CN111074157A - 一种低铌微合金化hrb400e超细晶高强韧抗震钢筋的制备方法 - Google Patents

一种低铌微合金化hrb400e超细晶高强韧抗震钢筋的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低铌微合金化HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋的制备方法，本方法轧钢采用较低的加热温度和开轧温度，细化了原始奥氏体晶粒，促进了奥氏体向铁素体转变时铁素体晶粒的细化，晶粒度达11.0级以上，细晶强化效果显著，同时改善了钢的塑韧性；钢中加入铌铁，控制较低的开轧温度及采用轧后多段低水压分级控冷工艺，Nb(C,N)沉淀析出的驱动力增加，在低温铁素体区基体、晶界及位错线上析出了大量细小弥散的第二相，使铁素体基体得到强化，钢的强度显著提高，同时改善了钢的焊接、时效等性能；钢筋横截面中心部位形成含量2‑5%粒状贝氏体，其位错密度较高，可以显著提高钢的抗拉强度，改善抗震性能；本发明工艺具有生产成本低、工艺适用性及控制性强等特点。

Description

一种低铌微合金化HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋的制备 方法
技术领域
本发明涉及一种低铌微合金化HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋的制备方法，还涉及一种富氮铌微合金化400MPa超细晶抗震钢筋的制备方法。
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。目前我国热轧带肋钢筋年产量约2亿吨，是国民经济建筑工程结构建设使用最多的钢铁材料。随着我国建筑向高层、大跨度及抗震结构方向的不断发展，开发高强韧、综合性能优异的细晶抗震钢筋已是钢铁行业提升技术水平和产品结构调整的重要任务之一。
近年来随着建筑结构不断升级，用钢强度持续提高 ，促进了建筑用钢筋的升级换代和产品标准的修改完善。热轧带肋钢筋国家标准GB/T 1499.2-2018于2018年11月1日正式实施，新标准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，对钢筋性能、质量检验和判定作出了更严格和更明确规定，对生产工艺提出了更高、更严格的要求，对提升热轧带肋钢筋产品质量、促进节能减排、淘汰落后产能产生积极的推进作用。
GB/T 1499.2-2018标准实施后，国内主要热轧带肋钢筋生产企业基本都采用钒微合金化工艺生产直条带肋钢筋，同时通过优化化学成分控制及轧制工艺，确保钢筋宏观金相、微观组织及截面维氏硬度满足新标准检验要求。采用钒微合金化工艺生产HRB400E，钢中加入一定量的钒氮合金或氮化钒铁，由于钒合金价格昂贵，导致生产成本较高，不利于钢筋企业生产成本的降低和产品市场竞争力的提升。
目前国内已有针对GB/T 1499.2-2018标准实施后HRB400E直条抗震钢筋生产技术的相关研究报道，但主要采用钒氮微合金化工艺，钢中V含量控制为0.025-0.035wt%，通过适当控轧控冷工艺得到宏观金相、截面维氏硬度、微观组织满足GB/T 1499.2-2018标准的HRB400E钢筋，钢筋显微组织晶粒度大多控制在9.5-10.5级。目前国内尚无本发明采用的低铌(Nb≤0.019wt%)微合金化HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋制备方法的研究报道，也无本发明采用的富氮铌微合金化400MPa超细晶抗震钢筋的制备方法的研究报道。
发明内容
针对GB/T 1499.2-2018标准实施后采用钒微合金化工艺生产HRB400E钢筋生产成本居高不下的局面，本发明的第一目的在于提供一种低铌微合金化HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋的制备方法，本发明的第二目的在于提供一种富氮铌微合金化400MPa超细晶抗震钢筋的制备方法。
本发明的第一目的是这样实现的：
一种低铌微合金化HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋的制备方法，具体包括以下步骤：
A、钢水冶炼：将废钢、生铁和铁水分别按120-135kg/t钢、20kg/t钢、915-940kg/t的配比加入LD转炉中，之后进行常规顶底复合吹炼，加入常规石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为20-25kg/t钢，轻烧白云石加入量为15-20kg/t钢，菱镁球加入量为0.5kg/t钢，控制终点碳含量≥0.08wt%，出钢温度≤1650℃；出钢前向钢包底部按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的渣洗脱硫剂进行渣洗：Al2O3 21.5wt%，SiO25.2wt%，CaO 46.5wt%，Al 9.2wt%，MgO6.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为10～15NL/min；所述废钢化学成分C 0.12-0.20wt%，Si 0.35-0.60wt%，Mn 0.45-0.70wt%，P 0.035-0.046wt%，S 0.028-0.039wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述生铁化学成分C 3.3-3.6wt%、Si 0.30-0.50 wt%、Mn 0.32-0.55wt% 、P 0.058-0.075wt%、S 0.018-0.027wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述铁水化学成分C 4.0-4.5wt%、Si 0.15-0.35wt%、Mn 0.30-0.50wt% 、P 0.080-0.120wt%、S≤0.035wt%，所述铁水温度≥1280℃；
B、脱氧合金化：将钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铝钙脱氧剂→碳化硅→硅铁→硅锰合金→高碳锰铁→高硅铌铁，依次向钢包中加入下列物质：按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铝钙脱氧剂：Si 32.5wt%，Ca 16.8wt%，Al10.6wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按1.8kg/t钢的量，加入下列质量比的碳化硅：SiC82.5wt%，C 26.5wt%，P 0.053wt%，S0.035wt%，其余为不可避免的不纯物；按3.4～4.7kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si 73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按9.1kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.2wt%，Si 17.3wt%，C 1.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按10.2～12.2kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.3wt%，C 7.1wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.24～0.32kg/t钢的量，加入下列质量比的铌铁：Nb65.6wt%，Si 6.7wt%，C 0.35wt%，P 0.214wt%，S 0.075wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到3/4时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至氩站进行精炼处理；
C、钢水氩站精炼：将钢水吊至氩站工位接好氩气带，开启氩气采用流量为15～25NL/min的氩气对钢水进行吹氩处理，吹氩时间为4分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位；
D、钢水浇铸：在中间包温度为1523～1535℃，拉速为2.5～2.7m/min，结晶器冷却水流量为110～120m3/h，二冷比水量为1.5～1.7L/kg的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将钢水浇铸成断面150mm×150mm的钢坯；
E、钢坯加热：将钢坯送入均热段炉温为1060～1100℃的加热炉中，加热70～80分钟后出钢，之后推送至全连续式棒材轧机进行轧制。
F、钢坯控轧控冷：将钢坯在速度为0.5～1.0m/s的轧制条件下粗轧6个道次；之后在速度为3.0～4.0 m/s的轧制条件下中轧4～6个道次；最后在速度为9.0～13.5m/s的轧制条件下精轧2～5个道次；将精轧后钢材通过1个长度为4.5米长管水冷段装置和1～3个长度为0.8米的短管水冷段装置进行控冷，长管水冷段水泵开启数1台，水泵压力为1.4～1.7MPa；短管水冷段水泵开启数1～2台，水泵压力为1.0～1.5MPa；控冷后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得目标物。
优选地，步骤D中，铸坯出拉矫机矫直温度控制为1020～1030℃。
优选地，步骤E中，钢坯的出钢温度为1010～1030℃。
优选地，步骤F中，钢筋上冷床温度控制为850～880℃。
步骤D的二冷比水量是指：连铸机二冷区单位时间内消耗的总水量与单位时间内通过二冷区铸坯质量的比值，以L/kg为单位，它是连铸二次冷却喷水强度的指标。
优选地，本方法制备获得的钢的化学成分按重量计为：C 0.20～0.24 wt%、Si0.38～0.48wt%、Mn 1.30～1.50wt%、Nb 0.014～0.019wt%、S≤0.040wt%、P≤0.045wt%、O≤0.0070wt%、N≤0.0075wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
与现有技术相比，本发明提供的一种低铌微合金化HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋的制备方法具有以下有益效果：
