CN108504948A - 400Mpa级高强度热轧钢及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种400Mpa级高强度热轧钢及其生产方法,其化学成分及重量百分含量为:C 0.22~0.25%、Mn 1.20~1.30%、Si 0.20~0.40%、V 0.023~0.028%、S≤0.030%、P≤0.035%、N 0.013~0.020%,其余为Fe 和不可避免的杂质。本热轧钢具有高强度、高塑性、高韧性等特点,并且成本较低。本发明方法在冶炼工序中采用转炉吹炼和出钢全程吹氮,精炼工序底吹氮并采用氮化钒铁微合金化,连铸采用全程非保护操作,从而提高钢水中N 含量,以保证产品中的V、N含量。本方法通过精炼全程底吹氮,通过钢水富氮化处理生产出了高屈服强度、高抗拉强度、高延伸率的高强度热轧钢,可以节省钢材,降低建造成本,增加结构强度加大安全储备量,增加建筑安全性;微合金元素V 的用量少,大幅度的降低了生产成本。

Description

400Mpa级高强度热轧钢及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种高强度钢及其生产方法,尤其是一种400Mpa级高强度热轧钢及其生产方法。
背景技术
热轧带肋钢筋是钢筋混凝土建筑结构的主要增强材料,在结构中承载着拉、压应力和应变等负载的应力应变。随着国民经济的发展,高层、大跨度、抗震、耐低温、耐火等多功能建筑结构的出现,要求钢筋具有更高的强度、韧性和较好的焊接性能等综合性能。目前,世界主要工业国家多采用屈服强度级别在400MPa 以上的钢筋,而欧美各国基本上都采500MPa 级钢筋。另外,近年来国家积极倡导建设节约型社会,因此,用于生产低成本高强度级别钢筋的高强度热轧钢的研发应用推广就非常有必要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低成本、高性能的400Mpa级高强度热轧钢;本发明还提供了一种400Mpa级高强度热轧钢的生产方法。
为解决上述技术问题,本发明的化学成分及重量百分含量为:C 0.22~0.25%、Mn1.20~1.30%、Si 0.20~0.40%、V 0.023~0.028%、S≤0.030%、P≤0.035%、N 0.013~0.020%,其余为Fe 和不可避免的杂质。
本发明方法包括冶炼、精炼、连铸和轧制工序;所述冶炼工序中采用底吹氮和氮化钒铁微合金化,并在转炉吹炼和出钢全程吹氮;所述精炼工序中进行全程底吹氮;所述连铸工序采用全程非保护操作。
本发明方法所述冶炼工序:终点碳含量0.06%~0.10%,出钢温度控制在1620~1640℃;出钢钢水成分为:C 0.16~0.22%、Mn 1.10~1.20%、Si 0.20~0.30%、V≤0.008%、S≤0.030%、P≤0.035%、N 0.0050~0.0070%,其余为Fe 和不可避免的杂质。
本发明方法所述LF精炼工序:钢水进站温度为1540~1560℃,采用硅铁粉和碳化硅造黄白渣保持;整个精炼周期为35~45min.,钢水出站温度1585~1600℃。
本发明方法所述连铸工序:中间包钢水温度均为1520~1540℃;拉速为1.9~2.1m/min;中间包液面高度≥600mm。
本发明方法所述轧制工序:开轧温度为1020~1080℃,轧后自然冷却。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明对钢种成分进行了优化设计。一方面对钢中碳、硅、锰主要元素进行合理调整,实现优化配置;另一方面采用微合金化技术,向钢中加入适量钒氮合金,充分利用钒的沉淀强化作用提高钢筋的强度和韧性。钒在钢中主要以氮化钒、碳化钒和碳氮化钒和固溶钒形式存在。钒微合金化钢的强韧化机理主要是靠晶粒细化、沉淀析出强化和固溶强化实现的。高强钢中通过增氮来优化V(C,N) 铁素体中的析出强化作用,当钢中的氮含量较低时,几乎可以肯定添加V没有作用,发现要充分利用V 的析出强化作用,必须增加氮含量,而且通过对氮含量的调整可有效控制析出物的数量实现强度保持在一定范围。氮强化机理:在有氮化物形成元素存在的条件下,钢在高温下溶入的氮,再加入增氮剂即微氮合金来适当提高钢水中N 含量,增加细小弥散的V(CN) 析出项充分发挥微合金第二相析出强化作用,钢水必须有充足的的氮含量才能达到高强度、高塑性的目的。因此,本发明具有高强度、高塑性、高韧性等特点,并且成本较低。
