技术摘要：
本发明公开了一种富氮铌微合金化400MPa超细晶抗震钢筋及其制备方法，所述钢筋具有以下重量份的化学成分：C 0.21～0.25 wt%、Si 0.40～0.54wt%、Mn 1.30～1.46wt%、Cr 0.14～0.20wt%、Nb 0.010～0.014wt%、S≤0.042wt%、P≤0.045wt%、O≤0.0060wt%、N 0.0085～0.0115wt% 全部
背景技术：
热轧带肋钢筋是钢筋混凝土建筑结构的主要增强材料，在结构中承载着拉、压应 力和应变等负载的应力应变。目前我国热轧带肋钢筋年产量约2亿吨，是国民经济建筑工程 结构建设使用最多的钢铁材料。随着我国建筑向高层、大跨度及抗震结构方向的不断发展， 开发高强韧、综合性能优异的细晶抗震钢筋已是钢铁行业提升技术水平和产品结构调整的 重要任务之一。 近年来随着建筑结构不断升级，用钢强度持续提高 ，促进了建筑用钢筋的升级换 代和产品标准的修改完善。热轧带肋钢筋国家标准GB/T 1499.2-2018于2018年11月1日正 式实施，新标准增加了金相组织检验规定及配套的宏观金相、截面维氏硬度、微观组织检验 方法，对钢筋性能、质量检验和判定作出了更严格和更明确规定，对生产工艺提出了更高、 更严格的要求，对提升热轧带肋钢筋产品质量、促进节能减排、淘汰落后产能产生积极的推 进作用。 现国内针对GB/T 1499.2-2018标准实施后HRB400E直条抗震钢筋的生产技术，主 要采用钒氮微合金化工艺，钢中加入一定量的钒氮合金或氮化钒铁，钢中V含量控制为 0.025-0.035wt%，通过适当控轧控冷工艺得到宏观金相、截面维氏硬度、微观组织满足GB/T 1499.2-2018标准的HRB400E钢筋，钢筋显微组织晶粒度大多控制在9.5～10.5级，该工艺由 于钒合金价格昂贵，因此生产成本较高。 目前国内外尚无本发明中低成本、高质量的富氮铌微合金400MPa超细晶抗震钢筋 制备方法的相关专利和论文研究报道。
技术实现要素：
本发明的第一目的在于提供一种富氮铌微合金化400MPa超细晶抗震钢筋，本发明 的第二目的在于提供一种富氮铌微合金化400MPa超细晶抗震钢筋的制备方法。 本发明的第一目的是这样实现的，一种富氮铌微合金化400MPa超细晶抗震钢筋， 具有以下重量份的化学成分：C 0.21～0.25 wt%、Si 0.40～0.54wt%、Mn 1.30～1.46wt%、 Cr 0.14～0.20wt%、Nb 0.010～0.014wt%、S≤0.042wt%、P≤0.045wt%、O≤0.0060wt%、N 0.0085～0.0115wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。 本发明的第一目的是这样实现的，一种富氮铌微合金化400MPa超细晶抗震钢筋的 制备方法，包括钢水冶炼、脱氧合金化、钢水氩站精炼、钢水浇铸、钢坯加热、钢坯控轧控冷 工序，具体包括以下步骤： a、钢水冶炼：将废钢和铁水分别按110～140kg/t钢、940～970kg/t钢的配比加入LD转炉 中，之后进行常规顶底复合吹炼，加入常规石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为22 4 CN 111549279 A 说 明 书 2/9 页 ～26kg/t钢，轻烧白云石加入量为18～22kg/t钢，菱镁球加入量为1.0～2.0kg/t钢，控制终点 碳含量≥0.07wt%，出钢温度≤1650℃；出钢前向钢包底部按1.0～1.5kg/t钢的量，加入下列 质量比的渣洗料进行渣洗：Al2O3 23 .5wt%，SiO24 .6wt%，CaO 48 .5wt%，Al 7 .8wt%， MgO5.4wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，出钢过程采用全程底吹氮工艺，氮气流量控制 为20～25NL/min；所述废钢化学成分C 0 .12～0.20wt%，Si 0 .35～0.60wt%，Mn 0 .45～ 0.70wt% ，P 0.035～0.046wt%，S 0.028～0.039wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述 铁水化学成分C 4 .0～4 .5wt%、Si 0 .15～0 .35wt%、Mn 0 .30～0 .50wt% 、P 0 .080～ 0.120wt%、S≤0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，所述铁水温度≥1290℃； b、脱氧合金化：将钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅 铝钙脱氧剂→硅铁→硅锰合金→高碳锰铁→高碳铬铁→硅氮合金→高硅铌铁，依次向钢包 中加入下列物质：按1 .0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铝钙脱氧剂：Si 32 .5wt%，Ca 16.8wt%，Al 10.6wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按4.1～5.6kg/t钢的量，加入下列质 量比的硅铁：Si 73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按9.7～12.2kg/t钢的量，加入下 列质量比的硅锰合金：Mn 65.2wt%，Si 17.3wt%，C 1.