1、本方法轧钢采用较低的加热温度和开轧温度，细化了原始奥氏体晶粒，促进了奥氏体向铁素体转变时铁素体晶粒的细化，晶粒度达11.0级以上，细晶强化效果显著，同时改善了钢的塑韧性；钢中加入铌铁，控制较低的开轧温度及采用轧后多段低水压分级控冷工艺，Nb(C,N)沉淀析出的驱动力增加，在低温铁素体区基体、晶界及位错线上析出了大量细小弥散的第二相，使铁素体基体得到强化，钢的强度显著提高，同时改善了钢的焊接、时效等性能；钢筋横截面中心部位形成含量2-5%粒状贝氏体，其位错密度较高，可以显著提高钢的抗拉强度，改善抗震性能。本发明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、轧制温度及控冷工艺集成创新，充分发挥了细晶强化、析出强化及多相组织复合强化等多种强化作用，所生产钢筋具有工艺力学性能优异稳定、显微组织细小均匀、塑韧性好、低应变时效性、抗震性能优异等优点。
2、本方法工艺具有生产成本低、工艺适用性及控制性强等特点，所生产钢筋各项指标全面优于GB/T 1499.2-2018，生产成本同比现有钒微合金化工艺降低50元/t钢以上，大幅降低了GB/T 1499.2-2018实施后HRB400E钢筋生产成本，提高了产品市场竞争力，具有显著的经济和社会效益。
本发明的第二目的是这样实现的：
一种富氮铌微合金化400MPa超细晶抗震钢筋的制备方法，具体包括以下步骤：
a、钢水冶炼：将废钢和铁水分别按110-140kg/t钢、940-970kg/t钢的配比加入LD转炉中，之后进行常规顶底复合吹炼，加入常规石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为22-26kg/t钢，轻烧白云石加入量为18-22kg/t钢，菱镁球加入量为1.0-2.0kg/t钢，控制终点碳含量≥0.07wt%，出钢温度≤1650℃；出钢前向钢包底部按1.0-1.5kg/t钢的量，加入下列质量比的渣洗料进行渣洗：Al2O3 23.5wt%，SiO24.6wt%，CaO 48.5wt%，Al 7.8wt%，MgO5.4wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，出钢过程采用全程底吹氮工艺，氮气流量控制为20～25NL/min；所述废钢化学成分C 0.12-0.20wt%，Si 0.35-0.60wt%，Mn 0.45-0.70wt% ，P 0.035-0.046wt%，S 0.028-0.039wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述铁水化学成分C 4.0-4.5wt%、Si 0.15-0.35wt%、Mn 0.30-0.50wt% 、P 0.080-0.120wt%、S≤0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，所述铁水温度≥1290℃；
b、脱氧合金化：将钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铝钙脱氧剂→硅铁→硅锰合金→高碳锰铁→高碳铬铁→硅氮合金→高硅铌铁，依次向钢包中加入下列物质：按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铝钙脱氧剂：Si 32.5wt%，Ca16.8wt%，Al 10.6wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按4.1～5.6kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si 73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按9.7～12.2kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.2wt%，Si 17.3wt%，C 1.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按9.1kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.3wt%，C 7.1wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按1.9～2.9kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr 54.6wt%，C 8.3wt%，P0.065wt%，S 0.042wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.10kg/t钢的量，加入下列质量比的硅氮合金：Si 48.5wt%，N 35.2wt%，C 0.75wt%，P 0.020wt%，S 0.018wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.17～0.23kg/t钢的量，加入下列质量比的铌铁：Nb 65.2wt%，Si5.7wt%，C 0.85wt%，P 0.195wt%，S 0.085wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至氩站进行精炼处理；
c、钢水氩站精炼：将钢水吊至氩站工位接好氮气带，开启氮气采用流量为15～20NL/min的氩气对钢水进行吹氩处理，吹氩时间为4分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位；
d、钢水浇铸：在中间包温度为1528～1540℃，拉速为2.7～2.9m/min，结晶器冷却水流量为105～115m3/h，二冷比水量为1.6～1.8L/kg的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将C步骤的钢水浇铸成断面150mm×150mm的钢坯；
e、钢坯加热：将钢坯送入均热段炉温为1070～1100℃的加热炉中，加热60～70分钟后钢坯出钢，之后推送至全连续式棒材轧机进行轧制；
f、钢坯控轧控冷：将E步骤钢坯在速度为0.5～1.0m/s的轧制条件下粗轧6个道次；之后在速度为3.0～4.0 m/s的轧制条件下中轧4～6个道次；之后进入精轧前预水冷装置进行精轧前控冷，冷却水量为50～60m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为930～960℃；最后在速度为11.0～13.5m/s的轧制条件下精轧4～5个道次；将精轧后钢材通过3～5个短管水冷段装置(每个长度850mm，每个水冷段间隔100mm)进行多段分级控冷，水泵开启数2-3台，水泵压力为1.0～1.4MPa；控冷后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得目标物。
优选地，步骤d中，铸坯出拉矫机矫直温度控制为1005～1020℃。
优选地，步骤e中，钢坯出钢温度为1020～1040℃。
优选地，钢筋上冷床温度控制为810～850℃。
步骤d的二冷比水量是指：连铸机二冷区单位时间内消耗的总水量与单位时间内通过二冷区铸坯质量的比值，以L/kg为单位，它是连铸二次冷却喷水强度的指标。
优选地，本方法制备获得的钢的化学成分按重量计为：C 0.21～0.25 wt%、Si0.40～0.54wt%、Mn 1.30～1.46wt%、Cr 0.14～0.20wt%、Nb 0.010～0.014wt%、S≤0.042wt%、P≤0.045wt%、O≤0.0060wt%、N 0.0085～0.0115wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
本发明提供的一种富氮铌微合金化400MPa超细晶抗震钢筋的制备方法具有以下有益效果：
1、本方法炼钢脱氧合金化过程中加入少量硅氮合金，增加了钢水中氮含量，促进了轧制过程Nb从固溶状态向碳氮化物析出相的转移，细小弥散的Nb(C,N)析出相大量形成和析出，增加了奥氏体稳定性，降低了相变温度，使钢的析出强化效果明显改善；轧钢采用较低的开轧温度，通过精轧前预水冷控制较低的进精轧温度及轧后多段分级控冷工艺，细化了原始奥氏体晶粒，促进了奥氏体向细小铁素体的转变，钢筋横截面中心铁素体晶粒度达12.0级以上，细晶强化效果显著，同时改善了钢的塑韧性；钢中加入少量铬，淬透性和二次硬化作用得到明显提高，促进了钢强度的提高，同时还提高了钢的钝化耐腐蚀能力；钢筋横截面中心部位形成含量1-2%粒状贝氏体，提高了钢的抗拉强度，改善了抗震性能。
2、本方法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、轧制温度及控冷工艺集成创新，充分发挥了细晶强化、析出强化等多种强化作用，所生产钢筋具有工艺力学性能优异稳定、显微组织细小均匀、塑韧性好、耐火性及抗震性能优异等优点。
3、本方法提供的工艺具有生产成本低、工艺适用性及控制性强等特点，所生产钢筋各项指标全面优于GB/T 1499.2-2018，生产成本同比现有钒微合金化工艺降低65元/t钢以上，显著降低了GB/T 1499.2-2018实施后HRB400E钢筋生产成本，提高了产品市场竞争力，具有显著的经济和社会效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
本发明提供了一种低铌微合金化HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋的制备方法，具体包括以下步骤：
A、钢水冶炼：将废钢、生铁和铁水分别按120-135kg/t钢、20kg/t钢、915-940kg/t的配比加入LD转炉中，之后进行常规顶底复合吹炼，加入常规石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为20-25kg/t钢，轻烧白云石加入量为15-20kg/t钢，菱镁球加入量为0.5kg/t钢，控制终点碳含量≥0.08wt%，出钢温度≤1650℃；出钢前向钢包底部按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的渣洗脱硫剂进行渣洗：Al2O3 21.5wt%，SiO25.2wt%，CaO 46.5wt%，Al 9.2wt%，MgO6.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为10～15NL/min；所述废钢化学成分C 0.12-0.20wt%，Si 0.35-0.60wt%，Mn 0.45-0.70wt%，P 0.035-0.046wt%，S 0.028-0.039wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述生铁化学成分C 3.3-3.6wt%、Si 0.30-0.50 wt%、Mn 0.32-0.55wt% 、P 0.058-0.075wt%、S 0.018-0.027wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述铁水化学成分C 4.0-4.5wt%、Si 0.15-0.35wt%、Mn 0.30-0.50wt% 、P 0.080-0.120wt%、S≤0.035wt%，所述铁水温度≥1280℃；
