GB/T 1499.2—2018中對(duì)螺紋鋼筋強(qiáng)度的要求給穿水鋼筋生產(chǎn)及銷售帶來(lái)巨大的沖擊。為提高鋼筋強(qiáng)度，各鋼鐵企業(yè)均采用微合金化技術(shù)，目前提高螺紋鋼強(qiáng)度的微合金化工藝主要有三種[1]，包括V、Nb、Ti，其中Ti元素活潑性較強(qiáng)，微合金化鋼水可澆性差，影響生產(chǎn)穩(wěn)定性；Nb微合金化不穩(wěn)定，易造成棒材性能波動(dòng)，屈服平臺(tái)不明顯；大多數(shù)企業(yè)采用V微合金化。

唐鋼二鋼軋廠以優(yōu)質(zhì)抗震螺紋鋼筋作為主要輸出產(chǎn)品，其中HRB400E抗震螺紋鋼品種占比70%以上，主要采用釩微合金化方式，鋼水氮含量平均控制在85×10−6，未能全部發(fā)揮出釩氮強(qiáng)化作用，同時(shí)為保證產(chǎn)品性能，硅錳、釩系合金加入量較大，造成HRB400E合金成本偏高。本文研究了在氮氧混吹工藝條件下，使用釩氮合金進(jìn)行微合金化，增加鋼水氮含量，降低錳、釩含量，實(shí)現(xiàn)HRB400E綜合成本降低。

1. 理論依據(jù)

1.1 釩微合金化機(jī)理

V元素作為形成碳化物和氮化物的強(qiáng)化元素，在鋼中主要以碳化物、氮化物或碳氮物以及固溶釩的形式存在，故釩鋼的強(qiáng)韌化機(jī)理主要是靠細(xì)晶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。適當(dāng)提高氮含量可以增加V（C、N）析出的驅(qū)動(dòng)力，以促進(jìn)V（C、N）的析出，最終實(shí)現(xiàn)提高釩的析出比例[2]，達(dá)到鋼筋的強(qiáng)化效果，同時(shí)釩的存在還可以抑制氮的有害作用。

釩的析出強(qiáng)化作用與釩結(jié)合碳、氮的形式密切相關(guān)，釩碳（VC）、釩氮（VN）在鐵基體中的固溶度積公式如下：

比較VC和VN在奧氏體中固溶度積公式可知，VN在奧氏體中的固溶度積與VC相比小2個(gè)數(shù)量級(jí)以上。對(duì)于C質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.23%，溫度處于700~1100 ℃時(shí)，隨著氮含量的增加，V（C、N）在奧氏體中的開(kāi)始析出溫度上升，有利于晶粒較早析出，進(jìn)一步說(shuō)明氮含量的增加有助于V（C、N）在軋制過(guò)程中析出，阻止了奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，起到細(xì)晶強(qiáng)化的作用[3]。

1.2 氮氧混吹工藝

轉(zhuǎn)爐冶煉后期，火點(diǎn)區(qū)溫度高、CO壓力低，在此階段向氧氣中混入一定比例氮?dú)?，在高溫火點(diǎn)作用下，氮?dú)夥纸獬蔀榈?，通過(guò)氮氧混合氣體的沖擊，使氮原子進(jìn)入鋼液，可以提高鋼水基礎(chǔ)氮含量[4]，通過(guò)控制吹氮時(shí)機(jī)與氮氧比例、終點(diǎn)控制等手段，實(shí)現(xiàn)鋼水增氮量在50×10−6~70×10−6。

2. 工藝方案實(shí)施

2.1 構(gòu)建化學(xué)成分模型

參考前期HRB400E成分設(shè)計(jì)，根據(jù)鋼水增氮量及碳、錳、氮、釩元素屈服貢獻(xiàn)值，在確保能夠滿足HRB400E性能的要求前提下，構(gòu)建HRB400E化學(xué)成分模型，如表1。

2.2 工藝路線及生產(chǎn)設(shè)備

2.2.1 工藝路線

唐鋼二鋼軋廠冶煉棒材產(chǎn)品主要流程：65 t轉(zhuǎn)爐冶煉→連鑄165 mm×165 mm方坯→棒材連軋生產(chǎn)線軋制?12~25 mmHRB400E。

2.2.2 生產(chǎn)設(shè)備

（1） 2座65 t 轉(zhuǎn)爐，采用頂?shù)讖?fù)吹工藝。轉(zhuǎn)爐采用干法除塵，合金料烘烤，鋼包采用全程加蓋保溫，保證出鋼溫度穩(wěn)定和連鑄中包溫度穩(wěn)定，HRB400E生產(chǎn)由轉(zhuǎn)爐直上連鑄，不經(jīng)精煉工序。

（2） 2臺(tái)六機(jī)六流連鑄機(jī)，鑄機(jī)半徑6 m，鑄坯斷面分別為165 mm×165 mm和180 mm×180 mm，鑄坯采用熱裝熱送，定重供坯。

