CN104328338A - 小规格精轧螺纹钢筋及其生产方法 - Google Patents

小规格精轧螺纹钢筋及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种小规格精轧螺纹钢筋及其生产方法，所述精轧螺纹钢筋化学成分的质量百分数为：C：0.40～0.50％、Si：1.5～1.8％、Mn：0.8～1.0％、P≤0.035％、S≤0.035％、V：0.08～0.13％、Als：0.008～0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质。其生产方法包括如下步骤：脱硫铁水→转炉冶炼→吹氩→200×200mm2方坯保护浇注→方坯加热→轧制→轧后控冷→冷床空冷。本发明所制得的精轧螺纹钢筋性能稳定，生产方法简单易操作。

Description

小规格精轧螺纹钢筋及其生产方法
技术领域
本发明属于钢筋冶炼领域，具体是指一种小规格精轧螺纹钢筋及其生产方法。
背景技术
精轧螺纹钢筋又叫预应力混凝土用螺纹钢筋，我国于20世纪80年代开始研发生产，于2005年经国家标准化管理委员会审批发布了GB/T 20065～2006《预应力混凝土用螺纹钢筋》标准。精轧螺纹钢筋是在整根钢筋上轧有外螺纹的高强度、高精度直条钢筋。在整根钢筋的任意截面都能旋上带有内螺纹的连接器进行连结，或旋上螺纹帽进行锚固，具有连接、锚固简便，粘着力强，施工方便等优点，又因省掉焊接工艺，避免了由于焊接而造成的内应力及组织不稳定等引起的断裂，因此被广泛应用于大型水利工程、公路、铁路、大中跨桥梁等工程。随着国家加大基础设施投资力度，国内高铁项目对精轧螺纹钢的需求用量逐年递增。精轧螺纹钢筋的合金含量高、强度高、成形较困难，属钢筋中附加值高的高端产品，为各钢企竞相研发的对象，国内具备供货能力的厂家寥寥无几。经检索，中国专利申请号为CN200710118997.0的专利文献，其公开了高强度精轧螺纹钢筋的生产方法，钢坯材质为中碳低合金钢，工艺流程为转炉冶炼—钢包钒微合金化—LF炉精炼—全保护浇铸—钢坯检查—加热炉加热—控制轧制—轧后控制冷却；其中连铸过程采用130mm2小方坯全保护浇铸；轧制过程开轧温度950-1100℃，精轧入口温度800-950℃；轧后采用两段式或三段式分级控制冷却方式，出一冷段温度控制在700-850℃之间，出二冷段或三冷段上冷床回火温度控制在570-700℃之间。但是该方法也存在较多不足，比如工序复杂，而且要维护多个水箱设备。多线在线冷却不能充分发挥自回火的功能，导致产品性能波动大。
发明内容
本发明的目的就是要客服现有技术存在的不足，提供一种小规格精轧螺纹钢筋及其生产方法，本发明的精轧螺纹钢筋性能稳定，生产方法简单易操作。
本发明所设计的小规格精轧螺纹钢筋，其特征在于：所述精轧螺纹钢筋化学成分的质量百分数为：C：0.40～0.50％、Si：1.5～1.8％、Mn：0.8～1.0％、P≤0.035％、S≤0.035％、V：0.08～0.13％、Als：0.008～0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质。
一种上述小规格精轧螺纹钢筋的生产方法，其步骤包括：脱硫铁水→转炉冶炼→吹氩→200×200mm2方坯保护浇注→方坯加热→轧制→轧后控冷→冷床空冷：
(1)铁水脱硫至S含量≤0.002％；
