一種500MPa級高強抗震鋼筋生產工藝的製作方法
2023-09-27 05:51:45
專利名稱：一種500MPa級高強抗震鋼筋生產工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種低合金鋼生產工藝，尤其涉及一種500MPa級高強抗震鋼筋生產 工藝。
背景技術：
目前，低合金鋼大多採用碳錳鋼系成分設計，採用錳系和矽系鐵合金進行錳和矽 元素的合金化，採用釩鐵或釩氮合金進行釩微合金化，採用鈮鐵合金進行鈮微合金化，其主 要成分控制[Mn]在1. 2-1. 6%之間，[Si]在0. 40-0. 60%之間，[C]在0. 17-0. 25%之間， [V]控制在0. 06-0. 12%之間，[Nb]控制在0. 04-0. 09%之間，屈服強度(Rel) > 500MPa， 抗拉強度^ 630MPa，斷面收縮率(A) > 16% ，主要依靠碳、錳和矽固溶強化和釩與鈮析出強 化，該鋼種存在如下問題是，①矽錳及碳含量較高，合金成本升高；②在凝固和冷卻過程中 容易產生元素偏析；③碳當量偏高焊接性能較差，釩和鈮含量高，合金成本高；④容易出現 屈服不明顯和混晶現象；⑤抗震性差。另外一種方法是將成分按下限控制，採用低溫大變形 量軋制，生產出超細晶鋼，合金成分可以降低，但該方法存在缺點是，①需要大幅度增加軋 機能力；②生產的鋼筋不能採用常規焊接，否則焊接區鋼筋強度大幅度下降。還有一種方法 是將成分控制在下限，採用軋後強制冷卻，合金成分也可大幅度降低，但缺陷是，①需增加 穿水設備，增加投資；②鋼筋性能波動大，時效現象嚴重；③焊接性能差；④鋼筋容易鏽蝕， 抗震性差。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種合金消耗降低，成本節約且鋼筋強度級別 較高，性能指標有所改善的500MPa級高強抗震鋼筋生產工藝。
為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是 ①採用碳錳鋼成分設計，將鋼中[Mn]含量控制在0. 60-1. 40 %之間，[Si] 在0. 20-0. 60 %之間，[V]在0. 02-0. 055 %之間，[Nb]在0. 02-0. 055 %之間，[C]在 0. 15-0. 24%之間，[N]在0. 006-0. 012%之間; ②採用轉爐或電爐冶煉，轉爐吹氧2-8min後在冶煉中期加入還原性氧化錳球團， 頂吹氧氣3-8min，同時底吹3-8min，使冶煉終點鋼水中[C]在0. 15-0. 20%之間，[Mn]在 0. 20-0. 40%之間; ③冶煉後期加入還原性原氧化釩球團和還原性氧化鈮，頂吹氧氣l-6min，同時底 吹氣l-6min，使鋼水中[V]在O. 01-0. 05%之間，[Nb]在0. 01-0. 05%之間，其他成分滿足 標準要求時鋼水溫度=1685-1693t:出鋼； ④在出鋼中前期向鋼包中加入錳系和矽系合金及增碳劑，使鋼水中[C]在 0. 20-0. 25%之間，[Mn]在0. 60-1. 40%之間，[Si]在0. 20-0. 60%之間;
⑤在出鋼和鋼水鎮靜過程中通過微波場向鋼包中的鋼水吹氮氣使鋼水中的[N] 含量在0. 006-0. 012 %之間，吹氮氣強度為0. 02-0. 3mVmin. t鋼，吹氮氣時間控制在3-10min ; 在出鋼中期加入釩鐵和鈮鐵對鋼水中的[V]和[Nb]進行微調，使鋼水中的[V]在0. 02-0. 055%之間，[Nb]在0. 02-0. 055%之間; ⑦根據所軋鋼筋直徑與定尺要求，將鋼水澆注成不同斷面尺寸的鋼坯；