（3） 2條棒材生產(chǎn)線，無(wú)控冷控軋裝置，開(kāi)軋溫度1025~1080 ℃，棒材負(fù)差率穩(wěn)定控制2.8%~6.2%，主要生產(chǎn)建筑鋼筋混凝土用的熱軋帶肋鋼筋，產(chǎn)品為?12～40 mm。

2.3 技術(shù)方案

2.3.1 煉鋼工序

（1）僅在氮氧混吹條件下進(jìn)行試驗(yàn)，成分按HRB400E控制目標(biāo)執(zhí)行；

（2）釩合金加入時(shí)機(jī)：在脫氧劑、合金料、碳化硅加入完畢后，再加入釩系合金，保證鋼水脫氧合金化良好；

（3）鋼包底吹使用氮?dú)猓鲣摻Y(jié)束后，軟吹時(shí)間不低于3 min，做大包包樣氮含量；

（4）連鑄拉速控制在2.2~2.5 m/min，中包過(guò)熱度在15~30 ℃，將試驗(yàn)鋼與正常鋼上下?tīng)t劃混坯，正常直供棒材。

2.3.2 軋鋼工序

加熱爐均熱段溫度1150~1195 ℃，開(kāi)軋溫度1025~1080 ℃，棒材負(fù)差率穩(wěn)定控制2.8%~6.2%，見(jiàn)表2。

3. 實(shí)施效果

3.1 鋼水氮含量控制

前期小批量試驗(yàn)共200爐，氮含量分析102爐，鋼水氮含量分布范圍120×10−6~186×10−6，平均153×10−6，較常規(guī)工藝氮含量增加58×10−6，鋼水氮含量控制穩(wěn)定，能夠滿足鋼水增氮的要求，如圖1所示。

3.2 HRB400E成分及性能分析

表3為前期小批量成分及性能統(tǒng)計(jì)。將試驗(yàn)爐次與常規(guī)工藝進(jìn)行全面對(duì)比，得出以下結(jié)果：

（1）較常規(guī)爐次Mn含量降低0.05%，V降低0.002%；

（2）軋制規(guī)格?12~25 mm，HRB400E屈服強(qiáng)度430~495 MPa，平均456 MPa，與常規(guī)工藝持平，性能全部合格，且遠(yuǎn)高于國(guó)標(biāo)（≥400 MPa），質(zhì)量穩(wěn)定性高。

3.3 微觀組織分析

?12~25 mmHRB400E試驗(yàn)期間，抽取代表規(guī)格?12 mm、?25 mm進(jìn)行金屬顯微組織檢驗(yàn)，試驗(yàn)溫度25 ℃，相對(duì)濕度40%，且顯微組織全部由鐵素體與珠光體組成，未發(fā)現(xiàn)貝氏體，組織正常，見(jiàn)圖2。

3.4 時(shí)效性能分析

軋制過(guò)程中取平行樣，確保其準(zhǔn)確性，分別對(duì)?12~25 mmHRB400E進(jìn)行放置10、20、30 d進(jìn)行時(shí)效分析，如表4。

由表4看出,隨著放置時(shí)間的變化，HRB400E的屈服強(qiáng)度最大降低值為15 MPa，平均降低12 MPa，屈服強(qiáng)度降低值均在正常范圍內(nèi)，且唐鋼HRB400E出廠標(biāo)準(zhǔn)最低值≥425 MPa，因此本工藝制得的HRB400E滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

3.5 推廣及效益計(jì)算

通過(guò)批量試驗(yàn)，對(duì)鋼水氮含量、屈服強(qiáng)度、金相組織、時(shí)效性能等進(jìn)行驗(yàn)證，表明增氮模式下HRB400E生產(chǎn)工藝具備全面推廣條件，且成本低廉、效果穩(wěn)定，創(chuàng)效額達(dá)9元/t。

4. 結(jié)束語(yǔ)

基于氮氧混吹技術(shù)，使用釩氮合金微合金化，使鋼水平均氮含量控制在153×10−6，達(dá)到穩(wěn)定增氮、控氮的目標(biāo)，且HRB400E金相組織正常，由鐵素體與珠光體組成，棒材平均屈服強(qiáng)度456 MPa，與常規(guī)工藝持平；時(shí)效屈服強(qiáng)度變化平均12 MPa，在正常范圍內(nèi)，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，具備了全面推廣的條件，創(chuàng)效額達(dá)9元/t。

參考文獻(xiàn)

[1]楊才福.高強(qiáng)度建筑鋼筋的最新技術(shù)進(jìn)展.鋼鐵,2010,45(11):1

[2]夏茂森,孫衛(wèi)華,秦孝海.高氮釩微合金化鋼筋的應(yīng)用研究.鋼鐵,2000,35(11):4

[3]陳偉,吳光耀,張衛(wèi)強(qiáng),等.高氮釩鉻微合金化工藝試制600MPa高強(qiáng)抗震鋼筋.鋼鐵釩鈦,2016,32(2):66

[4]王文輝.棒材HRB400E增氮工藝開(kāi)發(fā)及研究.金屬世界,2018(1):59doi:10.3969/j.issn.1000-6826.2018.01.16

文章來(lái)源——金屬世界