降低合金成本生產400MPa級熱軋帶肋鋼筋的方法
【專利摘要】一種降低合金成本生產400MPa級熱軋帶肋鋼筋的方法，屬于冶金【技術領域】。使用Cr、Ni元素代替部分Mn元素來保證400MPa級熱軋帶肋鋼筋的強度，Cr元素一部分來源于鐵水，不足部分使用高碳鉻鐵配加，Ni元素全部來源于鐵水。轉爐冶煉所使用的鐵水中Cr含量為0.25～0.40％，Ni含量為0.10～0.20％，出鋼過程中采用低品位碳化硅進行預脫氧，使用中品位碳化硅代替部分硅鐵、增碳劑進行脫氧合金化。連鑄澆注所得鑄坯供線材軋制400MPa級相應規格熱軋帶肋鋼筋的方法。這種方法能夠在保障各工序產品質量以及工藝順行的前提下，有效降低生產400MPa級熱軋帶肋鋼筋的合金成本。
【專利說明】降低合金成本生產400MPa級熱軋帶肋鋼筋的方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬于冶金【技術領域】，特別是提供了一種降低合金成本生產400MPa級熱軋 帶肋鋼筋的方法，提高噸鋼經濟效益。

【背景技術】
[0002] 小規格（Φ 8mm、Φ 10mm) 400MPa級熱軋鋼筋在國民經濟建設發展中占據著重要的 地位，廣泛應用于建筑行業。常規熱軋帶肋鋼筋生產工藝只能通過配加大量的合金元素，甚 至需要添加價格昂貴的微合金化元素（釩、鈮）元素來滿足國標要求的各項指標，導致合金 成本較高。
[0003] 殘余元素 Cr、Ni含量較高的非主流礦應用于冶煉需要控制殘余元素的含量的鋼 種受到限制。但Cr、Ni屬于對提高強度有益元素，燒結礦中配加一定含量的Cr、Ni元素，所 得鐵水用于冶煉對強度有要求的鋼種，這對降低合金成本有著重要意義。
[0004] 綜上所述在現有情況下尋找一種新的熱軋帶肋鋼筋合金化方法，以降低噸鋼合金 升本，提高經濟效益具有良好的可行性。


【發明內容】

[0005] 本發明的目的在于提供一種降低合金成本生產400MPa級熱軋帶肋鋼筋的方法， 以此工藝生產的Φ8πιπι、Φ 10mm熱軋帶肋鋼筋滿足GB 1499. 2-2007中要求，能有效降低噸 鋼合金成本，克服了熱軋帶肋鋼筋合金成本高的難點。
[0006] 本發明所采用的技術方案是：使用Cr、Ni元素代替部分Μη元素來保證400MPa級 熱軋帶肋鋼筋的強度，Cr元素一部分來源于鐵水，不足部分使用高碳鉻鐵配加，Ni元素全 部來源于鐵水。轉爐冶煉所使用的鐵水中Cr含量為0. 25?0. 40%，Ni含量為0. 10? 0. 20%，出鋼過程中采用低品位碳化硅進行預脫氧，使用中品位碳化硅代替部分硅鐵、增碳 劑進行脫氧合金化。連鑄澆注所得鑄坯供線材軋制400MPa級相應規格熱軋帶肋鋼筋的方 法。這種方法能夠在保障各工序產品質量以及工藝順行的前提下，有效降低生產400MPa級 熱軋帶肋鋼筋的合金成本。
[0007] 本發明的包括煉鐵一煉鋼一連鑄一軋制。在工藝步驟中控制的技術參數如下：
[0008] 1.煉鐵
[0009] 煉鐵工序采用本領域的常規技術冶煉所得鐵水中各化學成分含量按重量百分數 范圍為：Si :0· 20 ?0· 50%，P:彡 0· 140%，S :彡 0· 040%，Mn :0· 30 ?0· 40%，Cr :0· 25 ? 0. 40%，Ni :0. 10?0. 20% ;余量為Fe、C及不可避免的殘余元素。
[0010] 2.煉鋼
[0011] 化學成分滿足上述要求的鐵水經頂吹或頂底復吹轉爐冶煉熱軋鋼筋，吹煉該鋼種 方法與本領域的常規技術相同。
[0012] 出鋼過程中預脫氧所使碳化娃品位為48-50%,加入量為0. 35kg/噸鋼；合金化所 使碳化硅品位為78-82 %，加入量為3kg/噸鋼，按照增加0. 085% C，增加0. 12% Si考慮。 使用硅錳合金、硅鐵合金、增碳劑、高碳鉻鐵調整各元素化學成分含量，Ni含量為轉爐吹煉 終點殘余含量。根據目標成分中限以及冶煉終點成分計算硅錳合金、硅鐵合金、高碳鉻鐵的 所需加入量，稱量后加入合金料斗。合金料斗中各種物料存放層次（從下到上）依次為：合 金化用碳化硅、硅鐵合金、硅錳合金、高碳鉻鐵合金。增碳劑出鋼過程中直接加入鋼包。
[0013] 轉爐出鋼1/5后加入預脫氧用碳化硅，待出鋼到2/5時加入合金料斗中物料，同時 加入增碳劑。出鋼過程全程底吹氬氣，鋼包吹氬站取樣，根據各元素含量情況進行微調成 分。軟吹氦攪拌8?12min，鎮靜3?5min。
[0014] 其余工藝與本領域的常規技術相同.
