CN115354243A - 一种含铌双相不锈螺纹钢筋及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属材料技术领域，尤其是一种含铌双相不锈螺纹钢筋及其制造方法，通过在S32304双相不锈钢中加入适量的Nb，在通过EAF炉冶炼、AOD炉冶炼、LF炉冶炼、连铸生产180mm方坯、对连铸坯热处理、采用连轧机轧制螺纹钢筋的工艺，轧制出既定屈服强度的双相不锈螺纹钢产品，通过本发明可以实现提高轧制成螺纹钢后的屈服强度，减少轧制工序，提高生产效率，降低由于调整轧制过程工艺所消耗的成本。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，具体为一种含铌双相不锈螺纹钢筋及其制造方法。
背景技术
随着经济的不断发展，人们对各种生活环境的要求越来越高，对各种基础设施的建设要求也越来越高，相应的对于更高的要求，就需要有针对性地对所使用的相关材料的性能进行优化提升，使基础建设更绿色环保、更持久耐用、更经济。
螺纹钢筋作为用量较大的基建材料用于各种建筑、道路及桥梁等的混凝土中，需要有较高的强度及塑性，同时也需要有较好的耐腐蚀性能，才能使这些基础设施有更长的寿命同时减少维护成本。
双相不锈螺纹钢筋是既有奥氏体（γ）又有铁素体（α）组织结构且两相独立存在并具有合适的比例的一类不锈钢筋，因而其兼具奥氏体不锈钢及铁素体不锈钢的特性。
双相不锈钢比单一奥氏体组织的不锈钢具有更好的抗晶间腐蚀及耐点蚀的能力，而且强度高，塑、韧性俱佳。
目前，双相不锈螺纹钢筋采用连铸坯轧制，在轧制过程中通过控制轧材温度以求得到足够的屈服强度。在轧制过程中，由于需要控制轧材温度，这样就不可避免地需要控制轧制节奏，造成生产效率低、加工成本高，而且过程管控复杂。
发明内容
针对现有技术中双相不锈螺纹钢筋力学性能中屈服强度较低、如何实现提高生产效率、降低生产成本等问题，本发明的目的在于提供一种含铌双相不锈螺纹钢筋及其制造方法，它可以实现所制得的钢筋能够达到足够高的屈服强度情况下减少轧制工序，提高了生产效率，降低生产成本。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种含铌双相不锈螺纹钢筋，所述双相不锈螺纹钢筋，按重量百分比计，包含：C≤0.030%，Si≤1.0%，Mn≤2.5%，S≤0.030%，P≤0.040%，Cr：21.5~24.5%，Ni：3.0~5.5%，Mo：0.05~0.6%，N：0.05~0.20%，Cu：0.05~0.6%，Nb：0.15~0.30%，其余为铁和不可避免的杂质。
优选的，一种含铌双相不锈螺纹钢筋的制造方法，包括如下步骤：
S1.制备钢水：向炼钢炉中加入双相钢原料以及适量的铌铁，炼制并充分混合制成重量百分比为0.15~0.30%的含Nb双相钢钢水；
S2.预成型：将S1制成的钢水经中间包，结晶器连铸成坯料；
S3.热处理：对S2预成型得到的坯料依序进行预热、加热和均热工序；
S4.轧制成型：将S3中加热好后的坯料送入轧机轧制成螺纹钢筋。
优选的，所述步骤S1中制备钢水包括：先将双相钢原料投入EAF炉熔化冶炼，得到双相钢钢水；然后将EAF炉中的双相钢钢水转至AOD炉中，在AOD炉加入适量的铌铁进入钢水中，得到重量百分比为0.15~0.30%的含Nb钢水；最后将AOD炉中精炼后的钢水投入至LF炉冶炼制得更纯净的钢水。
优选的，所述步骤S2中将S1制成的钢水经中间包、结晶器连铸成180mm的方坯。
优选的，所述步骤S3中热处理包括：对坯料快速预热升温至1000℃以上；
然后对坯料加热至1140~1160℃，并保温不超过60min；再然后对坯料均热至1190~1210℃，并保温不超过60min。
