專利名稱：釩鈦復合微合金化鋼筋及其生產方法
技術領域：
本發明屬于鋼鐵冶金微合金化技術領域，具體涉及一種鋼筋混凝土用熱軋釩鈦復合微合金化鋼筋及其生產方法。
背景技術：
目前，我國處于工業化和城鎮化快速發展時期，建筑業向大型化發展的速度十分迅猛。建筑業向大型化發展，為提高大型建筑物的安全性，國內外建筑行業普遍采用高強度、高焊接性能的熱軋帶肋鋼筋代替普通鋼筋。另外，隨著我國推廣高強度鋼筋使用政策的出臺，以HRB335等335MPa級以下低強度鋼筋將逐漸被淘汰，HRB400及其以上級別的熱軋帶肋鋼筋將得到大力發展，新修訂的國家標準《鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》還將增加HRB600鋼筋。 高強鋼筋的生產工藝技術主要采取微合金化的措施，是鋼鐵冶金領域的一項高新技術，也是各鋼廠目前生產500MPa及以上級別鋼筋采用的主要技術路線。鋼的微合金化主要使用V、Nb、V-N復合、V-Nb復合等對鋼質的強化作用，使熱軋狀態下的鋼筋即可獲得高強度、高韌性、高焊接性等性能。但釩及其合金、鈮及其合金生產成本較高，擠占了企業利潤空間的同時還造成釩、鈮資源的緊張，不利于400MPa級及以上高強度鋼筋的生產和推廣應用。攀西地區蘊藏著豐富的釩鈦資源，鐵水經提釩后仍含有一定量的釩和鈦，廢鋼廢鐵、渣鋼渣鐵中也含有一定量釩和鈦。用釩對鋼筋進行微合金碳氮化物析出強化已得到廣泛應用，利用微鈦處理細化鋼筋的奧氏體晶粒也得到應用，但同時利用釩鈦復合微合金化(即以Ti替代部分V)，以含Ti第二相代替含V第二相增強鋼筋還未見報道。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種釩鈦復合微合金化400MPa級及以上高強度鋼筋及其生產方法。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是釩鈦復合微合金化鋼筋，鋼的化學成分按重量計為c 0. 16 0. 25%, Si :0. 20 0. 80%,Mn :1. 20 I. 50%,Ti :0. 001 0. 12%、V :0. 001 0. 10%、N 彡 0. 01%、S 彡 0. 045%、P 彡 0. 045%，其余為 Fe 和不可避
免的雜質。其中，上述鋼筋中鋼的化學成分按重量計為C 0. 22 0. 25%, Si :0. 50
0.80 %、Mn :1. 30 I. 50 %、Ti :0. 05 0. 12 %、V :0. 010 0. 050 N ^ 0. 01S^O. 045%,P ^ 0. 045%，其余為Fe和不可避免的雜質。其中，上述鋼筋在軋制前，將軋制鋼筋用鋼坯加熱至1100 1300°C再保溫30 150分鐘，之后進行軋制，到750 950°C之間時結束軋制，軋制的鋼筋空冷至室溫，制得釩鈦復合微合金化鋼筋。進一步的，將軋制鋼筋用鋼坯加熱至1150 1250°C再保溫55 125分鐘，之后降溫至1000 1050°C進行軋制，到800 860°C之間時結束軋制，軋制的鋼筋空冷至室溫，制
