CN101693978A - 500MPa级的大规格热轧带肋钢筋用钢及其冶炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开500MPa级的大规格热轧带肋钢筋用钢，其化学成分重量百分比为：C0.17-0.25％、Si0.40-0.80％、Mn1.40-1.60％、P≤0.045％、S≤0.045％、V0.06-0.10％，N0.012-0.033％，且V/N比＝3.0-5.0，其余为Fe和杂质元素。其冶炼方法为：在转炉冶炼出钢过程中，向钢包中每吨钢水加入含0.62-1.01kg纯钒的钒氮合金，加入含0.09-0.32kg纯氮的增氮剂，将钢水的V/N比控制在3.0-5.0。本发明通过添加含钒合金和增氮剂，可将钢水的V/N比控制在3.0-5.0，利用廉价的氮元素充分发挥钒的强化效果，明显地减少钒的用量。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢筋混凝土用热轧带肋钢筋用钢及其生产方法，尤其涉及屈服强度500MPa级的公称直径不小于32mm的大规格热轧带肋钢筋用钢及其生产方法。
背景技术
长期以来，由于氮与各种脆性现象的不良效果有关，所以一直被炼钢工作者视为不利因素。如对于低碳钢，固溶在钢中的氮会导致时效和蓝脆等现象，氮与钢中钛、铝等元素结合会形成脆性夹杂等。但是近年来由于氮与合金元素相互作用产生一些有益效果而受到极大重视。从而开发出许多高氮的不同钢种。
目前在生产400MPa级的热轧带肋钢筋时已普遍采用钒、氮进行微合金化，钒和氮共同加入钢中比单独加入钒进行微合金化具有更好的强化效果，这是由于钒的氮化物比钒的碳化物具有更高的稳定性，析出相更细小弥散，其强化效果明显提高。氮是钒微合金化钢中一种很有效的合金元素，通过充分利用廉价的氮元素，可显著提高钒微合金化钢的强化效果，达到节约合金用量、降低成本的目的。
目前在生产500MPa级的热轧带肋钢筋时也尝试采用了钒、氮进行微合金化，但在采用钒、氮进行微合金化工艺生产大规格(公称直径不小于32mm)屈服强度500MPa级的HRB500钢筋(执行GB1499.2-2007《钢筋混凝土用钢第二部分热轧带肋钢筋》)时，一般钢中钒含量超过0.1％，而钢中的氮含量偏低，V/N比＞5，V/N比远高于其理想的化学配比3.64，当钒略高于0.1％时，屈服强度常达不到500MPa的要求，难以确保性能合格，因此，实际钒含量一般控制在0.12-0.15％，有时还复合加入铌。微合金化元素的含量较高，不仅浪费了合金资源，而且增加了生产成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种屈服强度500MPa级的大规格热轧带肋钢筋用钢及其生产方法，本发明可以使V/N比控制在合理水平，从而利用廉价的、资源丰富的氮元素来充分发挥钒的强化效果，明显地减少钒的用量，节约贵金属资源、降低生产成本，同时还能保证500MPa级的大规格热轧带肋钢筋用钢的力学性能。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种500MPa级的大规格热轧带肋钢筋用钢，其化学成分重量百分比为：C 0.17-0.25％、Si 0.40-0.80％、Mn 1.40-1.60％、P≤0.045％、S≤0.045％、V 0.06-0.10％，N 0.012-0.033％，且V/N比＝3.0-5.0，其余为Fe和杂质元素。
本发明的优选成分为：C 0.20-0.24％、Si 0.55-0.75％、Mn 1.42-1.52％、P≤0.045％、S≤0.045％、V 0.065-0.089％，N 0.0186-0.0224％，且V/N比＝3.50-3.97。
本发明的最优成分为：C 0.22％、Si 0.65％、Mn 1.45％、P≤0.045％、S≤0.045％、V 0.075％，N 0.0204％，且V/N比＝3.68。
本发明还提供上述的500MPa级的大规格热轧带肋钢筋用钢的冶炼方法，其特征在于，在转炉冶炼出钢过程中，向钢包中每吨钢水加入含0.62-1.01kg纯钒的钒氮合金，并且每吨钢水加入含0.09-0.32kg纯氮的增氮剂，将钢水的V/N比控制在3.0-5.0。
本发明的优选冶炼方法为：在转炉冶炼出钢过程中，向钢包中每吨钢水加入含0.65-0.89kg纯钒的钒氮合金，并且每吨钢水加入含0.16-0.27kg纯氮的增氮剂，将钢水的V/N比控制在3.50-3.97。所述的增氮剂为：氮化硅铁合金、氮化硅锰合金、氮化锰铁合金。
本发明的最优选冶炼方法为：在转炉冶炼出钢过程中，向钢包中每吨钢水加入含0.73-0.77kg纯钒的钒氮合金，并且每吨钢水加入含0.27kg纯氮的增氮剂，将钢水的V/N比控制在3.68。
增氮剂可选自：氮化硅铁合金、氮化硅锰合金、氮化锰铁合金。