B、脱氧合金化：将钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铝钙脱氧剂→碳化硅→硅铁→硅锰合金→高碳锰铁→高硅铌铁，依次向钢包中加入下列物质：按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铝钙脱氧剂：Si 32.5wt%，Ca 16.8wt%，Al10.6wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按1.8kg/t钢的量，加入下列质量比的碳化硅：SiC82.5wt%，C 26.5wt%，P 0.053wt%，S0.035wt%，其余为不可避免的不纯物；按3.4～4.7kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si 73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按9.1kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.2wt%，Si 17.3wt%，C 1.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按10.2～12.2kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.3wt%，C 7.1wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.24～0.32kg/t钢的量，加入下列质量比的铌铁：Nb65.6wt%，Si 6.7wt%，C 0.35wt%，P 0.214wt%，S 0.075wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到3/4时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至氩站进行精炼处理；
C、钢水氩站精炼：将钢水吊至氩站工位接好氩气带，开启氩气采用流量为15～25NL/min的氩气对钢水进行吹氩处理，吹氩时间为4分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位；
D、钢水浇铸：在中间包温度为1523～1535℃，拉速为2.5～2.7m/min，结晶器冷却水流量为110～120m3/h，二冷比水量为1.5～1.7L/kg的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将钢水浇铸成断面150mm×150mm的钢坯；铸坯出拉矫机矫直温度控制为1020～1030℃；
E、钢坯加热：将钢坯送入均热段炉温为1060～1100℃的加热炉中，加热70～80分钟，钢坯出钢温度为1010～1030℃，之后推送至全连续式棒材轧机进行轧制。
F、钢坯控轧控冷：将钢坯在速度为0.5～1.0m/s的轧制条件下粗轧6个道次；之后在速度为3.0～4.0 m/s的轧制条件下中轧4～6个道次；最后在速度为9.0～13.5m/s的轧制条件下精轧2～5个道次；将精轧后钢材通过1个长度为4.5米长管水冷段装置和1～3个长度为0.8米的短管水冷段装置进行控冷，长管水冷段水泵开启数1台，水泵压力为1.4～1.7MPa；短管水冷段水泵开启数1～2台，水泵压力为1.0～1.5MPa；控冷后钢筋上冷床温度控制为850～880℃，之后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得具有下列重量百分比的化学成分的HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋：C 0.20～0.24 wt%、Si 0.38～0.48wt%、Mn 1.30～1.50wt%、Nb 0.014～0.019wt%、S≤0.040wt%、P≤0.045wt%、O≤0.0070wt%、N≤0.0075wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
本发明提供的一种低铌微合金化HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋工艺力学性能、显微组织、维氏硬度差见表1、表2所示。
表1 本发明制备的HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋工艺力学性能
Figure DEST_PATH_IMAGE001
表2 本发明制备的HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋金相组织及维氏硬度
Figure 653592DEST_PATH_IMAGE002
实施例1
一种低铌微合金化HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋的制备方法，具体包括以下步骤：
A、钢水冶炼：分别按120kg/t钢、20kg/t钢的冷料装入配比，在LD转炉加入下列质量比的废钢(化学成分: C 0.12wt%，Si 0.35wt%，Mn 0.45wt% ，P 0.035wt%，S 0.028wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)及生铁(化学成分：C 3.3wt%、Si 0.30wt%、Mn 0.32wt% 、P0.058wt%、S 0.018wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)；之后按940kg/t钢的铁水装入配比，在LD转炉加入下列温度及质量比的铁水：铁水温度1280℃，铁水成分C 4.0wt%、Si0.15wt%、Mn 0.30wt% 、P 0.080wt%、S0.020wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；废钢、生铁及铁水兑入LD转炉后，进行常规顶底复合吹炼，加入常规石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为20kg/t钢，轻烧白云石加入量为15kg/t钢，菱镁球加入量为0.5kg/t钢，控制终点碳含量0.08wt%，出钢温度1635℃；出钢前向钢包底部按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的渣洗脱硫剂进行渣洗：Al2O3 21.5wt%，SiO25.2wt%，CaO 46.5wt%，Al 9.2wt%，MgO6.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为10NL/min。
B、脱氧合金化：将A步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铝钙脱氧剂→碳化硅→硅铁→硅锰合金→高碳锰铁→高硅铌铁，依次向钢包中加入下列物质：按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铝钙脱氧剂：Si32.5wt%，Ca 16.8wt%，Al 10.6wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按1.8kg/t钢的量，加入下列质量比的碳化硅：SiC 82.5wt%，C 26.5wt%，P 0.053wt%，S0.035wt%，其余为不可避免的不纯物；按3.4kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si 73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按9.1kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.2wt%，Si 17.3wt%，C1.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按10.2kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn75.3wt%，C 7.1wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.24-0.32kg/t钢的量，加入下列质量比的铌铁：Nb 65.6wt%，Si 6.7wt%，C 0.35wt%，P 0.214wt%，S 0.075wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到3/4时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至氩站进行精炼处理。
C、钢水氩站精炼：将钢水吊至氩站工位接好氩气带，开启氩气采用流量为15NL/min的氩气对钢水进行吹氩处理，吹氩时间为4分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位。
D、钢水浇铸：在中间包温度为1535℃，拉速为2.5m/min，结晶器冷却水流量为120m3/h，二冷比水量为1.5L/kg的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将C步骤的钢水浇铸成断面150mm×150mm的钢坯；铸坯出拉矫机矫直温度控制为1030℃。
E、钢坯加热：将D步骤钢坯送入均热段炉温为1060℃的加热炉中，加热70分钟，钢坯出钢温度为1030℃，之后推送至全连续式棒材轧机进行轧制。
F、钢坯控轧控冷：将E步骤钢坯在速度为1.0m/s的轧制条件下粗轧6个道次；之后在速度为4.0 m/s的轧制条件下中轧6个道次；最后在速度为13.5m/s的轧制条件下精轧5个道次；将精轧后钢材通过1个长管水冷段装置(长度4.5米)和1个短管水冷段装置(长度0.8米)进行控冷，长管水冷段水泵开启数1台，水泵压力为1.4MPa；短管水冷段水泵开启数1台，水泵压力为1.0MPa；控冷后钢筋上冷床温度控制为850℃，之后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得具有下列重量百分比化学成分的HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋： C 0.20 wt%、Si 0.38wt%、Mn 1.30wt%、Nb 0.014wt%、S 0.025wt%、P0.030wt%、O 0.0070wt%、N0.0075wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