得鑰;鈦復合微合金化鋼筋。其中，制備上述鋼筋的合金化過程中，鈦元素的加入采用鈦硅鐵合金，所述鈦硅鐵合金按重量計含有Ti :20 70%、Si :10 45%、Fe彡15%。上述釩鈦復合微合金化鋼筋的制備方法，包括如下步驟a、將煉鋼原料冶煉成粗鋼液，出鋼，出鋼過程中進行脫氧和合金化；b、出鋼后的鋼液送入精煉爐進行精煉和成分微調，使其滿足鋼筋成分要求后進行澆鑄，得到軋制鋼筋用鋼坯；C、將軋制鋼筋用鋼坯加熱至1100 1300°C再保溫30 150分鐘，之后進行軋制，到750 950°C之間時結束軋制，軋制的鋼筋空冷至室溫，制得釩鈦復合微合金化鋼筋；其中，在出鋼過程中且脫氧后、或在精煉過程中進行釩和鈦的合金化。本發明所述的煉鋼原料包括普通鐵礦煉成的鐵水，釩鈦磁鐵礦煉成的鐵水和/或半鋼，直接還原鐵，化鐵爐鐵水，回收的廢鋼鐵和/或渣鋼鐵。所述廢鋼鐵可以為鋼鐵廠產生的廢鋼或廢鐵，也可以是市面上有售的其他廢鋼或廢鐵。所述渣鋼鐵是指鋼渣或高爐渣中選出的鋼或鐵。其中，上述方法步驟c中，將軋制鋼筋用鋼坯加熱至1150 1250°C再保溫55 125分鐘，之后降溫至1000 1050°C進行軋制，到800 860°C之間時結束軋制，軋制的鋼
筋空冷至室溫，制得釩鈦復合微合金化鋼筋。其中，上述方法合金化過程中，鈦元素的加入采用鈦鐵、鈦硅鐵合金、金屬鈦或含鈦包芯線中的至少一種。進一步的，合金化過程中，鈦元素的加入采用鈦硅鐵合金，所述鈦硅鐵合金按重量計含有 Ti 20 70%、Si 10 45%、Fe ( 15%。其中，上述方法合金化過程中，釩元素的加入采用塊狀釩鐵和/或含釩包芯線。其中，上述方法步驟a中，將煉鋼原料冶煉成溫度為1600 1700°C的粗鋼液，所述粗鋼液按重量計含[c] ^ 0. 30%, [P] ( 0. 045%, [S]彡 0. 10%。[C]是指溶解在鋼液中的C。同理，[P]、[S]分別指溶解在鋼液中的P、S。其中，上述方法步驟a中，將煉鋼原料冶煉成粗鋼液的設備是電爐、轉爐、感應爐或平爐。其中，上述方法步驟b中，所述精煉爐為LF、RH、VD或VOD爐。本發明的有益效果是本發明C含量選擇在0. 16 0. 25%以得到典型的鋼筋組織鐵素體+珠光體組織；Mn含量選擇在I. 20 I. 50%，主要利用其降低相變溫度、細化鐵素體晶粒尺寸的效應和固溶強化效應；Si含量選擇在0. 20 0. 80%，具有較高的固溶強化效果，同時能夠促進含Ti和含V第二相的析出。本發明Ti的作用除了形成較大的Ti (CN)阻止形變奧氏體長大，還將在軋制和冷卻過程中形成大量的納米級含Ti第二相，與含V第二相一同析出起強化作用。本發明嚴格控制鋼坯熱軋前的保溫時間和溫度，以及終軋溫度，利用釩鈦復合微合金化(即以Ti替代部分V)，以含Ti第二相代替含V第二相增強鋼筋，并充分發揮Si促進含Ti和含V第二相的析出，在不改變鋼的延展性的條件下提高鋼的屈服強度和抗拉強度等機械性能，生產成本低，產品滿足400MPa或500MPa級高強度鋼筋的性能要求。
圖I為本發明實施例三制備得到的鋼筋Ti、V復合析出透射電鏡照片。
具體實施例方式下面通過具體實施方式
對本發明作進一步的說明。釩鈦復合微合金化鋼筋，其特征在于鋼的化學成分按重量計為C:0. 16
0.25%,Si :0. 20 0. 80%,Mn :1. 20 I. 50%,Ti :0. 001 0. 12%,V :0. 001 0. 10%,N ^ 0. 01%, S ^ 0. 045%, P ^ 0. 045%,其余為Fe和不可避免的雜質。優選的，為了使上述鋼筋的機械性能更好，實現500MPa級高強度鋼筋的性能要求，上述鋼筋中鋼的化學成分按重量計為c 0. 22 0. 25%、Si :0. 50 0. 80 %, Mn
