CN111270126A - 一种铌钛氮和钛氮复合微合金化hrb400e钢筋及其生产方法 - Google Patents

一种铌钛氮和钛氮复合微合金化hrb400e钢筋及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种铌钛氮和钛氮复合微合金化HRB400E钢筋及其生产方法属于钢铁冶炼技术领域，铌钛氮微合金化HRB400E钢筋的化学成分按质量百分比包括：C：0.21～0.25％、Si：0.50～0.65％、Mn：1.40～1.55％、P≤0.045％、S≤0.045％、Ti：0.015～0.025％、Nb：0.010～0.020％，N：0.0070‑0.0110％，其余为Fe和其他杂质；并通过在出钢1/4时加入硅铁、硅锰和增碳剂，出钢3/4时把全部合金加完；钛氮合金在吹氩站加入，吹氩时间≥6分钟；连铸采用高拉速保护渣，钢坯加热，轧制，上冷床，最后得到成品。本发明通过在吹氩站裸露钢水处加入含钛氮合金，提高钛收得率；通过降低铌、钛含量对高拉速连铸钢坯质量的影响，使钢中钛的夹杂物降低，钢水可浇性符合要求，并通过采用高拉速连铸保护渣，提高铸坯质量。

Description

一种铌钛氮和钛氮复合微合金化HRB400E钢筋及其生产方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼技术领域，具体是指一种微合金化HRB400E钢筋及其生产方法。
背景技术
铌、钒、钛都是重要的微合金化元素，在HRB400E螺纹钢生产过程中，绝大多数钢厂使用的是钒、铌元素，极少钢厂使用钛元素，主要是由于钛元素性质活泼，极易与钢水中的氧、硫、氮等元素反应。
然而，钒合金比钛合金的价格贵很多。自2018年7月以来，钒氮合金的价格不断上升，10月份合金市场价中，钒氮为79.8万元/吨，钛氮为5万元/吨，铌钛氮合金为15万元/吨。若能提高钛收得率，解决钛微合金化的问题，从而把钒合金替换成钛元素，这将节约大量的生产成本。
钛是化学上极为活泼的金属元素之一，它和氮、氧、碳都有极强的亲和力，与硫的亲和力比铁强。因此，钛极易与钢水中的氧、硫、氮等元素反应，降低钛元素收得率。若在转炉出钢过程中加入铌钛氮复合合金，钢水由于未完全脱氧，氧化性强，大量的钛都会被氧化，收得率极低。加入时必须对钢水进行深度脱氧后，才能稳定钛成份。
在保证钢材质量均符合国家的标准要求，屈服强度稳定，且不会对生产时效有较大影响的情况下，如果可以采用价格便宜的钛氮合金和铌钛氮合金两种合金同时使用，完全替代替代钒氮合金生产高强度热轧带肋抗震钢筋，这将对缓解国家钒资源紧缺和控制企业生产成本具有极其重要的意义。
发明内容
针对背景技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种铌钛氮和钛氮复合微合金化HRB400E钢筋生产方法，该生产方法能够在保证钢材质量达标的情况下，有效提高钛元素的收得率，并且不会对生产时效产生影响，达到降低企业生产成本的效果。
本发明的目的之二是提供一种铌钛氮和钛氮复合微合金化HRB400E钢筋，该钢材的成分设计科学合理，能在保证钢材质量标准的情况下，有助于提高钛元素的收得率，并有助于解决连铸钢水黏度大和连铸坯裂纹的难题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种铌钛氮和钛氮复合微合金化HRB400E钢筋生产方法，包括转炉冶炼、吹氩、连铸、加热、轧制和冷床冷却工序，具体控制条件包括：
(1)采用硅铝钡、硅钙钡复合脱氧剂对钢液进行脱氧，并在出钢时加入钢包；