实施例1提供的一种低铌微合金化HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋工艺力学性能、显微组织、维氏硬度差见表3、表4所示。
表3 实施例1制备的HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋工艺力学性能
Figure DEST_PATH_IMAGE003
表4 实施例1制备的HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋金相显微组织及维氏硬度
Figure 238288DEST_PATH_IMAGE004
实施例2
一种低铌微合金化HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋的制备方法，具体包括以下步骤：
A、钢水冶炼：分别按130kg/t钢、20kg/t钢的冷料装入配比，在LD转炉加入下列质量比的废钢(化学成分: C 0.17wt%，Si 0.48wt%，Mn 0.58wt% ，P 0.040wt%，S 0.034wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)及生铁(化学成分：C 3.4wt%、Si 0.40 wt%、Mn 0.39wt% 、P0.065wt%、S 0.023wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)；之后按928kg/t钢的铁水装入配比，在LD转炉加入下列温度及质量比的铁水：铁水温度1295℃，铁水成分C 4.3wt%、Si0.25wt%、Mn 0.40wt% 、P 0.100wt%、S 0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；废钢、生铁及铁水兑入LD转炉后，进行常规顶底复合吹炼，加入常规石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为23kg/t钢，轻烧白云石加入量为18kg/t钢，菱镁球加入量为0.5kg/t钢，控制终点碳含量0.09wt%，出钢温度1640℃；出钢前向钢包底部按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的渣洗脱硫剂进行渣洗：Al2O3 21.5wt%，SiO25.2wt%，CaO 46.5wt%，Al 9.2wt%，MgO6.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为15NL/min。
B、脱氧合金化：将A步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铝钙脱氧剂→碳化硅→硅铁→硅锰合金→高碳锰铁→高硅铌铁，依次向钢包中加入下列物质：按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铝钙脱氧剂：Si32.5wt%，Ca 16.8wt%，Al 10.6wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按1.8kg/t钢的量，加入下列质量比的碳化硅：SiC 82.5wt%，C 26.5wt%，P 0.053wt%，S0.035wt%，其余为不可避免的不纯物；按3.4kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si 73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按9.1kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.2wt%，Si 17.3wt%，C1.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按10.2kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn75.3wt%，C 7.1wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.24kg/t钢的量，加入下列质量比的铌铁：Nb 65.6wt%，Si 6.7wt%，C 0.35wt%，P 0.214wt%，S 0.075wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到3/4时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至氩站进行精炼处理。
C、钢水氩站精炼：将钢水吊至氩站工位接好氩气带，开启氩气采用流量为20L/min的氩气对钢水进行吹氩处理，吹氩时间为4分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位。
D、钢水浇铸：在中间包温度为1530℃，拉速为2.6m/min，结晶器冷却水流量为115m3/h，二冷比水量为1.6L/kg的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将C步骤的钢水浇铸成断面150mm×150mm的钢坯；铸坯出拉矫机矫直温度控制为1025℃。
E、钢坯加热：将D步骤钢坯送入均热段炉温为1080℃的加热炉中，加热75分钟，钢坯出钢温度为1020℃，之后推送至全连续式棒材轧机进行轧制。
F、钢坯控轧控冷：将E步骤钢坯在速度为1.0m/s的轧制条件下粗轧6个道次；之后在速度为4.0 m/s的轧制条件下中轧5个道次；最后在速度为11.5m/s的轧制条件下精轧4个道次；将精轧后钢材通过1个长管水冷段装置(长度4.5米)和2个短管水冷段装置(长度0.8米)进行控冷，长管水冷段水泵开启数1台，水泵压力为1.6MPa；短管水冷段水泵开启数2台，水泵压力为1.2MPa；控冷后钢筋上冷床温度控制为870℃，之后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得具有下列重量百分比化学成分的HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋： C 0.22 wt%、Si 0.44wt%、Mn 1.40wt%、Nb 0.017wt%、S 0.035wt%、P 0.038wt%、O 0.0050wt%、N0.0070wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
实施例2提供的一种低铌微合金化HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋工艺力学性能、显微组织、维氏硬度差见表5、表6所示。
表5 实施例2生产的HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋工艺力学性能
Figure DEST_PATH_IMAGE005
表6 实施例2生产的HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋金相显微组织及维氏硬度
Figure 251243DEST_PATH_IMAGE006
实施例3
一种低铌微合金化HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋的制备方法，具体包括以下步骤：
A、钢水冶炼：分别按135kg/t钢、20kg/t钢的冷料装入配比，在LD转炉加入下列质量比的废钢(化学成分: C 0.20wt%，Si 0.60wt%，Mn 0.70wt% ，P 0.046wt%，S 0.039wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)及生铁(化学成分：C 3.6wt%、Si 0.50 wt%、Mn 0.55wt% 、P0.075wt%、S 0.027wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)；之后按915kg/t钢的铁水装入配比，在LD转炉加入下列温度及质量比的铁水：铁水温度1310℃，铁水成分C 4.5wt%、Si0.35wt%、Mn 0.50wt% 、P 0.120wt%、S0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；废钢、生铁及铁水兑入LD转炉后，进行常规顶底复合吹炼，加入常规石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为25kg/t钢，轻烧白云石加入量为20kg/t钢，菱镁球加入量为0.5kg/t钢，控制终点碳含量0.10wt%，出钢温度1650℃；出钢前向钢包底部按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的渣洗脱硫剂进行渣洗：Al2O3 21.5wt%，SiO25.2wt%，CaO 46.5wt%，Al 9.2wt%，MgO6.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为15NL/min。
B、脱氧合金化：将A步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铝钙脱氧剂→碳化硅→硅铁→硅锰合金→高碳锰铁→高硅铌铁，依次向钢包中加入下列物质：按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铝钙脱氧剂：Si32.5wt%，Ca 16.8wt%，Al 10.6wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按1.8kg/t钢的量，加入下列质量比的碳化硅：SiC 82.5wt%，C 26.5wt%，P 0.053wt%，S0.035wt%，其余为不可避免的不纯物；按4.7kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si 73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按9.1kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.2wt%，Si 17.3wt%，C1.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按12.2kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn75.3wt%，C 7.1wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.32kg/t钢的量，加入下列质量比的铌铁：Nb 65.6wt%，Si 6.7wt%，C 0.35wt%，P 0.214wt%，S 0.075wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到3/4时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至氩站进行精炼处理。