本发明方法在冶炼工序中采用转炉吹炼和出钢全程吹氮,精炼工序底吹氮并采用氮化钒铁微合金化,连铸采用全程非保护操作,从而提高钢水中N 含量,以保证产品中的V、N含量。本发明方法通过精炼全程底吹氮,通过钢水富氮化处理生产出了高屈服强度、高抗拉强度、高延伸率的高强度热轧钢,可以节省钢材,降低建造成本,增加结构强度加大安全储备量,增加建筑安全性。此外,微合金元素V 的用量少,大幅度的降低了生产成本,在其余合金元素成分不变的至少可节约V 0.005%,降低氮化钒铁(FeV55N11)加入量0.3kg/吨钢,降低成本8.5元/吨钢。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本400Mpa级高强度热轧钢的生产方法包括冶炼、精炼、连铸和轧制工序,各工序工艺为:(1)冶炼工序:转炉冶炼铁水或半钢,吹炼终点碳含量0.06%~0.10%,出钢温度控制在1620~1640℃,转炉吹炼和出钢全程吹氮,出钢过程加入增碳剂、硅锰合金、铬铁、硅铁;出钢钢水成分:C 0.16~0.22%、Mn 1.10~1.20%、Si 0.20~0.30%、V≤0.008%(钢水余钒,转炉出钢不进行钒合金化)、S≤0.030%、P≤0.035%、N 0.0050~0.0070%,其余为Fe 和不可避免的杂质。
(2)LF精炼工序:钢水进站温度为1540~1560℃,采用硅铁粉和碳化硅造黄白渣保持,钢包底吹全程吹氮气;整个精炼周期为35~45min;钢水出站温度1585~1600℃,出钢钢水成分控制在:C 0.22~0.25%、Mn 1.20~1.30%、Si 0.20~0.40%、V 0.023~0.028%、S≤0.030%、P≤0.035%、N 0.011~0.016%,其余为Fe 和不可避免的杂质。
(3)连铸工序:中间包钢水温度均为1520~1540℃;拉速为1.9~2.1m/min;中间包液面高度≥600mm;连铸机均实行全程非保护浇铸,连铸期间增氮0.0020%~0.0040%,铸坯氮含量达到0.013%~0.020%。
(4)轧制工序:钢坯以1020~1080℃的开轧温度进行轧制,轧后自然冷却,即可得到所述的400Mpa级抗震钢。
实施例1:本400Mpa级高强度热轧钢的生产方法采用下述具体工艺。
(1)冶炼工序:转炉冶炼铁水,终点碳含量为0.10%,出钢温度控制在1620℃;转炉吹炼和出钢全程吹氮,出钢过程加入增碳剂、硅锰合金、硅铁,钢水成分:C 0.22%、Mn1.10%、Si 0.20%、V 0.006%、S 0.025%、P 0.035%、N 0.0050%,其余为Fe 和不可避免的杂质。
(2)LF 精炼工序:钢包到精炼位后,钢包底吹全程吹氮气,钢水进站温度为1540℃,采用硅铁粉和碳化硅造黄白渣保持;根据转炉成分进行调整成分,整个精炼周期为35min;钢水出站温度1590℃,钢水成分控制在:C 0.24%、Mn 1.22%、Si 0.25%、V 0.023%、S0.025%、P 0.035%、N 0.0110%,其余为Fe 和不可避免的杂质。
(3)连铸工序:中间包钢水温度均为1527℃,拉速为2.1m/min,中间包液面高度650mm;连铸机均实行全程非保护浇铸,连铸增氮0.0040%,铸坯氮含量达到0.015%