(2)在出钢1/4时加入硅铁、硅锰和增碳剂，出钢3/4时把全部合金加完；
(3)出钢完毕后，提高吹氩压力，使得液面的钢水裸露，在吹氩站将铌钛氮合金和钛氮合金投入到被氩气吹开的裸露钢水处，并确保吹氩时间≥6分钟，均匀钢水成份；
(4)在吹氩站喂入硅钙线进行钙化处理后，软吹氩时间≥3分钟，均匀钢水成份；
(5)连铸中包保护渣为碱性保护渣，连铸钢包和中间包采用长水口保护浇铸，连铸采用高拉速保护渣，并开启结晶器电磁搅拌；
(6)钢坯送加热炉加热，轧制，上冷床，最后得到成品。
进一步所采取的措施是：转炉时采用高拉碳提高终点碳，出钢碳终点控制在0.04～0.15％。
进一步所采取的措施是：经过转炉脱氧合金化，钢水进吹氩站的氧含量降至50ppm以下后，加入铌钛氮合金和钛氮合金。
进一步所采取的措施是：转炉脱氧时，所述硅铝钡的加入量为0.16～0.50kg/t，硅钙钡的加入量为0～0.50kg/t。
进一步所采取的措施是：所述铌钛氮合金的加入量为0.8kg/t，钛氮合金的加入量为1.0kg/t。
进一步所采取的措施是：出钢下渣时，下渣量控制在50mm以下。
进一步所采取的措施是：所述吹氩站喂入硅钙线的长度为100m。
进一步所采取的措施是：结晶器开启电磁搅拌中，电流为320～350A，频率为5Hz；结晶器配水设为165m3/h，二冷段水量设为40m3/h。
进一步所采取的措施是：中包钢水温度为1515～1535℃；铸坯拉速为3.8～4.1m/min；钢坯加热时的均热段温度为1050～1120℃；开轧温度为1020～1050℃；冷床温度为920～1000℃。
本发明还提供了一种铌钛氮和钛氮复合微合金化HRB400E钢筋，其特征在于：直径在12mm～22mm规格的钢筋中，其化学成分按质量百分比包括：
C：0.21～0.25％、Si：0.50～0.65％、Mn：1.40～1.55％、P≤0.045％、S≤0.045％、Ti：0.015～0.025％、Nb：0.010～0.020％，N：0.0070-0.0110％，其余为Fe和其他杂质。
通过上述技术方案，本发明与现有技术相比，所具有的有益效果如下：
(1)本发明通过提高终点碳，把转炉终点控制在0.04-0.15％，采用硅钙钡和硅铝钡进行脱氧，使得HRB400E钢水进吹氩站氧含量低至50PPm，有利于提高钛合金收得率；并通过控制转炉出钢下渣，把下渣量控制在50mm以下，降低氧化性炉渣与钛反应，进一步提高钛合金收得率，钛收得率达50～74％，可以满足钛微合化要求。
(2)本发明采用低钛、低铌成份设计，Ti：0.015～0.025％、Nb：0.010～0.020％，铌钛氮和钛氮复合合金微合金化，从而进一步降低铌、钛含量对高拉速连铸钢坯质量的影响，满足连铸工艺要求，同时铌钛含量低，使钢中钛的夹杂物降低，钢水可浇性和夹杂物均符合要求。
(3)本发明通过调整炼钢合金的加入方式，在吹氩站加入铌钛氮合金和钛氮合金，从而提高钛合金收得率，同时加入钢水裸露处，更有利于提高钛的收得率；而在吹氩站喂入100m硅钙线进行钙化处理后保持软吹氩时间大于3分钟，从而保证钢水成份的混合均匀；且连铸钢包和中间包采用长水口以保护浇铸和防止钛氧化，达到同时保证钛收得率和钢水质量的效果。
(4)本发明的通过采用高拉速连铸保护渣，长水口保护浇铸，提高铸坯质量，优化连铸冷却控制、采用弱冷降低水量，同时开启连铸结晶器电磁搅拌以提高钢坯质量，避免铌和钛影响钢坯的热塑性，解决了在高拉速情况下，加入铌钛合金容易造成的连铸拉漏和铸坯脱方等问题。
具体实施方式