下面具体说明本发明技术方案的内容：
本发明的碳、硅、锰含量与现有的屈服强度500MPa级的钒、氮微合金化钢筋基本相当，磷、硫杂质元素的要求也相当。
大规格钢筋冷却慢、会降低钢筋的强度，因此现有技术生产公称直径不小于32mm的大规格钒、氮微合金化500MPa级钢筋需加入较多的钒来保证强度，一般加入量控制在0.12％-0.15％。而本发明则通过加入更多的氮来保证钒的充分析出，降低钒的用量。为充分发挥钒的强化效果、节约微合金元素用量，应将钒氮微合金化钢中V/N比按3.64控制，考虑到钢中允许有少量固溶氮存在，V/N比也可控制为略小于3.64。当然V/N比也不宜控制得过小，如＜3，以免固溶氮含量过高，产生不利的影响。同时考虑成分波动带来的成分控制难度，适宜的做法是将V/N比控制在3.0-5.0较低的水平。由于降低了V/N比，所以钢中加入0.06-0.10％的钒就足够了，而相应的氮加入量控制为0.009-0.032％。
转炉冶炼时加钒氮合金进行钒、氮微合金化是目前公认能稳定进行钒、氮微合金化的较经济的方法，但钒含量≥0.05％时，只加钒氮合金则实际上钢中的V/N比一般＞5.0，总是高于理想的化学配比3.64，这就使得钒元素的一部分强化作用还未发挥出来，因此，需要加增氮剂来补充不足的氮，使V/N比控制在3.64左右，以充分发挥钒的强化效果。氮化硅铁、氮化硅锰、氮化锰铁作为补充加氮的增氮剂完全可以在钢中稳定地补充必要的氮，实现V/N比的控制要求。
轧制时按普通的钒、氮微合金化热轧带肋钢筋轧制工艺进行轧制，生产公称直径不小于32mm的热轧带肋钢筋，终轧后空冷或弱穿水冷却，弱穿水冷却时应保证钢筋表层基圆上不得有回火组织。钢筋在冷床上自然冷却后、剪切、打捆、入库。
本发明通过添加含钒合金和增氮剂，可以将钢水的V/N比控制在3.0-5.0，利用廉价的氮元素充分发挥钒的强化效果，明显地减少钒的用量。本发明采用较少的钒含量就可以保证500MPa级大规格钢筋的力学性能，从而节约钒资源，降低生产成本。
具体实施方式
本发明实施例1-7见表1，对比例见表2。产品牌号均为执行GB1499.2-2007标准的HRB500牌号，生产工艺路线为：50吨转炉冶炼→连铸150方坯→棒材轧机轧制→冷床空冷。
表1本发明具体实施方法和实施效果的实施例
续表1
表2本发明的对比例
续表2
实施例1-7与对比例1-2比较可见，它们的屈服强度相当，而实施例1-7钒氮合金加入量为0.80-1.25kg/t，对比例1-2钒氮合金加入量为1.40-1.60kg/t，前者明显地减少了钒氮合金加入量。
Claims (7)
1.一种500MPa级的大规格热轧带肋钢筋用钢，其特征在于，其化学成分重量百分比为：C 0.17-0.25％、Si 0.40-0.80％、Mn 1.40-1.60％、P≤0.045％、S≤0.045％、V 0.06-0.10％，N0.012-0.033％，且V/N比＝3.0-5.0，其余为Fe和杂质元素。
2.如权利要求1所述的500MPa级的大规格热轧带肋钢筋用钢，其特征在于，其化学成分重量百分比为：C 0.20-0.24％、Si 0.55-0.75％、Mn 1.42-1.52％、P≤0.045％、S≤0.045％、V 0.065-0.089％，N 0.0186-0.0224％，且V/N比＝3.50-3.97，其余为Fe和杂质元素。
3.如权利要求1所述的500MPa级的大规格热轧带肋钢筋用钢，其特征在于，其化学成分重量百分比为：C 0.22％、Si 0.65％、Mn 1.45％、P≤0.045％、S≤0.045％、V 0.075％，N 0.0204％，且V/N比＝3.68，其余为Fe和杂质元素。
4.一种如权利要求1所述的500MPa级的大规格热轧带肋钢筋用钢的冶炼方法，其特征在于，在转炉冶炼出钢过程中，向钢包中每吨钢水加入含0.62-1.01kg纯钒的钒氮合金，并且每吨钢水加入含0.09-0.32kg纯氮的增氮剂，将钢水的V/N比控制在3.0-5.0。
5.如权利要求4所述的500MPa级的大规格热轧带肋钢筋用钢的冶炼方法，其特征在于，在转炉冶炼出钢过程中，向钢包中每吨钢水加入含0.65-0.89kg纯钒的钒氮合金，并且每吨钢水加入含0.16-0.27kg纯氮的增氮剂，将钢水的V/N比控制在3.50-3.97。
6.如权利要求4所述的500MPa级的大规格热轧带肋钢筋用钢的冶炼方法，其特征在于，在转炉冶炼出钢过程中，向钢包中每吨钢水加入含0.73-0.77kg纯钒的钒氮合金，并且每吨钢水加入含0.27kg纯氮的增氮剂，将钢水的V/N比控制在3.68。
7.如权利要求4至6之一所述的500MPa级的大规格热轧带肋钢筋用钢的冶炼方法，其特征在于，所述的增氮剂为：氮化硅铁合金、氮化硅锰合金、氮化锰铁合金。
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