优选的，所述坯料加热至1140~1160℃后保温时间为30~45min；所述坯料均热至1190~1210℃后保温时间为25~35min。
优选的，所述预热和加热的升温时间均不超过60min，所述均热的升温时间不超过40min。
优选的，所述步骤S3中的热处理均在步进梁式加热炉中进行。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过在原有成分的基础上在双相不锈钢中加入经过量化的Nb元素，且在制作钢筋的轧制过程中无需控冷的情况下，经过实验数据表明，所制得的钢筋能够达到足够高的屈服强度，该种方法不仅明显提高了生产效率，还避免由于轧制工艺控制不当造成屈服强度不符合标准，造成废品，本发明制作钢筋的过程管控简单，可以降低生产过程的成本。
附图说明
图1为本发明的实施例的工艺流程图。
具体实施方式
为了更好地明确本发明的目的、工艺方案及优点，下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的一种含铌双相不锈螺纹钢筋的制造方法实施例中的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实例，而不是全部的实施例。基于本发明的技术方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种含铌双相不锈螺纹钢筋的制造方法，包括以下步骤：
步骤S1是钢水制备，首先在EAF炉中投入S32304的双相钢原料进行融化冶炼、然后将EAF炉中的双相钢钢水转至AOD炉中，在AOD炉加入适量的铌铁进入钢水中，得到重量百分比为0.15~0.30%的含Nb钢水；最后将AOD炉中精炼后的钢水投入至LF炉冶炼制得更纯净的钢水。S32304的双相钢原料的组分按重量百分比计算为：C≤0.030%、Si≤1.0%、Mn≤2.5%、S≤0.030%、P≤0.040%、Cr：21.5~24.5%、Ni：3.0~5.5%、Mo：0.05~0.6%、N：0.05~0.20%、Cu：0.05~0.6%、其余为铁和不可避免的杂质。
步骤S2是预成型工序，将S1制成的钢水经中间包、结晶器连铸成180mm方坯；中间包的作用是稳流、减压、吸取夹杂物、均匀钢水温度和分流、贮存钢水；而结晶器的作用是使钢液逐渐凝固成所需要规格、形状的坯壳通过结晶器的振动，使坯壳脱离结晶器壁而不被拉断和漏钢，通过调整结晶器的参数，使铸坯不产生脱方、鼓肚和裂纹等缺陷；保证坯壳均匀稳定的生成。
步骤S3是热处理工序，在本步骤中将步骤S2制得的连铸坯送入步进梁式加热炉进行热处理，需依序进行如下工序：预热阶段要求在60min之内将连铸坯加热至≥1000℃；然后将连铸坯升温至1140~1160℃，并保温30~45min；再然后将坯料温度加热至1190~1210℃加热，并保温25~35min；
本发明步骤S3热处理的目的是：将坯料加热至1190~1210℃进行保温，使其内部组织中铁素体（α）组织达到60%左右，该比例时坯料塑性较好。
步骤S4是轧制成型工序，将加热好后的连铸坯送入轧机轧制，在轧制过程中，经6架粗轧机，12架中轧机，轧制成不同尺寸的螺纹钢筋。
为了更好地测试本发明制得的含Nb双相不锈螺纹钢筋的性能，对制得的钢筋进行两组实施例测试并且增加一个对照例，具体如下：
实施例一：本实施例中以Nb重量含量在0.15~0.30%间的S32304的180mm方坯，然后轧制公称直径30的双相不锈螺纹钢筋为例来进行说明。
采用的S32304原料、钢水冶炼工艺与常规双相不锈钢S32304的相同，不同的是AOD炉精炼环节，在该环节加入110kg铌铁，得到Nb含量为0.194%的钢水。然后，将合格钢水经中间包，结晶器连铸成180mm方坯。