1.30 I. 50 %、Ti :0. 05 0. 12 %、V :0. 010 0. 050 %、N 彡 0. 01 %、S 彡 0. 045P^O. 045%，其余為Fe和不可避免的雜質。優選的，為了使上述鋼筋的機械性能更好，保證上述鋼筋滿足400MPa或500MPa級高強度鋼筋的性能要求，應嚴格控制鋼坯的保溫時間和溫度，以及終軋溫度，因此，上述鋼筋在軋制前，將軋制鋼筋用鋼坯加熱至1100 130(TC再保溫30 150分鐘，之后進行軋制，到750 950°C之間時結束軋制，軋制的鋼筋空冷至室溫，制得釩鈦復合微合金化鋼筋。進一步的，將軋制鋼筋用鋼坯加熱至1150 1250°C再保溫55 125分鐘，之后降溫至1000 1050°C進行軋制，到800 860°C之間時結束軋制，軋制的鋼筋空冷至室溫，制 得鑰;鈦復合微合金化鋼筋。發明人發現，雖然本發明中Si能同時促進含Ti和含V第二相的析出，但是要充分保證Ti在軋制和冷卻過程中形成大量的納米級含Ti第二相，與含V第二相一同析出起強化作用，從而提高鋼筋的機械性能，那么需要在出鋼過程中將a[o](即氧活度)降到比較低的水平(大約在30ppm以下)，因此在出鋼過程中的脫氧成本較高。本發明為了充分保證Ti在澆鑄、軋制和冷卻過程中形成大量的納米級含Ti第二相，又能滿足成本要求，優選采用另一種方式減少氧與鈦的結合，從而形成大量的納米級含Ti第二相，即在制備上述鋼筋的合金化過程中，鈦元素的加入采用鈦硅鐵合金，所述鈦硅鐵合金按重量計含有Ti 20 70%,Si :10 45%、Fe彡15%。本發明采用鈦硅鐵合金，因其鈦和硅的特殊結合，在合金化過程中減少了鈦與氧的結合，從而降低了對脫氧的要求，提高了鈦的收得率，也就降低了合金加入量，降低了成本。本發明所述鈦硅鐵合金包括塊狀或粉末狀鈦硅鐵合金，也包括用粉末狀鈦硅鐵合金制成的包芯線。上述釩鈦復合微合金化鋼筋的制備方法，包括如下步驟a、將煉鋼原料冶煉成粗鋼液，出鋼，出鋼過程中進行脫氧和合金化；b、出鋼后的鋼液送入精煉爐進行精煉和成分微調，使其滿足鋼筋成分要求后進行澆鑄，得到軋制鋼筋用鋼坯；C、將軋制鋼筋用鋼坯加熱至1100 1300°C再保溫30 150分鐘，之后進行軋制，到750 950°C之間時結束軋制，軋制的鋼筋空冷至室溫，制得釩鈦復合微合金化鋼筋；其中，在出鋼過程中且脫氧后、或在精煉過程中進行釩和鈦的合金化。本發明嚴格控制鋼坯加熱的溫度和保溫時間，以及終軋的溫度，目的是為了提高鋼筋的機械性能，使其滿足400MPa或500MPa級高強度鋼筋的性能要求。優選的，為了使鋼筋的機械性能更好，上述方法步驟c中，將軋制鋼筋用鋼坯加熱至1150 1250°C再保溫55 125分鐘，之后降溫至1000 1050°C進行軋制，到800 860°C之間時結束軋制，軋制的鋼筋空冷至室溫，制得釩鈦復合微合金化鋼筋。優選的，上述方法合金化過程中，鈦元素的加入采用鈦鐵、鈦硅鐵合金、金屬鈦或含鈦包芯線中的至少一種。進一步的，為了節約成本，合金化過程中，鈦元素的加入采用鈦硅鐵合金，所述鈦硅鐵合金按重量計含有Ti :20 70%、Si : 10 45%、Fe彡15%。優選的，上述方法合金化過程中，釩元素的加入采用塊狀釩鐵和/或含釩包芯線。優選的，為了給后續工序提供必要的溫度和成分條件，上述方法步驟a中，將煉 鋼原料冶煉成溫度為1600 1700°C的粗鋼液，所述粗鋼液按重量計含[C] ^ 0. 30%,[P] ( 0. 045%, [S] ( 0. 10%。其中，上述方法步驟a中，將煉鋼原料冶煉成粗鋼液的設備是電爐、轉爐、感應爐或平爐。其中，上述方法步驟b中，所述精煉爐為LF、RH、VD或VOD爐。下面通過實施例對本發明具體實施方式
