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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