CN109504904A - 经济型Nb、Ti、N复合强化400MPa级钢筋及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种经济型Nb、Ti、N复合强化400MPa级钢筋及制造方法，该钢筋化学成分按质量百分比包括：C：0.20～0.25％、Mn：1.20～1.50％、Nb：0.008～0.02％、Ti：0.01～0.03％、N：0.006～0.012％、Si≤0.45％、P≤0.045％、S≤0.045％，其余为Fe及不可避免杂质。本发明的优点在于解决了Nb、Ti微合金化钢筋的中异常贝氏体组织及拉伸试验屈服点不明显或无屈服点技术难题。
Description
技术领域
本申请属于冶金技术领域，特别涉及一种经济型Nb、Ti、N复合强化400MPa级钢筋及制造方法。
背景技术
钢的微合金化及控轧控冷对于提升钢材的性能、降低制造成本非常有利。近年来，V合金价格的持续上涨，以VN合金为例，价格最高峰已上涨到82万元/吨，导致以V微合金化的高强钢筋制造成本急剧升高，国内钢铁企业开始研制以Nb代V微合金化钢筋，以降低制造成本；已有的研究表明，含Nb钢筋极易出现屈服点不明显，金相组织分析显示存在一定量的针状铁素体/魏氏体或贝氏体组织，给推广应用带来较大阻碍；部分钢企研究采取折中路线，采用Nb和V复合添加，成本有所下降。因此，钢筋以Nb、Ti复合全部代替V微合金化工艺，技术难点在于如何解决以Nb、Ti复合代V微合金化钢筋具有明显屈服点，并保证强、塑性满足标准要求。
部分专利显示采用Nb、Ti复合微合金化可制造400MPa级钢筋，合金成本高，经济性差，如专利CN1952199A公布了一种Nb、Ti复合控冷钢筋及其制造方法，但Nb含量超过0.02％，且钢中存在少量贝氏体组织，而且只针对28mm规格以上的刚进。另外，上述含Nb、Tif复合钢筋的发明专利中还需加入硅铁等合金元素，对成品氮气要求≤80ppm，对于拉伸试验是否有明显屈服不清楚。
发明内容
本发明采用Nb、Ti、N复合强化，采用低Mn合金化，钢中的Si为硅锰合金带入，不单独采用硅铁补充Si含量，单线终轧速度可达到14.5m/s高速轧制，切分轧制终轧速度大于12.5m/s，轧后穿水控制上冷床温度，不仅实现了合金的经济性和合金的最佳配备，即Nb、Ti微合金化配合低Mn低Si成分避免了组织中出现贝氏体异常组织，保证了拉伸试验有明显屈服点，钢中适量的N含量保证了屈服强度满足标准要求，同时也确保了轧制生产效率的高效化，综合制造成本最经济。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本申请实施例公开了一种经济型Nb、Ti、N复合强化400MPa级钢筋，其化学成分按质量百分比包括：C：0.20～0.25％、Mn：1.20～1.50％、Nb：0.008～0.02％、Ti：0.01～0.03％、N：0.006～0.012％、Si≤0.45％、P≤0.045％、S≤0.045％，其余为Fe及不可避免杂质。
相应的，还公开了一种经济型Nb、Ti、N复合强化400MPa级钢筋的制造方法，依次包括如下步骤：
S1高炉铁水经顶底复吹转炉冶炼，转炉出钢并合金化，钢水经底吹搅拌成分均匀后连铸成坯；
S2钢坯经加热、轧制、穿水冷却、冷床冷却后剪切成产品。
优选的，在上述的经济型Nb、Ti、N复合强化400MPa级钢筋的制造方法中，步骤S1中，转炉内加入废钢后兑入高炉铁水，废钢比15～25％，过程中加入渣料，经顶底复吹冶炼，转炉出钢温度≥1650℃，出钢1/3～2/3时，按顺序加入硅锰合金、铌铁、钛铁、氮化硅铁和普通增碳剂，控制化学成分满足上述化学成分质量百分比，出钢至连铸之间全过程采用惰性气体底吹搅拌，连铸浇铸中包过热度控制在30～50℃，连铸速度3.0-4.0m/min，连铸采用强化水冷。
优选的，在上述的经济型Nb、Ti、N复合强化400MPa级钢筋的制造方法中，步骤S2中，钢坯加热入炉温度控制在650℃以下，加热温度为950～1200℃,均热温度为1060～1200℃，加热和均热总时间为60～100min，开轧温度为980～1120℃，采用连续式棒材轧制生产线轧制成光圆钢筋或带肋钢筋成品，轧制终轧速度大于14.5m/s，轧后经穿水器加速冷却，上冷床温度控制在860～950℃，之后在空气中冷却至室温，经剪切成产品。
与现有技术相比，本发明有益效果在于解决了Nb、Ti微合金化钢筋的中异常贝氏体组织及拉伸试验屈服点不明显或无屈服点技术难题，本发明生产出的HRB400钢筋具有以下优点：
