铝饼1.35kg/t、硅锰21.5kg/t、硅铁3.9kg/t、钒氮合金:0.9kg/t、钒铁:2.3kg/t、石灰:400kg,出钢过程中采用挡渣操作,下渣量小于50mm,出钢时间为4.5min;
[0041]
(3)lf取初样后粗调成分,喂铝线调整铝含量,目标铝含量0.020~0.025%,第二样分析出来后微调至目标成分,成分调整严格按目标成分控制,减少成分波动,软吹前15min加入钛铁1.25kg/t,软吹前喂入适量硅钙线0.5kg/t,喂线后保证钢水的流动性。精炼时间36分钟。转入软吹氩操作,软吹氩时间20分钟,软吹后吊包温度,开浇炉次1590℃;
[0042]
(4)连铸工序采用全程保护浇铸,大包长水口氩封保护,中包采用快换中包,使用覆盖剂和碳化稻壳双层覆盖,使用时间16小时,中包水口直径35mm,水口使用时间7h;结晶器使用结晶器保护渣,结晶器保护渣使用西保专用hrb400保护渣,碱度为r=0.72,熔点1210℃,粘度为1.35pa.s/1300℃;每隔4小时测量一次液渣层厚度,液渣层深度为6~9mm;
[0043]
(5)本炉次为开浇炉次,软吹后吊包温度1590℃,过热度为35℃,拉速0.93m/min,一冷水流量为105
±
10m3/h,水温差6.0~8.5℃,二冷采用中强冷配水模式,比水量1.0l/kg,二冷、足辊段均为全水冷却;连铸坯矫直段温度大于980℃;
[0044]
(6)轧制工序控制好加热炉温度、轧制速度、抛钢温度等参数,加热炉二段炉顶温度892℃,加热炉一段炉顶温度1055℃:均热段炉温1189℃,开轧温度1093℃,轧速3.5m/min,抛钢温度965℃,负公差率-2.3%。
[0045]
实施例2(炉号718020839)
[0046]
出钢[c]0.10%,出钢[p]0.032%;本炉次为连浇炉次,软吹后吊包温度1570℃,其余操作与实施例1相同。
[0047]
实施例3(炉号718020840)
[0048]
出钢[c]0.14%,出钢[p]0.030%,出钢温度1675℃;其余操作与实施例2相同。
[0049]
实施例4(炉号718020841)
[0050]
轧钢均热段炉温1220℃,开轧温度1105℃,抛钢温度975℃,其余操作与实施例2相同。
[0051]
对比例1(炉号617120275)
[0052]
将实例1步骤(2)中钒氮合金:0.9kg/t、钒铁:2.3kg/t修改为“钒氮合金:2.1kg/t,步骤(3)中加入钛铁1.25kg/t取消”,其他条件同实施实例1。对最终制得的钢筋力学性能检测中出现屈服强度波动较大、偏低等问题。
[0053]
对比例2(炉号718020838)
[0054]
将实例1步骤(6)中“轧速3.5m/min,抛钢温度965℃”修改为“轧速3.2m/min,开启
轧后穿水4节,冷却水压力1.0mpa,抛钢温度860℃”,其他条件同实施实例1相同。对最终制得的钢筋进行金相组织检验,发现肋部及基圆出现亮环组织,经检验为回火索氏体,不符合标准及客户对宏观金相组织要求。
[0055]
实施例1-4及对比例1-2所制得的hrb500e的成品化学成分、性能和金相组织分别见表1-3。
[0056]
表1实施例1-4及对比例1-2所制备的钢的成品化学成分(wt/%)
[0057][0058]
表2实施例1及对比例2所制备的钢成品的金相组织
[0059][0060]
表3实施例1-4及对比例1-2所制备的钢的成品的主要性能
[0061]
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