总第２３９期
２０２１年４月 南 方 金 属ＳＯＵＴＨＥＲＮＭＥＴＡＬＳ
Ｓｕｍ．２３９Ａｐｒｉｌ ２０２１
收稿日期：２０２０－０７－１４；修订日期：２０２０－０８－１５
作者简介：严 明（１９６６－），男，１９９１年毕业于辽宁本溪冶金专科学校炼钢与铁合金专业，工程师。 大体积混凝土降温 文章编号：１００９－９７００（２０２１）０２－００２５－０３
Ｎｂ Ｔｉ Ｎ微合金化生产ＨＲＢ４００Ｅ的实践
严 明
（阳春新钢铁有限责任公司，广东阳春５２９６２９）
摘 要：介绍了采用铌钛氮微合金化技术研制开发ＨＲＢ４００Ｅ钢筋的生产工艺和产品性能。实践证明，采用铌钛氮复合合金替代钒氮合金生产Ｈ ＲＢ４００Ｅ钢筋，不仅其力学性能良好，而且具有低成本优势。关键词：铌钛氮复合合金；ＨＲＢ４００Ｅ钢筋；力学性能；低成本中图分类号：ＴＧ３３５．６４ 文献标志码：Ｂ
ＰｒａｃｔｉｃｅｏｆＰｒｏｄｕｃｉｎｇＳｔｅｅｌＨＲＢ４００ＥｂｙＮｂ Ｔｉ ＮＭｉｃｒｏａｌｌｏｙｉｎｇ
ＹＡＮＭｉｎｇ
（ＹａｎｇｃｈｕｎＮｅｗＳｔｅｅｌＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｙａｎｇｃｈｕｎ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，５２９６２９，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｔｅｅｌｂａｒＨＲＢ４００ＥｄｅｖｅｌｏｐｅｄｗｉｔｈＴｉ Ｎｍｉｃｒｏａｌｌｏｙｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＩｔｈａｓｂｅｅｎｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｔｈｅｂａｒｓｍａｄｅｏｆＮｂＴｉ ＮａｌｌｏｙｉｎｓｔｅａｄｏｆＶ Ｎａｌｌｏｙｈａｖｅｎｏｔｏｎｌｙｇｏｏｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｂｕｔａｌｓｏｌｏｗｃｏｓｔａｄｖａｎｔａｇｅｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎｉｏｂｉｕｍｔｉｔａｎｉｕｍｎｉｔｒｏｇｅｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅａｌｌｏｙ；ｂａｒＨＲＢ４００Ｅ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｌｏｗｃｏｓｔ
０ 前言
铌、钒、钛是重要的微合金化元素，在ＨＲＢ４００Ｅ螺纹钢生产过程中，绝大多数钢厂使用的是钒元素，个别钢厂使用铌元素，极少数钢厂使用钛元素。钛元素使用少，是因为钛元素性质活泼，极易与钢水中的氧、硫、氮等元素反应，产生大量的析出物，致使钢水黏度大、可浇性差。钛加入后，还会加大炼钢工艺控制难度，引起轧钢产品质量波动，最终限制了钛微合金化技术的推行应用。若能解决钢水脱氧，降低钢水氧含量，提高钛收得率，就可解决钛微合金化问题。阳春新钢铁有限责任公司（以下简称“阳春新钢铁”）就是在钒氮合金价格高涨情况下，开展铌钛氮复合合金替代钒氮合金的研究。通过选择合适方法、合适条件、合适时机，加入铌钛氮复合合金进行 微合金化处理，生产ＨＲＢ４００Ｅ。在保证钢材质量符合国家标准，屈服强度稳定，且不会对产品时效有较大影响的情况下，成功实现了铌钛氮微合金化生产，这对钛合金应用和控制企业生产成本具有重要的意义。
１ 试制方案
１．１ 工艺路线
优质铁水（废钢）→１２０ｔ转炉→精炼站（微合金处理、底吹氩、调温）→方坯连铸→热装加热→控温连续轧制→成品。１．２ 成分设计 试验冶炼、轧制钢种ＨＲＢ４００Ｅ，规格直径１２～２２ｍｍ，微合金化采用铌钛氮复合技术。成分设计见表１。
表１ ＨＲＢ４００Ｅ－１直条１２～２２ｍｍ规格成分设计
ｗ／
钢种规格标准ＣＳｉＭｎＰ、ＳＴｉ
Ｎｂ
ＨＲＢ４００Ｅ－１
１２、１４、１６、１８、２０、２２
内控０．２１～０．２４０．５０～０．６０１．４０～１．５０≤０．０４００．００８～０．０２００．０１０～０．０２０判定０．２１～０．２５０．５０～０．８０１．４０～１．６０
≤０
