CN112176242A - 一种650MPa级超高强度钢筋的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种650MPa级超高强度钢筋的生产方法，包括冶炼和轧制；本发明采用钒氮微合金化和控轧控冷技术相结合的生产工艺，其中冶炼采用新型钢水增氮工艺，保证充足的氮与钒微合金元素进行结合产生足够量的弥散分布的二相粒子起到更强的沉淀强化的作用；轧制采用全流程高精度控温轧制、控温冷却新技术，有效降低了贵重微合金元素的大量添加，同时提高了产品低温韧性、焊接性能，实现了650MPa级超高强度钢筋的节能、环保、绿色生产，在现有600MPa级高强度钢筋的基础上实现了工业化生产新突破，对推动建筑业节材节能可持续发展具有重大意义。

Description

一种650MPa级超高强度钢筋的生产方法
技术领域
本发明涉及钢筋生产技术领域，尤其涉及一种650MPa级超高强度钢筋的生产方法。
背景技术
房屋建筑和土木工程，主要以钢筋混凝土结构为主，其中热轧带肋钢筋是主要原材料，其质量直接影响着工程建设的质量，关系到公共安全和人身财产安全，建筑业是钢材消费量最大的行业，同时也是资源消耗最大的行业；因此，推广应用高强钢筋、超高强钢筋，降低建筑钢材消耗，是冶金行业、建筑业发展方向，近年来，在钢铁企业、政府部门、科研院所的共同努力下，已先后开发出400MPa、500MPa、600MPa级的高强钢筋，推动了钢筋产品的更新换代。
据测算，在建设工程中，使用650MPa级钢筋替代400MPa级钢筋可节约钢材使用量约30％；使用650MPa级钢筋替代500MPa级钢筋可节约钢材使用量约10％；使用650MPa级钢筋替代600MPa级钢筋可节约钢材使用量约3％，对大力推进节能减排，提高建筑业节能成果具有重大意义，开发更高强度级别的钢筋产品，节约矿石、合金、能源等战略性资源，减少环境污染，是钢铁业、建筑业可持续发展的必然要求，为此，我们提出了一种650MPa级超高强度钢筋的生产方法来解决上述问题。
发明内容
本申请提供了一种650MPa级超高强度钢筋的生产方法，解决了传统的低强度钢在应用时浪费钢材，传统的高强度钢，生产成本高，铁矿石、焦炭、石灰消耗大，且转炉寿命短的问题。
本申请提供了一种650MPa级超高强度钢筋的生产方法，包括冶炼和轧制，所述冶炼按照以下工艺生产：
S1，通过高炉炼铁，得到高炉铁水；
S2，向转炉内装入废钢，根据高炉铁水中P、S的含量，加入白云石、石灰；
S3，向转炉内注入高炉铁水，其中铁水89-91份、废钢9.7-10.3份；
S4，冶炼周期25-35分钟，其中吹炼时间为12-18分钟，获得钢水；
S5，出炉时，控制钢水成分控制：C≥0.08％、S≤0.030％、P≤0.030％；
S6，出钢过程保证钢包底吹Ar，同时加入硅锰合金、硅氮合金、增碳剂、钒氮合金，出钢后Ar气流量和压力保证钢水不裸漏，出钢后吹Ar3分钟后再测温、取样；吹氩后温度控制在1570～1590℃，根据取样分析结果按C 0.22％～0.25％，Si 0.40％～0.60％，Mn1.40％～1.50％，P≤0.030％，S≤0.030％，V 0.12％-0.18％，N≥0.0170％，加入钒氮合金和氮化硅进行成分调整，吹Ar弱搅拌大于3分钟，同时要求吹Ar时间不少于8分钟；
S7，出钢时间3.0～5.0分钟，钢水氧含量小于30ppm，连铸流数6或8流，拉速2.5-3.0m/min，连铸过程中采用全程保护浇铸，铸坯尺寸165mm*165mm*12000mm；
所述轧制按照以下工艺生产：
S1，将铸坯加热至1010-1130℃，其中冷装1080±50℃，热装1060±50℃；
S2，加热后均热至1150±50℃；
S3，将加热后的铸坯在1050±50℃，速度2～3m/s下粗轧后中轧；
S4，将中轧后的铸坯通过控制冷却水箱，在950±30℃，速度12～17m/s下进行精轧；
S5，将精轧后的成品钢筋通过分级冷却至850±20℃，然后上冷床空冷至室温。
优选地，所述铁水包括如下质量百分比的组分C 4.0％～5.5％，Si 0.20％～0.70％，Mn 0.20％～0.40％，P≤0.070％，S≤0.040％，其余为Fe及不可避免的杂质。
优选地，所述铁水温度≥1250℃。
优选地，所述轧制采用控制轧制工艺。
优选地，所述冷却采用分级冷却控制工艺。