C、钢水氩站精炼：将钢水吊至氩站工位接好氩气带，开启氩气采用流量为25NL/min的氩气对钢水进行吹氩处理，吹氩时间为4分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位。
D、钢水浇铸：在中间包温度为1523℃，拉速为2.7m/min，结晶器冷却水流量为110m3/h，二冷比水量为1.7L/kg的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将C步骤的钢水浇铸成断面150mm×150mm的钢坯；铸坯出拉矫机矫直温度控制为1020℃。
E、钢坯加热：将D步骤钢坯送入均热段炉温为1100℃的加热炉中，加热80分钟，钢坯出钢温度为1010℃，之后推送至全连续式棒材轧机进行轧制。
F、钢坯控轧控冷：将E步骤钢坯在速度为0.5m/s的轧制条件下粗轧6个道次；之后在速度为3.0 m/s的轧制条件下中轧4个道次；最后在速度为9.0m/s的轧制条件下精轧2个道次；将精轧后钢材通过1个长管水冷段装置(长度4.5米)和3个短管水冷段装置(长度0.8米)进行控冷，长管水冷段水泵开启数1台，水泵压力为1.7MPa；短管水冷段水泵开启数2台，水泵压力为1.5MPa；控冷后钢筋上冷床温度控制为880℃，之后钢筋在冷床自然空冷至室温， 即获得具有下列重量百分比化学成分的HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋：C 0.24 wt%、Si 0.48wt%、Mn 1.50wt%、Nb 0.019wt%、S 0.040wt%、P0.045wt%、O 0.0050wt%、N0.0060wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
实施例3提供的一种低铌微合金化HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋工艺力学性能、显微组织、维氏硬度差见表7、表8所示。
表 7 实施例3生产的HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋工艺力学性能
Figure DEST_PATH_IMAGE007
表 8 实施例3生产的HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋工艺力学性能
Figure 946798DEST_PATH_IMAGE008
本发明还提供了一种富氮铌微合金化400MPa超细晶抗震钢筋的制备方法，具体包括以下步骤：
a、钢水冶炼：将废钢和铁水分别按110-140kg/t钢、940-970kg/t钢的配比加入LD转炉中，之后进行常规顶底复合吹炼，加入常规石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为22-26kg/t钢，轻烧白云石加入量为18-22kg/t钢，菱镁球加入量为1.0-2.0kg/t钢，控制终点碳含量≥0.07wt%，出钢温度≤1650℃；出钢前向钢包底部按1.0-1.5kg/t钢的量，加入下列质量比的渣洗料进行渣洗：Al2O3 23.5wt%，SiO24.6wt%，CaO 48.5wt%，Al 7.8wt%，MgO5.4wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，出钢过程采用全程底吹氮工艺，氮气流量控制为20～25NL/min；所述废钢化学成分C 0.12-0.20wt%，Si 0.35-0.60wt%，Mn 0.45-0.70wt% ，P 0.035-0.046wt%，S 0.028-0.039wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述铁水化学成分C 4.0-4.5wt%、Si 0.15-0.35wt%、Mn 0.30-0.50wt% 、P 0.080-0.120wt%、S≤0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，所述铁水温度≥1290℃；
b、脱氧合金化：将钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铝钙脱氧剂→硅铁→硅锰合金→高碳锰铁→高碳铬铁→硅氮合金→高硅铌铁，依次向钢包中加入下列物质：按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铝钙脱氧剂：Si 32.5wt%，Ca16.8wt%，Al 10.6wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按4.1～5.6kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si 73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按9.7～12.2kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.2wt%，Si 17.3wt%，C 1.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按9.1kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.3wt%，C 7.1wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按1.9～2.9kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr 54.6wt%，C 8.3wt%，P0.065wt%，S 0.042wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.10kg/t钢的量，加入下列质量比的硅氮合金：Si 48.5wt%，N 35.2wt%，C 0.75wt%，P 0.020wt%，S 0.018wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.17～0.23kg/t钢的量，加入下列质量比的铌铁：Nb 65.2wt%，Si5.7wt%，C 0.85wt%，P 0.195wt%，S 0.085wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至氩站进行精炼处理；
c、钢水氩站精炼：将钢水吊至氩站工位接好氮气带，开启氮气采用流量为15～20NL/min的氩气对钢水进行吹氩处理，吹氩时间为4分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位；
d、钢水浇铸：在中间包温度为1528～1540℃，拉速为2.7～2.9m/min，结晶器冷却水流量为105～115m3/h，二冷比水量为1.6～1.8L/kg的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将C步骤的钢水浇铸成断面150mm×150mm的钢坯；
e、钢坯加热：将钢坯送入均热段炉温为1070～1100℃的加热炉中，加热60～70分钟后钢坯出钢，之后推送至全连续式棒材轧机进行轧制；
f、钢坯控轧控冷：将E步骤钢坯在速度为0.5～1.0m/s的轧制条件下粗轧6个道次；之后在速度为3.0～4.0 m/s的轧制条件下中轧4～6个道次；之后进入精轧前预水冷装置进行精轧前控冷，冷却水量为50～60m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为930～960℃；最后在速度为11.0～13.5m/s的轧制条件下精轧4～5个道次；将精轧后钢材通过3～5个短管水冷段装置(每个长度850mm，每个水冷段间隔100mm)进行多段分级控冷，水泵开启数2-3台，水泵压力为1.0～1.4MPa；控冷后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得目标物。
进一步的，步骤d中，铸坯出拉矫机矫直温度控制为1005～1020℃。
进一步的，步骤e中，钢坯出钢温度为1020～1040℃。
进一步的，钢筋上冷床温度控制为810～850℃。
本发明提供的一种富氮铌微合金化400MPa超细晶抗震钢筋工艺力学性能、显微组织、维氏硬度差见表9-表11所示。
表9 本发明生产的400MPa超细晶抗震钢筋工艺力学性能
Figure DEST_PATH_IMAGE009
表10 本发明生产的400MPa超细晶抗震钢筋高温(600℃)力学性能
Figure 627178DEST_PATH_IMAGE010
表11 本发明生产的400MPa超细晶抗震钢筋金相组织及维氏硬度
Figure DEST_PATH_IMAGE011
实施例4
一种富氮铌微合金化400MPa超细晶抗震钢筋的制备方法，具体包括以下步骤：
a、钢水冶炼：按110kg/t钢冷料装入配比，在LD转炉加入下列质量比的废钢(化学成分:C 0.12wt%，Si 0.35wt%，Mn 0.45wt% ，P 0.035wt%，S 0.028wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)；之后按970kg/t钢的铁水装入配比，在LD转炉加入下列温度及质量比的铁水：铁水温度1290℃，铁水成分C 4.0wt%、Si 0.15wt%、Mn 0.30wt% 、P 0.080wt%、S 0.020wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；废钢、生铁及铁水兑入LD转炉后，进行常规顶底复合吹炼，加入常规石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为22kg/t钢，轻烧白云石加入量为18kg/t钢，菱镁球加入量为1.0kg/t钢，控制终点碳含量0.07wt%，出钢温度1635℃；出钢前向钢包底部按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的渣洗料进行渣洗：Al2O3 23.5wt%，SiO24.6wt%，CaO48.5wt%，Al 7.8wt%，MgO5.4wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，出钢过程采用全程底吹氮工艺，氮气流量控制为20NL/min。