为了更清楚的了解本发明所采用的技术方案，下面对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1-36：一种铌钛氮和钛氮复合微合金化HRB400E钢筋，直径在12mm～22mm规格的钢筋中，按质量百分比计算，所包括化学成分及其百分比如下表1所示，余下为Fe和其他杂质。
表1：各实施例中钢材部分化学成分占比表
Figure BDA0002406626420000051
Figure BDA0002406626420000061
其中，在上表1中实施例1至9的铌钛氮微合金化HRB400E钢筋按照以下生产方法进行制作得到，包括转炉冶炼、吹氩、连铸、加热、轧制和冷床冷却工序，具体控制条件包括：
(1)转炉时，采用高拉碳提高终点碳，出钢碳终点控制在0.04-0.05％；采用硅铝钡、硅钙钡复合脱氧剂对钢液进行脱氧，其中硅铝钡的加入量为0.30～0.50kg/t，硅钙钡的加入量为0.30～0.50kg/t，并在出钢时加入钢包；
(2)在出钢1/4时加入硅铁、硅锰和增碳剂，出钢3/4时把全部合金加完，出钢下渣时的下渣量控制在50mm以下；
(3)转炉出钢完毕，钢水进吹氩站的氧含量降至50ppm以下后，提高吹氩压力，使得液面的钢水裸露，在吹氩站将铌钛氮合金按照0.8kg/t的加入量，钛氮合金按照1.0kg/t的加入量，投入到被氩气吹开的裸露钢水处，吹氩时间6分钟；
(4)在吹氩站喂入100m硅钙线进行钙化处理后，软吹氩时间为3分钟，均匀钢水成份；
(5)连铸中包保护渣为碱性保护渣，连铸钢包和中间包采用长水口保护浇铸，中包钢水温度为1515～1525℃；连铸采用高拉速保护渣，铸坯拉速为4.0m/min，并开启结晶器电磁搅拌，电流为320～350A，频率为5Hz，结晶器配水设为165m3/h，二冷段水量设为40m3/h；
(6)钢坯送加热炉加热，均热段温度为1050～1060℃；开轧温度为1020℃进行轧制；上冷床，冷床温度为920～960℃，最后得到成品。
在上表1中实施例10至18的铌钛氮微合金化HRB400E钢筋按照以下生产方法进行制作得到，包括转炉冶炼、吹氩、连铸、加热、轧制和冷床冷却工序，具体控制条件包括：
(1)转炉时，采用高拉碳提高终点碳，出钢碳终点控制在0.06～0.07％；采用硅铝钡、硅钙钡复合脱氧剂对钢液进行脱氧，其中硅铝钡的加入量为0.35～0.40kg/t，硅钙钡的加入量为0.30～0.40kg/t，并在出钢时加入钢包；
(2)在出钢1/4时加入硅铁、硅锰和增碳剂，出钢3/4时把全部合金加完，出钢下渣时的下渣量控制在50mm以下；
(3)转炉出钢完毕，钢水进吹氩站的氧含量降至50ppm以下后，提高吹氩压力，使得液面的钢水裸露，在吹氩站将铌钛氮合金按照0.8kg/t的加入量，钛氮合金按照1.0kg/t的加入量，投入到被氩气吹开的裸露钢水处，吹氩时间7分钟；
(4)在吹氩站喂入100m硅钙线进行钙化处理后，软吹氩时间3分钟，均匀钢水成份；
(5)连铸中包保护渣为碱性保护渣，连铸钢包和中间包采用长水口保护浇铸，中包钢水温度为1526～1535℃；连铸采用高拉速保护渣，铸坯拉速为3.8m/min，并开启结晶器电磁搅拌，电流为320～350A，频率为5Hz，结晶器配水设为165m3/h，二冷段水量设为40m3/h；
(6)钢坯送加热炉加热，均热段温度为1080～1090℃；开轧温度为1030℃进行轧制；上冷床，冷床温度为960℃～1000℃，最后得到成品。
其中，在上表1中实施例19至27的铌钛氮微合金化HRB400E钢筋按照以下生产方法进行制作得到，包括转炉冶炼、吹氩、连铸、加热、轧制和冷床冷却工序，具体控制条件包括：