[0015] 所冶煉的400MPa級熱軋帶肋鋼筋成分按重量百分比計為：
[0016] Φ8ι?πι 規格：C:0. 21 ?0· 24 %，Si :0· 40 ?0· 50 %，Μη :0· 90 ?1. 00 %，P : 彡 0· 040%，S :彡 0· 040%，Cr :0· 30 ?0· 40%，Ni :0· 10 ?0· 20% ;余量為 Fe 及不可避免 的雜質。
[0017] ΦΙΟι?πι 規格：C :0· 21 ?0· 24 %，Si :0· 45 ?0· 55 %，Μη :1· 0 ?1. 10 %，P : 彡 0· 040%，S :彡 0· 040%，Cr :0· 30 ?0· 40%，Ni :0· 10 ?0· 20% ;余量為 Fe 及不可避免 的雜質。
[0018] 3.連鑄
[0019] 上述滿足各規格鋼筋化學成分要求的鋼水經連鑄機澆注后得到鑄坯。連鑄工藝與 本領域常規工藝相同。
[0020] 4.車L制
[0021] 所得鑄坯經高線軋制后得到對應規格400MPa級帶肋鋼筋產品。軋制工藝與本領 域的現有常規技術相同。
[0022] 對各環節關鍵技術參數選擇的原因如下：
[0023] A.本發明中之所以選擇使用Cr元素代替部分Μη元素來保證鋼筋的強度是因為在 400MPa熱軋帶肋鋼筋中，相對于錳元素，鉻元素是更強的碳化物形成元素，更能阻礙碳的擴 散，因而可提高奧氏體的穩定性，降低臨界冷卻速度，提高淬透性，促進產生貝氏體組織，同 時鉻元素能阻礙奧氏體晶粒長大，起到細化晶粒的作用。
[0024] B.本發明中控制鋼筋化學成分Cr元素含量按重量百分比（％)范圍為0.30? 0.40%是因為鋼水中鉻低于0.30%依靠其獲得強化組織不明顯，對提高性能效果有限。 Cr %含量過高需要增加高碳鉻鐵的加入量，以增加化學成分Cr %含量來降低Μη %含量噸 鋼合金成本不經濟。
[0025] C.本發明中控制鐵水中Cr的含量按重量百分比（％)最高值為0. 40%是因為Cr 能顯著降低P的活度，并且呈正比態勢，鐵水中Cr含量過高會使轉爐脫磷效果降低。同時 冶煉此鋼種鐵水中Cr的收得率一般為60 %左右，鐵水中Cr %含量增加會使鐵水吹損量增 力口，而且鐵水中Cr元素氧化導致渣量（即Cr203)上升，導致鋼鐵料消耗升高。綜合考慮各 種影響因素確定鐵水中Cr含量上限控制在0. 40%。控制鐵水中Cr含量下限為0. 25%目 的是降低為滿足鋼水目標成分高碳鉻鐵合金的加入量。
[0026] D.本發明中控制鐵水中Ni的含量按重量百分比（％)范圍為0. 10-0. 20%目的是 為了多使用Cr%含量較高的低價非主流礦，以保證鐵水中的Cr%含量。雖然Ni元素也是 對提高鋼筋力學性能指標有益元素，提高鐵水中Ni %含量可進一步降低合金消耗，但低價 非主流含Cr、Ni礦含鐵品位一般較低，若同時考慮鐵水中的Cr%、Ni%含量勢必會降低高 爐的入爐品位，導致高爐冶煉經濟效果變差，影響鐵水成本。
[0027] E.本發明預脫氧所使碳化硅品位為48-52%，合金化所使碳化硅品位為78-82% 是因為碳化硅按含SiC量進行分級，SiC含量越高，價格也越貴。碳化硅制造工藝是在真空 條件下氣相生成，其中鋁、鐵、鈣等元素是以碳化物和硅化物的形式存在，低品位碳化硅中 碳化物和硅化物含量高能有良好的脫氧效果而且價格較低。碳化硅品位低、雜質含量高而 且合金化過程加入量大會給鋼水純凈度帶來影響，品味過高碳化硅價格高，將其用于合金 化不經濟。
