本发明属于特种钢材领域，具体涉及一种高屈服强度的含钒氮钢材及其生产方法和用途。
背景技术：
高屈服强度的钢材主要是作为抗震钢材使用，用在高层建筑、桥梁、隧道等特殊领域。
目前，生产400mpa级、500mpa级高强度螺纹钢筋仅依靠c、si和mn很难达到要求，必须通过添加其他微合金元素才有可能达到标准要求。nb、v和ti是比较常用的微合金化元素。由于这些元素易形成碳氮化物颗粒，抑制晶粒长大，或者固溶于基体当中，能够起到析出强化、细晶强化和固溶强化的作用。通过添加nb、v和ti可使螺纹钢筋的强度上升到新的台阶。因此，目前国内很多生产螺纹钢厂家致力研究利用微合金化来提高高强度抗震钢筋的性能。
技术实现要素：
为了进一步提高钢材的屈服强度，本发明的首要目的在于提供一种含钒氮钢材，另辟蹊径地从钢材中钒氮元素比例入手，摸索钒氮元素的最佳比例，从而优化钒的析出状态，增加钒的析出强化效应，使原来处于固溶状态的钒大量转变成析出状态的钒，使氮化钒析出相的数量显著增加，从而充分发挥钒的沉淀析出强化作用，提高钢材屈服强度。
本发明的另一目的在于提供上述含钒氮钢材的生产方法。
本发明的再一目的在于提供上述含钒氮钢材的用途。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种含钒氮钢材，钒元素所占质量百分比为0.028～0.037％，钒氮元素的质量比是(3.17～3.77):1.00，该范围下所得钢材的屈服强度可以达到较高水平；
优选地，钒氮元素的质量比是(3.40～3.64):1.00，该范围是技术效果和成本的理想结合点；特别优选地，钒氮元素的质量比是3.52:1.00；
钢材中其他元素的含量符合相关国标规定即可；
优选地，钢材中其他元素的质量百分比分别为，c：0.210～0.25％，si：0.35～0.60％，mn：1.15～1.60％，p：≤0.045％，s：≤0.045％。
上述含钒氮钢材的生产方法，包括以下步骤：
(1)根据该批次钢材的总量、所采用的钒氮合金中钒氮元素的含量以及所需要的钒元素含量，计算出钒氮合金的用量；再结合所采用的富氮合金(又称氮化锰硅)中氮元素的含量和所需要的钒氮元素的质量比，计算出富氮合金的用量；
(2)炼钢原料经过冶炼，出钢时加入脱氧剂，再加入增碳剂；出钢1/4时加入钒氮合金，然后加入碳化硅、硅铁、硅锰、富氮合金，出钢3/4时全部合金加完；
步骤(2)中的脱氧剂优选硅铝钡；
步骤(2)中的脱氧剂、增碳剂、碳化硅、硅铁、硅锰等的用量取决了钢材中其他元素的含量，因此参照相应国标中的规定或现有技术的生产规范添加即可。
本发明的原理是：现有技术只使用钒氮合金生产高屈服强度的钢材，钢中氮含量不足，不足以充分发挥钒的沉淀析出作用。本发明在钢材中加入钒氮合金和富氮合金后，原来处于固溶状态的钒大量转变成析出状态的钒，使氮化钒析出相的数量显著增加，从而充分发挥了钒的沉淀析出强化作用。同时，氮化钒在奥氏体向铁素体转变期间在相界面的析出，有效阻止了铁素体晶粒长大，起到了细化铁素体晶粒的作用。因此，钒氮合金再加富氮合金主要是通过钢中增氮后对钒的析出动力学的影响，优化了钒的析出状态，增加了钒的析出强化效应，以及由此带来的细晶强化效应等作用，从而提高钢材的屈服强度。
本发明的含钒氮钢材具有较高的屈服强度，适合作为抗震钢材使用，用在高层建筑、桥梁、隧道等特殊领域。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
本发明依据钒氮元素的理想比例，加入富氮合金增氮，使原来处于固溶状态的钒大量转变成析出状态的钒，使氮化钒析出相的数量显著增加，从而充分发挥钒的沉淀析出强化作用，达到提高钢材屈服强度的目的。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
一种高屈服度含钒氮钢材的生产方法，包括以下步骤：
(1)生产在申请人位于广东省阳江市的某生产线进行，在炼钢冶炼不加钒氮合金和富氮合金的钢种钢材取样检测，钢材中氮含量为35ppm；
(2)设计钢材中钒的质量含量大约为0.032％，结合所采用的钒氮合金的钒氮含量(表1)，计算出每炉钢水应添加钒氮合金45kg；注：每炉钢水量115吨，钢水余钒量约0.003％。
表1：钒氮合金中的钒氮含量(质量百分比)
加入上述钒氮合金后，钢材中氮含量上升到69ppm；
(3)再每炉分别加入富氮合金30kg、40kg、50kg、60kg。采用的富氮合金其元素含量如表2所示；
表2：富氮合金中的元素含量(质量百分比)
(4)根据步骤(2)和(3)的计算结果，出钢时加入脱氧剂，再加入增碳剂；出钢1/4时加入钒氮合金，然后加入碳化硅、硅铁、硅锰、富氮合金，出钢3/4时全部合金加完。
所制得钢材的成分如表3所示：
表3：本实施例钢材的成分控制(质量百分比)
注：表中的国标是指热轧带肋钢筋国标gb1499.2-2007，其中氮≤0.012％
对比例
一种高屈服强度含钒氮钢材的生产方法，除了不包括步骤(3)，其他步骤与实施例相同，即不添加富氮合金，钢材中氮含量为69ppm。
对比例所采用的生产线、炼钢原料、钒氮合金均相同。
实施例和对比例所得钢材的屈服强度见表4。
表4：实施例和对比例所得钢材的屈服强度
由表4可见，对比例不添加富氮合金时，钢中氮含量仅为69ppm，钢材屈服强度仅为436mpa，强度偏低。
当富氮合金加入量为30kg/炉时，钢中氮含量为85ppm，钢材屈服强度为447mpa，强度接近于目标值的水平，基本上可以采用。
当富氮合金加入量为40kg/炉时，钢中氮含量为91ppm，钢材屈服强度为451mpa，强度控制达到目标控制450mpa的水平，是最理想状态。
当富氮合金加入量在50kg/炉以上时，钢中平均氮含在97ppm以上，而钢材屈服强度也是在452-453mpa，与氮含量为91ppm的基本相同，强度提高并不明显。但是，富氮合金的用量增加了，企业的生产成本也增加了，从企业生产经营角度看，性价比不好。
因此，通过大量试验和应用数据分析，钢材氮含量为88～94ppm时，是技术效果(主要指屈服强度)和成本的较好结合点，其对应的钒氮元素的质量比为(3.40～3.64):1.00；而这其中又以钒氮元素质量比为3.52:1.00最为理想。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。