(1)转炉时，采用高拉碳提高终点碳，出钢碳终点控制在0.08～0.12％；采用硅铝钡、硅钙钡复合脱氧剂对钢液进行脱氧，其中硅铝钡的加入量为0.16～0.30kg/t，硅钙钡的加入量为0.10～0.30kg/t，并在出钢时加入钢包；
(2)在出钢1/4时加入硅铁、硅锰和增碳剂，出钢3/4时把全部合金加完，出钢下渣时的下渣量控制在50mm以下；
(3)转炉出钢完毕，钢水进吹氩站的氧含量降至50ppm以下后，提高吹氩压力，使得液面的钢水裸露，在吹氩站将铌钛氮合金按照0.8kg/t的加入量，钛氮合金按照1.0kg/t的加入量，投入到被氩气吹开的裸露钢水处，吹氩时间9分钟；
(4)在吹氩站喂入100m硅钙线进行钙化处理后，软吹氩时间为3分钟，均匀钢水成份；
(5)连铸中包保护渣为碱性保护渣，连铸钢包和中间包采用长水口保护浇铸，中包钢水温度为1515～1525℃；连铸采用高拉速保护渣，铸坯拉速为4.1m/min，并开启结晶器电磁搅拌，电流为320～350A，频率为5Hz，结晶器配水设为165m3/h，二冷段水量设为40m3/h；
(6)钢坯送加热炉加热，均热段温度为1110～1120；开轧温度为1050℃进行轧制；上冷床，冷床温度为920～960℃，最后得到成品。
其中，在上表1中实施例28至36的铌钛氮微合金化HRB400E钢筋按照以下生产方法进行制作得到，包括转炉冶炼、吹氩、连铸、加热、轧制和冷床冷却工序，具体控制条件包括：
(1)转炉时，采用高拉碳提高终点碳，出钢碳终点控制在0.13～0.15％；采用硅铝钡、硅钙钡复合脱氧剂对钢液进行脱氧，其中硅铝钡的加入量为0.16～0.20kg/t，硅钙钡的加入量为0～0.16kg/t，并在出钢时加入钢包；
(2)在出钢1/4时加入硅铁、硅锰和增碳剂，出钢3/4时把全部合金加完，出钢下渣时的下渣量控制在50mm以下；
(3)转炉出钢完毕，钢水进吹氩站的氧含量降至50ppm以下后，提高吹氩压力，使得液面的钢水裸露，在吹氩站将铌钛氮合金按照0.8kg/t的加入量，钛氮合金按照1.0kg/t的加入量，投入到被氩气吹开的裸露钢水处，吹氩时间8分钟；
(4)在吹氩站喂入100m硅钙线进行钙化处理后，软吹氩时间为3分钟，均匀钢水成份；
(5)连铸中包保护渣为碱性保护渣，连铸钢包和中间包采用长水口保护浇铸，中包钢水温度为1526～1535℃；连铸采用高拉速保护渣，铸坯拉速为3.9m/min，并开启结晶器电磁搅拌，电流为320～350A，频率为5Hz，结晶器配水设为165m3/h，二冷段水量设为40m3/h；
(6)钢坯送加热炉加热，均热段温度为1090～1100℃；开轧温度为1020～1050℃进行轧制；上冷床，冷床温度为960℃～1000℃，最后得到成品。
对各实施例的出钢量和Ti收得率进行测量，所得结果如下表2所示；从实施例所得成品规格为12mm～22mm的钢筋中，对每一规格的钢筋随机抽取2份样品，分别命名为样品1和样品2，并分别进行力学性能试验，实验结果如下表3所示。
表2：各实施例的出钢量及收得率的实测结果
Figure BDA0002406626420000101
Figure BDA0002406626420000111
表3：规格为12mm～22mm钢筋的力学试验实测结果
Figure BDA0002406626420000112
Figure BDA0002406626420000121
本发明采用铌钛氮合金和钛氮合金进行微合金化，充分利用了铌钛的细晶强化和沉淀析出强化从而提高强度。在成份设计上，采用低铌、低钛成份控制，在连铸高拉速条件下，确保铸坯质量，同时，铌钛氮复合合金中含有少量稀土，进一步提高了微合金化能力。
