一种高N复合强化500MPa级和600MPa级钢筋及冶炼方法和生产方法与流程

本发明涉及钢筋制造工艺技术领域，特别涉及一种高n复合强化500mpa级和600mpa级钢筋及冶炼方法和生产方法。

背景技术：

目500mpa、600mpa级高强度钢筋为目前国内高等级钢筋，广泛用于各种建筑结构，特别是大型、重型、轻型薄壁和高层建筑结构。与400mpa级钢筋相比，采用500mpa、600mpa级及以上强度高强度钢筋可节约用钢量17.5％和30％以上。其开发和应用还将会推动高性能节能环保型新材料的推广和应用，大大改善当前建筑用产品品种结构，为实现资源节约型、环境友好型企业提供有力支撑。

但本发明申请人发现现有技术至少存在如下技术问题：

目前生产hrb500(e)、htrb600(e)钢筋使用“钒氮+铌铁”复合微合金化，钢中v含量0.060％-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，按照理论计算，氮含量应为150-280ppm，这样造成钒氮合金消耗高、成本高。而当钒含量超过0.10％时，会导致v/n比＞5，远高于其理想配比，不能充分发挥钒的强化作用。目前现有技术无法实现控制v/n比的同时降低钒氮合金高消耗和高成本。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种高n复合强化500mpa级和600mpa级钢筋及冶炼方法和生产方法，通过高氮钒铁合金(fev30n14)和铌铁代替现有技术的钒氮和铌铁，使钢中氮含量正好达到理论值，充份发挥v(n、c)析出强化作用，达到节钒降低成本的目的。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种高n复合强化500mpa级和600mpa级钢筋的冶炼方法，采用冶炼工艺进行冶炼，在转炉冶炼出钢过程中，按2.5～4.0kg/t钢的量，加入n含量为14～16％，v含量为29～31％，余量为fe和不可避免的杂质的高氮钒铁合金fev30n14，以及按0.2～0.25kg/t钢的量，加入nb含量为63.0～65wt％的铌铁，将钢水的v/n比控制在3.49-3.83之间。

进一步，在转炉冶炼出钢过程中，按2.5～2.9kg/t钢的量，加入n含量为14～16％，v含量为29～31％，余量为fe和不可避免的杂质的高氮钒铁合金fev30n14，以及按0.2～0.23kg/t钢的量，加入nb含量为63.0～65wt％的铌铁，将钢水的v/n比控制在3.56。

一种高n复合强化500mpa级和600mpa级钢筋的生产方法，包括如下步骤：

利用权利要求1或2所述的高n复合强化500mpa级和600mpa级钢筋的冶炼方法得到的粗炼钢水；

将所述粗炼钢水通过精炼炉进行精炼，获得精炼钢水；

通过连铸机对所述精炼钢水进行轧制，获得连铸钢坯；

将所述连铸钢坯输送至轧钢加热炉进行加热后，进入机架粗轧机组进行粗轧操作，获得粗轧钢坯；

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；

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；

对所述精轧钢坯进行冷却和加工。

进一步，所述轧钢加热炉加热时控制加热温度在1150℃-1200℃之间。

一种高n复合强化500mpa级和600mpa级钢筋，利用所述的高n复合强化500mpa级和600mpa级钢筋的生产方法生产的钢筋化学成分占比为：

c：0.21-0.28％、mn：1.40-1.60％、si：0.40-0.60％、v：0.075-0.13％、p/s≤0.045、n：0.0215-0.0339％、nb：0.015-0.025％，其余为fe和不可避免的杂质。

进一步，500mpa级所述钢筋成分占比为：

c：0.21-0.25％、mn：1.40-1.60％、si：0.40-0.60％、v：0.075-0.095％、p/s≤0.045、n：0.0215-0.0272％、nb：0.015-0.020％，其余为fe和不可避免的杂质。

进一步，600mpa级所述钢筋成分占比为：

c：0.25-0.28％、mn：1.40-1.60％、si：0.40-0.60％、v：0.11-0.13％、p/s≤0.035、n：0.0315-0.0339％、nb：0.015-0.025％，其余为fe和不可避免的杂质。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的高n复合强化500mpa级和600mpa级钢筋的冶炼方法，通过使用高氮钒铁+铌铁替代目前使用的钒氮合金+铌铁，有效的将v/n比控制在3.49-3.83范围内，充分发挥钒的强化效果同时添加少量的铌(0.015-0.025％)，通过铌钒复合强化机制，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。

2.利用本发明所述的高n复合强化500mpa级和600mpa级钢筋的冶炼方法生产的钢筋，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，经增n复合微合金强化后达到500mpa级或600mpa级高性能钢筋的各项指标要求。

3.本发明所述的高n复合强化500mpa级和600mpa级钢筋的生产方法，通过转炉对制钢原料进行炼制，获得粗炼钢水；将所述粗炼钢水通过精炼炉进行精炼，获得精炼钢水；通过连铸机对所述精炼钢水进行轧制，获得连铸钢坯；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；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；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；对所述精轧钢坯进行冷却、剪切后，精整入库。达到了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，经淬火和回火处理后达到600mpa级高性能钢筋的各项指标要求，开发了高微合金钢坯防止铸坯表面缺陷的炼钢、连铸技术，综合了微合金固溶强化、细晶强化、析出强化及相应的加热、控轧控冷轧制技术，形成了稳定的工业化轧制技术，降低成本、大幅提高经济效益的技术效果。从而解决了现有技术中采用微合金化路线，依靠单一的生产工艺途径很难达到强度要求，存在成本高的技术问题。