(2)废钢装入量占总装入量的10～15％；转炉采用顶-底复合吹炼，终点采用高拉补吹工艺，点吹次数≤2次；终渣碱度目标为2.8～3.8；转炉终点C控制目标0.07～0.09％；出钢温度为1680～1700℃；出钢时间5～9min，挡渣出钢，钢包渣层厚度50～100mm；在出钢至1/4时，随钢流每吨钢加入20～22.5kg硅锰铁、2～3kg碳化硅合金脱氧，然后加入24～40kg钒铁和0.4～0.6kg碳粉；钢水出至3/4时加入剩余合金和碳粉至钢坯质量百分数为：C：0.40～0.50％、Si：1.5～1.8％、Mn：0.8～1.0％、P≤0.035％、S≤0.035％、V：0.08～0.13％、Als：0.008～0.01％；
(3)吹氩10min；
(4)200×200mm2方坯保护浇注；
(5)方坯加热：炉内加热到1150-1200℃范围内保温110-130min以使钢充分奥氏体化；
(6)轧制：开轧温度1100-1150℃范围内，进行轧制道次，开坯2道、粗中精轧共10个道次，总压缩比80～120；
(7)轧后空冷；
(8)冷床空冷：上冷床，空气冷却到室温。
优选的，所述步骤(3)中吨钢按照1.5～2m加入铝线，然后测温、取样，出站成分调整按目标值控制。
优选的，所述步骤(4)中采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，浸入深度100～150mm；中包保护渣采用碱性保护渣，结晶器保护渣采用中低碳钢保护渣；中包钢水温度：1530～1545℃，拉速控制目标1.6～1.8m/min。
本发明中各元素及主要工序的作用
C：C是扩大和稳定奥氏体元素，提高钢材强度最有效的元素，当其含量低于0.4％时，会导致力学性能不足而增加合金添加量从而增加了生产成本，当其含量高于0.5％，会导致强度过高而使得塑性下降太多，延伸率指标不符合要求，因此，本发明C选择在0.4～0.5％。
Si：是一种廉价的置换强化元素，可以显著提高钢的强度，V低于0.08％时，提高效果不能够满足力学性能要求，但是Si高于1.8％时，会显著提高钢轧制时的变形热，影响钢的基体组织，导致晶粒粗大，从而影响钢的综合性能，所以选择Si的范围在1.5～1.8％。
Mn：主要是固溶于铁素体中提高材料的强度，其又是良好的脱氧剂和脱硫剂，含有一定量的锰可以消除或减弱因硫引起的脆性，从而改善钢的加工性能，但锰含量过高时会使晶粒粗化的倾向，连铸和轧后控冷不当时容易产生白点，所以选择Mn的范围在0.8～1.0％；
P、S：作为有害元素，其含量越低越好。S含量过高，会形成大量的MnS夹杂，降低钢材的机械性能，因此含量越低越好，所以选择S的范围在≤0.035％；P P易在晶界偏析，增加钢的脆性，使塑性变差，因此含量越低越好，所以选择P的范围在≤0.035％。
V：是微合金化钢最常用也是最有效的强化元素之一。钒的作用是通过形成VN、V(CN)来影响钢的组织和性能，它主要是在奥氏体晶界的铁素体中沉淀析出，细化铁素体晶粒，从而提高材料的强度和低温韧性。V低于0.08％时，析出强化效果不能够满足力学性能要求，V高于0.13％时，析出强化使强度太高而导致韧性变差。
Al：是作为炼钢时的脱氧定氮剂，Al与钢中的N形成细小难溶AlN质点，起到阻抑作用，进而细化铁素体晶粒，Al含量低于0.008％，细化作用不明显，Al含量高与0.01％，降低了钢液的流动性，形成大量的Al2O3会在水口结瘤，从而堵住水口，所以选择Al的范围在0.008～0.01％。