．０４５０．００８～０．０２５０．０１０～０．０２５
１．３ 铌钛氮复合合金的加入方式
钛元素极容易氧化，在炼钢温度范围内钛元素的氧化能力仅次于铝元素，为提高钛的收得率，应选择合理的加入方式以及脱氧剂和合金料的加入顺序［２］。为防止钢水过氧化影响钛的收得率，需要严格控制终点碳和出钢温度，出钢过程做好挡渣操作。
铌钛氮合金的加入方式主要考虑块状投入，选择出钢完毕后在吹氩站加入铌钛氮复合合金，调整吹氩压力，将铌钛氮复合合金投入到钢包裸露钢水中。加完合金后，保证吹氩时间≥５ｍｉｎ，并在吹氩站喂入１００ｍ硅钙线进行钙化处理，保持软吹氩时间＞３ｍｉｎ，从而保证钢水成分的混合均匀。采用此种加入方式可提高钛元素的收得率。
２ 试制结果及分析
根据表１中ＨＲＢ４００Ｅ－１成分设计和工艺要求，组织１２炉次试验，成分控制，钛元素收得率和力学性能结果如下。
２．１ 各实施例中钢材化学成分及钛元素收得率的实测结果
１２炉试验钢成分和钛元素收得率如表２。
表２ 实施例成分控制及钛元素收得率结果
实施例
化学成分ｗ／
ＣＳｉＭｎＰＳＴｉＮｂＮ
出钢量／ｔＴｉ收得率／
实施例１０．２４０．５５１．５００．０３０．０２５０．０２３２０．０１３４０．００８９１２１．８７０．６实施例２０．２２０．５７１．５３０．０３３０．０２２０．０１６９０．０１２７０．００８５１２６．７５３．５实施例３０．２３０．５４１．４４０．０２３０．０１９０．０１８６０．０１３３０．００８８１１７．８５４．８实施例４０．２２０．５３１．４４０．０２４０．０２１０．０２０２０．０１３９０．００９８１０５．５５３．３实施例５０．２２０．５２１．４８０．０２００．０２００．０１８８０．０１１３０．００８３１２９．５６０．７实施例６０．２４０．５３１．４７０．０１９０．０２００．０１６７０．０１５２０．００８７１２２．７５１．１实施例７０．２３０．５８１．３４０．０２３０．０２１０．０１９１０．０１１９０．００８９１２０．７５７．５实施例８０．２１０．５５１．４１０．０２５０．０２７０．０１８４０．０１４２０．００９５１１６．１５３．４实施例９０．２２０．５４１．４５０．０３３０．０２４０．０１８１０．０１２７０．００９７１３０．４５８．９实施例１０
０．２２０．５６１．４４０．０３０．０２１０．０２２５０．０１３００．００８６１２４．９７０．３实施例１１０．２２０．５４１．４５０．０２７０．０２１０．０２００．０１２１０．００８３１３０．７６５．２实施例１２０．２２０．５３１．４４０．０３４０．０１９０．０２３７０．０１１７０．００９２１２５．０７４．０
实施例成分控制符合成分设计要求，铌成分控制在０ ０１１３ ～０ ０１５２ ，钛成分控制在０ ０１６７ ～０ ０２３７ ，氮含量为（８３～９８）×１０－６。钛元素收得率在５１ １ ～７４ ，钛元素收得率稳定，为钛微合金化稳定钢材力学性能提供了保障。２．２ 规格为１２～２２ｍｍ钢筋的力学试验实测结果组织试验钢坯进行１２～２２ｍｍ钢筋试轧，钢坯加热时的均热段温度为１０５０～１１２０℃；开轧温度为１０２０～１０５０℃；各规格冷床温度控制在９００～１０００℃。各规格试轧力学性能如表３。
表３ 实施例１２～２２ｍｍ规格钢筋的力学试验结果样品１／样品２的力学试验项目
规格／ｍｍ屈服实测
值／ＭＰａ
抗拉实测
值／ＭＰａ
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率／
最大力总
伸长率／
强屈比
屈服
特征比
冷弯反弯
１２４５０／４６０６１０／６２０２９．５／３１．５１３．０／１３．５１．３６／１．３５１．１３／１．１５合格／合格合格／合格１４４６０／４５５６２５／６２０３０．５／３０．０１４．５／１４．５１．３６／１．３６１．１５／１．１４合格／合格合格／合格１６４４５／４
４０６０５／６１０３０．５／２９．０１４．０／１４．５１．３６／１．３９１．１１／１．１０合格／合格合格／合格１８４４５／４４５６２５／６２０２８．０／２８．０１３．５／１３．５１．４０／１．３９１．１１／１．１１合格／合格合格／合格２０４５０／４５０６００／６０５２９．０／２９．５１３．５／１４．５１．３３／１．３４１．１３／１．１３合格／合格合格／合格２２４４５／４５０５９５／５９５２９．０／２８．０１４．０／１４．０１．３３／１．３２１．１１／１．１３合格／合格合格／合格