⑧鋼坯通過熱送或冷卻後進入加熱爐加熱，加熱溫度在1050-125(TC之間，開軋溫度在950-1150。C之間，終軋溫度在950-1050。C之間，軋後冷卻速率在15-500°C /秒之間；
⑨根據鑄坯尺寸和鋼筋規格設定每個道次的軋制負荷，鋼筋經冷卻後按用戶需求剪切成規定的定尺，檢驗包裝入庫。 增碳劑為類石墨、石油焦、碳粉、碳化矽和碳化鈣中的一種或幾種。 本發明提供的500MPa級高強抗震鋼筋生產工藝，在現有鋼筋生產裝備條件下，
以碳錳系成分體系，採用還原性氧化球團直接合金化和採用鐵合金微調成分的冶煉工
藝，利用微波場電離氮分子，通過底吹氮對鋼水進行氮微合金化，低成本生產屈服強度
(Rel) ^ 520MPa，抗拉強度^630MPa，斷面收縮率(A) > 18%，Rm/Rel > 1. 29的高強抗震鋼
筋。用此方法生產的鋼筋其Rel在530-560MPa之間，Rm在660-730MPa之間，A在18-25%
之間，Rm/Rel在1. 30-1. 45之間，綜合成本較傳統方法降低75-100元/噸，三個月時效，Rel
和Rm值波動值小於15MPa，焊接性能良好，具有很好的推廣應用前景。 採用上述技術方案生產的高強抗震鋼筋與傳統工藝相比具有如下優點 ①矽錳合金降低15-45 % ，矽鐵降低30-60 % ，釩鐵降低30-70 % ，鈮鐵降低
30-70%，降低合金消耗，節約成本； ②鋼筋強度級別較高，性能指標有所改善，Rm/Rel在1. 30_1. 45之間，滿足抗震要求； ③利用現有裝備條件，不需要進行新的設備投入。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明的具體實施方式
作進一步的詳細描述，本發明中所有百分比均為質量百分比。 500MPa級高強抗震鋼筋生產工藝可以採用氧氣轉爐冶煉_連鑄_軋制工藝，也可採用電爐冶煉_連鑄_軋制工藝。本發明採用氧氣轉爐冶煉_連鑄_軋制工藝進行實施。
將高爐鐵水、廢鋼和生鐵塊依次加入到轉爐內，吹氧熔煉，並加入造渣材料如石灰，轉爐吹氧2-8min後加入還原性氧化錳球團，頂吹氧氣3-8min，同時底吹3-8min，使冶煉終點鋼水中[C]在0. 15-0. 20%之間，[Mn]在0. 20-0. 40%之間；冶煉後期加入還原性氧化釩球團和還原性氧化鈮，頂吹氧氣l-6min，同時底吹氣l-6min，使冶煉終點鋼水中[V]在0. 01-0. 05%之間，[Nb]在0. 01-0. 05%之間，其他成分滿足標準要求時鋼水溫度=1685-1693t:出鋼；所述還原性氧化錳球團為氧化錳礦內配碳後經過低溫燒結而成的還原性球團，還原性氧化釩球團為V205經過內配碳後燒結還原性球團，還原性氧化鈮球團為唚205經過內配碳燒結還原性球團，增碳劑為類石墨、石油焦、碳扮、碳化矽、碳化鈣中的一種或幾種。 在出鋼中前期向鋼包中加入錳系和矽系合金及增碳劑，使鋼水中[C]在0. 20-0. 25%之間，[Mn]在O. 60-1. 40%之間，[Si]在O. 20-0. 60%之間；在出鋼過程中通過微波場向鋼包中的鋼水吹氮氣使鋼水中的[N]含量在0.006-0. 012%之間，吹氮氣強度為0. 02-0. 3m3/min. t鋼，吹氮氣時間控制在3-10min ;在出鋼中期加入釩鐵和鈮鐵對鋼水中的[V]禾P [Nb]進行微調，使鋼水中的[V]在0. 02-0. 055%之間，[Nb]在0. 02-0. 055%之間；
根據所軋鋼筋直徑與定尺要求，將鋼水澆注成不同斷面尺寸的鋼坯；鋼坯通過熱送或冷卻後進入加熱爐加熱，加熱溫度在1050-125(TC之間，開軋溫度在950-115(TC之間，終軋溫度在950-105(TC之間，軋後冷卻速率在15-500°C /秒之間；根據鑄坯尺寸和鋼筋規格設定個道次的軋制負荷，鋼筋經冷卻後按用戶需求剪切成規定的定尺，檢驗包裝入庫。
