一种400MPa级细晶粒热轧钢筋及其生产工艺制造技术

一种400MPa级细晶粒热轧钢筋及其生产工艺，属于热轧钢筋生产领域。钢筋包括的成分及其质量分数为：C0.20～0.25％，Si0.3～0.8％，Mn1.2～1.6％，P0.01～0.04％，S0.01～0.04％，Ti0.005～0.03％，Cr0.001～0.08％，V0.0001～0.008％，Nb0.0001～0.008％，Al0.0001～0.008％，O0.01～0.02％，N0.003～0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质；该钢筋还包括锰硅酸盐夹杂物、氧化钛硫化锰复相夹杂物、硫化锰夹杂物和其它不可避免的夹杂物。其制法为：钢水冶炼、连铸、连铸坯加热、轧制钢筋。本方法对成分和夹杂物优化，结合冶炼连铸和轧制改进，利用夹杂物诱导细晶强化机制，提高钢筋强度，减少贵重合金元素添加，实现热轧钢筋低成本高质量生产。

A 400 MPa Grade Fine Grain Hot Rolled Steel Bar and Its Production Process

【技术实现步骤摘要】
一种400MPa级细晶粒热轧钢筋及其生产工艺
本专利技术属于热轧钢筋生产
，特别涉及一种400MPa级细晶粒热轧钢筋及其生产工艺。
技术介绍
随着我国工业化和城镇化的快速发展，基础设施建设和建筑等领域对高质量建筑用钢材的需求显著增加。为了进一步提高建筑钢材的质量、促进节能减排、淘汰落后产能，满足建筑、交通、工程等领域的需求，我国在2018年11月1日起开始实施新的热轧带肋钢筋国家标准GB/T1499.2-2018。新标准对钢筋生产工艺、金相组织和强度级别提出了新要求。目前，提高钢筋强度主要通过增加合金元素含量的方式来实现，这造成钢筋生产成本的增加以及合金资源的过度消耗，不利于经济和社会的可持续发展。在这一背景下，急需开发出新产品新技术，在提高钢筋质量的同时，实现减合金、低成本、绿色化制造。专利CN103469064A公开了一种HRB400E高强抗震钢筋及其制备方法，对不同直径的钢筋采取不同的V元素添加量，并采用分档轧制，从而降低成本，提高强度。但是，所述的钢筋需要添加0.030～0.045％含量的V，提高了V微合金化成本，造成了钒资源的消耗。专利CN105779866A公开了一种HRB400钢筋及其生产方法，在C-Si-Mn的成分基础上添加Cr合金元素，取代了V合金元素，并在生产过程中进行精炼工艺和轧制工艺的严格控制，从而提高钢筋的强度。Cr元素的添加增加了合金成本，并且采用较低的轧制温度增加了轧机负荷，给生产带来困难。专利CN102400044A公开了一种铌钛复合微合金化热轧带肋钢筋及其生产方法，采用Nb-Ti复合微合金化工艺来降低微合金加入量，达到HRB400强度级别。由于Nb是一种贵重合金资源，并且需要大量进口，因此在钢筋中的大量应用不利于贵重资源的节约。专利CN103924037A公开了一种HRB400热轧钢筋生产工艺，采用“TiN微合金化处理+控轧控冷”工艺路线，利用Ti微合金化的析出强化作用提高钢筋强度。钢水在精炼站喂氮化钛线工艺不能对Ti、N、O元素的合理配比有效控制并且增加了原料成本，采用控轧控冷工艺提高强度，不利于轧制生产效率的提高。专利CN102703811A公开了一种钛微合金化400MPa级高强度钢筋及其生产方法，在出钢过程中且脱氧后或在精炼过程中进行Ti的合金化，并采用低的轧制温度，利用Ti的碳氮化物析出强化作用提高钢筋强度。为了提高Ti的收得率，在Ti合金化之前进行脱氧操作或加入钛硅铁合金来减少Ti与氧的结合，因此氧化钛的有益作用不能得到利用。专利CN107447164A公开了一种抗震钢筋及其生产工艺，通过加入Ti及控制轧制工艺，减少了V的加入量，提高钢筋强度。控制轧制工艺采用较低的轧制温度不利于生产效率的提高，而且Ti与V的复合添加不利于成本的降低。从上述现有技术来看，为降低合金成本，钢筋的生产技术从单一的V微合金化向复合微合金化或较廉价元素微合金化转变。其中，Ti微合金化成本显著低于其它微合金元素，受到钢筋生产领域的极大关注。但是，现有含Ti钢筋的生产技术方案对钢筋的冶炼和轧制工艺具有较高的限制，不能充分发挥Ti的有益作用，影响了技术推广应用。