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物； 按9.1kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.3wt%，C 7.1wt%，其余为Fe及不可避 免的不纯物；按1.9～2.9kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr 54.6wt%，C 8.3wt%，P 0.065wt%，S 0.042wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.10kg/t钢的量，加入下列质量比 的硅氮合金：Si 48.5wt%，N 35.2wt%，C 0.75wt%，P 0.020wt%，S 0.018wt%，其余为Fe及不 可避免的不纯物；按0 .17～0 .23kg/t钢的量，加入下列质量比的铌铁：Nb 65 .2wt%，Si 5.7wt%，C 0.85wt%，P 0.195wt%，S 0.085wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水 量达到4/5时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至氩站进行精炼处理； c、钢水氩站精炼：将钢水吊至氩站工位接好氮气带，开启氮气采用流量为15～20NL/ min的氩气对钢水进行吹氩处理，吹氩时间为4分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为 1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位； d、钢水浇铸：在中间包温度为1528～1540℃，拉速为2.7～2.9m/min，结晶器冷却水流 量为105～115m3/h，二冷比水量为1.6～1.8L/kg的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流 小方坯铸机将C步骤的钢水浇铸成断面150mm×150mm的钢坯； e、钢坯加热：将钢坯送入均热段炉温为1070～1100℃的加热炉中，加热60～70分钟后 钢坯出钢，之后推送至全连续式棒材轧机进行轧制； f、钢坯控轧控冷：将E步骤钢坯在速度为0.5～1.0m/s的轧制条件下粗轧6个道次；之后 在速度为3.0～4.0 m/s的轧制条件下中轧4～6个道次；之后进入精轧前预水冷装置进行精 轧前控冷，冷却水量为50～60m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为930～960℃；最后在速 度为11.0～13.5m/s的轧制条件下精轧4～5个道次；将精轧后钢材通过3～5个短管水冷段 装置(每个长度850mm，每个水冷段间隔100mm)进行多段分级控冷，水泵开启数2～3台，水泵 压力为1.0～1.4MPa；控冷后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得目标物。 本发明的有益效果为： 1、本方法炼钢脱氧合金化过程中加入少量硅氮合金，增加了钢水中氮含量，促进了轧 制过程Nb从固溶状态向碳氮化物析出相的转移，细小弥散的Nb(C,N)析出相大量形成和析 出，增加了奥氏体稳定性，降低了相变温度，使钢的析出强化效果明显改善；轧钢采用较低 5 CN 111549279 A 说 明 书 3/9 页 的开轧温度，通过精轧前预水冷控制较低的进精轧温度及轧后多段分级控冷工艺，细化了 原始奥氏体晶粒，促进了奥氏体向细小铁素体的转变，钢筋横截面中心铁素体晶粒度达 12.0级以上，细晶强化效果显著，同时改善了钢的塑韧性；钢中加入少量铬，淬透性和二次 硬化作用得到明显提高，促进了钢强度的提高，同时还提高了钢的钝化耐腐蚀能力；钢筋横 截面中心部位形成含量1～2%粒状贝氏体，提高了钢的抗拉强度，改善了抗震性能； 2、本方法通过对化学成分设计、转炉冶炼、脱氧合金化、连铸、轧钢加热制度、轧制温度 及控冷工艺集成创新，充分发挥了细晶强化、析出强化等多种强化作用，所生产钢筋具有工 艺力学性能优异稳定、显微组织细小均匀、塑韧性好、耐火性及抗震性能优异等优点； 3、本方法提供的工艺具有生产成本低、工艺适用性及控制性强等特点，所生产钢筋各 项指标全面优于GB/T 1499.2-2018，生产成本同比现有钒微合金化工艺降低65元/t钢以上， 显著降低了GB/T 1499.2-2018实施后HRB400E钢筋生产成本，提高了产品市场竞争力，具有 显著的经济和社会效益。