實施例1 : 在100噸氧氣頂底復吹轉爐上冶煉高強抗震鋼筋，將高爐鐵水、廢鋼和生鐵塊依次加入到轉爐內，吹氧熔煉，並加入造渣材料石灰，轉爐吹氧5min後加入還原性氧化錳球團，頂吹氧氣4min，同時底吹氮氣4min，終點鋼水中[C] = 0. 16%， [Mn] = 0. 22% ;冶煉後期加入還原性氧化釩球團和還原性氧化鈮，頂吹氧氣5. 5min，同時底吹氣5. 5min，使冶煉終點鋼水中[V] = 0. 016%， [Nb] = 0. 045%， [S] = 0. 035%， [P] = 0. 031%，鋼水溫度=1685。C出鋼; 在出鋼中前期向鋼包中加入矽錳和矽鐵合金及碳化矽與碳粉，鋼水中[C]=0.20%， [Mn] = 1.0%， [Si] = 0.28% ;在出鋼過程中通過微波場向鋼包中的鋼水吹氮氣，鋼水中的[N] = 0. 010%，吹氮氣強度為0. 20mVmin. t鋼，吹氮氣時間控制為6. 5min ;在出鋼中期加入釩鐵和鈮鐵對鋼水中的[V]和[Nb]進行微調，鋼水中的[V] = 0.022%， [Nb]=0. 053% ; 將鋼水澆注成150X150mm鋼坯；鋼坯60(TC熱送進入加熱爐加熱，加熱溫度1247t:，開軋溫度1142t:，終軋溫度1050°C， 軋後冷卻速率為230°C /秒；軋製成直徑為25mm的鋼筋，鋼筋剪切成12m定尺，主要力學性能為Rel = 545MPa， Rm = 730MPa， A = 23% ，噸鋼合金成本較傳統工藝降低97. 6元。 實施例2 : 在60噸氧氣頂底復吹轉爐上冶煉高強抗震鋼筋，將高爐鐵水、廢鋼和生鐵塊依次加入到轉爐內，吹氧熔煉，並加入造渣材料如石灰，轉爐吹氧8min後加入還原性氧化錳球團，頂吹氧氣6min，同時底吹6min，終點鋼水中[C] = 0. 19%， [Mn] = 0. 29% ;冶煉後期加入還原性氧化釩球團和還原性氧化鈮，頂吹氧氣2min，同時底吹氣2min，終點鋼水中[V]=0. 047%， [Nb] = 0. 015%， [S] = 0. 028%， [P] = 0. 038%，溫度=1693。C出鋼;
在出鋼中前期向鋼包中加入矽錳和矽鐵合金及碳化矽與碳粉，鋼水中[C]=0. 25%， [Mn] = 0. 70%， [Si] = 0. 41%;在出鋼過程中通過微波場向鋼包中的鋼水吹氮氣，鋼水中的[N] = 0. 0071%，吹氮氣強度為0. 05mVmin. t鋼，吹氮氣時間控制為4min ;在出鋼中期加入釩鐵和鈮鐵對鋼水中的[V]和[Nb]進行微調，鋼水中的[V] = 0.054%， [Nb]=0. 022% ; 將鋼水澆注成150X150mm鋼坯；鋼坯153。C送進入加熱爐加熱，加熱溫度H95。C，開軋溫度1082°C ，終軋溫度998°C ，軋後冷卻速率在462°C /秒；軋製成直徑為18mm的鋼筋，鋼筋剪切成12m定尺，主要力學性能為Rel = 540MPa，Rm = 725MPa，A = 21%，噸鋼合金成本較傳統工藝降低91. l元。
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實施例3 : 在120噸氧氣頂底復吹轉爐上冶煉高強抗震鋼筋，將高爐鐵水、廢鋼和生鐵塊依次加入到轉爐內，吹氧熔煉，並加入造渣材料如石灰，轉爐吹氧2min後加入還原性氧化錳球團，頂吹氧氣3min，同時底吹3min，終點鋼水中[C] = 0. 17%， [Mn] = 0. 38% ;冶煉後期加入還原性氧化釩球團和還原性氧化鈮，頂吹氧氣4min，同時底吹氣4min，終點鋼水中[V]=0. 033%， [Nb] = 0. 031%， [S] = 0. 036%， [P] = 0. 032%，溫度=1691。C出鋼;
