CN113652614A - 一种微合金化生产Φ12-25mmHRB500E直条钢筋的冶炼方法 - Google Patents

一种微合金化生产Φ12-25mmHRB500E直条钢筋的冶炼方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微合金化生产Φ12‑25mmHRB500E直条钢筋的冶炼方法，该钢筋的化学成分为：C：0.19～0.25％，Si：0.60‑0.80％，Mn：1.10～1.4％，S：≤0.04％，P：≤0.04％，N：0.01～0.015％，Ti：0.03～0.05％，V：0.05~0.07%，Cr:0.1～0.3％，Cr+Mn二者的质量百分数总和≤1.55%，Ceq≤0.54%；冶炼方法：在转炉出钢添加预脱氧复合渣洗剂，该渣洗剂质量百分比成分为：萤石5‑10%、电石65‑75%、石灰石15‑25%；转炉出钢加完预脱氧复合渣洗剂，然后按顺序加入硅锰合金、硅铁、高碳铬铁合金，所有合金必须在出钢1/3时开始加入，在出钢3/4时合金全部加完，高氮复合强化剂在转炉合金加完后加入，加入量为0.6‑0.8kg/t，其成分组成：N 12‑20%、Ti 18‑25%，钛铁、钒氮合金加完后进行软吹，软吹效果以破钢渣钢水裸露直径100‑200mm大小即可。

Description

一种微合金化生产Φ12-25mmHRB500E直条钢筋的冶炼方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，涉及一种满足GB/T1499.2-2018标准的要求的含Ti、v、N、Cr微合金化生产Φ12-25mmHRB500E直条钢筋的冶炼方法。
背景技术
HRB500E是GB/T1499.2-2018《钢筋混凝土用钢筋 第2部分：热轧带肋钢筋》规定的一种钢筋牌号,旧称四级螺纹钢筋，是一种高强抗震钢筋，是目前高层建筑和超高层建筑上使用的高强度钢筋。在GB/T1499.2-2018中规定了C、Si、Mn、P、S元素的上限和Ceq（碳当量）上限，根据需要可加入V、Nb、Ti等元素；也规定了钢中N含量应不大于0.012%，钢中如有足够数量的N结合元素，含N量可适当放宽，没有规定N含量放宽的上限。对钢材的组织要求主要应是铁素体加珠光组织，基圆上不应有回火马氏体组织。
热轧带肋钢筋是生产许可证产品，在《建筑用钢筋产品生产许可证实施细则》中规定生产用于500级抗震的热轧带肋钢筋和耐蚀钢筋、600级热轧带肋钢筋和各牌号级别不锈钢钢筋的钢坯时必须使用精炼炉。
HRB500E通常是在HRB400E基础上增加强化元素通过常规热轧或轧后控冷来满足HRB500E的力学性能指标。国内主要以V-N微合金强化技术生产HRB500E，V含量通常需加到0.09%左右，基本上是HRB400E的一倍，企业成本很高。钒氮合金价格较高，而且近几年波动较大，2018年钒氮合金出现持续涨价：从年初的20万元/吨涨到11月的80万元/吨，即使在2021年5月，也保持在15万元/吨左右；这使得HRB500E较HRB400E成本增加很多。钛铁合金价格较低多年来稳定在1万元/吨左右。但采用钛合金强化生产HRB400E的报道很少，用钛合金强化生产HRB500E更是鲜有报道，主要原因是Ti元素的化学性质非常活泼，在冶炼合金化过程中极易与渣、钢中的氧发生化学反应，从而导致在冶炼过程中Ti的收得率较低且不稳定，生产难以控制。通过精炼有助于提高Ti的收得率，在钢中起到细晶和强化作用。HRB500E生产要求必须要有精炼设备，这为Ti微合金化生产HRB500E提供过了便利条件。为此设计一种V\Ti复合微合金强化生产500MPa级热轧带肋钢筋及其生产工艺，对于企业降低成本、提高市场竞争力就具有现实意义。
范银平 李璟 杨陈莉在《河南冶金》2017年2月 第25卷第1期发表的论文“HRB500E抗震钢筋生产工艺及性能优化”提供了一种采用钒氮微合金化化生产Φ12~Φ32mmHRB500E的成分范围，见表1
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE002
