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铌钛复合技术在HRB400钢筋开发中的应用
日期:2018/12/29 21:39:38    阅读:313

    铌钛复合技术在HRB400钢筋开发中的应用

    自2005年以来,HRB400钢筋市场需求量不断增加,使HRB400钢筋的生产规模迅速扩大,产量大幅度增加,由于在生产HRB400钢筋中采用V微合金化技术,造成钒铁价格大幅度上升。因钒铁价格的提高,企业生产HRB400钢筋的成本增加,利润下降。为降低冶炼的合金成本,北京钢材集团总公司采用了铌代钒技术生产。自应用铌微合金化生产HRB400以来,在连铸生产中连续发生铸坯表面横裂纹和矫直前后漏钢事故,直接影响正常生产。为稳定HRB400钢筋的生产,根据V、Nb、Ti元素的冶金特性,济钢提出铌钛复合技术在钢筋中应用,经过试验,研制成功铌钛复合HRB400钢筋,并在生产中推广应用。

    试验方案

  为保证试验的顺利实施,结合济钢现行生产工艺制度,设计并修改了钢的化学成分,制定了严格的工艺控制要求。

    1.工艺流程

  高炉优质铁水(废钢)→LD转炉→炉外处理(底吹氩、喂线)方坯连铸机→质量检验判定(熔炼成分、表面)→热送热装→轧钢加热→连续轧制→自然冷却→定尺剪切→质量检验→打捆包装→检验判定→产品出厂。

    2.成分设计

  试验轧制钢种20MnSiNbTi,钢筋牌号HRB400。微合金化采用铌钛复合技术,熔炼成分Nb含量0.015%~0.040%、Ti含量0.005%~0.025%。熔炼成分及力学性能按GB1499-1998执行。
   
    3.铌钛合金技术要求

  试验钢按HRB400组织冶炼,采用铌铁和钛铁复合微合金化技术,铌铁合金(FeNb)要求Nb64%~67%,钛铁合金(FeTi)要求Ti28%~31%。

    4.工艺要求

  (1)终点温度1640~1670℃,终点碳含量大于0.12%。(2)按钢筋的生产规格,吨钢加入铌铁0.20~0.50kg、钛铁0.20~0.70kg,硅锰铁、高碳锰铁、硅铁按常规生产20MnSi配加。(3)出钢后钢水进行炉外底吹氩处理,吹氩时间大于5min,吹氩后温度1570~1600℃。(4)连铸中间包温度1515~1540℃,连铸拉速2.6~3.2m/min。二冷配水采用弱配水制度,矫直温度900~950℃。(5)铸坯加热时间45~75min,加热温度1180~1250℃,开轧温度1050~1150℃,终轧温度小于850℃。(6)直径φ12~φ20mm钢筋采用双切分轧制,直径φ22~φ32mm钢筋按常规轧制,成品轧制速度10~17.5m/min。

    研制及生产试验

  为检验钢筋力学性能是否达到HRB400标准要求,按设计方案进行冶炼轧制试验和批量生产。前期进行了研制试验,经对钢筋的成分、性能检验分析,各项指标达到标准要求。按试验结果对熔炼成分优化后,进行批量试验生产。

    1.研制试验

  2005年1月18~27日进行4次试验,分别轧制直径φ28、φ25、φ14、φ16mm有代表性的4个规格钢筋,熔炼化学成分和力学性能指标均达到HRB400标准要求。熔炼成分符合设计要求,钢筋力学性能指标虽达到标准要求,但在中下限范围。分析认为,力学性能指标偏低,应调整化学成分,提高C、Ti、Nb含量,保证力学性能的稳定性,优化熔炼成分控制目标。

    2.生产试验

  根据钢筋的试验结果,对化学成分和力学性能做统计回归分析,结合合金元素对力学性能的贡献,制定了化学成分的控制目标,保证力学性能在中限范围。力学性能达到中限目标,说明熔炼成分调整后,力学性能指标得到明显改善,保证了钢筋性能的稳定性。为充分验证化学成分设计的合理性,对2005年3~6月份生产的φ12~φ32mm746批钢筋做统计回归分析,得出成分与性能之间的关系式为:

    σs=399.15-62.57C+21.65Si+17.29Mn+750.85Ti+785.46Nb       (1)
  σb=623.33+1.66C-18.92Si+10.69Mn+162.04Ti+257.52Nb       (2)

  从关系式(1)、(2)分析得出,当钢中C、Si、Mn含量确定后,添加Ti、Nb元素可有效改善钢筋的力学性能指标。Ti含量每增加0.01%可提高屈服强度7.5MPa,抗拉强度1.62MPa,Ti元素对提高屈服强度值大于抗拉强度。Nb含量每增加0.01%可提高屈服强度7.8MPa,抗拉强度2.57MPa,Nb元素同样有利于提高屈服强度指标。

    生产工序分析

    1.炼钢工序

  转炉终点温度1600~1690℃,平均1667℃;出钢温度1648~1690℃,平均1673℃;出钢时间大于110s;终点C含量在0.06%~0.15%,平均C含量0.09%。C含量集中在0.08%~0.12%,该范围数据占总量的93.66%,C含量大于等于0.10%的有67炉,占总量的47.18%,C含量大于等于0.12%的只有7炉,占4.93%。分析认为,大批量生产铌钛复合HRB400,终点C含量控制偏低,与设计目标值C含量大于等于0.12%差距较大,应引起高度重视。提高终点C含量可有效减少钢中含氧量,降低钢水氧化性,是提高合金元素回收率的措施。

  冶炼过程对Ti、Nb加入制度严格控制,使Ti、Nb回收率明显提高。FeNb60按实际吨钢加入量0.4kg计算,Nb元素回收率96.81%;FeTi30合金按实际吨钢加入量0.55kg计算,Ti元素回收率85.37%。

  钢水吹氩时间不小于5min,吹氩后温度1578℃,温度比吹氩前降低29℃,温降为6℃/min。吹氩后温度符合设计参数,适合连铸工艺对钢水温度的要求。

  连铸拉钢过程,中间包温度1515~1540℃,平均为1527℃。四流拉速2.8~3.2m/min,平均拉速3.15m/min。试验时发生4次拉矫直机漏钢事故,分析漏钢的原因主要是矫直温度低,由于矫直外力作用,在钢坯振痕处矫裂,造成裂纹漏钢。为解决漏钢问题,对拉钢工艺制度进行调整,把矫直温度由880℃调整为930℃以上,实践证明,连续拉钢850炉未发生漏钢事故。

    2.轧钢工序

  连铸坯采用热送热装,热装温度650℃以上,正常加热时间50min。加热温度1150~1250℃,平均1186℃。开轧温度1050~1180℃,平均1135℃。

  按生产规格,分别采用双切分和不切分轧制,φ12~φ20mm钢筋切分轧制,φ22~φ32mm钢筋常规不切分轧制。成品轧制速度按规格严格控制,不同的轧制规格采用不同的轧制速度,φ12~φ14mm轧制速度为17.5m/s,φ16~φ20mm轧制速度为14~15m/s,φ22、φ25mm轧制速度为145m/s,φ28、φ32mm轧制速度为10~12m/s。

  成品钢筋上冷床温度小于850℃,在自然冷却10~15min后进行定尺剪切,剪切温度小于320℃。

    铌钛复合成本分析

  试验生产过程,钢的熔炼成分按优化目标控制,固定高碳锰铁、硅铁、硅锰铁合金加入量。按钢筋的生产规格调整钛铁、铌钛的加入量,小规格钢筋铌钛加入量按成分下限配加,大规格钢筋按上限配加。济钢自推广应用铌钛复合技术生产HRB400钢筋以来,2005年3~8月份累计冶炼轧制生产φ12~φ32mm钢筋4255批,生产合格钢筋214907.267t,熔炼成分、力学性能、表面质量等综合合格率为100%,理论成材率101.05%,定尺率99.37%。

  按HRB400铌钛合金的平均加入量计算,合金生产成本比HRB335增加47元/t,比传统钒铁微合金化工艺降低合金成本128.50元/t,比铌微合金化工艺降低合金成本13元/t。实践证明,用铌钛复合微合金化技术生产HRB400钢筋,实现了生产成本最小化。

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