附图说明

图1为本发明所述的高n复合强化500mpa级和600mpa级钢筋的生产方法的流程图。

图2a为现有技术500mpa级钢筋的金相图。

图2b为本发明500mpa级钢筋的金相图。

图3a为现有技术600mpa级钢筋的金相图。

图3b为本发明600mpa级钢筋的金相图。

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。

采用冶炼工艺进行冶炼，在转炉冶炼出钢过程中，按2.5～4.0kg/t钢的量，加入n含量为14～16％，v含量为29～31％，余量为fe和不可避免的杂质的高氮钒铁合金fev30n14，以及按0.2～0.25kg/t钢的量，加入nb含量为63.0～65wt％的铌铁，将钢水的v/n比控制在3.49-3.83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。本发明通过使用高氮钒铁+铌铁替代目前使用的钒氮合金+铌铁，有效的将v/n比控制在3.49-3.83范围内，充分发挥钒的强化效果同时添加少量的铌0.015-0.025％，通过铌钒复合强化机制，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。根据微合金元素的细晶强化、沉淀析出强化作用，在钢坯中添加nb、v微合金元素，利用nb化合物熔点高的特点使其在加热和轧制过程中集聚在晶界以阻止奥氏体晶粒长大，从而达到细晶强化的作用。利用v化合物在相变过程中沉淀析出后弥散分布在组织内部，在应变过程中起到位错塞积从而提高强度的作用。

从经济角度来看按照目前市场钒氮合金15万/吨而高氮钒铁6.9万/吨，通过使用高氮钒铁+铌铁替代目前使用的钒氮合金+铌铁，500mpa级高强钢筋吨钢可节约30-40元左右，600mpa级高强钢筋吨钢可节约40-60元左右。按照目前公司500mpa、600mpa级钢筋销量20万吨，吨钢节约40元计算，全年预计共节约200000*40＝8000000元。

如图1所示，本发明的高n复合强化500mpa级和600mpa级钢筋的生产方法包括：

步骤10：利用所述的高n复合强化500mpa级和600mpa级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。

实施例1

表1为本发明所述的高n复合强化500mpa级和600mpa级钢筋的冶炼方法生产的500mpa级钢筋与现有技术生产的500mpa级钢筋化学成分对照表。表2为本发明生产的500mpa级钢筋与现有技术生产的500mpa级钢筋在力学性能上的对比。表2中rm是抗拉强度，rel是下屈服强度，a是断后延长率，agt是延伸率。

表1

表2

表1和表2中可以看出，通过控制v/n在3.49、3.56、3.83，在铌含量0.015％时，冶炼出来的钢坯进行轧制，得到对应的力学性能，经过对比，v/n在3.56时性能最稳定，v、nb的利用效果最好。与现有技术的钒氮合金+铌铁对比，屈服强度有明显的提升，抗震性能更好。

图2a为现有技术生产的500mpa级钢筋的金相图，图2b为本发明生产的500mpa级钢筋的金相图，如表3为本发明生产的500mpa级钢筋与现有技术生产的500mpa级钢筋在金相组织上的对比，采用高氮钒铁合金+铌铁冶炼生产的500mpa级钢筋，金相组织均匀，为铁素体+珠光体，晶粒度等级比采用现有技术生产的高0.5级。

表3

实施例2

表4为本发明所述的高n复合强化500mpa级和600mpa级钢筋的冶炼方法生产的600mpa级钢筋与现有技术生产的600mpa级钢筋化学成分对照表。表5为本发明生产的600mpa级钢筋与现有技术生产的600mpa级钢筋在力学性能上的对比。

表4

表5

表4和表5中可以看出，通过控制v/n在3.49、3.56、3.83、控制铌含量在0.015％、0.020％、0.025％，冶炼出来的钢坯进行轧制，得到对应的力学性能，经过对比，v/n在3.56时性能最稳定，v、nb的利用效果最好。与传统的vn合金和铌铁对比，屈服强度有明显的提升，抗震性能更好。

图3a为现有技术生产的600mpa级钢筋的金相图，图3b为本发明生产的600mpa级钢筋的金相图，如表6为本发明生产的600mpa级钢筋与现有技术生产的600mpa级钢筋在金相组织上的对比，采用高氮钒铁合金+铌铁冶炼生产的600mpa级钢筋，金相组织均匀，为铁素体+珠光体+少量的马氏体，晶粒度等级比采用现有技术生产的高0.5-1.0级。

表6

上述2个实施例可以得出在v/n为3.56时钢筋的力学性能最好。而为了实现v/n为3.56，在转炉冶炼出钢过程中，按2.5～2.9kg/t钢的量，加入n含量为14～16％，v含量为29～31％，余量为fe和不可避免的杂质的高氮钒铁合金fev30n14，以及按0.2～0.23kg/t钢的量，加入nb含量为63.0～65wt％的铌铁，用于将钢水的v/n比控制在3.56。

本发明通过使用高氮钒铁+铌铁替代目前使用的钒氮合金+铌铁，有效的将v/n比控制在3.49-3.83范围内，充分发挥钒的强化效果同时添加少量的铌(0.015-0.025％)，通过铌钒复合强化机制，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，经控制控冷工艺后达到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。