按照该论文观点，采用V-N合金强化，给出V的上限。根据常规分析V的控制范围与国内生产HRB500E的合金范围相当，成本较高，而且论文提出轧制时需要提高加热炉加热时间，这会影响到轧制效率。
刘艳林在《甘肃冶金》2015年6月 第37卷第3期发表的论文“HRB500E高强抗震钢筋的开发”。该论文提供了不同规格HRB500E的成分范围，见表2，提出提碳、锰、添加Cr元素，适当降低V含量生产 HRB500E的观点。
表2
内控牌号 规格mm C% Si% Mn% P，S% Cr% V% Ceq%
HRB500E-1 10~12 0.21~0.25 0.3~0.5 1.35~1.50 ≤0.035 适量 0.05~0.07 ≤0.55
HRB500E-2 14~25 0.21~0.25 0.35~0.55 1.3~1.50 ≤0.035 适量 0.06~0.08 ≤0.55
HRB500E-3 28~32 0.20~0.24 0.4~0.55 1.35~1.55 ≤0.035 适量 0.08~0.10 ≤0.55
HRB500E-4 36~50 0.19~0.25 0.4~0.55 1.30~1.55 ≤0.035 适量 0.10~0.12 ≤0.55
根据表2，Si在0.3~0.55%，Mn在1.3~1.55%，V（14~25规格）在0.06~0.08，虽然提出加Cr，但对Cr含量没有给出具体量。按照该论文，HRB500E成本仍然较高，而且轧制时需要控制轧制速度，轧后进行轻微的穿水与空冷相结合的冷却方式，适当降低轧后上冷床温度，控制上冷床温度在980℃±20℃。这需要控制轧制速度和具备轧后穿水冷却设备，才能保证上冷床温度。
GB/T1499.2-2018规定钢筋的金相组织应主要为铁素体加珠光体，HRB500E也不例外。根据董承瑞等编著的冶金工业出版社出版《微合金非调质钢》介绍，当Mn的含量超过1.5%~1.6%时，有促进钢贝氏体化的作用。因此Mn的含量不宜超过1.5%。Cr、Mn都是钢中增加淬透性元素。Cr、Mn同时加入固然有提高强度的作用，但也会造成钢筋组织中出现非铁素体珠光体组织，容易造成钢筋弯折时脆断，增加质量风险。
发明内容
本发明提供一种含Ti、V、N、Cr生产小规格Φ12-25mmHRB500E的冶炼方法，降低高价的V-N合金加入量，实现低成本生产。
本发明采用的技术方案是，一种微合金化生产Φ12-25mmHRB500E直条钢筋的冶炼方法，该钢筋的化学成分质量百分数为：C：0.19～0.25％，Si：0.60-0.80％，Mn：1.10～1.4％，S：≤0.04％，P：≤0.04％，N：0.01～0.015％，Ti：0.03～0.05％，V：0.05~0.07%，Cr:0.1～0.3％，Cr+Mn二者的质量百分数总和≤1.55%，Ceq≤0.54%；冶炼方法：在转炉出钢添加预脱氧复合渣洗剂，该渣洗剂质量百分比成分为：萤石5-10%、电石65-75%、石灰石15-25%；采用Ti、V复合微合金化冶炼工艺技术和工艺步骤，控制Ti铁加入时机以及加入钢水增N新材料即高氮复合强化剂应用，控制较高Si含量，加入Cr，降低Mn，实现Ti、V复合微合金化生产小规格Φ12-25mmHRB500E直条钢筋：转炉终点碳含量≤0.06%，预脱氧复合渣洗剂加入量kg/t为2.0； 0.07%≤转炉终点碳含量≤0.08%，预脱氧复合渣洗剂加入量kg/t为1.5；0.08%＜转炉终点碳含量≤0.12%，预脱氧复合渣洗剂加入量kg/t为1.2；0.12%＜转炉终点碳含量≤0.14%，预脱氧复合渣洗剂加入量kg/t为1.0；0.14%＜转炉终点碳含量≤0.16%，预脱氧复合渣洗剂加入量kg/t为0.8；0.16%＜转炉终点碳含量≤0.20%，预脱氧复合渣洗剂加入量kg/t为0.6；转炉出钢加完预脱氧复合渣洗剂，然后按先后顺序加入硅锰合金、硅铁、高碳铬铁合金，加入量根据成分要求设定加入，所有合金必须在出钢1/3时开始加入，在出钢3/4 时合金全部加完，高氮复合强化剂在转炉合金加完后加入，高氮复合强化剂在出钢过程中和出钢后必须大氩气搅拌，高氮复合强化剂加入量为0.6-0.8kg/t，其成分组成：N 12-20%、Ti 18-25%，钛铁、钒氮合金加完后进行软吹，软吹时间5-7min,取样快速分析后进行微调Ti，Ti含量在微调过程中采用钛线喂丝调整，软吹效果以破钢渣钢水裸露直径100-200mm大小即可。