对连铸坯热处理，将连铸坯送入步进梁式加热炉加热，花费55min将连铸坯加热到1055℃，然后花费49min将连铸坯加热至1177℃，保温35min，再然后花费21min将连铸坯加热至1205℃，然后保温30min。
再然后将加热好的连铸坯送进轧机进行轧制，经6架粗轧机，12架中轧机，轧制过程中不需要控制冷却降温，最终得到公称直径为30且屈服强度为576MPa的双相不锈螺纹钢筋。
所得到的双相不锈螺纹钢筋的成分如下：C：0.021%；Si：0.36%；Mn：1.00%；P：0.0253%；S：0.0010%；Cr：23.15%；Ni：3.62%；Mo：0.18%；N：0.096%；Nb：0.194%；铁余量。
实验测试结果：抗拉强度为756N/mm2，屈服强度为576N/mm2，断后延伸率为34.0%，最大力总延伸率为22.1%。
实施例二：本实施例中以Nb重量含量在0.15~0.30%间的S32304的180mm方坯，然后轧制公称直径25的双相不锈螺纹钢筋为例来进行说明。
采用的S32304原料、钢水冶炼工艺与常规双相不锈钢S32304的相同，不同的是AOD炉精炼环节，在该环节加入120kg铌铁，得到Nb含量为0.195%的钢水。然后，将合格钢水经中间包，结晶器连铸成180mm方坯。
对连铸坯热处理，将连铸坯送入步进梁式加热炉加热，花费51min将连铸坯加热到1052℃，然后花费50min将连铸坯加热至1178℃，保温36min，再然后花费23min将连铸坯加热至1206℃，然后保温30min。
再然后将加热好的连铸坯送进轧机进行轧制，经6架粗轧机，12架中轧机，轧制过程中不需要控制冷却，最终得到公称直径为25且屈服强度为565MPa的双相不锈螺纹钢筋。
所得到的双相不锈螺纹钢筋的成分如下：C：0.028%；Si：0.36%；Mn：0.96%；P：0.0238%；S：0.0010%；Cr：22.95%；Ni：3.63%；Mo：0.18%；N：0.087%；Nb：0.195%；铁余量。
实验测试结果：抗拉强度为738N/mm2，屈服强度为565N/mm2，断后延伸率为32.3%，最大力总延伸率为21.5%。
对照例：本对比例中以未加入Nb的S32304的180mm方坯，然后轧制公称直径25的双相不锈螺纹钢筋为例来进行说明。
采用的S32304原料、钢水冶炼工艺与常规双相不锈钢S32304的相同，在冶炼过程中均不加入铌铁。然后，将合格钢水经中间包，结晶器连铸成180mm方坯。
对连铸坯热处理，将连铸坯送入步进梁式加热炉加热，花费49min将连铸坯加热到1051℃，然后花费48min将连铸坯加热至1176℃，保温33min，再然后花费25min将连铸坯加热至1208℃，然后保温30min。
再然后将加热好的连铸坯送进轧机进行轧制，经6架粗轧机，12架中轧机，轧制过程中需要在第15架轧机前等待2-3分钟来控制冷却，将轧材温度降低至950℃以下，才能得到屈服强度≥520MPa的双相不锈螺纹钢筋，本次取样的屈服强度为535MPa。
所得到的双相不锈螺纹钢筋的成分如下：C：0.020%；Si：0.34%；Mn：0.95%；P：0.0262%；S：0.0010%；Cr：23.15%；Ni：3.70%；Mo：0.21%；N：0.092%；铁余量。
实验测试结果：抗拉强度为701N/mm2，屈服强度为535N/mm2，断后延伸率为34.2%，最大力总延伸率为23.6%。