在出鋼中前期向鋼包中加入矽錳和矽鐵合金及碳化矽與碳粉，鋼水中[C]=0.21%， [Mn] = 1.370%， [Si] =0.56% ;在出鋼過程中通過微波場向鋼包中的鋼水吹氮氣，鋼水中的[N] =0. 0115%，吹氮氣強度為0. 3mVmin. t鋼，吹氮氣時間控制為9min;在出鋼中期加入釩鐵和鈮鐵對鋼水中的[V]和[Nb]進行微調，鋼水中的[V] = 0. 043%， [Nb]=0. 039% ; 將鋼水澆注成150X150mm鋼坯；鋼坯以室溫送進入加熱爐加熱，加熱溫度1063°C，開軋溫度987°C ，終軋溫度990°C ，軋後冷卻速率在45°C /秒；軋製成直徑為36mm的鋼筋，鋼筋剪切成12m定尺，主要力學性能為Rel = 550MPa，Rm = 730MPa，A = 20%，噸鋼合金成本較傳統工藝降低83. 4元。
實施例4 : 在100噸氧氣頂底復吹轉爐上冶煉高強抗震鋼筋，將高爐鐵水、廢鋼和生鐵塊依次加入到轉爐內，吹氧熔煉，並加入造渣材料石灰，轉爐吹氧5min後加入還原性氧化錳球團，頂吹氧氣8min，同時底吹氮氣8min，終點鋼水中[C] = 0. 15%， [Mn] = 0. 20% ;冶煉後期加入還原性氧化釩球團和還原性氧化鈮，頂吹氧氣6min，同時底吹氣6min，使冶煉終點鋼水中[V] = 0. 01%， [Nb] = 0. 01%， [S] = 0. 035%， [P] = 0. 031%，鋼水溫度=1685°C出鋼； 在出鋼中前期向鋼包中加入矽錳和矽鐵合金及類石墨與石油焦，鋼水中[C]=0. 20%， [Mn] = 0. 60%， [Si] = 0. 20%;在出鋼過程中通過微波場向鋼包中的鋼水吹氮氣，鋼水中的[N] = 0. 012%，吹氮氣強度為0. 02mVmin. t鋼，吹氮氣時間控制為3min ;在出鋼中期加入釩鐵和鈮鐵對鋼水中的[V]和[Nb]進行微調，鋼水中的[V] = 0.012%， [Nb]=0. 015% ;將鋼水澆注成150X150mm鋼坯；鋼坯60(TC熱送進入加熱爐加熱，加熱溫度125(TC，開軋溫度1150。C，終軋溫度IOO(TC，軋後冷卻速率在500°C /秒；軋製成直徑為12mm的鋼筋，鋼筋剪切成12m定尺，主要力學性能為Rel = 540MPa， Rm = 700MPa， A = 18% ，噸鋼合金成本較傳統工藝降低100元。
實施例5 : 在120噸氧氣頂底復吹轉爐上冶煉高強抗震鋼筋，將高爐鐵水、廢鋼和生鐵塊依次加入到轉爐內，吹氧熔煉，並加入造渣材料如石灰，轉爐吹氧7min後加入還原性氧化錳球團，頂吹氧氣7min，同時底吹7min，終點鋼水中[C] = 0. 20%， [Mn] = 0. 40% ;冶煉後期加入還原性氧化釩球團和還原性氧化鈮，頂吹氧氣lmin，同時底吹氣lmin，終點鋼水中[V]=0. 05%， [Nb] = 0. 01%， [S] = 0. 036%， [P] = 0. 032%，溫度=1691。C出鋼;
在出鋼中前期向鋼包中加入矽錳和矽鐵合金及碳化f丐，鋼水中[C] =0.21%，[Mn] = 1.40%， [Si] =0.60% ;在出鋼過程中通過微波場向鋼包中的鋼水吹氮氣，鋼水中的[N] =0. 006%，吹氮氣強度為0. 4mVmin. t鋼，吹氮氣時間控制為10min ;在出鋼中期加入釩鐵和鈮鐵對鋼水中的[V]和[Nb]進行微調，鋼水中的[V] = 0.055%， [Nb] = 0.02% ;