本发明通过对化学成分的控制，添加微合金脱氧，与现有工艺依靠控制淬硬层深度相比，本方法相对于现有铸坯加热时间100-120min的基础上延长加热时间10-15min，使得微合金分布更加均匀，轧钢时，采用强力变形，通过对铸坯的多轴变形、大变形量轧制，以及降低终轧温度，从而达到提高V的固溶强化和析出强化效果，得到良好的综合性能。本发明工艺简单，不需要添加任何控制冷速的冷却装置，在现有设备上即可生产，具有很强的实用性。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本发明：
实施例1
制备一种直径为18mm的精轧螺纹钢筋，按照钢成分要求，钢水化学成分为：C：0.45％、Si：1.67％、Mn：0.86％、P：0.034％、S：0.027％、V：0.083％、Als：0.0081％；
其制备方法依次包括以下步骤：
包括铁水脱硫、转炉冶炼、吹氩、连铸、方坯加热、轧制、轧后控冷、冷床空冷的步骤。
(1)所述铁水脱硫，控制出站铁水硫含量S≤0.030％；
(2)转炉顶底吹炼，废钢装入量占总装入量的10％；转炉采用顶-底复合吹炼，终点采用高拉补吹工艺，点吹次数≤2次；终渣碱度目标为2.88；转炉终点C控制目标0.07％；出钢温度为1695℃；出钢时间5min，挡渣出钢，钢包渣层厚度85mm；脱氧及合金化：出钢1/4左右时，随钢流吨钢加入20kg硅锰铁、2.4kg碳化硅等合金脱氧，然后加入24kg钒铁和0.5kg碳粉；钢水出至3/4时加入剩余合金和碳粉使钢坯的质量百分数为C：0.45％、Si：1.67％、Mn：0.86％、P：0.034％、S：0.027％、V：0.083％、Als：0.0081％。
(3)氩站：按内控目标值进行成分微调；吹氩10min，吨钢按照1.2m加入铝线，然后测温、取样，出站成分调整按目标值控制。
(4)200×200mm2方坯保护浇注；连铸采用大罐长水口和结晶器浸入式水口(浸入深度100mm)保护浇注；中包保护渣采用碱性保护渣，结晶器保护渣采用低碳钢保护渣；中包钢水温度：1535℃，拉速控制目标1.8m/min。
(5)方坯加热：炉内加热到1150℃范围内保温110min以使钢充分奥氏体化。
(6)轧制：出炉后，开轧温度1100℃范围内，进行轧制道次开坯2道、粗中精轧共10个道次，总压缩比120。
(7)轧后空冷；采用自然堆垛冷却方式，严禁向铸坯表面浇水。
(8)冷床空冷：上冷床，空气冷却到室温。
实施例2
制备一种直径为18mm的精轧螺纹钢筋，按照钢成分要求，钢水化学成分为：C：0.40％、Si：1.8％、Mn：0.92％、P：0.027％、S：0.021％、V：0.94％、Als：0.008％；
其制备方法依次包括以下步骤：
包括铁水脱硫、转炉冶炼、吹氩、连铸、方坯加热、轧制、轧后控冷、冷床空冷的步骤，其特征在于：
(1)所述铁水脱硫，控制出站铁水硫含量S≤0.030％；
(2)转炉顶底吹炼，废钢装入量占总装入量的13％；转炉采用顶-底复合吹炼，终点采用高拉补吹工艺，点吹次数≤2次；终渣碱度目标为3.8；转炉终点C控制目标0.09％；出钢温度为1680℃；出钢时间5min，挡渣出钢，钢包渣层厚度100mm；脱氧及合金化：出钢1/4左右时，随钢流吨钢加入22.5kg硅锰铁、3kg碳化硅等合金脱氧，然后加入28kg钒铁和0.4kg碳粉；钢水出至3/4时加入剩余合金和碳粉使钢坯的质量百分数为C：0.40％、Si：1.8％、Mn：0.92％、P：0.027％、S：0.021％、V：0.94％、Als：0.008％。
(3)氩站：按内控目标值进行成分微调；吹氩10min，吨钢按照1.2m加入铝线，然后测温、取样，出站成分调整按目标值控制。