优选地，所述吹炼的转炉氧枪采用5孔喷头，夹角采用12.5－14度。
优选地，所述分级冷却工艺为：强冷-返红-中冷-返红-弱冷-返红。
由以上技术方案可知，本申请提供了一种650MPa级超高强度钢筋的生产方法，在转炉中加入废钢、白云石、石灰，再加入高炉铁水，减少对转炉耐材的撞击、冲刷，冶炼周期30分钟，期间使用转炉氧枪吹炼时间15分钟，冶炼后期进行取样分析，使得终点成分控制在C≥0.08％、S≤0.030％、P≤0.030％，出钢过程中保证钢包底吹Ar，保证加入的合金熔化均匀，出钢后Ar气流量和压力保证钢水不裸漏在空气中，出钢后吹Ar 3分钟后再测温、取样，吹Ar后温度控制在1570～1590℃，根据初次取样分析结果，控制C 0.22％～0.25％，Si0.40％～0.60％，Mn 1.40％～1.50％，P≤0.030％，S≤0.030％，V 0.12％-0.18％，N≥0.0170％，按目标成分添加钒氮合金、氮化硅，采用适量的钒氮合金进行微合金强化，同时加氮化硅进行增氮，保证充足的氮与钒微合金元素进行结合产生足够量的弥散分布的二相粒子起到沉淀强化的作用，并严格控制P、S等有害元素的含量，出钢时间3.0～5.0分钟，连铸流数6或8流，以拉速2.5-3.0m/min，铸造尺寸为165mm*165mm*12000mm铸坯，采用步进式加热炉将铸坯加热至1080℃后，以2～3m/s的速度进行粗轧和中轧，精轧前采用控制冷却工艺，保证精轧入口温度在950±30℃，再进行精轧，轧制完毕后进行三级冷却至850℃，然后上冷床空冷至室温。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、采用适量的钒氮合金进行微合金强化，同时加氮化硅进行增氮，保证充足的氮与钒微合金元素进行结合产生足够量的弥散分布的二相粒子起到沉淀强化的作用，并严格控制P、S等有害元素的含量；
2、采用控轧控冷工艺设计，充分发挥碳氮化物等二相粒子弥散析出强化、细晶强化的作用，进一步提高钢筋强度，以满足钢筋各项力学性能指标的设计目标要求；
3、通过加热，在高温形变再结晶区，通过多道次的反复形变再结晶，充分细化奥氏体晶粒；
4、在未再结晶区，通过多道次的轧制，使细化了的奥氏体晶粒充分变形，以便在奥氏体晶粒内产生大量的位错亚结构和形变带，为铁素体晶粒在γ→α相变中大量形核创造条件，达到充分细化铁素体晶粒的目的；
5、在相变过程的(γ+α)两相区，一方面使相变产生的铁素体晶粒充分变形，引入大量位错亚结构，提高位错亚结构强化效应；另一方面通过变形，使微合金元素在铁素体晶粒实现应变诱导弥散析出，提高V碳氮化物析出颗粒的沉淀强化作用。
综上所述，本发明采用钒氮微合金化和控轧控冷技术相结合的生产工艺，其中冶炼采用新型钢水增氮工艺，保证充足的氮与钒微合金元素进行结合产生足够量的弥散分布的二相粒子起到更强的沉淀强化的作用；轧制采用全流程高精度控温轧制、控温冷却新技术，有效降低了贵重微合金元素的大量添加，同时提高了产品低温韧性、焊接性能，实现了650MPa级超高强度钢筋的节能、环保、绿色生产，在现有600MPa级高强度钢筋的基础上实现了工业化生产新突破，对推动建筑业节材节能可持续发展具有重大意义。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面对本申请的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
一种650MPa级超高强度钢筋的生产方法，包括冶炼和轧制，冶炼按照以下工艺生产：
S1，通过高炉炼铁，得到高炉铁水，获得高炉铁水后，对高炉铁水进行采样检测，获得铁水中C、Si、Mn、P、S的含量，铁水温度≥1250℃；
S2，向转炉内装入废钢，根据高炉铁水中P、S的含量，加入白云石、石灰，降低了直接加入铁水时对转炉的冲刷，延长炉体寿命，Mn元素的吸收率为90-95％，Si元素吸收率为75-80％，V元素的吸收率为95％；
其中白灰加入量＝[Si]％铁水*2.14*R(屈服强度)*铁水装入量*1000/CaO％白灰有效；
其中硅锰合金加入量＝(目标值-残余值)*1000*出钢量/(合金含量*合金回收率)；
S3，向转炉内注入高炉铁水，其中铁水135±2t、废钢15±1t；