[0028] F.本發明之所以使用碳化硅進行合金化是因為碳化硅的價格優勢以及脫氧效果 均高于硅鐵。出鋼量至1/5時加入低品位碳化硅進行預脫氧，待出鋼量至2/5時方可加入 其它物料目的是利用鋼包內氧高的優勢增加碳化硅的脫氧效果，降低鋼包中的游離氧，以 便提高后續加入物料中合金元素的收得率。增碳劑隨后加物料加入目的是為了穩定增碳操 作。控制預脫氧用碳化硅的加入量為〇. 35kg/噸鋼目的是為了保證碳化硅的脫氧效率，同 時減少雜質的帶入量。控制合金化用碳化硅的加入量3kg/噸鋼是為了減少出鋼過程溫降。 雖然提高噸鋼合金化用碳化硅加入量可以進一步降低硅鐵合金以及增碳劑的加入量進一 步降低合金成本但是需要提高轉爐出鋼溫度，這樣會增加爐況維護費用使轉爐爐齡經濟效 果變差。
[0029] 本發明的有益效果是：按照此方法生產的400MPa級熱軋鋼筋在滿足國標要求的 前提下可以降低噸鋼合金成本，同時可減少噸鋼合金物料總加入量，減少出鋼脫氧合金化 過程溫度損失，降低出鋼溫度高增加爐襯使用壽命。

【具體實施方式】
[0030] 以下結合實例以及對比例對本發明進一步說明。
[0031] 實施例1 :各化學成分含量按重量百分比（％ )為Si :0·37%，Ρ:0· 140%，S : 0. 040%，Μη :0. 30%，Cr :0. 35%，Ni :0. 12% ;余量為Fe、C及不可避免的殘余元素的鐵水 經標稱容量為90噸頂底復吹轉爐常規工藝吹煉400MPa級帶肋鋼筋。出鋼過程中預脫氧所 使碳化硅品位為50%，加入量為0. 35kg/噸鋼；合金化所使碳化硅品位為80%，袋裝，加入 量為3kg/噸鋼，按照增加0. 085% C，增加0. 12% Si考慮。使用硅錳合金、硅鐵合金、增碳 齊U、高碳鉻鐵調整各元素化學成分含量，Ni含量為轉爐吹煉終點殘余含量。根據目標成分 中限以及冶煉終點成分計算硅錳合金、硅鐵合金、高碳鉻鐵的所需加入量，稱量后加入合金 料斗。合金料斗中各種物料存放層次（從下到上）依次為：合金化用碳化硅、硅鐵合金、硅 錳合金、高碳鉻鐵合金。增碳劑出鋼過程中直接加入鋼包。
[0032] 轉爐出鋼1/5后加入預脫氧用碳化硅，待出鋼到2/5時加入合金料斗中物料，同 時加入增碳劑。出鋼過程全程底吹氬氣，鋼包吹氬站取樣，根據各元素含量情況進行微調 成分。軟吹氬攪拌l〇min，鎮靜3min。所得鋼水各化學成分含量按重量百分比（％)為C: 0· 22%，Si :0· 45%，Mn :0· 95%，P :0· 025%，S :0· 015%，Cr :0· 33%，Ni :0· 12% ;余量為 Fe 及不可避免的雜質。經連鑄燒鑄成160_乂160_方述供線材常規工藝乳制Φ8_鋼筋，所 得鋼筋的力學性能以及組織如表1中序號為"Α"的一行所示。硅錳合金以及硅鐵合金中Μη 和Si元素的收得率如表2中序號為"Α"的一行所示。噸鋼物料加入量以及出鋼過程溫降 如表3中序號為"A"的一行所不。噸鋼物料成本如4中序號為"A"的一行所不。
