一種多元素氮化合金包芯線及其在hrb400鋼種強(qiáng)化處理工藝中的應(yīng)用和應(yīng)用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于合金材料應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種氮化合金包芯線及其 在HRB400鋼種強(qiáng)化處理工藝中的應(yīng)用和應(yīng)用方法。
【背景技術(shù)】
[0002] HRB400即熱乳帶肋鋼筋，是指鋼筋表面通過熱乳工藝乳制出變形以增加與混凝土 之間的咬合力，包括表面帶肋鋼筋、螺旋紋鋼筋、人字紋鋼筋、月牙紋鋼筋等?！痘炷两Y(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦高質(zhì)量的HRB400級鋼筋和高強(qiáng)度、低松馳的預(yù)應(yīng)力鋼絞線作為混凝土結(jié)構(gòu) 配筋的主導(dǎo)鋼筋，其中可焊接、抗震鋼筋不但要求屈服強(qiáng)度彡400MPa，抗拉強(qiáng)度彡570MPa， 而且還要求實(shí)測抗拉強(qiáng)度與實(shí)測屈服強(qiáng)度之比不小于1. 25。
[0003] 目前生產(chǎn)HRB400鋼，為提高其強(qiáng)度等性能指標(biāo)，通常是用氮化釩（V:75~ 78%州:12~16%)或氮化釩鐵（￥ :42~57%?。?~14%)，對鋼水進(jìn)行微合金化工藝預(yù) 期達(dá)到其強(qiáng)化目的。如中國專利申請?zhí)枮?01410142623. 2,申請公布日為2015年10月14 日的專利申請文件公開了一種硅錳氮合金配加釩鐵生產(chǎn)HRB400鋼的生產(chǎn)方法，HRB400鋼 的生產(chǎn)工序是：煉鋼、連鑄、均熱、熱連乳、冷卻、整理，在煉鋼工序尾端鋼水出爐時(shí)，當(dāng)出鋼 量為1/3時(shí)，隨鋼流開始加入硅錳氮合金與釩鐵，在出鋼量為2/3時(shí)全部加完，其中釩鐵噸 鋼加入量〇. 84公斤，硅錳氮合金噸鋼加入量0. 5公斤，控制鋼中釩含量在0. 035-0. 045%， 鋼中氮含量在60-80ppm，鋼中V/N在3. 36。
[0004] 上述方法存在的主要問題和不足是：一是釩的有效利用率低，僅有一部分V(約占 50~60 % )，與N、C形成VN、VC而產(chǎn)生強(qiáng)化作用，一部分V以金屬V的形態(tài)存在于鋼中，而 沒有明顯的強(qiáng)化作用；二是添加的工藝方法較為粗放，一般是在鋼水出鋼過程中隨鋼流加 入，這樣因鋼水溫度不同，鋼水帶渣量不同，鋼水中氧含量不同等多種因素的變量而導(dǎo)致微 合金化效果差異很大；三是添加物的物理狀態(tài)不一致，一般氮化合金塊度為5~60mm的混 合顆粒，使其與鋼水融合過程中的動力學(xué)條件不均衡，而導(dǎo)致強(qiáng)化效果的差異；四是其強(qiáng)化 效果不能充分發(fā)揮，穩(wěn)定性差，導(dǎo)致成本升高，鋼種命中率降低。與單一使用塊狀氮化釩合 金沒有成本優(yōu)勢。
[0005] 中國專利申請?zhí)枮?01210377151. X，申請公布日為2012年12月19日的專利申請 文件公開了一種冶金用釩氮微合金化及復(fù)合脫氧的包芯線，它包括有線芯和包覆鋼帶，其 技術(shù)要點(diǎn)在于：包芯線的線芯由增釩劑、增氮劑和脫氧固氮劑三部分組成，各組分的粒度小 于6mm，增釩劑是釩鐵、氮化釩鐵或五氧化二釩；增氮劑是氮化硅鐵、氮化硅錳、氮化錳鐵、 氮化鉻鐵、氮化硅、氮化鋁或碳氮化鈣；脫氧固氮劑是金屬鋁、鈣、鎂、鋇中的至少一種或由 它們組成的合金，還可包含有鈦、鋯、鈮、錳、鉻、硅、碳和鐵中的一種或多種，但是該發(fā)明存 在以下不足之處：（1)釩鐵、氮化釩鐵、五氧化二釩是其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)完全不同的物質(zhì)，如V 2O5 是V的氧化物，加入鋼中將成為一種氧化物夾雜對鋼質(zhì)不起任何強(qiáng)化作用；(2)脫氧固氮劑 是以分散顆粒狀與其它材料用鋼帶包成包芯線，在加入鋼水過程中因其各物質(zhì)的熔點(diǎn)和比 重的差別，它們幾乎結(jié)合不到一起，其中脫氧劑優(yōu)先與鋼中氧結(jié)合而形成脫氧產(chǎn)物變成鋼 中夾雜。