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种400MPa级细晶粒热轧钢筋及其生产工艺，本专利技术对钢筋成分和夹杂物进行优化设计，通过冶炼连铸技术和轧制工艺的改进，利用夹杂物诱导细晶强化机制，提高钢筋强度，减少贵重合金元素添加，实现热轧钢筋低成本高质量生产。该方法解决了目前钢筋生产中添加大量贵重合金元素或采用控制轧制生产难度大等问题，在降低合金成本、简化轧制工艺的条件下实现钢筋晶粒尺寸的细化和强度的提高。本专利技术采取如下技术方案：本专利技术的一种400MPa级细晶粒热轧钢筋，其包括的化学成分及各个化学成分的质量分数为：C：0.20～0.25％，Si：0.3～0.8％，Mn：1.2～1.6％，P：0.01～0.04％，S：0.01～0.04％，Ti：0.005～0.03％，Cr：0.001～0.08％，V：0.0001～0.008％，Nb：0.0001～0.008％，Al：0.0001～0.008％，O：0.01～0.02％，N：0.003～0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质；其中，Si、Ti、Al、O、N的质量分数为满足关系式：0.002+0.0038×[Si]0.75≤[Ti]≤2×[O]+3.4×[N]-1.78×[Al]，式中[]表示相应化学成分的质量分数为，单位为％；所述的400MPa级细晶粒热轧钢筋，包括锰硅酸盐夹杂物、氧化钛硫化锰复相夹杂物、硫化锰夹杂物和其它不可避免的夹杂物，各个夹杂物弥散分布在400MPa级细晶粒热轧钢筋中；其中，氧化钛硫化锰复相夹杂物中，当量直径为0.1～2μm、长宽比为1～3的氧化钛硫化锰复相夹杂物的数量为1500～4000个/mm2；氧化钛硫化锰复相夹杂物颗粒的平均间距为5～45μm；锰硅酸盐夹杂物数量占全部夹杂物数量的0.1～20％，氧化钛硫化锰复相夹杂物数量占全部夹杂物数量的20～80％，余量为硫化锰夹杂物和不可避免的夹杂物。所述的氧化钛硫化锰复相夹杂物，包括不含氮化钛的氧化钛硫化锰夹杂物和氧化钛硫化锰氮化钛夹杂物，按数量百分比，氧化钛硫化锰氮化钛夹杂物为10～80％，余量为不含氮化钛的氧化钛硫化锰夹杂物；其中，氧化钛硫化锰氮化钛夹杂物为氧化钛硫化锰夹杂物上析出氮化钛得到的。所述的400MPa级细晶粒热轧钢筋，还包括的化学成分及各个成分的质量分数为：Ca：0.001～0.005％、Mg：0.001～0.005％、RE：0.001～0.015％、Zr：0.001～0.015％中的一种或几种。所述的400MPa级细晶粒热轧钢筋，还包括氧化钛硫化锰为基相的多相夹杂物，所述的氧化钛硫化锰为基相的多相夹杂物，根据加入的化学成分形成其氧化物或硫化物，在氧化钛硫化锰基相上析出得到的。所述的400MPa级细晶粒热轧钢筋，其横截面为圆形，带有横肋和纵肋，公称直径为22～50mm。所述的400MPa级细晶粒热轧钢筋，其显微组织为铁素体珠光体组织，晶粒度≥10级。所述的400MPa级细晶粒热轧钢筋屈服强度为400～520MPa，抗拉强度为550～700MPa，断后伸长率为18～35％，最大力总延伸率为9～18％，强屈比为1.25～1.45。本专利技术的一种400MPa级细晶粒热轧钢筋的生产工艺，包括以下步骤：步骤1：钢水冶炼将铁水和/或废钢料，熔炼，得到钢水；当满足条件：温度为1620～1680℃、碳的质量分数为0.06～0.18％，氧的质量分数为0.02～0.07％，磷的质量分数为0.01～0.04％、硫的质量分数为0.01～0.04％，出钢；当出钢量为1/3～3/4时，加入硅和锰，出钢后，根据400MPa级细晶粒热轧钢筋的化学成分，调整钢水中C、Si、Mn元素含量；步骤2：连铸调整钢水中溶解氧的质量分数为0.001～0.01％、全氧的质量分数为0.01～0.03％后，进行连铸，连铸过程中，向中间包或结晶器中，喂入含钛包芯线，调整钢水中钛的质量分数为0.01～0.03％、溶解氧的质量分数为0.0001～0.003％、全氧的质量分数为0.01～0.02％；连铸后，得到满足所述的400MPa级细晶粒热轧钢筋的