作進一步說明，但并不因此將本發明的保護范圍限制在實施例之中。實施例I(I)以渣鐵為原料生產HRB400鋼筋，通過造渣、吹氧等措施經電爐冶煉成粗鋼液，粗鋼液含[C]0. 13%, [P]0. 019%, [S] 0.070 %、[N]67ppm、a[o]68ppm，溫度 1678°C，達到規定要求，然后出鋼，出鋼過程中進行脫氧合金化，釩和鈦通過粒度為25mm的塊體Ti-23wt%Si-26wt%Fe和V_25wt%Fe中間合金形式加入，脫氧合金化后的鋼液送LF爐精煉和成分微調，所得鋼液送方坯連鑄澆鑄，成分如表I所示。(2)將鑄坯加熱至1200°C保溫I小時。(3)將上述加熱鑄坯空冷或水冷至1030°C，然后進行軋制，終軋溫度820°C。(4)熱軋鋼筋空冷到室溫。制備得到的鋼筋性能詳見表2。實施例2(I)以渣鋼為原料生產HRB400鋼筋，通過造渣、吹氧等措施經電爐冶煉成粗鋼液，成分含[c]0. 17%, [P]0. 020%, [S]0. 080%, [N]63ppm、a[o]65ppm，溫度達 1685°C，達到規定要求，然后出鋼，出鋼過程中進行脫氧合金化，鈦分別通過Ti-45wt%Si-10wt%Fe包芯線形式加入，釩含量為渣鋼中殘留量，脫氧合金化后的鋼液送LF爐精煉和成分微調，所得鋼液送方還連鑄燒鑄，成分如表I所不。(2)將鑄坯加熱至1230°C保溫I小時。(3)將上述加熱鑄坯空冷或水冷至1050°C，然后進行軋制，終軋溫度850°C。(4)熱軋鋼筋空冷到室溫。制備得到的鋼筋性能詳見表2。實施例3(I)以渣鋼和渣鐵為原料生產HRB400鋼筋，通過造渣、吹氧等措施經轉爐冶煉成粗鋼液，粗鋼液含[c]0. 16%, [P]0. 016%, [S]0. 073 %, [N]60ppm、a[o]60ppm，溫度1682°C，達到規定要求，然后出鋼，出鋼過程中進行脫氧合金化，釩和鈦分別通過粒度為50mm的塊體Ti-57wt%Si_15wt%Fe和V_25wt%Fe中間合金形式加入脫氧合金化后的鋼液送RH爐精煉和成分微調，所得鋼液送方坯連鑄澆鑄，成分如表I所示。(2)將鑄坯加熱至1180°C保溫2小時。(3)將上述加熱鑄坯空冷或水冷至1000°C，然后進行軋制，終軋溫度800°C。(4)熱軋鋼筋空冷到室溫。制備得到的鋼筋性能詳見表2。實施例4(I)以高爐鐵水為原料生產HRB400鋼筋，通過造渣、吹氧等措施經轉爐冶煉成粗鋼液，粗鋼液含[c]0. 12%, [P]0.022 %、[S]0.093 %、[N]65ppm、a[o]63ppm，溫度1679°C，達到規定要求出鋼，出鋼過程中進行脫氧合金化，釩和鈦分別通過Ti-35wt%Fe和V-25wt%Fe包芯線形式加入，脫氧合金化后的鋼液送LF爐精煉和成分微調，所得鋼液送方還連鑄燒鑄，成分如表I所不。(2)將鑄坯加熱至1200°C保溫I小時。(3)將上述加熱鑄坯空冷或水冷至1040°C，然后進行軋制，終軋溫度850°C。(4)熱軋鋼筋空冷到室溫。制備得到的鋼筋性能詳見表2。實施例5(I)以渣鐵為原料生產HRB500鋼筋，通過造渣、吹氧等措施經電爐冶煉成粗鋼液，成分和溫度達到規定要求后出鋼，出鋼過程中進行脫氧合金化，釩和鈦通過粒度為15_的塊體Ti-63wt%Si-10wt%Fe和V_25wt%Fe中間合金形式加入，脫氧合金化后的鋼液送LF爐精煉和成分微調，所得鋼液送方坯連鑄澆鑄，成分如表I所示。(2)將鑄坯加熱至1230°C保溫I小時。(3)將上述加熱鑄坯空冷或水冷至1030°C，然后進行軋制，終軋溫度830°C。(4)熱軋鋼筋空冷到室溫。制備得到的鋼筋性能詳見表2。