(4)轧制工序:取上述方坯在1020℃的开轧温度进行轧制∮14螺,轧后自然冷却。所得∮14螺取样做力学分析:屈服强度Rel=450MPa,抗拉强度Rm=610MPa,强屈比1.35,实标比1.13,断后伸长率A=22%,最大伸长率Agt=14%。
实施例2:本400Mpa级高强度热轧钢的生产方法采用下述具体工艺。
(1)冶炼工序:转炉冶炼铁水,终点碳含量为0.06%,出钢温度控制在1640℃,转炉吹炼和出钢全程吹氮,出钢过程加入增碳剂、硅锰合金、铬铁、硅铁、氮化钒铁(FeV55N11)合金化,钢水成分:C 0.16%、Mn 1.20%、Si 0.30%、V 0.008%、S 0.025%、P 0.030%、N 0.0060%,其余为Fe 和不可避免的杂质。
(2)LF 精炼工序:钢包到精炼位后,钢包底吹全程吹氮气,钢水进站温度为1560℃,采用硅铁粉、碳化硅造黄白渣保持;根据转炉成分进行调整成分,整个精炼周期为40min;钢水出站温度1585℃,钢水成分控制在:C 0.25%、Mn 1.30%、Si 0.40%、V 0.026%、S0.025%、P 0.035%、N 0.013%,其余为Fe 和不可避免的杂质。
(3)连铸工序:在整个过程中间包液面稳定,包液面高度700mm,中间包钢水温度1540℃,拉速稳定在2.0m/min,连铸机均实行全程非保护浇铸,连铸增氮0.0030%,铸坯氮含量达到0.016%。
(4)轧制工序:取上述方坯在1080℃的开轧温度进行轧制∮16螺,轧后自然冷却。所得∮16螺取样做力学分析:屈服强度Rel=455MPa,抗拉强度Rm=620MPa,强屈比1.36,实标比1.13,断后伸长率A=20%,最大伸长率Agt=14%。
实施例3:本400Mpa级高强度热轧钢的生产方法采用下述具体工艺。
(1)冶炼工序:转炉冶炼铁水,终点碳含量为0.08%,出钢温度控制在1630℃,转炉吹炼和出钢全程吹氮,出钢过程加入增碳剂、硅锰合金、铬铁、硅铁、氮化钒铁(FeV55N11)合金化,钢水成分:C 0.18%、Mn 1.15%、Si 0.25%、V 0.005%、S 0.020%、P 0.025%、N 0.0070%,其余为Fe 和不可避免的杂质。
(2)LF 精炼工序:钢包到精炼位后,钢包底吹全程吹氮气,钢水进站温度为1560℃,采用硅铁粉、碳化硅造黄白渣保持;根据转炉成分进行调整成分,整个精炼周期为45min;钢水出站温度1600℃,钢水成分控制在:C 0.23%、Mn 1.30%、Si 0.30%、V 0.028%、S0.015%、P 0.027%、N 0.0160%,其余为Fe 和不可避免的杂质。
(3)连铸工序:在整个过程中间包液面稳定,包液面高度700mm,中间包钢水温度1520℃,拉速稳定在2.1m/min,连铸机均实行全程非保护浇铸,连铸增氮0.0040%,铸坯氮含量达到0.020%。
(4)轧制工序:取上述方坯在1060℃的开轧温度进行轧制∮18螺,轧后自然冷却。所得∮18螺取样做力学分析:屈服强度Rel=490MPa,抗拉强度Rm=630MPa,强屈比1.30,实标比1.22,断后伸长率A=21%,最大伸长率Agt=13%。
实施例4:本400Mpa级高强度热轧钢的生产方法采用下述具体工艺。
(1)冶炼工序:转炉冶炼铁水,终点碳含量为0.09%,出钢温度控制在1630℃,转炉吹炼和出钢全程吹氮,出钢过程加入增碳剂、硅锰合金、铬铁、硅铁、氮化钒铁(FeV55N11)合金化,钢水成分:C 0.22%、Mn 1.20%、Si 0.21%、V 0.003%、S 0.025%、P 0.035%、N 0.0060%,其余为Fe 和不可避免的杂质。
(2)LF 精炼工序:钢包到精炼位后,钢包底吹全程吹氮气,钢水进站温度为1540℃,采用硅铁粉、碳化硅造黄白渣保持;根据转炉成分进行调整成分,整个精炼周期为40min;钢水出站温度1595℃,钢水成分控制在:C 0.23%、Mn 1.28%、Si 0.40%、V 0.026%、S0.025%、P 0.035%、N 0.0150%,其余为Fe 和不可避免的杂质。