[0033] 實施例2 :各化學成分含量按重量百分比（％ )為Si :0· 35%，Ρ:0· 138%，S : 0. 040%，Mn :0. 33%，Cr :0. 25%，Ni :0. 15%;余量為Fe、C及不可避免的殘余元素的鐵水按 照實施例1中的方法所得鋼水各化學成分含量按重量百分比（％ )為：〇. 22%，Si :0. 42%， Μη :0· 92%，P :0· 022%，S :0· 019%，Cr :0· 33%，Ni :0· 15%;余量為 Fe 及不可避免的雜質。 經連鑄澆鑄成160_X 160mm方坯，常規工藝軋制Φ8_鋼筋，所得鋼筋的力學性能以及組 織如表1中序號為"Β"的一行所不。娃猛合金以及娃鐵合金中Μη和Si兀素的收得率如表 2中序號為"B"的一行所示。噸鋼物料加入量以及出鋼過程溫降如表3中序號為"B"的一 行所示。噸鋼物料成本如4中序號為"B"的一行所示。
[0034] 實施例3 :各化學成分含量按重量百分比（％ )為Si :0·37%，Ρ:0· 135%，S : 0. 039%，Μη :0. 35%，Cr :0. 35%，Ni :0. 15% ;余量為Fe、C及不可避免的殘余元素的鐵 水按照實施例1中的方法所得鋼水各化學成分含量按重量百分比（％)為C :0. 22%，Si : 0· 49%，Μη :1· 05%，P :0· 023%，S :0· 025%，Cr :0· 35%，Ni :0· 15% ;余量為 Fe 及不可避 免的雜質。經連鑄澆鑄成160mmX 160mm方坯，常規工藝軋制Φ 10mm鋼筋，所得鋼筋的力學 性能以及組織如表1中序號為"C"的一行所示；硅錳合金以及硅鐵合金中Μη和Si元素的 收得率如表2中序號為"C"的一行所示；噸鋼物料加入量以及出鋼過程溫降如表3中序號 為"C"的一行所示；噸鋼物料成本如4中序號為"C"的一行所示。
[0035] 實施例4 :各化學成分含量按重量百分比（％ )為Si :0· 35%，Ρ:0· 138%，S : 0. 040%，Μη :0. 33%，Cr :0. 25%，Ni :0. 16% ;余量為Fe、C及不可避免的殘余元素的鐵水 按照實施例1中的方法所得鋼水各化學成分含量按重量百分比（％)為所得鋼水各化學成 分含量按重量百分比（％ )為 C :0· 23%，Si :0· 53%，Mn :1· 02%，，P :0· 027%，S :0· 028%， Cr :0. 37%，Ni :0. 16%;余量為Fe及不可避免的雜質。經連鑄澆鑄成160_X 160mm方坯， 常規工藝軋制Φ l〇mm鋼筋，所得鋼筋的力學性能以及組織如表1中序號為"D"的一行所示。 硅錳合金以及硅鐵合金中Μη和Si元素的收得率如表2中序號為"D"的一行所示。噸鋼物 料加入量以及出鋼過程溫降如表3中序號為"D"的一行所示。噸鋼物料成本如4中序號為 "D"的一行所示。
[0036] 對比例中400MPa級熱軋帶肋鋼筋的各化學成分含量按重量百分比（％)為：
[0037] Φ 8mm 規格：
[0038] C :0· 21 ?0· 24 %，Si :0· 40 ?0· 50 %，Mn : 1. 40 ?1. 50 %，P :彡 0· 040 %，S : 彡0. 040%，Cr :彡0. 10%，Ni :彡0. 10% ;余量為Fe及不可避免的雜質。
[0039] Φ 10mm 規格：
[0040] C :0· 21 ?0· 24 %，Si :0· 45 ?0· 55 %，Μη :1· 45 ?1. 55, P :彡 0· 040 %，S : 彡0. 040%，Cr :彡0. 10%，Ni :彡0. 10% ;余量為Fe及不可避免的雜質。
[0041] 對比例中冶煉用鐵水的各化學成分含量按重量百分比（％ )為Si 0.50%， P: ^
[0042] 0· 140%，S :彡 0· 040%，Μη :0· 30 ?0· 40%，Cr :彡 0· 15%，Ni :彡 0· 10% ;余量