采用本发明方法生产的钢筋规格尺寸为Φ12-25mm，抗拉强度为≥630MPa，屈服强度为≥500MPa，屈屈比为≤1.3，强屈比≥1.25，最大力总延伸率为≥9.0％，满足国标GB/T1499.2-2018《钢筋混凝土用钢 第2部分：热轧带肋钢筋》HRB500E要求。
本发明方法中：1、Si在钢中基本上溶于铁素体中和存在于夹杂物中。溶于铁素体中可起到固溶强化作用。因此设计Si含量在GB/T1499.2-2018规定的上限0.6~0.8%，充分发挥Si的作用。2、为保证钢筋组织主要为铁素体加珠光体适当降低Mn含量，加入Cr元素，控制Cr+Mn含量之和，控制Ceq≤0.54%，提高钢筋焊接性能。具体要求：Mn含量范围：1.1~1.4%；Cr含量范围：0.1~0.3%；（Cr+Mn）≤1.55%。3、采用Ti、V复合强化，控制价高的V含量在较低范围，起到降低成本的作用。具体要求：V含量范围：0.05~0.07%，Ti含量范围：0.03~0.05%。4、加入高氮复合强化剂，增加钢水含氮量，充分发挥Ti(CN)、V(CN)的强化作用；炼钢工序上精炼，在精炼后期加入Ti铁，提高Ti的收得率 。为发挥Ti(CN)、V(CN)的强化作用，控制钢中N含量0.010~0.015%。5、采用常规轧制，无需轧后穿水冷却工艺生产小规格Φ12-25mmHRB500E直条钢筋。
本发明主要在转炉出钢添加预脱氧复合渣洗剂，目的是在出钢前期能进行预脱氧作用，电石能氧化为CaO和CO2，石灰石高温分解为CaO与CO2、萤石的作用能快速在钢包表层与脱氧产物形成低熔点且具有吸附性较好的渣层，使钢包内前期有较好的动力学条件，钢包表层形成较为薄的保护渣层。
采用本发明方法生产的钢筋，化学成分性能指标见表3：
表3化学成份%
C Si Mn P,S Ti Cr N V Ceq
设计 0.19～0.25 0.60～0.80 1.1～1.4 ≤0.04 0.03～0.05 0.1～0.3 0.01～0.015 0.05～0.07 ≤0.54
GB/T1499.2 ≤0.25 ≤0.8 ≤1.6 ≤0.045 / / / ≤0.55
按照本发明要求生产了φ12mm~φ25mm。取样检测数据见表4、表5
表4取样成分情况%
Figure DEST_PATH_IMAGE004
表5取样性能情况
序号 规格mm 屈服强度MPa 抗拉强度MPa 最大力总延伸率% 强屈比 屈屈比
1 Φ12 532/534 691/689 14/13 1.3/1.29 1.06/1.07
2 Φ12 534/533 694/692 13.5/13.5 1.3/1.3 1.07/1.07
3 Φ12 536/544 695/699 14.5/14 1.3/1.28 1.07/1.09
4 Φ16 543/536 697/695 13.5/13.5 1.28/1.3 1.09/1.07
5 Φ16 536/537 694/696 13/12.5 1.29/1.3 1.07/1.07
6 Φ16 556/556 713/713 14/14.5 1.28/1.28 1.11/1.11
7 Φ22 544/548 691/694 13.5/14.5 1.27/1.27 1.09/1.1
8 Φ22 539/534 693/690 15/13.5 1.29/1.29 1.08/1.07
9 Φ22 546/550 693/700 14.5/14.5 1.27/1.27 1.09/1.1
10 Φ25 580/573 740/738 13.5/13.5 1.28/1.29 1.16/1.15
11 Φ25 544/541 691/690 13.5/14 1.27/1.28 1.09/1.08