结论：通过将实施例一和实施例二的实验结果对比，得出实施例一的各项指标均与实施例二的各项指标相近，在S32304双目钢中加入重量百分比为0.15~0.30%的Nb，通过预热、加热和均热等工序，使得制得的含Nb的双相不锈螺纹钢筋材料性质稳定，能达到符合要求的抗拉强度和屈服强度；
通过将实施例二和对照例的实验结果对比，对照例中在轧制工序中额外增加控温后才能使钢筋的实验指标与实施例二的实验指标接近，这说明实施例二与对照例相比，工序更加简化，效率更高，实施例二能够避免由于对照例中由于轧制工艺控制不当造成屈服强度不符合标准，也能降低废品率。
通过本技术方案，本发明的一种含铌双相不锈螺纹钢筋通过在S32304双相不锈钢中加入适量的Nb，以及制造方法工艺流程为“EAF炉冶炼—AOD炉冶炼—LF炉冶炼—连铸生产180mm方坯—对连铸坯热处理—采用连轧机轧制螺纹钢筋”，该工艺可以轧制出屈服强度≥520MPa合格的双相不锈螺纹钢产品，可以提高轧制成螺纹钢后的屈服强度，避免由于轧制工艺控制不当造成屈服强度不符合标准，造成废品。同时由于减少了轧制工序的控温程序，进而可以提高生产效率，降低由于调整轧制过程工艺所消耗的成本，利于降本增效。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种含铌双相不锈螺纹钢筋，其特征在于：所述双相不锈螺纹钢筋，按重量百分比计，包含：C≤0.030%，Si≤1.0%，Mn≤2.5%，S≤0.030%，P≤0.040%，Cr：21.5~24.5%，Ni：3.0~5.5%，Mo：0.05~0.6%，N：0.05~0.20%，Cu：0.05~0.6%，Nb：0.15~0.30%，其余为铁和不可避免的杂质。
2.权利要求1所述的一种含铌双相不锈螺纹钢筋的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.制备钢水：向炼钢炉中加入双相钢原料以及重量百分比为0.15~0.30%的Nb，炼制并充分混合制成双相钢钢水；
S2.预成型：将S1制成的钢水经中间包、结晶器连铸成坯料；
S3.热处理：对S2预成型得到的坯料依序进行预热、加热和均热工序；
S4.轧制成型：将S3中加热好后的坯料送入轧机轧制成螺纹钢筋。
3.根据权利要求2所述的一种含铌双相不锈螺纹钢筋的制造方法，其特征在于：所述步骤S1中制备钢水包括：先将双相钢原料投入EAF炉熔化冶炼，得到双相钢钢水；然后将EAF炉中的双相钢钢水转至AOD炉中，在AOD炉加入适量的镍铁进入刚水中，得到重量百分比为0.15~0.30%的含Nb钢水；最后将AOD炉中精炼后的钢水投入至LF炉冶炼制得更纯净的钢水。
4.根据权利要求2所述的一种含铌双相不锈螺纹钢筋的制造方法，其特征在于：所述步骤S2中将S1制成的钢水经中间包、结晶器连铸成180mm的方坯。
5.根据权利要求2所述的一种含铌双相不锈螺纹钢筋的制造方法，其特征在于：所述步骤S3中热处理包括：
对坯料快速预热升温至1000℃以上；
然后对坯料加热至1140~1160℃，并保温不超过60min；
再然后对坯料均热至1190~1210℃，并保温不超过60min。
6.根据权利要求5所述的一种含铌双相不锈螺纹钢筋的制造方法，其特征在于：所述坯料加热至1140~1160℃后保温时间为30~45min；所述坯料均热至1190~1210℃后保温时间为25~35min。
7.根据权利要求5所述的一种含铌双相不锈螺纹钢筋的制造方法，其特征在于：所述预热和加热的升温时间均不超过60min，所述均热的升温时间不超过40min。
8.根据权利要求2所述的一种含铌双相不锈螺纹钢筋的制造方法，其特征在于：所述步骤S3中的热处理均在步进梁式加热炉中进行。
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