將鋼水澆注成150X150mm鋼坯；鋼坯以室溫送進入加熱爐加熱，加熱溫度1050°C，開軋溫度950°C ，終軋溫度950°C ，軋後冷卻速率在15°C /秒；軋製成直徑為40mm的鋼筋，鋼筋剪切成12m定尺，主要力學性能為Rel = 530MPa，Rm = 660MPa，A = 25%，噸鋼合金成本較傳統工藝降低75元。
權利要求
一種500MPa級高強抗震鋼筋生產工藝，將高爐鐵水和廢鋼及生鐵塊加入到轉爐或電爐內，吹氧冶煉，加入造渣料，待轉爐鋼水C、S、P達到冶煉標準要求，進行出鋼操作，其特徵在於轉爐吹氧2-8min後在冶煉中期加入還原性氧化錳球團，頂吹氧氣3-8min，同時底吹3-8min，使鋼水中C在0.15-0.20％之間，Mn在0.30-0.40之間；冶煉後期加入還原性氧化釩球團和還原性氧化鈮，頂吹氧氣1-6min，同時底吹氣1-6min，使鋼水中V在0.01-0.05％之間，Nb在0.01-0.05％之間，其他成分滿足標準要求時鋼水溫度＝1685-1693℃出鋼；在出鋼中前期向鋼包中加入錳系和矽系合金及增碳劑，使鋼水中C在0.20-0.25％之間，Mn在0.60-1.40％之間，Si在0.20-0.60％之間；在出鋼過程中通過微波場向鋼包中的鋼水吹氮氣，使鋼水中的N含量在0.006-0.012％之間，吹氮氣強度為0.02-0.4m3/min.t鋼，吹氮氣時間控制在3-10min；在出鋼中期加入釩鐵和鈮鐵對鋼水中的V和Nb進行微調，使鋼水中的V在0.02-0.055％之間，Nb在0.02-0.055％之間；鋼水經連鑄機澆注成鋼坯，通過加熱爐加熱，加熱溫度在1050-1250℃之間，開軋溫度在950-1150℃之間，終軋溫度在950-1050℃之間，軋後冷卻速率在15-500℃/秒之間。
2. 根據權利要求1所述的500MPa級高強抗震鋼筋生產工藝，其特徵在於所述的還原 性氧化錳球團為氧化錳礦經內配碳在低溫下燒結而成的還原性球團。
3. 根據權利要求1所述的500MPa級高強抗震鋼筋生產工藝，其特徵在於所述的還原 性氧化釩球團為V205經內配碳在低溫下燒結而成的還原性球團。
4. 根據權利要求1所述的500MPa級高強抗震鋼筋生產工藝，其特徵在於所述的還原 性氧化鈮球團為Nb205經內配碳在低溫下燒結而成的還原性球團。
5. 根據權利要求1所述的500MPa級高強抗震鋼筋生產工藝，其特徵在於所述的增碳 劑為類石墨、石油焦、碳粉、碳化矽和碳化鈣中的一種或幾種。
全文摘要
本發明公開了一種500MPa級高強抗震鋼筋生產工藝，在出鋼過程中通過微波場向鋼包鋼水中吹氮氣，使鋼水中[N]在0.08-0.012％之間，在冶煉中期加入還原性氧化錳球團，在冶煉後期加入還原性氧化釩和氧化鈮球團，在出鋼過程中加入錳系合金、矽系合金及增碳劑進行合金微調，使鋼水中[Mn]在0.60-1.40％之間，[Si]在0.20-0.60％之間，出鋼時加入釩鐵和鈮鐵微調鋼中的釩和鈮，鋼中[V]在0.02-0.055％之間，[Nb]在0.02-0.055％之間，鋼水經連鑄機澆注成鋼坯，通過加熱爐加熱，加熱溫度在1050-1250℃之間，開軋溫度在950-1150℃之間，終軋溫度在950-1050℃之間，軋後冷卻速率在15-500℃/秒之間，用此方法生產的鋼筋其Rel在530-560MPa之間，Rm在660-730MPa之間，A在18-25％之間，Rm/Rel在1.30-1.45之間，三個月時效，Rel和Rm值波動值小於15MPa，焊接性能良好，具有很好的推廣應用前景。
文檔編號C22C33/04GK101775538SQ20101013144
公開日2010年7月14日 申請日期2010年3月24日 優先權日2010年3月24日
發明者吳光亮, 李一為 申請人:中南大學