另外，铌钛氮合金和钛氮合金在吹氩站加入到被氩气吹开的钢包裸露钢水处，提高了钛的收得率，使钛的收得率达到50-74％。使用铌钛氮合金和钛氮合金，在连铸拉速高达3.8-4.1min情况下，消除铸坯裂纹和脱方，成功批量生产HRB400E钢筋，并通过了一系列的力学性试验。从上表2和3的结果显示可以明显看出，钢材的力学性能完全符合国标要求，达到了不影响钢材质量的情况下降低生产成本的目的，并有助于解决国家目前钒资源紧缺的情况，早日实现供求平衡，是一项值得推广应用的新生产方法。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种铌钛氮和钛氮复合微合金化HRB400E钢筋生产方法，包括转炉冶炼、吹氩、连铸、加热、轧制和冷床冷却工序，其特征在于，具体控制条件包括：
(1)采用硅铝钡、硅钙钡复合脱氧剂对钢液进行脱氧，并在出钢时加入钢包；
(2)在出钢1/4时加入硅铁、硅锰和增碳剂，出钢3/4时把全部合金加完；
(3)出钢完毕后，提高吹氩压力，使得液面的钢水裸露，在吹氩站将铌钛氮合金和钛氮合金投入到被氩气吹开的裸露钢水处，并确保吹氩时间≥6分钟，均匀钢水成份；
(4)在吹氩站喂入硅钙线进行钙化处理后，软吹氩时间≥3分钟，去除夹杂物；
(5)连铸中包保护渣为碱性保护渣，连铸钢包和中间包采用长水口保护浇铸，连铸采用高拉速保护渣，并开启结晶器电磁搅拌；
(6)钢坯送加热炉加热，轧制，上冷床，最后得到成品。
2.根据权利要求1所述的一种铌钛氮和钛氮复合微合金化HRB400E钢筋生产方法，其特征在于：转炉时采用高拉碳提高终点碳，出钢碳终点控制在0.04～0.15％。
3.根据权利要求2所述的一种铌钛氮和钛氮复合微合金化HRB400E钢筋生产方法，其特征在于：经过转炉脱氧合金化，钢水进吹氩站的氧含量降至50ppm以下后，加入铌钛氮合金和钛氮合金。
4.根据权利要求3所述的一种铌钛氮和钛氮复合微合金化HRB400E钢筋生产方法，其特征在于：转炉脱氧时，所述硅铝钡的加入量为0.16～0.5kg/t，硅钙钡的加入量为0～0.5kg/t。
5.根据权利要求3所述的一种铌钛氮和钛氮复合微合金化HRB400E钢筋生产方法，其特征在于：所述铌钛氮合金的加入量为0.8kg/t，钛氮合金的加入量为1.0kg/t。
6.根据权利要求1所述的一种铌钛氮和钛氮复合微合金化HRB400E钢筋生产方法，其特征在于：出钢下渣时，下渣量控制在50mm以下。
7.根据权利要求1所述的一种铌钛氮和钛氮复合微合金化HRB400E钢筋生产方法，其特征在于：所述吹氩站喂入硅钙线的长度为100m。
8.根据权利要求1所述的一种铌钛氮和钛氮复合微合金化HRB400E钢筋生产方法，其特征在于：结晶器开启电磁搅拌中，电流为320～350A，频率为5Hz；结晶器配水设为165m3/h，二冷段水量设为40m3/h。
9.根据权利要求1所述的一种铌钛氮和钛氮复合微合金化HRB400E钢筋生产方法，其特征在于：中包钢水温度为1515～1535℃；铸坯拉速为3.8～4.1m/min；钢坯加热时的均热段温度为1050～1120℃；开轧温度为1020～1050℃；冷床温度为920℃～1000℃。
10.权利要求1至9任一项所述生产方法得到的铌钛氮微合金化HRB400E钢筋，其特征在于：直径在12mm～22mm规格的钢筋中，其化学成分按质量百分比包括：
C：0.21～0.25％、Si：0.50～0.65％、Mn：1.40～1.55％、P≤0.045％、S≤0.045％、Ti：0.015～0.025％、Nb：0.010～0.020％，N：0.0070-0.0110％，其余为Fe和其他杂质。
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