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种400MPa级细晶粒热轧钢筋，其特征在于，该400MPa级细晶粒热轧钢筋包括的化学成分及各个化学成分的质量分数为：C：0.20～0.25％，Si：0.3～0.8％，Mn：1.2～1.6％，P：0.01～0.04％，S：0.01～0.04％，Ti：0.005～0.03％，Cr：0.001～0.08％，V：0.0001～0.008％，Nb：0.0001～0.008％，Al：0.0001～0.008％，O：0.01～0.02％，N：0.003～0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质；其中，Si、Ti、Al、O、N的质量分数为满足关系式：0.002+0.0038×[Si]

【技术特征摘要】
1.一种400MPa级细晶粒热轧钢筋，其特征在于，该400MPa级细晶粒热轧钢筋包括的化学成分及各个化学成分的质量分数为：C：0.20～0.25％，Si：0.3～0.8％，Mn：1.2～1.6％，P：0.01～0.04％，S：0.01～0.04％，Ti：0.005～0.03％，Cr：0.001～0.08％，V：0.0001～0.008％，Nb：0.0001～0.008％，Al：0.0001～0.008％，O：0.01～0.02％，N：0.003～0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质；其中，Si、Ti、Al、O、N的质量分数为满足关系式：0.002+0.0038×[Si]0.75≤[Ti]≤2×[O]+3.4×[N]-1.78×[Al]，式中[]表示相应化学成分的质量分数为，单位为％；所述的400MPa级细晶粒热轧钢筋，包括锰硅酸盐夹杂物、氧化钛硫化锰复相夹杂物、硫化锰夹杂物和其它不可避免的夹杂物，各个夹杂物弥散分布在400MPa级细晶粒热轧钢筋中；其中，氧化钛硫化锰复相夹杂物中，当量直径为0.1～2μm、长宽比为1～3的氧化钛硫化锰复相夹杂物的数量为1500～4000个/mm2；氧化钛硫化锰复相夹杂物颗粒的平均间距为5～45μm；锰硅酸盐夹杂物数量占全部夹杂物数量的0.1～20％，氧化钛硫化锰复相夹杂物数量占全部夹杂物数量的20～80％，余量为硫化锰夹杂物和不可避免的夹杂物。2.如权利要求1所述的400MPa级细晶粒热轧钢筋，其特征在于，所述的氧化钛硫化锰复相夹杂物，包括不含氮化钛的氧化钛硫化锰夹杂物和氧化钛硫化锰氮化钛夹杂物，按数量百分比，氧化钛硫化锰氮化钛夹杂物为10～80％，余量为不含氮化钛的氧化钛硫化锰夹杂物；其中，氧化钛硫化锰氮化钛夹杂物为氧化钛硫化锰夹杂物上析出氮化钛得到的。3.如权利要求1所述的400MPa级细晶粒热轧钢筋，其特征在于，所述的400MPa级细晶粒热轧钢筋，还包括的化学成分及各个成分的质量分数为：Ca：0.001～0.005％、Mg：0.001～0.005％、RE：0.001～0.015％、Zr：0.001～0.015％中的一种或几种；所述的400MPa级细晶粒热轧钢筋，还包括氧化钛硫化锰为基相的多相夹杂物，所述的氧化钛硫化锰为基相的多相夹杂物，根据加入的化学成分形成其氧化物或硫化物，在氧化钛硫化锰基相上析出得到的。4.如权利要求1所述的400MPa级细晶粒热轧钢筋，其特征在于，所述的400MPa级细晶粒热轧钢筋，其横截面为圆形，带有横肋和纵肋，公称直径为22～50mm。5.如权利要求1所述的400MPa级细晶粒热轧钢筋，其特征在于，所述的400MPa级细晶粒热轧钢筋，其显微组织为铁素体珠光体组织，晶粒度≥10级；所述的400MPa级细晶粒热轧钢筋屈服强度为400～520MPa，抗拉强度为550～700MPa，断后伸长率为18～35％，最大力总延伸率为9～18％，强屈比为1.25～1.45。6.权利要求1或3所述的400MPa级细晶粒热轧钢筋的生产工...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁国，王超，康健，李振垒，王国栋，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21