12 Φ25 546/550 693/700 14.5/14.5 1.27/1.27 1.09/1.1
具体实施方式
一种微合金化生产Φ12-25mmHRB500E直条钢筋的冶炼方法，该钢筋的化学成分质量百分数为：C：0.19～0.25％，Si：0.60-0.80％，Mn：1.10～1.4％，S：≤0.04％，P：≤0.04％，N：0.01～0.015％，Ti：0.03～0.05％，V：0.05~0.07%，Cr:0.1～0.3％，Cr+Mn二者的质量百分数总和≤1.55%，Ceq≤0.54%；冶炼方法：在转炉出钢添加预脱氧复合渣洗剂，该渣洗剂质量百分比成分为：萤石5-10%、电石65-75%、石灰石15-25%；采用Ti、V复合微合金化冶炼工艺技术和工艺步骤，控制Ti铁加入时机以及加入钢水增N新材料即高氮复合强化剂应用，控制较高Si含量，加入Cr，降低Mn，实现Ti、V复合微合金化生产小规格Φ12-25mmHRB500E直条钢筋：转炉终点碳含量≤0.06%，预脱氧复合渣洗剂加入量kg/t为2.0；0.07%≤转炉终点碳含量≤0.08%，预脱氧复合渣洗剂加入量kg/t为1.5；0.08%＜转炉终点碳含量≤0.12%，预脱氧复合渣洗剂加入量kg/t为1.2；0.12%＜转炉终点碳含量≤0.14%，预脱氧复合渣洗剂加入量kg/t为1.0；0.14%＜转炉终点碳含量≤0.16%，预脱氧复合渣洗剂加入量kg/t为0.8；0.16%＜转炉终点碳含量≤0.20%，预脱氧复合渣洗剂加入量kg/t为0.6；转炉出钢加完预脱氧复合渣洗剂，然后按先后顺序加入硅锰合金、硅铁、高碳铬铁合金，加入量根据成分要求设定加入，所有合金必须在出钢1/3时开始加入，在出钢3/4 时合金全部加完，高氮复合强化剂在转炉合金加完后加入，高氮复合强化剂在出钢过程中和出钢后必须大氩气搅拌，高氮复合强化剂加入量为0.6-0.8kg/t，其成分组成：N 12-20%、Ti 18-25%，钛铁、钒氮合金加完后进行软吹，软吹时间5-7min,取样快速分析后进行微调Ti，Ti含量在微调过程中采用钛线喂丝调整，软吹效果以破钢渣钢水裸露直径100-200mm大小即可。

Claims (1)

1.一种微合金化生产Φ12-25mmHRB500E直条钢筋的冶炼方法，其特征在于该钢筋的化学成分质量百分数为：C：0.19～0.25％，Si：0.60-0.80％，Mn：1.10～1.4％，S：≤0.04％，P：≤0.04％，N：0.01～0.015％，Ti：0.03～0.05％，V：0.05~0.07%，Cr:0.1～0.3％，Cr+Mn二者的质量百分数总和≤1.55%，Ceq≤0.54%；
冶炼方法：在转炉出钢阶段添加预脱氧复合渣洗剂，该渣洗剂质量百分比成分为：萤石5-10%、电石65-75%、石灰石15-25%；转炉终点碳含量≤0.06%，预脱氧复合渣洗剂加入量kg/t为2.0； 0.07%≤转炉终点碳含量≤0.08%，预脱氧复合渣洗剂加入量kg/t为1.5；0.08%＜转炉终点碳含量≤0.12%，预脱氧复合渣洗剂加入量kg/t为1.2；0.12%＜转炉终点碳含量≤0.14%，预脱氧复合渣洗剂加入量kg/t为1.0；0.14%＜转炉终点碳含量≤0.16%，预脱氧复合渣洗剂加入量kg/t为0.8；0.16%＜转炉终点碳含量≤0.20%，预脱氧复合渣洗剂加入量kg/t为0.6；转炉出钢加完预脱氧复合渣洗剂，然后按先后顺序加入硅锰合金、硅铁、高碳铬铁合金，加入量根据成分要求设定加入，所有合金必须在出钢1/3时开始加入，在出钢3/4 时合金全部加完，高氮复合强化剂在转炉合金加完后加入，高氮复合强化剂加入量为0.6-0.8kg/t，其成分组成：N 12-20%、Ti 18-25%，钛铁、钒氮合金加完后进行软吹，软吹时间5-7min,取样快速分析后进行微调Ti，Ti含量在微调过程中采用钛线喂丝调整，软吹效果以破钢渣钢水裸露直径100-200mm大小即可。
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