d570 试验炉次试轧１２～２２规格，屈服强度为４４５～４６０ＭＰａ，抗拉强度为５９５～６２５ＭＰａ，伸长率为２８ ～３１．５ ，各规格力学性能均符合国标要求，因此，采用铌钛氮复合合金试制ＨＲＢ４００Ｅ钢筋是可行的。
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南 方 金 属
ＳＯＵＴＨＥＲＮＭＥＴＡＬＳ２０２１年第２期
广告宣传栏制作３ 提高钛元素收得率措施
使用钛合金，必须解决钛元素收得率问题，根据钛元素与氧亲和力强的特点，在生产的各工序环节中，
严格控制钢水氧含量，同时采用保护浇铸，才能有效提高钛元素收得率，实现钛合金用于生产。３．１ 降低进站钢水氧含量
控制转炉终点碳在０ ０６ ～０ １５ ，采用硅钙钡和硅铝钡进行脱氧，使得ＨＲＢ４００Ｅ钢水进吹氩站氧含量低于５０×１０－６，有利于提高钛合金收得率。同时，通过采用挡渣出钢，控制转炉出钢下渣，把下渣量控制在５０ｍｍ以下，降低氧化性炉渣与钛元素反应，进一步提高钛合金收得率。
３．２ 吹氩站进行钛微合金化
选择出钢完毕后，在吹氩站加入铌钛氮复合合金，主要原因是钢水经转炉出钢脱氧合金化后，钢水氧含量较低，更有利于提高钛元素收得率。调整吹氩压力，将铌钛氮复合合金投入到钢包裸露钢水处。加完合金后，保证吹氩时间≥５ｍｉｎ，并在吹氩站喂入１００ｍ硅钙线进行钙化处理，保持软吹氩时间＞３ｍｉｎ，从而保证钢水成分的混合均匀。
３．３ 加强连铸钢水保护浇铸
连铸钢包和中间包采用长水口保护浇铸。中包盖板与中包做好密封，采用耐火纤维和火泥完全密封，盖板上的塞棒孔和其他孔用硅酸铝纤维毡加工成相应的规整的孔形后，严密地覆盖好，防止钢水中的钛元素的氧化烧损，实现保证钛收得率和提高钢水质量的效果。
４ 消除铌元素对铸坯质量影响
含铌钢对钢坯热塑性比含钒钢敏感，在连铸坯冷却过程中，易形成晶界裂纹，使钢的塑性变差。因此含铌钢坯容易出现裂纹和脱方。
４．１ 采用低铌低钛成份设计
铌钛氮复合合金微合金化生产ＨＲＢ４００Ｅ钢筋，通过采用低铌低钛成分设计，可进一步降低铌、钛对高拉速连铸钢坯质量的影响，满足连铸生产工艺要求。
４．２ 降低钛夹杂物总量
钢水中铌钛成分含量低，加入铌钛复合合金总量减少，钢水中生产的钛夹杂物就少，钢水可浇性和夹杂物总量能符合工艺要求和产品质量要求。４．３ 优化连铸冷却控制
针对含铌钢影响钢坯的热塑性，连铸采取降低水量实施弱冷，同时开启连铸结晶器电磁搅拌以提高钢坯内在质量，从而，在高拉速４ ０～４ ３ｍ／ｍｉｎ情况下，消除因使用铌钛氮复合合金造成的连铸坯拉漏和铸坯脱方问题。
５ 批量生产
根据试验结果，阳春新钢铁于２０１８年１０月按设计方案进行批量生产，累计冶炼ＨＲＢ４００Ｅ钢筋用钢８１６炉，生产合格钢９７９２０ｔ，熔炼成分，铸坯表面质量合格率１００ 。分别轧制Ｄ１２ｍｍ、Ｄ１４ｍｍ、Ｄ１６ｍｍ、Ｄ１８ｍｍ、Ｄ２０ｍｍ、Ｄ２２ｍｍＨＲＢ４００Ｅ钢筋８５３批，对成品成分、力学性能、外形尺寸、外形形状等进行检验，均符合国标要求［１］，创效达２２５ ２１万元。
６ 结论宇山自动化
１）提高终点碳控制，采用硅钙钡和硅铝钡脱氧，降低钢水氧含量，将ＨＲＢ４００Ｅ钢水进站氧含量降低至５０×１０－６以下，可以满足在吹氩站进行钛微合化要求。
２）采用低钛、低铌成分设计，出钢完毕后，在吹氩站加入高氮钛复合合金，并投入到钢包裸露钢水处，加完合金后，保证吹氩时间≥５ｍｉｎ，钛的收得率可达到５０ ～７４ 。
３）优化连铸冷却控制，开启结晶器电磁搅拌，实施连铸保护浇铸，在连铸拉速高达４ ０～４ ３ｍ／ｍｉｎ情况下，可消除铸坯裂纹和脱方。
４）试生产钢材力学性能符合国标要求，成功采用铌钛氮复合合金批量生产ＨＲＢ４００Ｅ钢筋，实现降低生产成本的目的。
ca1703
参考文献
［１］ 王学忠，李成军，张万庆．铌钒复合微合金化４００ＭＰａ级钢筋的研制与生产［Ｊ］．山东冶金，２００７，９（２）：３２
－３４．
［２］ 梁 辉，黄文初，耿 超，等．钛微合金化工艺生产ＨＲＢ４００钢筋的试验研究［Ｊ］．河南冶金，２０１０，１８
（３）：１４－１６．
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