CN111593251A

CN111593251A - 螺纹钢及其制备方法

Info

Publication number: CN111593251A
Application number: CN202010512344.6A
Authority: CN
Inventors: 田俊; 王德永; 屈天鹏; 王慧华; 侯栋; 胡绍岩; 苏丽娟; 叶***
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2020-06-08
Filing date: 2020-06-08
Publication date: 2020-08-28

Abstract

本发明涉及的螺纹钢的制备方法，包括：S1、将入炉料熔炼成钢水；S2、向钢水中加入钛，同时，根据制备螺纹钢筋的成分，调整钢水中化学成分含量；S3、向步骤S2得到的钢水中加入镁；S4、将步骤S3得到的钢水采用保护浇铸连铸成型，得到连铸坯；S5、对连铸坯进行连续轧制，得到轧制后的螺纹钢，在空气中自然冷却，得到螺纹钢。向钢水中加入钛和镁而取代价格昂贵的钒和铌，降低了成本，而镁的加入可以使钢中的夹杂物变得更加细小且分散，从而聚集状的Al₂O₃夹杂物变成细小且分散的MgO·Al₂O₃夹杂且为其它夹杂物的析出提供形核核心，故TiN在凝固过程中以MgO或者MgO·Al₂O₃为核心形核析出，从而减小TiN的尺寸，得到的螺纹钢中晶粒尺寸小、且具有高强度和强韧性。

Description

螺纹钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种螺纹钢及其制备方法。

背景技术

高强度化是钢筋发展的重要方向之一，余热处理和微合金化是目前国内外提高热轧焊接用钢筋强度的主要方式。由于余热处理钢筋不易弯曲变形，以及焊接时会影响其性能，因此该类钢筋的应用受到一定的限制，根据新的标准GB 1499.2-2018，不再认定穿水工艺生产的钢筋为热轧钢筋，该工艺生产的钢筋在建筑工程上已停止使用。微合金化钢筋是在传统低碳锰钢的基础上，通过添加V、Nb、Ti等微合金化元素来改善钢筋的强韧性。V是目前世界各国发展可焊接高强度热轧钢筋的主要合金元素，利用其形成的碳氮化物起细晶强化和沉淀强化的作用，从而达到提高钢筋强度和韧性的目的，且不会降低其焊接性能。Nb微合金化已广泛应用于高强度板带钢的生产，采用低温变形的控轧控冷工艺，发挥 Nb的晶粒细化和沉淀强化作用，提高钢板的强韧性。然而，钢筋的轧制，采用的是固定孔型轧制，通过改变各道次变形量来适应控制轧制变形量的要求极其困难，且轧制速度快，轧制过程中一般是升温轧制，终轧机架出口温度可高达 1100℃以上。此外，在均热炉温度下，相比于V和Ti，Nb的碳化物在钢中的溶解度很低，因此，热轧钢筋生产很难达到含铌钢所要求的低温大变形的工艺条件，不能有效发挥Nb的作用。Nb微合金化钢筋还存在生产工艺不稳定、钢坯加热温度过高、连铸坯裂纹及易形成贝氏体等问题。Ti具有很好的晶粒细化和沉淀强化效果，而且从轧制工艺来看，Nb适合采用低温未再结晶控制轧制工艺，V适合采用高温动态再结晶轧制工艺，而Ti即可以采用再结晶轧制工艺，也可采用未再结晶轧制工艺，甚至同时采用两种工艺，因此，Ti微合金化符合钢筋的现行轧制工艺特点。我国是钛资源储量最大的国家，相比于V和Nb，Ti具有明显的价格优势。但是，Ti微合金化高强度钢筋生产的难题主要是钢中TiN尺寸难以控制，大颗粒的TiN不仅不能起到细化晶粒的作用，反而还会影响钢的质量。因此，必须控制 TiN的尺寸，使其细化，这既可以降低其对材料力学性能的不利影响，同时又能发挥其阻止晶粒长大的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单、成本低、无需昂贵金属的螺纹钢制备方法，得到的螺纹钢中晶粒尺寸小、且具有高强度和强韧性。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种螺纹钢的制备方法，包括：