本发明公开了一种富氮铌微合金化400MPa超细晶抗震钢筋及其制备方法，所述钢筋具有以下重量份的化学成分：C 0.21～0.25 wt%、Si 0.40～0.54wt%、Mn 1.30～1.46wt%、Cr 0.14～0.20wt%、Nb 0.010～0.014wt%、S≤0.042wt%、P≤0.045wt%、O≤0.0060wt%、N 0.0085～0.0115wt% 全部
背景技术：
热轧带肋钢筋是钢筋混凝土建筑结构的主要增强材料，在结构中承载着拉、压应 力和应变等负载的应力应变。目前我国热轧带肋钢筋年产量约2亿吨，是国民经济建筑工程 结构建设使用最多的钢铁材料。随着我国建筑向高层、大跨度及抗震结构方向的不断发展， 开发高强韧、综合性能优异的细晶抗震钢筋已是钢铁行业提升技术水平和产品结构调整的 重要任务之一。 近年来随着建筑结构不断升级，用钢强度持续提高 ，促进了建筑用钢筋的升级换 代和产品标准的修改完善。热轧带肋钢筋国家标准GB/T 1499.2-2018于2018年11月1日正 式实施，新标准增加了金相组织检验规定及配套的宏观金相、截面维氏硬度、微观组织检验 方法，对钢筋性能、质量检验和判定作出了更严格和更明确规定，对生产工艺提出了更高、 更严格的要求，对提升热轧带肋钢筋产品质量、促进节能减排、淘汰落后产能产生积极的推 进作用。 现国内针对GB/T 1499.2-2018标准实施后HRB400E直条抗震钢筋的生产技术，主 要采用钒氮微合金化工艺，钢中加入一定量的钒氮合金或氮化钒铁，钢中V含量控制为 0.025-0.035wt%，通过适当控轧控冷工艺得到宏观金相、截面维氏硬度、微观组织满足GB/T 1499.2-2018标准的HRB400E钢筋，钢筋显微组织晶粒度大多控制在9.5～10.5级，该工艺由 于钒合金价格昂贵，因此生产成本较高。 目前国内外尚无本发明中低成本、高质量的富氮铌微合金400MPa超细晶抗震钢筋 制备方法的相关专利和论文研究报道。
技术实现要素：
本发明的第一目的在于提供一种富氮铌微合金化400MPa超细晶抗震钢筋，本发明 的第二目的在于提供一种富氮铌微合金化400MPa超细晶抗震钢筋的制备方法。 本发明的第一目的是这样实现的，一种富氮铌微合金化400MPa超细晶抗震钢筋， 具有以下重量份的化学成分：C 0.21～0.25 wt%、Si 0.40～0.54wt%、Mn 1.30～1.46wt%、 Cr 0.14～0.20wt%、Nb 0.010～0.014wt%、S≤0.042wt%、P≤0.045wt%、O≤0.0060wt%、N 0.0085～0.0115wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。 本发明的第一目的是这样实现的，一种富氮铌微合金化400MPa超细晶抗震钢筋的 制备方法，包括钢水冶炼、脱氧合金化、钢水氩站精炼、钢水浇铸、钢坯加热、钢坯控轧控冷 工序，具体包括以下步骤： a、钢水冶炼：将废钢和铁水分别按110～140kg/t钢、940～970kg/t钢的配比加入LD转炉 中，之后进行常规顶底复合吹炼，加入常规石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，石灰加入量为22 4 CN 111549279 A 说 明 书 2/9 页 ～26kg/t钢，轻烧白云石加入量为18～22kg/t钢，菱镁球加入量为1.0～2.0kg/t钢，控制终点 碳含量≥0.07wt%，出钢温度≤1650℃；出钢前向钢包底部按1.0～1.5kg/t钢的量，加入下列 质量比的渣洗料进行渣洗：Al2O3 23 .5wt%，SiO24 .6wt%，CaO 48 .5wt%，Al 7 .8wt%， MgO5.4wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，出钢过程采用全程底吹氮工艺，氮气流量控制 为20～25NL/min；所述废钢化学成分C 0 .12～0.20wt%，Si 0 .35～0.60wt%，Mn 0 .45～ 0.70wt% ，P 0.035～0.046wt%，S 0.028～0.039wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；所述 铁水化学成分C 4 .0～4 .5wt%、Si 0 .15～0 .35wt%、Mn 0 .30～0 .50wt% 、P 0 .080～ 0.120wt%、S≤0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，所述铁水温度≥1290℃； b、脱氧合金化：将钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅 铝钙脱氧剂→硅铁→硅锰合金→高碳锰铁→高碳铬铁→硅氮合金→高硅铌铁，依次向钢包 中加入下列物质：按1 .0kg/t钢的量，加入下列质量比的硅铝钙脱氧剂：Si 32 .5wt%，Ca 16.8wt%，Al 10.6wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按4.1～5.6kg/t钢的量，加入下列质 量比的硅铁：Si 73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按9.7～12.2kg/t钢的量，加入下 列质量比的硅锰合金：Mn 65.2wt%，Si 17.3wt%，C 1.8wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物； 按9.1kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn 75.3wt%，C 7.1wt%，其余为Fe及不可避 免的不纯物；按1.9～2.9kg/t钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr 54.6wt%，C 8.3wt%，P 0.065wt%，S 0.042wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.10kg/t钢的量，加入下列质量比 的硅氮合金：Si 48.5wt%，N 35.2wt%，C 0.75wt%，P 0.020wt%，S 0.018wt%，其余为Fe及不 可避免的不纯物；按0 .17～0 .23kg/t钢的量，加入下列质量比的铌铁：Nb 65 .2wt%，Si 5.7wt%，C 0.85wt%，P 0.195wt%，S 0.085wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；在钢包钢水 量达到4/5时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至氩站进行精炼处理； c、钢水氩站精炼：将钢水吊至氩站工位接好氮气带，开启氮气采用流量为15～20NL/ min的氩气对钢水进行吹氩处理，吹氩时间为4分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为 1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至浇铸工位； d、钢水浇铸：在中间包温度为1528～1540℃，拉速为2.7～2.9m/min，结晶器冷却水流 量为105～115m3/h，二冷比水量为1.6～1.8L/kg的条件下，采用R9m直弧形连续矫直5机5流 小方坯铸机将C步骤的钢水浇铸成断面150mm×150mm的钢坯； e、钢坯加热：将钢坯送入均热段炉温为1070～1100℃的加热炉中，加热60～70分钟后 钢坯出钢，之后推送至全连续式棒材轧机进行轧制； f、钢坯控轧控冷：将E步骤钢坯在速度为0.5～1.0m/s的轧制条件下粗轧6个道次；之后 在速度为3.0～4.0 m/s的轧制条件下中轧4～6个道次；之后进入精轧前预水冷装置进行精 轧前控冷，冷却水量为50～60m3/h，预水冷后钢筋进精轧温度控制为930～960℃；最后在速 度为11.0～13.5m/s的轧制条件下精轧4～5个道次；将精轧后钢材通过3～5个短管水冷段 装置(每个长度850mm，每个水冷段间隔100mm)进行多段分级控冷，水泵开启数2～3台，水泵 压力为1.0～1.4MPa；控冷后钢筋在冷床自然空冷至室温，即获得目标物。 本发明的有益效果为： 1、本方法炼钢脱氧合金化过程中加入少量硅氮合金，增加了钢水中氮含量，促进了轧 制过程Nb从固溶状态向碳氮化物析出相的转移，细小弥散的Nb(C,N)析出相大量形成和析 出，增加了奥氏体稳定性，降低了相变温度，使钢的析出强化效果明显改善；轧钢采用较低 5 CN 111549279 A 说 明 书 3/9 页 的开轧温度，通过精轧前预水冷控制较低的进精轧温度及轧后多段分级控冷工艺，细化了 原始奥氏体晶粒，促进了奥氏体向细小铁素体的转变，钢筋横截面中心铁素体晶粒度达 12.0级以上，细晶强化效果显著，同时改善了钢的塑韧性；钢中加入少量铬，淬透性和二次 硬化作用得到明显提高，促进了钢强度的提高，同时还提高了钢的钝化耐腐蚀能力；钢筋横 截面中心部位形成含量1～2%粒状贝氏体，提高了钢的抗拉强度，改善了抗震性能； 2、本方法通过对化学成分设计、转炉冶炼、脱氧合金化、连铸、轧钢加热制度、轧制温度 及控冷工艺集成创新，充分发挥了细晶强化、析出强化等多种强化作用，所生产钢筋具有工 艺力学性能优异稳定、显微组织细小均匀、塑韧性好、耐火性及抗震性能优异等优点； 3、本方法提供的工艺具有生产成本低、工艺适用性及控制性强等特点，所生产钢筋各 项指标全面优于GB/T 1499.2-2018，生产成本同比现有钒微合金化工艺降低65元/t钢以上， 显著降低了GB/T 1499.2-2018实施后HRB400E钢筋生产成本，提高了产品市场竞争力，具有 显著的经济和社会效益。
