CN113897533A

CN113897533A - 一种600MPa级钒铌钛氮复合强化钢筋及其冶炼方法

Info

Publication number: CN113897533A
Application number: CN202111193530.9A
Authority: CN
Inventors: 马正洪; 王哲; 黄剑; 黄沁; 蒋鹏; 李孟雄; 郝开兴; 彭勇; 周聪; 邱代兵; 王晓兰; 李辉
Original assignee: Lianfeng Steel Zhangjiagang Co Ltd
Current assignee: Lianfeng Steel Zhangjiagang Co Ltd
Priority date: 2021-10-13
Filing date: 2021-10-13
Publication date: 2022-01-07

Abstract

本发明提供了一种600MPa级钒铌钛氮复合强化钢筋及其冶炼方法，采用冶炼工艺进行冶炼，在转炉冶炼出钢过程中，按1.80～1.93kg/t钢的量，加入N含量为16％，V含量为77％，余量为Fe和不可避免的杂质的钒氮合金FeV₇₇N₁₆，以及按0.21～0.37kg/t钢的量，加入Nb含量为63.0～65wt％的铌铁，加入含Ti量为67wt％的钛线，将钢水的Ti/N比控制在3‑3.57之间。本发明通过使用钛铁合金代替部分钒氮合金进行微合金化，使钢中剩余氮被充分利用，以发挥Ti沉淀、析出强化作用，达到降低钒氮合金消耗的目的。

Description

一种600MPa级钒铌钛氮复合强化钢筋及其冶炼方法

技术领域

本发明涉及钢筋制造工艺技术领域，特别涉及一种600MPa级钒铌钛氮复合强化钢筋及其冶炼方法。

背景技术

2018年以来国内和世界钒的价格暴涨，对采用钒合金化生产热轧钢筋的企业带来严峻挑战，钒的减量化应用非常具有必要性，目前国内外生产600MPa级高强钢筋时使用的钒氮合金(FeV₇₇N₁₆)消耗高、成本高，V的利用率不高。

目前生产HTRB600(E)钢筋使用“钒氮+铌铁”复合微合金化，钢中V含量0.140％-0.150％，氮含量100-200ppm，氮含量低，V(N、C)析出强化作用没有充分发挥，造成钒氮合金消耗高、成本高。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种600MPa级钒铌钛氮复合强化钢筋及其冶炼方法，通过使用钛铁合金代替部分钒氮合金进行微合金化，使钢中剩余氮被充分利用，以发挥Ti沉淀、析出强化作用，达到降低钒氮合金消耗的目的。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种600MPa级钒铌钛氮复合强化钢筋的冶炼方法，采用冶炼工艺进行冶炼，在转炉冶炼出钢过程中，按1.80～1.93kg/t钢的量，加入N含量为16％，V含量为77％，余量为Fe和不可避免的杂质的钒氮合金FeV₇₇N₁₆，以及按0.21～0.37kg/t钢的量，加入Nb含量为63.0～65wt％的铌铁，加入含Ti量为67wt％的钛线，将钢水的Ti/N比控制在3-3.57之间。

一种600MPa级钒铌钛氮复合强化钢筋，其特征在于，利用所述的600MPa级钒铌钛氮复合强化钢筋的冶炼方法生产的钢筋化学成分占比为：

C：0.25-0.28％、Mn：1.40-1.60％、Si：0.65-0.80％、V：0.135-0.155％、P/S≤0.035、N：0.005-0.010％、Nb：0.015-0.025％，Ti：0.015-0.025％，其余为Fe和不可避免的杂质。

进一步，所述600MPa级钒铌钛氮复合强化钢筋的力学性能：抗拉强度≥770MPa，屈服强度≥625MPa，断后伸长率≥15％，最大力总延伸率≥9.0％。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的600MPa级钒铌钛氮复合强化钢筋的冶炼方法，通过减少钒的加入量，同时添加钛作为补充元素，以保证钢筋强度等级。本技术通过使用钛铁合金替换部分钒氮合金，因Ti/N理想配比值比V/N更低，通过添加少量的Ti，能有效发挥沉淀强化和细晶强化作用，提高钢筋的强屈比和极限强度，最终减少钒的用量，从而节约贵重金属资源，降低生产成本。本技术是在普通钢筋的基础上调整化学成分和轧制工艺，提高了钢筋的综合性能，满足600MPa级高性能钢筋的各项指标要求。

2.本发明所述的600MPa级钒铌钛氮复合强化钢筋的冶炼方法，钛与氮形成的TiN细化了初始奥氏体晶粒，能有效阻止加热时晶粒的长大，钛与碳结合生成TiC，超出Ti/N理想配比的Ti固溶于钢中，或者以细小的TiC形式析出，起到沉淀强化的作用。因TiN固溶度较低，过低的Ti含量将不能得到足够体积分数的TiN来阻止晶粒细化，而随着固溶Ti的增加，TiN的粗化速率也相应增大，使轧制过程中析出的TiC的尺寸增加，从而削弱Ti的沉淀强化效果。加入0.015-0.025％以内的Ti既能保证节省成本又能很大程度上提升微合金化作用，提升钢筋强度。