[0043] 為Fe、C及不可避免的殘余元素。
[0044] 對比例1:各化學成分含量按重量百分比（％ )為Si :0·40%，Ρ:0· 137%，S : 0. 035%，Μη :0. 30%，Cr :0. 10%，Ni :0. 05% ;余量為Fe、C及不可避免的殘余元素的鐵水 經頂底復吹轉爐常規工藝吹煉，出鋼脫氧合金化過程中使用硅錳合金調整鋼種Μη%含量要 求至目標范圍，鋼水中Si%、C%含量不足控制范圍部分使用硅鐵合金、增碳劑調整至目標 成分要求，Cr%、Ni%含量為轉爐吹煉終點殘余含量。合金化物料硅錳合金、硅鐵合金依次 加入料斗。轉爐出鋼1/5后加入合金料斗中其它種類物料，同時加入增碳劑配C%。出鋼過 程全程底吹氬氣，根據各元素含量情況進行微調成分。軟吹氬攪拌lOmin，鎮靜3min。所得 鋼水各化學成分含量按重量百分比（％)為C :0.22%，Si :0.45%，Mn :1.40%，P :0.026%， S :0. 021%，Cr :0. 06%，Ni :0. 05%;余量為Fe及不可避免的雜質。經連鑄常規工藝澆鑄成 160mmX 160mm方坯，常規工藝軋制Φ8πιπι鋼筋，所得鋼筋的力學性能以及組織如表1中序號 為"Ε"的一行所示。硅錳合金以及硅鐵合金中Μη和Si元素的收得率如表2中序號為"Ε" 的一行所示。。噸鋼物料加入量以及出鋼過程溫降如表3中序號為"E"的一行所示。噸鋼 物料成本如4中序號為"E"的一行所示。
[0045] 對比例2:各化學成分含量按重量百分比（％ )為Si :0· 33%，Ρ:0· 134%，S : 0. 032%，Μη :0. 32%，Cr :0. 10%，Ni :0. 05% ;余量為Fe、C及不可避免的殘余元素的鐵 水按照對比例1中的方法所得鋼水各化學成分含量按重量百分比（％)為C :0. 24%，Si : 0· 47%，Μη :1· 48%，P :0· 032%，S :0· 030%，Cr :0· 05%，Ni :0· 02% ;余量為 Fe 及不可避 免的雜質。經連鑄常規工藝燒鑄成160mmX160mm*;IS，常規工藝乳制C>8mm鋼筋，所得鋼 筋的力學性能以及組織如表1中序號為"F"的一行所示。硅錳合金以及硅鐵合金中Μη和 Si元素的收得率如表2中序號為"F"的一行所示。。噸鋼物料加入量以及出鋼過程溫降如 表3中序號為"F"的一行所不。噸鋼物料成本如4中序號為"F"的一行所不。
[0046] 對比例3:各化學成分含量按重量百分比（％ )為Si :0· 35%，Ρ:0· 138%，S : 0. 040%，Μη :0. 33%，Cr :0. 10%，Ni :0. 06% ;余量為Fe、C及不可避免的殘余元素的鐵 水按照對比例1中的方法所得鋼水各化學成分含量按重量百分比（％)為C :0. 22%，Si : 0· 49%，Μη :1· 50%，P :0· 030%，S :0· 030%，Cr :0· 06%，Ni :0· 06% ;余量為 Fe 及不可避 免的雜質。經連鑄常規工藝燒鑄成160mmX160mm*;IS，常規工藝乳制ΦΙΟι?πι鋼筋，所得鋼 筋的力學性能以及組織如表1中序號為"G"的一行所示。硅錳合金以及硅鐵合金中Μη和 Si元素的收得率如表2中序號為"G"的一行所示。。噸鋼物料加入量以及出鋼過程溫降如 表3中序號為"G"的一行所不。噸鋼物料成本如4中序號為"G"的一行所不。