(4)200×200mm2方坯保护浇注；连铸采用大罐长水口和结晶器浸入式水口(浸入深度120mm)保护浇注；中包保护渣采用碱性保护渣，结晶器保护渣采用低碳钢保护渣；中包钢水温度：1545℃，拉速控制目标1.6m/min。
(5)方坯加热：炉内加热到1150℃范围内保温120min以使钢充分奥氏体化。
(6)轧制：出炉后，开轧温度1120℃范围内，进行轧制道次开坯2道、粗中精轧共10个道次，总压缩比116。
(7)轧后空冷；采用自然堆垛冷却方式，严禁向铸坯表面浇水。
(8)冷床空冷：上冷床，空气冷却到室温。
实施例3
制备一种直径为25mm的精轧螺纹钢筋，按照钢成分要求，钢水化学成分为：C：0.42％、Si：1.5％、Mn：0.96％、P：0.021％、S：0.020％、V：0.117％、Als0.009％；
其制备方法依次包括以下步骤：
包括铁水脱硫、转炉冶炼、吹氩、连铸、方坯加热、轧制、轧后控冷、冷床空冷的步骤，其特征在于：
(1)所述铁水脱硫，控制出站铁水硫含量S≤0.020％；
(2)转炉顶底吹炼，废钢装入量占总装入量的15％；转炉采用顶-底复合吹炼，终点采用高拉补吹工艺，点吹次数≤2次；终渣碱度目标为3.3；转炉终点C控制目标0.07％；出钢温度为1689℃；出钢时间5～9min，挡渣出钢，钢包渣层厚度50mm；脱氧及合金化：出钢1/4左右时，随钢流吨钢加入22.5kg硅锰铁、2kg碳化硅等合金脱氧，然后加入36kg钒铁和0.45kg碳粉；钢水出至3/4时加入剩余合金和碳粉使钢坯的质量百分数为C：0.42％、Si：1.5％、Mn：0.96％、P：0.021％、S：0.020％、V：0.117％、Als0.009％。
(3)氩站：按内控目标值进行成分微调；吹氩10min，吨钢按照1.8m加入铝线，然后测温、取样，出站成分调整按目标值控制。
(4)200×200mm2方坯保护浇注；连铸采用大罐长水口和结晶器浸入式水口(浸入深度150mm)保护浇注；中包保护渣采用碱性保护渣，结晶器保护渣采用低碳钢保护渣；中包钢水温度：1532℃，拉速控制目标1.8m/min。
(5)方坯加热：炉内加热到1200℃范围内保温120min以使钢充分奥氏体化。
(6)轧制：出炉后，开轧温度1150℃范围内，进行轧制道次开坯2道、粗中精轧共10个道次，总压缩比80。
(7)轧后空冷；采用自然堆垛冷却方式，严禁向铸坯表面浇水。
(8)冷床空冷：上冷床，空气冷却到室温。
实施例4
制备一种直径为25mm的精轧螺纹钢筋，按照钢成分要求，钢水化学成分为：C：0.50％、Si：1.61％、Mn：0.89％、P：0.019％、S：0.025％、V：0.125％、Als0.008％；
其制备方法依次包括以下步骤：
包括铁水脱硫、转炉冶炼、吹氩、连铸、方坯加热、轧制、轧后控冷、冷床空冷的步骤，其特征在于：
(1)所述铁水脱硫，控制出站铁水硫含量S≤0.020％；
(2)转炉顶底吹炼，废钢装入量占总装入量的10％；转炉采用顶-底复合吹炼，终点采用高拉补吹工艺，点吹次数≤2次；终渣碱度目标为3.8；转炉终点C控制目标0.07％；出钢温度为1700℃；出钢时间9min，挡渣出钢，钢包渣层厚度79mm；脱氧及合金化：出钢1/4左右时，随钢流吨钢加入21kg硅锰铁、2.5kg碳化硅等合金脱氧，然后加入40kg钒铁和0.6kg碳粉；钢水出至3/4时加入剩余合金和碳粉使钢坯的质量百分数为C：0.50％、Si：1.61％、Mn：0.89％、P：0.019％、S：0.025％、V：0.125％、Als0.008％。
(3)氩站：按内控目标值进行成分微调；吹氩10min，吨钢按照1m加入铝线，然后测温、取样，出站成分调整按目标值控制。