附图说明

图1为本发明实施例1所述的600MPa级钒铌钛氮复合强化钢筋，其中图1a为实施例1的边部组织金相图，图1b为实施例1的1/2半径组织金相图，图1c为实施例1的芯部组织金相图。

图2为本发明实施例2所述的600MPa级钒铌钛氮复合强化钢筋，其中图2a为实施例2的边部组织金相图，图2b为实施例2的1/2半径组织金相图，图2c为实施例2的芯部组织金相图。

图3为本发明实施例3所述的600MPa级钒铌钛氮复合强化钢筋，其中图3a为实施例3的边部组织金相图，图3b为实施例3的1/2半径组织金相图，图3c为实施例3的芯部组织金相图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

本发明所述的600MPa级钒铌钛氮复合强化钢筋的冶炼方法，采用冶炼工艺进行冶炼，在转炉冶炼出钢过程中，按1.80～1.93kg/t钢的量，加入N含量为16％，V含量为77％，余量为Fe和不可避免的杂质的钒氮合金FeV₇₇N₁₆，以及按0.21～0.37kg/t钢的量，加入Nb含量为63.0～65wt％的铌铁，加入含Ti量为67wt％的钛线，将钢水的Ti/N比控制在3-3.57之间。

现有技术中在600MPa钢筋生产冶炼时，通过添加钒氮合金进行钒、氮微合金化是公认的经济有效的方法，但实际生产中，当钒含量超过0.10％时，钢中氮含量就相对偏低，一般V/N比＞5，远高于其理想配比3.64，此时不能充分发挥钒的强化作用，因此需要通过加入更多的钒来保证钢筋强度等级，导致生产成本增加，而且浪费合金资源。本发明通过使用钛铁合金替换部分钒氮合金，因Ti/N理想配比值比V/N更低，通过添加少量的Ti，能有效发挥沉淀强化和细晶强化作用，提高钢筋的强屈比和极限强度，最终减少钒的用量，从而节约贵重金属资源，降低生产成本。本发明是在普通钢筋的基础上调整化学成分和轧制工艺，提高了钢筋的综合性能，满足600MPa级高性能钢筋的各项指标要求。采用钒氮合金、钛铁合金、氮化铌铁微合金作为复合强化剂，在保证钒充分发挥V(N、C)析出强化作用、维持高比值N/V特性的同时，用Ti替换原有钢筋中的一部分V，实施Nb+V+Ti+N复合微合金化生产工艺，代替了原有的成本更高的Nb+V+N复合微合金化工艺，充分发挥了Ti的沉淀、析出强化作用。

使用钒氮合金、钛铁合金、氮化铌铁生产HTRB600E，按照目前市场钒氮合金15万元/吨，钛铁线1万元/吨测算，600MPa级高强钢筋吨钢可节约15元左右。按照目前公司600MPa级钢筋销量20万吨，每吨钢节约15元计算，全年预计共节约200000*15＝3000000元。