S1、将入炉料熔炼成钢水；

S2、向所述钢水中加入钛，同时，根据制备螺纹钢筋的成分，调整钢水中化学成分含量；

S3、向步骤S2得到的钢水中加入镁；

S4、将步骤S3得到的钢水采用保护浇铸连铸成型，得到连铸坯；

S5、对所述连铸坯进行连续轧制，得到轧制后的螺纹钢，在空气中自然冷却，得到螺纹钢。

进一步地，在步骤S2中，调整所述钢水中化学成分含量到：C：0.20～0.25％， Si：0.40～0.6％，Mn：1.30～1.50％，Al：0.025～0.04％，Ti：0.010～0.025％，N：≤0.01％，P：≤0.035％，S：≤0.025％。

进一步地，所述钢水中镁含量为0.001～0.002％。

进一步地，在步骤S1中，当满足条件：温度≥1640℃，C≥0.08％，P≤0.025％， S≤0.025％，N≤0.0050％，出钢，得到钢水。

进一步地，在步骤S1中，使用电炉或转炉对所述入炉料熔炼，所述入炉料为铁水和/或废钢料。

进一步地，所述废钢料占所述入炉料的比例≤25％。

进一步地，在步骤S1中，其中，出钢过程中，向钢水中加入铝和硅，后加入锰。

进一步地，在步骤S2中，向所述钢水中加入钛的方法为：所述刚水在吹氩站软吹过程中加入钛或者使用喂线方式加入钛，在步骤S3中，使用喂线方式向步骤S2得到的钢水中加入镁。

进一步地，在步骤S5中，连续轧制的条件为：热轧加热炉均热温度控制在 1100～1250℃。

本发明还提供一种螺纹钢，采用所述的制备方法得到，所述螺纹钢包括的化学成分及各个所述化学成分的质量分数为：C：0.20～0.25％，Si：0.40～0.6％， Mn：1.30～1.50％，Al：0.025～0.04％，Mg：0.001～0.002％，Ti：0.010～0.025％， N：≤0.01％，P：≤0.035％，S：≤0.025％，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明的有益效果在于：本发明所示的螺纹钢制备方法，向钢水中加入钛和镁而取代价格昂贵的钒和铌，降低了成本，而镁的加入可以使钢中的夹杂物变得更加细小且分散，从而聚集状的Al₂O₃夹杂物变成细小且分散的MgO·Al₂O₃夹杂，细小的MgO·Al₂O₃夹杂物可以为其它夹杂物的析出提供形核核心，从而防止夹杂物的聚集长大，减小其尺寸，故TiN在凝固过程中以MgO或者 MgO·Al₂O₃为核心形核析出，从而减小TiN的尺寸，得到的螺纹钢中晶粒尺寸小、且具有高强度和强韧性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明实施例一所示的制备螺纹钢的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明提供了一种螺纹钢，螺纹钢包括的化学成分及各个化学成分的质量分数为：C：0.20～0.25％，Si：0.40～0.6％，Mn：1.30～1.50％，Al：0.025～0.04％，Mg：0.001～0.002％，Ti：0.010～0.025％，N：≤0.01％，P：≤0.035％，S：≤0.025％，其余为Fe和不可避免的杂质。螺纹钢的直径为12～28mm，具体的直径数值在此不做具体限定，可根据实际需要进行制备。得到的螺纹钢的屈服强度Rel≥ 400MPa，抗拉强度Rm≥540MPa，断后伸长率A≥20％，强屈比Rm/Rel≥1.3。

本发明还提供一种制备上述螺纹钢的方法，请参见图1，制备方法包括：

S1、将入炉料熔炼成钢水；

S2、向钢水中加入钛，同时，根据制备螺纹钢筋的成分，调整钢水中化学成分含量；

S3、向步骤S2得到的钢水中加入镁；

S5、对连铸坯进行连续轧制，得到轧制后的螺纹钢，在空气中自然冷却，得到螺纹钢。

其中，在步骤S1中，使用电炉或转炉对入炉料熔炼，入炉料为铁水和/或废钢料，本实施例中，入炉料为铁水和废钢料的混合物，且废钢料占入炉料的比例≤25％。需要说明的是，入炉料需保持清洁干燥，对入炉料的熔炼不仅限于电炉或转炉，还可以其他，在此不做具体限定。