實施例6(I)以渣鋼為原料生產HRB500鋼筋，通過造渣、吹氧等措施經電爐冶煉成粗鋼液，粗鋼液含[c]0. 15%, [P]0. 027%, [S]0. 063%、[N]62ppm、a[o]55ppm，溫度 1681°C，然后出鋼，出鋼過程中進行脫氧合金化，鈦分別通過Ti-35wt%Si-10wt%Fe包芯線形式加入,鑰;含量為渣鋼中殘留量，脫氧合金化后的鋼液送LF爐精煉和成分微調，所得鋼液送方坯連鑄澆鑄，成分如表I所示。(2)將鑄坯加熱至1250°C保溫I小時。(3)將上述加熱鑄坯空冷或水冷至1050°C，然后進行軋制，終軋溫度850°C。(4)熱軋鋼筋空冷到室溫。制備得到的鋼筋性能詳見表2。、
實施例I(I)以廢鋼和廢鐵為原料生產HRB500鋼筋，通過造渣、吹氧等措施經轉爐冶煉成粗鋼液，粗鋼液含[c]0. 13%, [P]0.020 %、[S]0.093 %、[N]60ppm、a[o]65ppm，溫度1685°C,然后出鋼，出鋼過程中進行脫氧合金化,釩和鈦分別通過粒度為50mm的塊體Ti-40wt%Si-20wt%Fe和V_25wt%Fe中間合金形式加入脫氧合金化后的鋼液送RH爐精煉和成分微調，所得鋼液送方坯連鑄澆鑄，成分如表I所示。(2)將鑄坯加熱至1150°C保溫2小時。(3)將上述加熱鑄坯空冷或水冷至1020°C，然后進行軋制，終軋溫度800°C。(4)熱軋鋼筋空冷到室溫。制備得到的鋼筋性能詳見表2。實施例8
(I)以高爐鐵水為原料生產HRB500鋼筋，通過造渣、吹氧等措施經轉爐冶煉成粗鋼液，粗鋼液含[C]0. 15%, [P]0. 016%, [S]0. 085%, [N]55ppm、a[o]63ppm，溫度 1678°C,出鋼過程中進行脫氧合金化，釩和鈦分別通過Ti-35wt%Fe和V_25wt%Fe包芯線形式加入，脫氧合金化后的鋼液送LF爐精煉和成分微調，所得鋼液送方坯連鑄澆鑄，成分如表I所示。(2)將鑄坯加熱至1200°C保溫I小時。(3)將上述加熱鑄坯空冷或水冷至1030°C，然后進行軋制，終軋溫度820°C。(4)熱軋鋼筋空冷到室溫。制備得到的鋼筋性能詳見表2。表I本發明實施例鋼筋化學成分(按重量計，%)
FiJiT^n^c. I ^^:^~i^~^^ID 鋼筋
_ C Si Mn Ti ￥ O NS P 酣誇
10.190,55I 1350M40,03<M_0.00800,0350.032￠30
20,210.50L400,0550.0090.00400.00600.0130.028^20
30200.30L351).060.0150.00300.0050(KOI 50.025+35
40.21OJOIJO0.035<1020.00350,006S0.0100.030￠30
5(1220.70L40OM0.0250.00420.00700,0260.028￠25
60220/)01350, IO0.0120.00450,00600.00950,032￠30 I0240.50i ,400.080.020.00320.00550.00800.020 15 8023030I L45QMSQMS0M550.0100,0100.018.35表2本發明實施例的鋼筋性能
權利要求
1.釩鈦復合微合金化鋼筋，其特征在于鋼的化學成分按重量計為c0. 16 0. 25%、Si :0. 20 0. 80 %、Mn :1. 20 I. 50 Ti :0. 001 0. 12 V :0. 001 0. 10N彡0.01%、S彡0. 045%,P ^ 0. 045%，其余為Fe和不可避免的雜質。