本发明所述的600MPa级钒铌钛氮复合强化钢筋的生产方法，包括：

步骤10：利用所述的600MPa级钒铌钛氮复合强化钢筋的冶炼方法得到的粗炼钢水。

步骤20：将所述粗炼钢水通过精炼炉进行精炼，获得精炼钢水。

步骤30：通过连铸机对所述精炼钢水进行轧制，获得连铸钢坯。

步骤40：将所述连铸钢坯输送至加热炉进行加热后，进入机架粗轧机组进行粗轧操作，获得粗轧钢坯。

所述将所述连铸钢坯输送至加热炉进行加热之前，包括：对所述连铸钢坯进行检验；将检验合格的所述连铸钢坯，通过传送辊道输送至所述加热炉进行加热。

步骤50：对所述粗轧钢坯通过剪切、碎断后，进入机架中轧机组进行中轧操作，获得中轧钢坯。

所述对所述粗轧钢坯通过剪切、碎断，包括：对所述粗轧钢坯进行曲臂剪切钢坯头、剪切钢坯尾后，进行碎断。

步骤60：对所述中轧钢坯进行预水冷段实现低温精轧后，进行剪切、碎断，进入机架精轧机组进行精轧操作，获得精轧钢坯。

所述对所述中轧钢坯进行预水冷段实现低温精轧后，进行剪切、碎断，包括：对所述精轧钢坯进行回转剪切钢坯头、剪切钢坯尾后，进行碎断。

步骤70：对所述精轧钢坯进行冷却、剪切后，精整入库。

在轧制过程中结合化学成分调控，根据粗、中、精轧机组轧制速度和压下量的不同，利用微合金细晶强化、再结晶轧制、未再结晶轧制、形变诱导铁素体机制，分配每个阶段的温度控制，通过连续不断的控温+变形轧制过程，实现了钢材微观组织的细化与均匀化。在工艺布置方面，克服了传统工艺的缺点，在各机组间均有控温段设置，不需回复段设置，可以综合利用各种控制机制和满足不同规格和成分控轧需要。在轧制加热时控制加热温度在1150℃-1200℃，使微合金元素充分溶解又避免原始奥氏体晶粒过度粗化。根据粗、中、精轧机组轧制速度和压下量的不同，充分利用微合金细晶强化、再结晶轧制、未再结晶轧制、形变诱导铁素体相变机制，分配每个阶段的温度控制，通过连续不断的“控温+变形”轧制过程，实现钢筋微观组织的细化与均匀化。在轧后采用适度冷却至950℃，避免晶粒长大。在工艺布置方面，克服了传统工艺的缺点，在棒材精轧机组前后设置控轧控冷设置，综合利用各种控制机制，满足不同规格、材质的控轧需要。在冷床上方加装保温罩，延长高温保温时间，使钢筋在800-950℃之间的时间由原先的25-30S延长至40-50S。保证含氮化合物的充分析出，防止奥氏体区快速降温形成贝氏体、马氏体等低温组织。通过实行高温加热及控轧控冷技术，优化变形制度，最终得到了组织性能最佳的细晶高强度钢筋。

表1为本发明所述的600MPa级钒铌钛氮复合强化钢筋化学成分对照表。表2为本发明所述的600MPa级钒铌钛氮复合强化钢筋力学性能参数。表2中Rm是抗拉强度，ReH是上屈服强度，Agt是延伸率，A是断后延长率，Rm/Re为强屈比。表中可以看出所述600MPa级钒铌钛氮复合强化钢筋的力学性能：抗拉强度≥770MPa，屈服强度≥625MPa，断后伸长率≥15％，最大力总延伸率≥9.0％。

表1

	C/％	Si/％	Mn/％	V/％	Nb/％	P/S/％	Ti/％	N(PPm)	Ti/N
										实施例1	0.27	0.74	1.55	0.135	0.015	≤0.035	0.015	50	3
实施例2	0.27	0.76	1.55	0.145	0.017	≤0.035	0.020	60	3.33
										实施例3	0.27	0.75	1.55	0.155	0.025	≤0.035	0.025	70	3.57

表2

表3金相组织

序号	边部组织	1/2半径组织	心部组织
				实施例1	F+P	F+P+少量M	F+P+M
实施例2	F+P	F+P+少量M	F+P+M
				实施例3	F+P	F+P+少量M	F+P+M

从显微结构上来看，实施例1、实施例2和实施例3组织上无明显差异，边部为珠光体+铁素体组织，越往心部靠近马氏体含量逐渐增多。随着Ti含量的增多，晶粒度界别越高、晶粒越细。由上述力学性能对比可以看出，Ti含量从0.015％增加到0.025％，平均屈服强度从637MPa增加到650MPa，增加了13MPa；少量的Ti能够充分发挥合金强化作用，随着含量的增加，强度的收益逐渐减少，所以将Ti含量控制在0.015～0.025％，既能充分发挥钛的强化作用，又避免了合金资源的浪费。

本发明通过减少钒的加入量，同时添加钛作为补充元素，以保证钢筋强度等级。本技术通过使用钛铁合金替换部分钒氮合金，因Ti/N理想配比值比V/N更低，通过添加少量的Ti，能有效发挥沉淀强化和细晶强化作用，提高钢筋的强屈比和极限强度，最终减少钒的用量，从而节约贵重金属资源，降低生产成本。本技术是在普通钢筋的基础上调整化学成分和轧制工艺，提高了钢筋的综合性能，满足600MPa级高性能钢筋的各项指标要求。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种600MPa级钒铌钛氮复合强化钢筋的冶炼方法，其特征在于，采用冶炼工艺进行冶炼，在转炉冶炼出钢过程中，按1.80～1.93kg/t钢的量，加入N含量为16％，V含量为77％，余量为Fe和不可避免的杂质的钒氮合金FeV₇₇N₁₆，以及按0.21～0.37kg/t钢的量，加入Nb含量为63.0～65wt％的铌铁，加入含Ti量为67wt％的钛线，将钢水的Ti/N比控制在3～3.57之间。

2.一种600MPa级钒铌钛氮复合强化钢筋，其特征在于，利用权利要求1所述的600MPa级钒铌钛氮复合强化钢筋的冶炼方法生产的钢筋化学成分占比为：

3.根据权利要求2所述的600MPa级钒铌钛氮复合强化钢筋，其特征在于，所述600MPa级钒铌钛氮复合强化钢筋的力学性能：抗拉强度≥770MPa，屈服强度≥625MPa，断后伸长率≥15％，最大力总延伸率≥9.0％。