当入炉料在电炉或转炉中熔炼且满足条件：温度≥1640℃，C≥0.08％， P≤0.025％，S≤0.025％，N≤0.0050％，才可以出钢，得到钢水。出钢过程中，向钢水中加入铝和硅对钢液进行脱氧和合金化，后加入锰，加入的铝为Al含量为15％的Al-Fe合金，加入的硅为Si含量为75％的Si-Fe合金，并且控制钢液中全铝含量为0.025～0.04％，加入的锰为Mn-Fe合金，诚然，在其他实施例中，Al-Fe合金中的Al含量可以为其他值，Si-Fe合金中的Si含量可以为其他值，Mn-Fe合金中的Mn的含量在此不做具体限定。

在步骤S2中，将深脱氧后的钢水在吹氩站进行软吹处理，并向钢水中加入钛，向钢水中加入钛的方法为：刚水在吹氩站软吹过程中加入钛或者使用喂线方式加入钛，然后调整钢水中化学成分含量调整到本实施例中成分要求的范围内，即：C：0.20～0.25％，Si：0.40～0.6％，Mn：1.30～1.50％，Al：0.025～0.04％， Ti：0.010～0.025％，N：≤0.01％，P：≤0.035％，S：≤0.025％。

然后，软吹5min后用喂线的方式向上述得到的钢水中加入镁，并将钢液中镁含量控制在0.001～0.002％，然后软吹5min后上连铸平台进行浇铸。

在步骤S5中，连续轧制的条件为：热轧加热炉均热温度控制在1100～1250℃。需要说明的是，轧制过程及结束后均不对螺纹钢进行穿水冷却处理。

关于螺纹钢的制备方法，下面以具体实施例进行详细说明：

实施例一

步骤一、将具有20％废钢料的铁水和废钢料混合物装入到转炉熔炼，钢水中的碳含量控制在0.08～0.12％，终渣碱度R(CaO/SiO₂)≥3.5，炉渣成分含量控制范围为CaO 35～60％、SiO₂ 10～25％、Al₂O₃ 1～7％、CaF₂ 1～7％、FeO≤14％、MgO 4～8％，钢水中成分含量控制范围为P≤0.025％，S≤0.025％，N≤0.0050％，控制温度≥1640℃，然后出钢，通过挡渣球或挡渣锥的方式控制由转炉进入钢包内的炉渣厚度≤50mm。出钢时用Al含量为15％的Al-Fe合金和Si含量为75％的Si-Fe合金对钢液进行脱氧和合金化，然后加入Mn-Fe合金。控制钢液中全铝含量为 0.025～0.04％。

步骤二、钢水在吹氩站进行软吹处理，并向钢水中加入钛，同时，根据制备螺纹钢筋的成分，调整钢水中化学成分含量到如下范围：C：0.20～0.25％， Si：0.40～0.6％，Mn：1.30～1.50％，Al：0.025～0.04％，Ti：0.010～0.025％， N：≤0.01％，P：≤0.035％，S：≤0.025％，其余为Fe和不可避免的杂质。

步骤三、软吹5min后用喂线的方式向钢水中加入镁，并将钢液中镁含量控制在0.001～0.002％，然后软吹5min后上连铸平台进行浇注。

步骤四、钢水采用保护浇铸连铸成型，防止钢液吸气，中间包过热度控制在35～50℃，结晶器液面波动≤±5mm，得到连铸坯。

步骤五、对连铸坯进行连续轧制，热轧加热炉均热温度控制在1100～1250℃，得到轧制后的螺纹钢，在空气中自然冷却，得到螺纹钢，其中，轧制过程及结束后均不进行穿水冷却。

得到的螺纹钢直径为25mm，且成分如表1所示，其中，通过本实施例方法制备了四炉螺纹钢，标号分别为3、4、5、6。在螺纹钢上取样，分析钢中夹杂物形貌，通过分析TiN分别在MgO和MgO·Al₂O₃上形核析出的SEM图，得到添加Mg可以使钢水中TiN在含Mg的氧化物上形核析出，从而达到细化TiN的目的。

在得到的螺纹钢上取样分析钢的晶粒尺寸，可以看到晶粒的尺寸比较均匀且细小。取样检测螺纹钢的力学性能，结果如表2中的标号分别3、4、5、6所示，本实施例得到的含Mg、Ti螺纹钢的力学性能均满足国标要求。