b、脱氧合金化：将a步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铝钙脱氧剂→硅铁→硅锰合金→高碳锰铁→高碳铬铁→硅氮合金→高硅铌铁，依次向钢包中加入下列物质：按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铝钙脱氧剂：Si 32.5wt%，Ca 16.8wt%，Al 10.6wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按4.1kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si 73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按9.7kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.2wt%，Si 17.3wt%，C 1.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按9.1kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.3wt%，C 7.1wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按1.9kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr 54.6wt%，C 8.3wt%，P 0.065wt%，S 0.042wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.10kg/t钢的量，加入下列质量比的硅氮合金：Si 48.5wt%，N 35.2wt%，C 0.75wt%，P 0.020wt%，S 0.018wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.17kg/t钢的量，加入下列质量比的铌铁：Nb 65.2wt%，Si 5.7wt%，C0.85wt%，P 0.195wt%，S 0.085wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至氩站进行精炼处理。
c、钢水氩站精炼：将钢水吊至氩站工位接好氮气带，开启氮气采用流量为15NL/min的氩气对钢水进行吹氩处理，吹氩时间为4分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位。
d、钢水浇铸：在中间包温度为1540℃，拉速为2.7m/min，结晶器冷却水流量为115m3/h，二冷比水量为1.8L/kg的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将c步骤的钢水浇铸成断面150mm×150mm的钢坯；铸坯出拉矫机矫直温度控制为1005℃。
e、钢坯加热：将d步骤钢坯送入均热段炉温为1100℃的加热炉中，加热60分钟，钢坯出钢温度为1040℃，之后推送至全连续式棒材轧机进行轧制。
f、钢坯控轧控冷：将e步骤钢坯在速度为1.0m/s的轧制条件下粗轧6个道次；之后在速度为4.0 m/s的轧制条件下中轧6个道次；之后进入精轧前预水冷装置进行精轧前控冷，冷却水量为50m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为960℃；最后在速度为13.5m/s的轧制条件下精轧5个道次；将精轧后钢材通过3个短管水冷段装置(每个长度850mm，每个水冷段间隔100mm)进行多段分级控冷，水泵开启数2台，水泵压力为1.0MPa；控冷后钢筋上冷床温度控制为810℃，之后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得具有下列重量百分比化学成分的公称直径12mm400MPa超细晶抗震钢筋： C 0.21wt%、Si 0.40wt%、Mn 1.30wt%、Cr0.14wt%、Nb 0.010wt%、S 0.022wt%、P0.025wt%、O 0.0060wt%、N 0.0085wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
实施例4提供的富氮铌微合金化400MPa超细晶抗震钢筋工艺力学性能、显微组织、维氏硬度差见表12-表14所示。
表12 实施例4生产的400MPa超细晶抗震钢筋工艺力学性能
Figure 639566DEST_PATH_IMAGE012
表13 实施例4生产的400MPa超细晶抗震钢筋高温(600℃)力学性能
Figure DEST_PATH_IMAGE013
表14 实施例4生产的400MPa超细晶抗震钢筋金相组织及维氏硬度
Figure 546342DEST_PATH_IMAGE014
实施例5
一种富氮铌微合金化400MPa超细晶抗震钢筋的制备方法，具体包括以下步骤：
a、钢水冶炼：按130kg/t钢冷料装入配比，在LD转炉加入下列质量比的废钢(化学成分:C 0.18wt%，Si 0.48wt%，Mn 0.58wt% ，P 0.040wt%，S 0.033wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)；之后按955kg/t钢的铁水装入配比，在LD转炉加入下列温度及质量比的铁水：铁水温度1305℃，铁水成分C 4.2wt%、Si 0.25wt%、Mn 0.40wt% 、P 0.110wt%、S 0.030wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；废钢、生铁及铁水兑入LD转炉后，进行常规顶底复合吹炼，加入常规石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为24kg/t钢，轻烧白云石加入量为20kg/t钢，菱镁球加入量为2.0kg/t钢，控制终点碳含量0.09wt%，出钢温度1645℃；出钢前向钢包底部按1.5kg/t钢的量，加入下列质量比的渣洗料进行渣洗：Al2O3 23.5wt%，SiO24.6wt%，CaO48.5wt%，Al 7.8wt%，MgO5.4wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，出钢过程采用全程底吹氮工艺，氮气流量控制为25NL/min。
b、脱氧合金化：将a步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铝钙脱氧剂→硅铁→硅锰合金→高碳锰铁→高碳铬铁→硅氮合金→高硅铌铁，依次向钢包中加入下列物质：按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铝钙脱氧剂：Si 32.5wt%，Ca 16.8wt%，Al 10.6wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按4.8kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si 73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按10.9kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.2wt%，Si 17.3wt%，C 1.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按9.1kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.3wt%，C 7.1wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按2.4kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr 54.6wt%，C8.3wt%，P 0.065wt%，S 0.042wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.10kg/t钢的量，加入下列质量比的硅氮合金：Si 48.5wt%，N 35.2wt%，C 0.75wt%，P 0.020wt%，S 0.018wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.20kg/t钢的量，加入下列质量比的铌铁：Nb 65.2wt%，Si5.7wt%，C 0.85wt%，P 0.195wt%，S 0.085wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至氩站进行精炼处理。
c、钢水氩站精炼：将钢水吊至氩站工位接好氮气带，开启氮气采用流量为20NL/min的氩气对钢水进行吹氩处理，吹氩时间为4分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位。
d、钢水浇铸：在中间包温度为1535℃，拉速为2.8m/min，结晶器冷却水流量为110m3/h，二冷比水量为1.7L/kg的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将C步骤的钢水浇铸成断面150mm×150mm的钢坯；铸坯出拉矫机矫直温度控制为1010℃。
e、钢坯加热：将d步骤钢坯送入均热段炉温为1080℃的加热炉中，加热60分钟，钢坯出钢温度为1030℃，之后推送至全连续式棒材轧机进行轧制。