中國專利申請?zhí)枮?01410131544. 1，申請公布日為2014年8月6日的專利申請文 件公開了一種復(fù)合氮合金包芯線及其制備方法，該包芯線由內(nèi)芯材料和包覆層組成，內(nèi)芯 材料是由釩鐵、氮化釩鐵、氮化釩、氮化硅鐵、氮化硅錳、氮化鈦鐵、硼鐵、氮化硼鐵、鈮鐵以 及氮化鈮鐵中的三種以上混合而成，內(nèi)芯材料中至少包括二種以上的氮化物或氮化合金； 包覆層是光亮鋼帶，該包芯線的制備方法是：首先制備內(nèi)芯材料，按要求的氮含量、合金元 素含量以及目標(biāo)鋼種的種類進(jìn)行配料，然后進(jìn)行磨粉、混勻以及造粒制成內(nèi)芯材料，然后用 光亮鋼帶將內(nèi)芯材料包覆成圓形的包芯線；從技術(shù)進(jìn)步方面看該發(fā)明相對于單一塊狀氮化 合金對鋼水進(jìn)行微合金化確實(shí)邁進(jìn)了一大步；但是該發(fā)明的包芯線氮源供給不足，對鋼水 精煉的強(qiáng)化效果不明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 1.要解決的問題
[0007] 針對現(xiàn)有的鋼水微合金化工藝存在釩的有效利用率低、強(qiáng)化效果不能充分發(fā)揮、 穩(wěn)定性差，成本高等問題，本發(fā)明提供一種氮化合金包芯線及其在HRB400鋼種強(qiáng)化處理工 藝中的應(yīng)用和應(yīng)用方法，本發(fā)明在氮化合金包芯線中添加有利于向V傳遞N并與其結(jié)合，同 時(shí)對鋼性能強(qiáng)化起正相關(guān)作用的有益元素，如Si、Mn、Ti、B等，以及在鋼水精煉過程中采用 完全不同于現(xiàn)行的工藝方法對鋼水實(shí)行氮化合金微合金化處理，本發(fā)明的多元素氮化合金 成分與HRB400鋼種微合金化強(qiáng)化工藝的要求十分匹配，即充分地保證了 N元素的供給又兼 顧了各合金元素的正相關(guān)性，使其強(qiáng)化效果得到充分發(fā)揮。
[0008] 2.技術(shù)方案
[0009] 為了解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0010] 一種氮化合金包芯線，線芯和包覆層，所述的線芯是多元素氮化合金，由釩鐵、硅 鐵、金屬硅、錳鐵、金屬錳、鈦鐵和硼鐵中三種以上材料進(jìn)行氮化處理制備得到，線芯包括以 下組成成分：N :21 ~30%，V :9 ~28%，Si :29 ~45%，Mn :0· 05 ~6. 0%，Ti :0 ~4. 0%， B :0~3. 5%，C :0. 12~I. 3%，P彡0. 10%，S彡0. 10%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；所 述的包覆層為光亮鋼帶。
[0011] 優(yōu)選地，所述的線芯由粒徑為0. 01~4. 5mm的多元素氮化合金制成。
[0012] 優(yōu)選地，所述線芯組分中V質(zhì)量分?jǐn)?shù)與N質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比值為0. 62~0. 88。
[0013] 上述的氮化合金包芯線在HRB400鋼種強(qiáng)化處理工藝中的應(yīng)用。
[0014] 上述的氮化合金包芯線在HRB400鋼種強(qiáng)化處理工藝中的應(yīng)用方法，其步驟為：