S4，冶炼周期30分钟，其中吹炼时间为15分钟，吹炼的转炉氧枪采用5孔喷头，夹角采用12.5－14度，利于溅渣时起渣，使杂质氧化成气体逸出或成氧化物与加入的熔剂造渣，提高纯度获得钢水；
S5，出炉时，控制钢水成分控制：C≥0.08％、S≤0.030％、P≤0.030％，严格控制P、S等有害元素的含量；
S6，出钢过程保证钢包底吹Ar，同时加入硅锰合金、硅氮合金、增碳剂、钒氮合金，出钢后Ar气流量和压力保证钢水不裸漏，出钢后吹Ar3分钟后再测温、取样；吹氩后温度控制在1570～1590℃，根据取样分析结果按C 0.22％～0.25％，Si 0.40％～0.60％，Mn1.40％～1.50％，P≤0.030％，S≤0.030％，V 0.12％-0.18％，N≥0.0170％，在吹氩站补加入钒氮合金和氮化硅粉进行成分调整，吹Ar弱搅拌大于3分钟，同时要求吹Ar时间不少于8分钟，充分发挥碳氮化物等二相粒子弥散析出强化、细晶强化的作用，进一步提高钢筋强度，以满足钢筋各项力学性能指标的设计目标要求；
S7，出钢时间3.0～5.0分钟，钢水氧含量小于30ppm，连铸流数6或8流，拉速2.5-3.0m/min，连铸过程中采用全程保护浇铸，钢包、中包加覆盖剂，结晶器加保护渣，钢包套管，结晶器浸入式水口，采取以上措施防止钢水氧化，保证钢水纯净，铸坯尺寸165mm*165mm*12000mm；
炉次 连铸大包温度℃ 中包温度℃ 拉速(m/min)
开机炉次 1610-1625 1540-1560 2.5-2.8
正常炉次 1570-1585 1525-1540 2.6-3.0
轧制按照以下工艺生产：
S1，将铸坯加热至1010-1130℃，其中冷装1080±50℃，钢坯温度小于400℃时，钢坯先下线，放置一段时间后再入炉生产；热装1060±50℃，钢坯温度400℃以上时，即连铸坯正常连续送轧钢加热炉进行生产；
S2，加热后均热至1150±50℃，在高温形变再结晶区，通过多道次的反复形变再结晶，充分细化奥氏体晶粒，不允许大幅度波动，最高炉温不允许超过1200℃；
S3，将加热后的铸坯在1080℃，速度2～3m/s下粗轧后中轧，在未再结晶区，通过多道次的轧制，使细化了的奥氏体晶粒充分变形，以便在奥氏体晶粒内产生大量的位错亚结构和形变带，为铁素体晶粒在γ→α相变中大量形核创造条件，达到充分细化铁素体晶粒的目的，在相变过程的(γ+α)两相区，一方面使相变产生的铁素体晶粒充分变形，引入大量位错亚结构，提高位错亚结构强化效应；另一方面通过变形，使微合金元素在铁素体晶粒实现应变诱导弥散析出，提高V碳氮化物析出颗粒的沉淀强化作用，在轧制过程中进行切头处理；
S4，将中轧后的铸坯通过控制冷却水箱，在950±30℃，速度12～17m/s下进行精轧，轧制采用控制轧制工艺，采用控轧控冷工艺设计，充分发挥碳氮化物等二相粒子弥散析出强化、细晶强化的作用，进一步提高钢筋强度，以满足钢筋各项力学性能指标的设计目标要求；
定尺及倍尺参数：
Figure BDA0002699628910000051
S5，将精轧后的成品钢筋通过分级冷却至850±20℃，然后上冷床空冷至室温，冷却采用分级冷却控制工艺，分级冷却的详细步骤，分为3级，强冷-返红-中冷-返红-弱冷-返红，每级的温度范围及时间(因连续生产，时间由水箱长度与轧制速度确定，每级水箱长度可根据需要开关喷嘴水量等参数进行调整)，上冷床温度精确控制在850±20℃；
钢坯化学成分或成品力学性能偏低时，温度按中下限控制；
钢筋空冷降至常温后，进行检测；
金相组织：铁素体+珠光体+少量弥散分布的贝氏体，晶粒度10～12级，无马氏体等硬相有害组织；截面维氏硬度均匀，极差不大于40HV；
屈服强度Rel 665～715MPa，抗拉强度Rm 820～1000MPa，断后伸长率A15～25％，最大力总延伸率Agt 10-13％，Rm0/Rel0≥1.30，Rel0/Rel≤1.15(注：Rm0为钢筋实测抗拉强度，Rel0为钢筋实测下屈服强度)，完全满足力学性能设计目标值和钢筋抗震性能各项指标要求。
本发明中，铁水包括如下质量百分比的组分C 4.0％～5.5％，Si 0.20％～0.70％，Mn 0.20％～0.40％，P≤0.070％，S≤0.040％，其余为Fe及不可避免的杂质，P、S等上述杂质含量超标的铁水应预先进行铁水预处理。