1、采用Nb、Ti符合强化替代V合金，在V合金持续上涨的情况下具有明显的降本优势，且与传统的含V合金的HRB400钢筋中添加0.03％V相比，本发明充分发挥Nb、Ti、N复合强化的作用，采取高温加热使得Nb/Ti(CN)析出相能够发挥有效固溶与控制原始奥氏体晶粒长大，在后续的轧制及冷却过程中形成弥散的Nb/Ti(CN)纳米级析出，最大限度发挥析出强化功能，因而微合金元素Nb、Ti的添加量可明显降低，控制在0.008-0.03％即可，更加经济。
2、采用Nb、Ti、N微合金化及低Mn、低Si合金设计，解决了传统含Nb钢筋微观组织中大量出现针状铁素体/魏氏体或贝氏体组织等异常组织，保证了拉伸试验具有明显屈服点这一技术难题，并精确研究了N对屈服强度的影响，确定了N含量精确控制区间，产品屈服强度稳定达到420MPa以上。
3、采用连续式棒材轧制生产线轧制，轧制终轧速度大于14.5m/s，实现了高速生产，生产效率进一步提升。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本发明实施例中成品屈服强度与成品氮含量关系图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
制造方法如下：
转炉内加入废钢后兑入高炉铁水，废钢比15～25％，过程中加入渣料，经顶底复吹冶炼，转炉出钢温度≥1650℃，出钢1/3～2/3时，按顺序加入硅锰合金、铌铁、钛铁、氮化硅铁和普通增碳剂，控制化学成分满足C：0.20～0.25％、Mn：1.20～1.50％、Nb：0.008～0.02％、Ti：0.01～0.03％、N：0.006～0.012％、Si≤0.45％、P≤0.045％、S≤0.045％，其余为Fe及不可避免杂质，出钢至连铸之间全过程采用惰性气体底吹搅拌，连铸浇铸中包过热度控制在30～50℃，连铸速度3.0-4.0m/min，连铸采用强化水冷；
钢坯加热入炉温度控制在650℃以下，加热温度为950～1200℃,均热温度为1060～1200℃，加热和均热总时间为60～100min，开轧温度为980～1120℃，采用连续式棒材轧制生产线轧制成光圆钢筋或带肋钢筋成品，轧制终轧速度大于14.5m/s，轧后经穿水器加速冷却，上冷床温度控制在860～950℃，之后在空气中冷却至室温，经剪切成产品。
现进行10次试验，钢筋试样的牌号、规格、成分、金相组织见下表：
工艺参数及性能见下表：
如图1所示，成品屈服强度与成品氮含量关系图如图所示。
上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种经济型Nb、Ti、N复合强化400MPa级钢筋，其特征在于，其化学成分按质量百分比包括：C：0.20～0.25％、Mn：1.20～1.50％、Nb：0.008～0.02％、Ti：0.01～0.03％、N：0.006～0.012％、Si≤0.45％、P≤0.045％、S≤0.045％，其余为Fe及不可避免杂质。
2.如权利要求1所述的经济型Nb、Ti、N复合强化400MPa级钢筋的制造方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
S1高炉铁水经顶底复吹转炉冶炼，转炉出钢并合金化，钢水经底吹搅拌成分均匀后连铸成坯；
S2钢坯经加热、轧制、穿水冷却、冷床冷却后剪切成产品。
3.根据权利要求2所述的经济型Nb、Ti、N复合强化400MPa级钢筋的制造方法，其特征在于，步骤S1中，转炉内加入废钢后兑入高炉铁水，废钢比15～25％，过程中加入渣料，经顶底复吹冶炼，转炉出钢温度≥1650℃，出钢1/3～2/3时，按顺序加入硅锰合金、铌铁、钛铁、氮化硅铁和普通增碳剂，控制化学成分满足权利要求1中化学成分质量百分比，出钢至连铸之间全过程采用惰性气体底吹搅拌，连铸浇铸中包过热度控制在30～50℃，连铸速度3.0-4.0m/min，连铸采用强化水冷。
4.根据权利要求2所述的经济型Nb、Ti、N复合强化400MPa级钢筋的制造方法，其特征在于，步骤S2中，钢坯加热入炉温度控制在650℃以下，加热温度为950～1200℃,均热温度为1060～1200℃，加热和均热总时间为60～100min，开轧温度为980～1120℃，采用连续式棒材轧制生产线轧制成光圆钢筋或带肋钢筋成品，轧制终轧速度大于14.5m/s，轧后经穿水器加速冷却，上冷床温度控制在860～950℃，之后在空气中冷却至室温，经剪切成产品。
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