实施例二

本实施例的制备方法与实施例一基本相同，不同点为制备螺纹钢时，没有加入镁，得到的螺纹钢作为对照，其直径为25mm，且成分如表1所示，其中，通过本实施例方法制备了两炉螺纹钢，标号分别为1和2。在得到的螺纹钢上取样分析钢的晶粒尺寸，与实施例一得到的含Mg、Ti的螺纹钢晶粒尺寸相比，本实施例得到螺纹钢的晶粒尺寸是明显大于实施例一得到的螺纹钢的晶粒尺寸。取样检测本实施例得到的螺纹钢的力学性能，结果如表2中的标号1和2所示，由于其晶粒尺寸较大，因此其强度和断后延伸率均小于实施例一得到的螺纹钢。

针对Ti微合金化高强度钢筋生产过程中TiN尺寸难以控制，本发明采用Mg-Ti 复合处理，Mg可以使钢中的夹杂物变得更加细小且分散，使聚集状的Al₂O₃夹杂物变成细小且分散的MgO·Al₂O₃夹杂。细小的MgO·Al₂O₃夹杂物可以为其它夹杂物的析出提供形核核心，从而防止夹杂物的聚集长大，减小其尺寸。Mg的加入使钢中TiN在凝固过程中以MgO或者MgO·Al₂O₃为形核核心析出，从而减小TiN 的尺寸，同时Mg还可以减小其他夹杂物的尺寸，最终解决含Ti螺纹钢生产中TiN 尺寸较大的难题。

表1试验钢主要化学成分(质量百分比，％)

表2试验钢的力学性能

炉号	Rel，MPa	Rm，MPa	Rm/Rel	A，％
					1	440	610	1.39	23.5
2	450	630	1.40	22.3
					3	460	650	1.41	24.6
4	480	650	1.35	24.7
					5	470	640	1.36	25.2
6	460	640	1.39	26.5

综上，本发明所示的螺纹钢制备方法，向钢水中加入钛和镁而取代价格昂贵的钒和铌，降低了成本，而镁的加入可以使钢中的夹杂物变得更加细小且分散，从而聚集状的Al₂O₃夹杂物变成细小且分散的MgO·Al₂O₃夹杂，细小的 MgO·Al₂O₃夹杂物可以为其它夹杂物的析出提供形核核心，从而防止夹杂物的聚集长大，减小其尺寸，故TiN在凝固过程中以MgO或者MgO·Al₂O₃为核心形核析出，从而减小TiN的尺寸，得到的螺纹钢中晶粒尺寸小、且具有高强度和强韧性。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种螺纹钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

S1、将入炉料熔炼成钢水；

S3、向步骤S2得到的钢水中加入镁；

2.如权利要求1所述的螺纹钢的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，调整所述钢水中化学成分含量到：C：0.20～0.25％，Si：0.40～0.6％，Mn：1.30～1.50％，Al：0.025～0.04％，Ti：0.010～0.025％，N：≤0.01％，P：≤0.035％，S：≤0.025％。

3.如权利要求1所述的螺纹钢的制备方法，其特征在于，所述钢水中镁含量为0.001～0.002％。

4.如权利要求1所述的螺纹钢的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，当满足条件：温度≥1640℃，C≥0.08％，P≤0.025％，S≤0.025％，N≤0.0050％，出钢，得到钢水。

5.如权利要求1所述的螺纹钢的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，使用电炉或转炉对所述入炉料熔炼，所述入炉料为铁水和/或废钢料。

6.如权利要求5所述的螺纹钢的制备方法，其特征在于，所述废钢料占所述入炉料的比例≤25％。

7.如权利要求1所述的螺纹钢的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，其中，出钢过程中，向钢水中加入铝和硅，后加入锰。

8.如权利要求1所述的螺纹钢的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，向所述钢水中加入钛的方法为：所述刚水在吹氩站软吹过程中加入钛或者使用喂线方式加入钛，在步骤S3中，使用喂线方式向步骤S2得到的钢水中加入镁。

9.如权利要求1所述的螺纹钢的制备方法，其特征在于，在步骤S5中，连续轧制的条件为：热轧加热炉均热温度控制在1100～1250℃。

10.一种螺纹钢，其特征在于，采用如权利要求1至9项中任一项所述的制备方法得到，所述螺纹钢包括的化学成分及各个所述化学成分的质量分数为：C：0.20～0.25％，Si：0.40～0.6％，Mn：1.30～1.50％，Al：0.025～0.04％，Mg：0.001～0.002％，Ti：0.010～0.025％，N：≤0.01％，P：≤0.035％，S：≤0.025％，其余为Fe和不可避免的杂质。