由以上技术方案可知，生产时，在转炉中加入废钢、白云石、石灰，再加入高炉铁水，减少对转炉耐材的撞击、冲刷，冶炼周期30分钟，期间使用转炉氧枪吹炼时间15分钟，冶炼后期进行取样分析，使得终点成分控制在C≥0.08％、S≤0.030％、P≤0.030％，出钢过程中保证钢包底吹Ar，保证加入的合金熔化均匀，出钢后Ar气流量和压力保证钢水不裸漏在空气中，出钢后吹Ar 3分钟后再测温、取样，吹Ar后温度控制在1570～1590℃，根据初次取样分析结果，控制C 0.22％～0.25％，Si 0.40％～0.60％，Mn 1.40％～1.50％，P≤0.030％，S≤0.030％，V 0.12％-0.18％，N≥0.0170％，按目标成分添加钒氮合金、氮化硅，采用适量的钒氮合金进行微合金强化，同时加氮化硅进行增氮，保证充足的氮与钒微合金元素进行结合产生足够量的弥散分布的二相粒子起到沉淀强化的作用，并严格控制P、S等有害元素的含量，出钢时间3.0～5.0分钟，连铸流数6或8流，以拉速2.5-3.0m/min，铸造尺寸为165mm*165mm*12000mm铸坯，采用步进式加热炉将铸坯加热至1080℃后，以2～3m/s的速度进行粗轧和中轧，精轧前采用控制冷却工艺，保证精轧入口温度在950±30℃，再进行精轧，轧制完毕后进行三级冷却至850℃，然后上冷床空冷至室温。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围由权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (6)

1.一种650MPa级超高强度钢筋的生产方法，其特征在于，包括冶炼和轧制，所述冶炼按照以下工艺生产：
S1，通过高炉炼铁，得到高炉铁水；
S2，向转炉内装入废钢，根据高炉铁水中P、S的含量，加入白云石、石灰；
S3，向转炉内注入高炉铁水，其中铁水89-91份、废钢9.7-10.3份；
S4，冶炼周期25-35分钟，其中吹炼时间为12-18分钟，获得钢水；
S5，出炉时，控制钢水成分控制：C≥0.08％、S≤0.030％、P≤0.030％；
S6，出钢过程保证钢包底吹Ar，同时加入硅锰合金、硅氮合金、增碳剂、钒氮合金，出钢后Ar气流量和压力保证钢水不裸漏，出钢后吹Ar3分钟后再测温、取样；吹氩后温度控制在1570～1590℃，根据取样分析结果按C 0.22％～0.25％，Si 0.40％～0.60％，Mn 1.40％～1.50％，P≤0.030％，S≤0.030％，V 0.12％-0.18％，N≥0.0170％，加入钒氮合金和氮化硅进行成分调整，吹Ar弱搅拌大于3分钟，同时要求吹Ar时间不少于8分钟；
S7，出钢时间3.0～5.0分钟，钢水氧含量小于30ppm，连铸流数6或8流，拉速2.5-3.0m/min，连铸过程中采用全程保护浇铸，铸坯尺寸165mm*165mm*12000mm；
所述轧制按照以下工艺生产：
S1，将铸坯加热至1010-1130℃，其中冷装1080±50℃，热装1060±50℃；
S2，加热后均热至1150±50℃；
S3，将加热后的铸坯在1050±50℃，速度2～3m/s下粗轧后中轧；
S4，将中轧后的铸坯通过控制冷却水箱，在950±30℃，速度12～17m/s下进行精轧；
S5，将精轧后的成品钢筋通过分级冷却至850±20℃，然后上冷床空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的一种650MPa级超高强度钢筋的生产方法，其特征在于，所述铁水包括如下质量百分比的组分C 4.0％～5.5％，Si 0.20％～0.70％，Mn 0.20％～0.40％，P≤0.070％，S≤0.040％，其余为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的一种650MPa级超高强度钢筋的生产方法，其特征在于，所述铁水温度≥1250℃。
4.根据权利要求1所述的一种650MPa级超高强度钢筋的生产方法，其特征在于，所述轧制采用控制轧制工艺。
5.根据权利要求1所述的一种650MPa级超高强度钢筋的生产方法，其特征在于，所述冷却采用分级冷却控制工艺。
6.根据权利要求1所述的一种650MPa级超高强度钢筋的生产方法，其特征在于，所述吹炼的转炉氧枪采用5孔喷头，夹角采用12.5－14度。
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