f、钢坯控轧控冷：将e步骤钢坯在速度为1.0m/s的轧制条件下粗轧6个道次；之后在速度为4.0 m/s的轧制条件下中轧5个道次；之后进入精轧前预水冷装置进行精轧前控冷，冷却水量为55m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为950℃；最后在速度为12.0m/s的轧制条件下精轧5个道次；将精轧后钢材通过4个短管水冷段装置(每个长度850mm，每个水冷段间隔100mm)进行多段分级控冷，水泵开启数2台，水泵压力为1.2MPa；控冷后钢筋上冷床温度控制为830℃，之后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得具有下列重量百分比化学成分的公称直径16mm400MPa超细晶抗震钢筋： C 0.22wt%、Si 0.48wt%、Mn 1.38wt%、Cr0.17wt%、Nb 0.012wt%、S 0.035wt%、P0.037wt%、O 0.0052wt%、N 0.0100wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
实施例4提供的富氮铌微合金化400MPa超细晶抗震钢筋工艺力学性能、显微组织、维氏硬度差见表15-表17所示。
表15 实施例5生产的400MPa超细晶抗震钢筋工艺力学性能
Figure DEST_PATH_IMAGE015
表16 实施例5生产的400MPa超细晶抗震钢筋高温(600℃)力学性能
Figure 294855DEST_PATH_IMAGE016
表17 实施例5生产的400MPa超细晶抗震钢筋金相组织及维氏硬度
Figure DEST_PATH_IMAGE017
实施例6
一种富氮铌微合金化400MPa超细晶抗震钢筋的制备方法，具体包括以下步骤：
a、钢水冶炼：按140kg/t钢冷料装入配比，在LD转炉加入下列质量比的废钢(化学成分:C 0.20wt%，Si 0.60wt%，Mn 0.70wt% ，P 0.046wt%，S 0.039wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)；之后按940kg/t钢的铁水装入配比，在LD转炉加入下列温度及质量比的铁水：铁水温度1310℃，铁水成分C 4.5wt%、Si 0.35wt%、Mn 0.50wt% 、P 0.120wt%、S 0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；废钢、生铁及铁水兑入LD转炉后，进行常规顶底复合吹炼，加入常规石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为26kg/t钢，轻烧白云石加入量为22kg/t钢，菱镁球加入量为2.0kg/t钢，控制终点碳含量0.09wt%，出钢温度1650℃；出钢前向钢包底部按1.5kg/t钢的量，加入下列质量比的渣洗料进行渣洗：Al2O3 23.5wt%，SiO24.6wt%，CaO48.5wt%，Al 7.8wt%，MgO5.4wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，出钢过程采用全程底吹氮工艺，氮气流量控制为25NL/min。
b、脱氧合金化：将a步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铝钙脱氧剂→硅铁→硅锰合金→高碳锰铁→高碳铬铁→硅氮合金→高硅铌铁，依次向钢包中加入下列物质：按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铝钙脱氧剂：Si 32.5wt%，Ca 16.8wt%，Al 10.6wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按5.6kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si 73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按12.2kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.2wt%，Si 17.3wt%，C 1.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按9.1kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.3wt%，C 7.1wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按2.9kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr 54.6wt%，C8.3wt%，P 0.065wt%，S 0.042wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.10kg/t钢的量，加入下列质量比的硅氮合金：Si 48.5wt%，N 35.2wt%，C 0.75wt%，P 0.020wt%，S 0.018wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.23kg/t钢的量，加入下列质量比的铌铁：Nb 65.2wt%，Si5.7wt%，C 0.85wt%，P 0.195wt%，S 0.085wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至氩站进行精炼处理。
c、钢水氩站精炼：将钢水吊至氩站工位接好氮气带，开启氮气采用流量为20NL/min的氩气对钢水进行吹氩处理，吹氩时间为4分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位。
d、钢水浇铸：在中间包温度为1528℃，拉速为2.9m/min，结晶器冷却水流量为105m3/h，二冷比水量为1.6L/kg的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将c步骤的钢水浇铸成断面150mm×150mm的钢坯；铸坯出拉矫机矫直温度控制为1020℃。
e、钢坯加热：将d步骤钢坯送入均热段炉温为1070℃的加热炉中，加热70分钟，钢坯出钢温度为1020℃，之后推送至全连续式棒材轧机进行轧制。
f、钢坯控轧控冷：将e步骤钢坯在速度为0.5m/s的轧制条件下粗轧6个道次；之后在速度为3.0 m/s的轧制条件下中轧4个道次；之后进入精轧前预水冷装置进行精轧前控冷，冷却水量为60m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为930℃；最后在速度为11.0m/s的轧制条件下精轧4个道次；将精轧后钢材通过5个短管水冷段装置(每个长度850mm，每个水冷段间隔100mm)进行多段分级控冷，水泵开启数3台，水泵压力为1.4MPa；控冷后钢筋上冷床温度控制为850℃，之后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得具有下列重量百分比化学成分的公称直径20mm400MPa超细晶抗震钢筋：C 0.25 wt%、Si 0.54wt%、Mn 1.46wt%、Cr0.20wt%、Nb 0.014wt%、S 0.042wt%、P0.045wt%、O 0.0045wt%、N 0.0115wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
实施例6提供的富氮铌微合金化400MPa超细晶抗震钢筋工艺力学性能、显微组织、维氏硬度差见表18-表20所示。
表18 实施例6生产的400MPa超细晶抗震钢筋工艺力学性能
Figure 846053DEST_PATH_IMAGE018
表19 实施例6生产的400MPa超细晶抗震钢筋高温(600℃)力学性能
Figure DEST_PATH_IMAGE019
表20 实施例6生产的400MPa超细晶抗震钢筋金相组织及维氏硬度
Figure 287399DEST_PATH_IMAGE020
。

Claims (10)

1.一种低铌微合金化HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
A、钢水冶炼：将废钢、生铁和铁水分别按120-135kg/t钢、20kg/t钢、915-940kg/t的配比加入LD转炉中，之后进行常规顶底复合吹炼，加入常规石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为20-25kg/t钢，轻烧白云石加入量为15-20kg/t钢，菱镁球加入量为0.5kg/t钢，控制终点碳含量≥0.08wt%，出钢温度≤1650℃；出钢前向钢包底部按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的渣洗脱硫剂进行渣洗：Al2O3 21.5wt%，SiO25.2wt%，CaO 46.5wt%，Al 9.2wt%，MgO6.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，出钢过程采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为10～15NL/min；所述废钢化学成分C 0.12-0.20wt%，Si 0.35-0.60wt%，Mn 0.45-0.70wt%，P 0.035-0.046wt%，S 0.028-0.039wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述生铁化学成分C 3.3-3.6wt%、Si 0.30-0.50 wt%、Mn 0.32-0.55wt% 、P 0.058-0.075wt%、S 0.018-0.027wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述铁水化学成分C 4.0-4.5wt%、Si 0.15-0.35wt%、Mn 0.30-0.50wt% 、P 0.080-0.120wt%、S≤0.035wt%，所述铁水温度≥1280℃；