(3)连铸工序:在整个过程中间包液面稳定,包液面高度650mm,中间包钢水温度1530℃,拉速稳定在1.9m/min,连铸机均实行全程非保护浇铸,连铸增氮0.0040%,铸坯氮含量达到0.019%。
(4)轧制工序:取上述方坯在1020℃的开轧温度进行轧制∮20螺,轧后自然冷却。所得∮20螺取样做力学分析:屈服强度Rel=480MPa,抗拉强度Rm=620MPa,强屈比1.30,实标比1.2,断后伸长率A=22%,最大伸长率Agt=12%。
实施例5:本400Mpa级高强度热轧钢的生产方法采用下述具体工艺。
(1)冶炼工序:转炉冶炼铁水,终点碳含量为0.07%,出钢温度控制在1635℃,转炉吹炼和出钢全程吹氮,出钢过程加入增碳剂、硅锰合金、铬铁、硅铁、氮化钒铁(FeV55N11)合金化,钢水成分:C 0.20%、Mn 1.18%、Si 0.27%、V 0.005%、S 0.030%、P 0.028%、N 0.006%,其余为Fe 和不可避免的杂质。
(2)LF 精炼工序:钢包到精炼位后,钢包底吹全程吹氮气,钢水进站温度为1550℃,采用硅铁粉、碳化硅造黄白渣保持;根据转炉成分进行调整成分,整个精炼周期为38min;钢水出站温度1590℃,钢水成分控制在:C 0.22%、Mn 1.20%、Si 0.20%、V 0.025%、S0.030%、P 0.032%、N 0.0110%,其余为Fe 和不可避免的杂质。
(3)连铸工序:在整个过程中间包液面稳定,包液面高度600mm,中间包钢水温度1535℃,拉速稳定在2.0m/min,连铸机均实行全程非保护浇铸,连铸增氮0.0020%,铸坯氮含量达到0.013%。
(4)轧制工序:取上述方坯在1040℃的开轧温度进行轧制∮18螺,轧后自然冷却。所得∮18螺取样做力学分析:屈服强度Rel=450MPa,抗拉强度Rm=580MPa,强屈比1.29,实标比1.1,断后伸长率A=20%,最大伸长率Agt=13%。

Claims (6)

1.一种400Mpa级高强度热轧钢,其特征在于,其化学成分及重量百分含量为:C 0.22~0.25%、Mn 1.20~1.30%、Si 0.20~0.40%、V 0.023~0.028%、S≤0.030%、P≤0.035%、N0.013~0.020%,其余为Fe 和不可避免的杂质。
2.权利要求1所述400Mpa级高强度热轧钢的生产方法,其特征在于:其包括冶炼、精炼、连铸和轧制工序;所述冶炼工序中采用底吹氮和氮化钒铁微合金化,并在转炉吹炼和出钢全程吹氮;所述精炼工序中进行全程底吹氮;所述连铸工序采用全程非保护操作。
3.根据权利要求2所述的400Mpa级高强度热轧钢的生产方法,其特征在于,所述冶炼工序:终点碳含量0.06%~0.10%,出钢温度控制在1620~1640℃;出钢钢水成分为:C 0.16~0.22%、Mn 1.10~1.20%、Si 0.20~0.30%、V≤0.008%、S≤0.030%、P≤0.035%、N 0.0050~0.0070%,其余为Fe 和不可避免的杂质。
4.根据权利要求2所述的400Mpa级高强度热轧钢的生产方法,其特征在于,所述LF精炼工序:钢水进站温度为1540~1560℃,采用硅铁粉和碳化硅造黄白渣保持;整个精炼周期为35~45min.,钢水出站温度1585~1600℃。
5.根据权利要求2所述的400Mpa级高强度热轧钢的生产方法,其特征在于,所述连铸工序:中间包钢水温度均为1520~1540℃;拉速为1.9~2.1m/min;中间包液面高度≥600mm。
6.根据权利要求2-5任意一项所述的400Mpa级高强度热轧钢的生产方法,其特征在于,所述轧制工序:开轧温度为1020~1080℃,轧后自然冷却。
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