2.根據權利要求I所述的釩鈦復合微合金化鋼筋，其特征在于鋼的化學成分按重量計為C 0. 22 0. 25%, Si :0. 50 0. 80%, Mn :1. 30 I. 50%, Ti :0. 05 0. 12%, V 0.010 0. 050%,N ^ 0. 01%,S ( 0. 045%,P ( 0. 045%，其余為 Fe 和不可避免的雜質。
3.根據權利要求I或2所述的釩鈦復合微合金化鋼筋的制備方法，其特征在于包括如下步驟 a、將煉鋼原料冶煉成粗鋼液，出鋼，出鋼過程中進行脫氧和合金化； b、出鋼后的鋼液送入精煉爐進行精煉和成分微調，使其滿足鋼筋成分要求后進行澆鑄，得到軋制鋼筋用鋼坯； C、將軋制鋼筋用鋼坯加熱至1100 130(TC再保溫30 150分鐘，之后進行軋制，到750 950°C之間時結束軋制，軋制的鋼筋空冷至室溫，制得釩鈦復合微合金化鋼筋； 其中，在出鋼過程中且脫氧后、或在精煉過程中進行釩和鈦的合金化。
4.根據權利要求3所述的釩鈦復合微合金化鋼筋的制備方法，其特征在于步驟c中，將軋制鋼筋用鋼坯加熱至1150 1250°C再保溫55 125分鐘，之后降溫至1000 1050°C進行軋制，到800 860°C之間時結束軋制，軋制的鋼筋空冷至室溫，制得釩鈦復合微合金化鋼筋。
5.根據權利要求3所述的釩鈦復合微合金化鋼筋的制備方法，其特征在于合金化過程中，鈦元素的加入采用鈦鐵、鈦硅鐵合金、金屬鈦或含鈦包芯線中的至少一種。
6.根據權利要求5所述的釩鈦復合微合金化鋼筋的制備方法，其特征在于合金化過程中，鈦元素的加入采用鈦硅鐵合金，所述鈦硅鐵合金按重量計含有Ti :20 70%、Si 10 45%、Fe ( 15%。
7.根據權利要求3所述的釩鈦復合微合金化鋼筋的制備方法，其特征在于合金化過程中，釩元素的加入采用塊狀釩鐵和/或含釩包芯線。
8.根據權利要求3至7中任一項所述的釩鈦復合微合金化鋼筋的制備方法，其特征在于步驟a中，將煉鋼原料冶煉成溫度為1600 1700°C的粗鋼液，所述粗鋼液按重量計含[C] ( 0. 30%, [P] ( 0. 045%, [S] ( 0. 10%。
9.根據權利要求3至7中任一項所述的釩鈦復合微合金化鋼筋的制備方法，其特征在于步驟a中，將煉鋼原料冶煉成粗鋼液的設備是電爐、轉爐、感應爐或平爐。
10.根據權利要求3至7中任一項所述的釩鈦復合微合金化鋼筋的制備方法，其特征在于步驟b中，所述精煉爐為LF、RH、VD或VOD爐。
全文摘要
本發明公開了一種釩鈦復合微合金化鋼筋及其生產方法。該鋼筋中鋼的化學成分按重量計為C0.16～0.25％、Si0.20～0.80％、Mn1.20～1.50％、Ti0.001～0.12％、V0.001～0.10％、N≤0.01％、S≤0.045％、P≤0.045％，其余為Fe和不可避免的雜質。上述鋼筋的制備方法a、冶煉粗鋼液、出鋼、脫氧、合金化；b、精煉和成分微調，使其滿足鋼筋成分要求后進行澆鑄；c、熱軋；其中，在出鋼過程中且脫氧后、或在精煉過程中還進行釩和鈦的合金化。本發明在不改變鋼的延性的條件下提高鋼的屈服強度和抗拉強度，滿足400MPa或500MPa級鋼筋的性能要求。
文檔編號C22C38/14GK102703813SQ201210215588
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月27日 優先權日2012年6月27日
發明者孫新軍, 敖進清, 李昭東, 楊勇, 汪波, 許立志, 雍岐龍 申請人:攀枝花鋼城集團有限公司