[0047] 對比例4:各化學成分含量按重量百分比（％ )為Si :0· 35%，Ρ:0· 138%，S : 0. 040%，Μη :0. 33%，Cr :0. 12%，Ni :0. 06% ;余量為Fe、C及不可避免的殘余元素的鐵 水按照對比例1中的方法所得鋼水各化學成分含量按重量百分比（％)為C :0. 21%，Si : 0· 52%，Μη :1· 53%，P :0· 030%，S :0· 030%，Cr :0· 06%，Ni :0· 06% ;余量為 Fe 及不可避 免的雜質。經連鑄常規工藝燒鑄成160mmX 160mm方述，常規工藝乳制Φ 10mm鋼筋所得鋼 筋的力學性能以及組織如表1中序號為"H"的一行所示。硅錳合金以及硅鐵合金中Μη和 Si元素的收得率如表2中序號為"Η"的一行所示。。噸鋼物料加入量以及出鋼過程溫降如 表3中序號為"H"的一行所不。噸鋼物料成本如4中序號為"H"的一行所不。
[0048] 表 1
[0049]

【權利要求】
1. 一種降低合金成本生產400MPa級熱軋帶肋鋼筋的方法，包括煉鐵一煉鋼一連鑄一 軋制；其特征在于，在工藝步驟中控制的技術參數如下： 冶煉所得鐵水中各化學成分含量按重量百分數范圍為：Si :0.20?0.50%， P:彡 0· 140%，S :彡 0· 040%，Mn :0· 30 ?0· 40%，Cr :0· 25 ?0· 40%，Ni :0· 10 ?0· 20% ; 余量為Fe、C及不可避免的殘余元素； 出鋼過程中預脫氧所使碳化硅品位為48-52%，加入量為0. 35kg/噸鋼；合金化所使碳 化硅品位為78-82 %，加入量為3kg/噸鋼，按照增加0. 085% C，增加0. 12% Si考慮；使用 硅錳合金、硅鐵合金、增碳劑、高碳鉻鐵調整各元素化學成分含量，Ni含量為轉爐吹煉終點 殘余含量；根據目標成分中限以及冶煉終點成分計算硅錳合金、硅鐵合金、高碳鉻鐵的所需 加入量，稱量后加入合金料斗；合金料斗中各種物料存放層次從下到上依次為：合金化用 碳化硅、硅鐵合金、硅錳合金、高碳鉻鐵合金；增碳劑出鋼過程中直接加入鋼包； 轉爐出鋼1/5后加入預脫氧用碳化硅，待出鋼到2/5時加入合金料斗中物料，同時加入 增碳劑；出鋼過程全程底吹氬氣，鋼包吹氬站取樣，根據各元素含量情況進行微調成分；軟 吹氦攪拌8?12min，鎮靜3?5min ; 所冶煉的400MPa級熱軋帶肋鋼筋成分按重量百分比計為： Φ8ι?πι 規格：C:0. 21 ?0· 24%，Si :0· 40 ?0· 50%，Mn :0· 90 ?1. 00%，P :彡 0· 040%， S :彡0. 040%，Cr :0. 30?0. 40%，Ni :0. 10?0. 20% ;余量為Fe及不可避免的雜質； ΦΙΟι?πι規格：C :0· 21 ?0· 24%，Si :0· 45 ?0· 55%，Mn :1· 0 ?1. 10%，P :彡 0· 040%， S :彡0. 040%，Cr :0. 30?0. 40%，Ni :0. 10?0. 20% ;余量為Fe及不可避免的雜質。
【文檔編號】C22C33/06GK104233096SQ201410481874
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月20日 優先權日:2014年9月20日
【發明者】梁鵬, 史秉華, 張獻昭 申請人:唐山市德龍鋼鐵有限公司