[0015] 1)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)出鋼：包括測溫、終點(diǎn)成分分析、擋渣出鋼、鋼水脫氧、鋼水合金化工 乙；
[0016] 2)鋼水精煉：調(diào)整鋼水成分和溫度，并對鋼水實(shí)行脫氣、除雜凈化工藝，然后往鋼 水中喂入上述的氮化合金包芯線；
[0017] 3)連鑄：將精煉鋼水鑄成鑄坯；
[0018] 4)鑄坯乳制：爐溫控制在1220~1270°C，加熱保溫時(shí)間為3. 0~4. 0h，采用控乳 控冷工藝，開乳溫度1010~1070°C，二次乳制溫度890~930°C，終乳溫度790~830°C。
[0019] 優(yōu)選地，鋼水精煉過程中全程吹氬氣；在喂入氮化合金包芯線前后向鋼水中吹入 氮-氬混合氣體，其中氬氣的體積分?jǐn)?shù)為85~95 %，氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)為5~15 %，吹入 氮-氬混合氣體的時(shí)間控制在7~lOmin，流量控制在4~5M3/min，氬氣純度Ar彡99. 5 %， 氮?dú)饧兌萅2^ 99%。
[0020] 優(yōu)選地，鋼水精煉過程中溫度控制在1580~1620°C。
[0021] 優(yōu)選地，鋼水精煉過程中氮化合金包芯線的喂線量為0. 8~I. 6kg/ts ;喂線速度 為 200 ~280m/min。
[0022] 優(yōu)選地，所述步驟2)中調(diào)整鋼水成分，使鋼水中各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為C :0. 20~ 0· 24%，Si :0· 40 ~0· 60%，Mn :1· 2 ~I. 5%，A1 :0· OOl ~0· 006%，V :0· 008 ~0· 017%， Ti :0· OOl ~0· 004 %，B :0· 0005 ~0· 0012 %，N :0· 009 ~0· 016 %，P 彡 0· 035 %， S 彡 0· 035%〇
[0023] 優(yōu)選地，所述步驟2)鋼水中H、O含量最佳控制為：H彡5ppm，O彡30ppm。
[0024] 本發(fā)明所提出多元素氮化合金與對比專利201410131544. 1中的包芯線相比，其 物質(zhì)內(nèi)在結(jié)構(gòu)有著本質(zhì)上的差別，多元素氮化合金是幾種合金元素同時(shí)與氮化合而形成氮 化合金，本發(fā)明涉及的多元素氮化合金在鋼水微合金化過程中保證了氮源的供給并優(yōu)先選 擇V、B等貴金屬元素，以最優(yōu)的方式提高其強(qiáng)化效果。本發(fā)明所涉及的微合金化工藝對鋼 水的精煉工藝有新的要求，創(chuàng)造最佳的鋼水微合金化條件，大幅度提高其強(qiáng)化效果和穩(wěn)定 性。
[0025] 3.有益效果
[0026] 相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：
[0027] (1)本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，設(shè)計(jì)篩選成分最合適的多元素氮化合金， 首先考慮V/N比值（V元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)與N質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比值），使V充分與N結(jié)合發(fā)揮其強(qiáng)化 作用，此外，本發(fā)明添加有利于向V傳遞N并與其結(jié)合，同時(shí)對鋼性能強(qiáng)化起正相關(guān)作用的 有益元素，如Si、Mn、Ti、B等，再次，本發(fā)明采用完全不同于現(xiàn)行的工藝方法而是一種新的 工藝方法對鋼水實(shí)行氮化合金微合金化處理；