(4)200×200mm2方坯保护浇注；连铸采用大罐长水口和结晶器浸入式水口(浸入深度115mm)保护浇注；中包保护渣采用碱性保护渣，结晶器保护渣采用低碳钢保护渣；中包钢水温度：1527℃，拉速控制目标1.8m/min。
(5)方坯加热：炉内加热到1200℃范围内保温120min以使钢充分奥氏体化。
(6)轧制：出炉后，开轧温度1150℃范围内，进行轧制道次开坯2道、粗中精轧共10个道次，总压缩比80。
(7)轧后空冷；采用自然堆垛冷却方式，严禁向铸坯表面浇水。
(8)冷床空冷：上冷床，空气冷却到室温。
将实施例1-4制得的PSB830精轧螺纹钢筋与现有市场PSB830精轧螺纹钢筋(穿水)即对比样品1和对比样品2进行对比，结果如表1所示：
表1本发明与现有精轧螺纹钢筋效果对比
在不脱离本发明权利要求书保护范围的前提下，对实施例中的数值进行调整也属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种小规格精轧螺纹钢筋，其特征在于：所述精轧螺纹钢筋化学成分的质量百分数为：C：0.40～0.50％、Si：1.5～1.8％、Mn：0.8～1.0％、P≤0.035％、S≤0.035％、V：0.08～0.13％、Als：0.008～0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.一种权利要求1所述小规格精轧螺纹钢筋的生产方法，其步骤包括：脱硫铁水→转炉冶炼→吹氩→200×200mm2方坯保护浇注→方坯加热→轧制→轧后控冷→冷床空冷；其中，
(1)铁水脱硫至S含量≤0.002％；
(2)废钢装入量占总装入量的10～15％；转炉采用顶-底复合吹炼，终点采用高拉补吹工艺，点吹次数≤2次；终渣碱度目标为2.8～3.8；转炉终点C控制目标0.07～0.09％；出钢温度为1680～1700℃；出钢时间5～9min，挡渣出钢，钢包渣层厚度50～100mm；在出钢至1/4时，随钢流每吨钢加入20～22.5kg硅锰铁、2～3kg碳化硅合金脱氧，然后加入24～40kg钒铁和0.4～0.6kg碳粉；钢水出至3/4时加入剩余合金和碳粉至钢坯质量百分数为：C：0.40～0.50％、Si：1.5～1.8％、Mn：0.8～1.0％、P≤0.035％、S≤0.035％、V：0.08～0.13％、Als：0.008～0.01％；
(3)吹氩10min；
(4)200×200mm2方坯保护浇注；
(5)方坯加热：炉内加热到1150-1200℃范围内保温110-130min以使钢充分奥氏体化；
(6)轧制：开轧温度1100-1150℃范围内，进行轧制道次，开坯2道、粗中精轧共10个道次，总压缩比80～120；
(7)轧后空冷；
(8)冷床空冷：上冷床，空气冷却到室温。
3.根据权利要求2所述小规格精轧螺纹钢筋的生产方法，其特征在于：所述步骤(3)中每吨钢按照1.5～2m加入铝线，然后测温、取样，出站成分调整按目标值控制。
4.根据权利要求2所述小规格精轧螺纹钢筋的生产方法，其特征在于：所述步骤(4)中采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，浸入深度100～150mm；中包保护渣采用碱性保护渣，结晶器保护渣采用中低碳钢保护渣；中包钢水温度：1530～1545℃，拉速控制目标1.6～1.8m/min。
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