B、脱氧合金化：将钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铝钙脱氧剂→碳化硅→硅铁→硅锰合金→高碳锰铁→高硅铌铁，依次向钢包中加入下列物质：按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铝钙脱氧剂：Si 32.5wt%，Ca 16.8wt%，Al10.6wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按1.8kg/t钢的量，加入下列质量比的碳化硅：SiC82.5wt%，C 26.5wt%，P 0.053wt%，S0.035wt%，其余为不可避免的不纯物；按3.4～4.7kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si 73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按9.1kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.2wt%，Si 17.3wt%，C 1.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按10.2～12.2kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.3wt%，C 7.1wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.24～0.32kg/t钢的量，加入下列质量比的铌铁：Nb65.6wt%，Si 6.7wt%，C 0.35wt%，P 0.214wt%，S 0.075wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到3/4时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至氩站进行精炼处理；
C、钢水氩站精炼：将钢水吊至氩站工位接好氩气带，开启氩气采用流量为15～25NL/min的氩气对钢水进行吹氩处理，吹氩时间为4分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位；
D、钢水浇铸：在中间包温度为1523～1535℃，拉速为2.5～2.7m/min，结晶器冷却水流量为110～120m3/h，二冷比水量为1.5～1.7L/kg的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将钢水浇铸成断面150mm×150mm的钢坯；
E、钢坯加热：将钢坯送入均热段炉温为1060～1100℃的加热炉中，加热70～80分钟后出钢，之后推送至全连续式棒材轧机进行轧制；
F、钢坯控轧控冷：将钢坯在速度为0.5～1.0m/s的轧制条件下粗轧6个道次；之后在速度为3.0～4.0 m/s的轧制条件下中轧4～6个道次；最后在速度为9.0～13.5m/s的轧制条件下精轧2～5个道次；将精轧后钢材通过1个长度为4.5米长管水冷段装置和1～3个长度为0.8米的短管水冷段装置进行控冷，长管水冷段水泵开启数1台，水泵压力为1.4～1.7MPa；短管水冷段水泵开启数1～2台，水泵压力为1.0～1.5MPa；控冷后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得目标物。
2.根据权利要求1所述的一种低铌微合金化HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋的制备方法，其特征在于，步骤D中，铸坯出拉矫机矫直温度控制为1020～1030℃。
3.根据权利要求1所述的一种低铌微合金化HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋的制备方法，其特征在于，步骤E中，钢坯的出钢温度为1010～1030℃。
4.根据权利要求1所述的一种低铌微合金化HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋的制备方法，其特征在于，步骤F中，钢筋上冷床温度控制为850～880℃。
5.根据权利要求1所述的一种低铌微合金化HRB400E超细晶高强韧抗震钢筋的制备方法，其特征在于，钢的化学成分按重量计为：C 0.20～0.24 wt%、Si 0.38～0.48wt%、Mn1.30～1.50wt%、Nb 0.014～0.019wt%、S≤0.040wt%、P≤0.045wt%、O≤0.0070wt%、N≤0.0075wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
6.一种富氮铌微合金化400MPa超细晶抗震钢筋的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
a、钢水冶炼：将废钢和铁水分别按110-140kg/t钢、940-970kg/t钢的配比加入LD转炉中，之后进行常规顶底复合吹炼，加入常规石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为22-26kg/t钢，轻烧白云石加入量为18-22kg/t钢，菱镁球加入量为1.0-2.0kg/t钢，控制终点碳含量≥0.07wt%，出钢温度≤1650℃；出钢前向钢包底部按1.0-1.5kg/t钢的量，加入下列质量比的渣洗料进行渣洗：Al2O3 23.5wt%，SiO24.6wt%，CaO 48.5wt%，Al 7.8wt%，MgO5.4wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，出钢过程采用全程底吹氮工艺，氮气流量控制为20～25NL/min；所述废钢化学成分C 0.12-0.20wt%，Si 0.35-0.60wt%，Mn 0.45-0.70wt% ，P 0.035-0.046wt%，S 0.028-0.039wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述铁水化学成分C 4.0-4.5wt%、Si 0.15-0.35wt%、Mn 0.30-0.50wt% 、P 0.080-0.120wt%、S≤0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，所述铁水温度≥1290℃；
b、脱氧合金化：将钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅铝钙脱氧剂→硅铁→硅锰合金→高碳锰铁→高碳铬铁→硅氮合金→高硅铌铁，依次向钢包中加入下列物质：按1.0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铝钙脱氧剂：Si 32.5wt%，Ca16.8wt%，Al 10.6wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按4.1～5.6kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si 73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按9.7～12.2kg/t钢的量，加入下列质量比的硅锰合金：Mn 65.2wt%，Si 17.3wt%，C 1.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按9.1kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.3wt%，C 7.1wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按1.9～2.9kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr 54.6wt%，C 8.3wt%，P0.065wt%，S 0.042wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.10kg/t钢的量，加入下列质量比的硅氮合金：Si 48.5wt%，N 35.2wt%，C 0.75wt%，P 0.020wt%，S 0.018wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.17～0.23kg/t钢的量，加入下列质量比的铌铁：Nb 65.2wt%，Si5.7wt%，C 0.85wt%，P 0.195wt%，S 0.085wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至氩站进行精炼处理；
c、钢水氩站精炼：将钢水吊至氩站工位接好氮气带，开启氮气采用流量为15～20NL/min的氩气对钢水进行吹氩处理，吹氩时间为4分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位；
d、钢水浇铸：在中间包温度为1528～1540℃，拉速为2.7～2.9m/min，结晶器冷却水流量为105～115m3/h，二冷比水量为1.6～1.8L/kg的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流小方坯铸机将C步骤的钢水浇铸成断面150mm×150mm的钢坯；
e、钢坯加热：将钢坯送入均热段炉温为1070～1100℃的加热炉中，加热60～70分钟后钢坯出钢，之后推送至全连续式棒材轧机进行轧制；
f、钢坯控轧控冷：将e步骤钢坯在速度为0.5～1.0m/s的轧制条件下粗轧6个道次；之后在速度为3.0～4.0 m/s的轧制条件下中轧4～6个道次；之后进入精轧前预水冷装置进行精轧前控冷，冷却水量为50～60m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为930～960℃；最后在速度为11.0～13.5m/s的轧制条件下精轧4～5个道次；将精轧后钢材通过3～5个短管水冷段装置(每个长度850mm，每个水冷段间隔100mm)进行多段分级控冷，水泵开启数2-3台，水泵压力为1.0～1.4MPa；控冷后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得目标物。
7.根据权利要求6所述的一种富氮铌微合金化400MPa超细晶抗震钢筋的制备方法，其特征在于，步骤d中，铸坯出拉矫机矫直温度控制为1005～1020℃。
8.根据权利要求6所述的一种富氮铌微合金化400MPa超细晶抗震钢筋的制备方法，其特征在于，步骤e中，钢坯出钢温度为1020～1040℃。
9.根据权利要求6所述的一种富氮铌微合金化400MPa超细晶抗震钢筋的制备方法，其特征在于，f步骤中，钢筋上冷床温度控制为810～850℃。
10.根据权利要求6所述的一种富氮铌微合金化400MPa超细晶抗震钢筋的制备方法，其特征在于，钢的化学成分按重量计为：C 0.21～0.25 wt%、Si 0.40～0.54wt%、Mn 1.30～1.46wt%、Cr 0.14～0.20wt%、Nb 0.010～0.014wt%、S≤0.042wt%、P≤0.045wt%、O≤0.0060wt%、N 0.0085～0.0115wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。
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