微氮合金+钒氮合金微合金化工艺在高强钢筋生产中的应用

生产实践·应用技术

山西冶金

SHANXI M ETALLURGY Total 180No.4，2019

DOI:10.16525/14-1167/tf.2019.04.总第180期2019年第4期微氮合金+钒氮合金微合金化工艺在高强钢筋生产中

的应用

陈东辉

（河钢集团宣钢公司，河北宣化

075100）

摘

要：为了降低生产成本，宣钢采用微氮合金+钒氮合金微合金化工艺对HR B400系列钢筋进行生产试制研

究，通过合理的控制技术，微观方面有明显的V(CN)析出相，提高了微合金化作用，生产出组织性能更为优良的针状铁素体热轧抗震螺纹钢筋，提高了钢筋的加工性能和耐候性能，钢筋的时效性能明显降低，同时降低了生产成本。

关键词：钒氮合金微氮合金高强钢筋性能

中图分类号：TG142.33

文献标识码：A

文章编号：1672-1152（2019）04-0110-02

收稿日期：2019-05-12

作者简介：陈东辉（1985—），男，2009年毕业于河北理工大学冶金工程专业，工程师，现在河钢集团宣钢公司二钢轧厂从事转炉炼钢技术管理工作。

河钢集团宣钢公司（全文简称宣钢）钢筋生产一

直采用钒微合金化技术［１］

，

对钢筋进行透射电镜分析，HRB400E 中未发现有明显的VN 析出物，致使宣钢钢筋不能充分发挥钒的微合金效果。经过技术研究和试验，采用微氮合金+钒氮合金微合金化工艺，在满足客户产品标准、保证低合金钢（钢筋）力学性能条件下，充分利用微合金元素的固溶强化［２］、位错强化、

晶界强化、沉淀强化［３］与相间强化等钢综合强化效果，

突出（弥散）沉淀强化与相间强化（体）强化效果，通过控制成品钢的不同种类的碳氮化物弥撒、细小、均匀析出，实现了化学成分与组织相适应的最佳工艺控制，钢筋的性能各项指标达到了技术要求。通过降低主要常规合金元素Mn 、Si 元素的含量及贵重合金V 的含量，宣钢降低了冶炼成本，取得良好的经济效果。1

微氮合金和钒氮合金主要理化指标

宣钢在高强钢筋中应用微氮合金+钒氮合金微合金化技术，使用的微合金化物料主要为I-400型微氮合金和钒氮合金，其理化指标分别如表1和2所示。

2成分设计

按照V 、C 、N 分子量计算（V 的分子量为51，C

的分子量为12，N 的分子量为14），51/14=3.64为V-N 最佳微合金化效果，以V 为基数，形成V 、C 、N 、的C 满足要求，N 含量满足要求，HRB400E 钢中的氮含量最佳控制在0.032/3.64=88×10-6，因此改进后的HRB400E 钢筋在出钢过程中加入I-400型微氮合金0.43~0.45kg/t 。

宣钢生产的HRB400E 高强钢筋按轧制规格分为HRB400E -ZT1、HRB400E -ZT2和HRB400E -ZT3，目前已经在HRB400E-ZT1和HRB400E-ZT2钢种上应用微氮合金+钒氮合金微合金化工艺，为了与改进前的牌号进行区分，改进后的钢种牌号分别为HRB400E-ZT1(SY)和HRB400E-ZT2(SY)，其化学成分对比的如表3所示。

表1

I-400型微氮合金的理化指标

表2

钒氮合金的理化指标

项目

元素质量分数/%

粒度

/mm w （C ）w （Si ）w （M n ）w （N ）w （P ）w （S ）指标

≤6

30~55

8

12~24

0.15

0.15

0~35

项目

粒度

/mm

w （V ）w （N ）w （C ）w （P ）w （S ）VN1677~8114.0~18.0≤6

≤0.06

≤0.10

10~40

元素含量/%

表3

两种工艺下钢种化学成分对比

%

工艺路线

牌号范围w （C)）w （Si ）w （Mn)）w （P ，S ）w （V ）原工艺

HRB400

EZT1

内控0.22~0.250.38~0.44 1.31~

1.38≤0.0420.030~0.050HRB400EZT2内控0.22~0.250.43~0.49 1.35~

1.41

≤0.0420.030~0.050

新工艺

HRB400EZT1(SY)

内控

0.22~0.250.34~0.30 1.24~1.30≤0.0420.025~

0.030HRB400EZT2(SY)

内控

0.22~0.25

0.24~0.33

1.23~1.28≤0.0420.027~

0.030

43

2019年第4期（下转第156页）

国内HRB400E 钢筋通用单纯钒氮合金微合金化技术，宣钢采用微氮合金+钒氮合金微合金化技术，是对微合金化技术的延伸和发展。3

微氮合金+钒氮合金微合金化工艺制度1）转炉出钢1/4加入微氮合金，保证合金的充分吸收和溶解。

2）终点控制要求w （C ）≥0.10%，脱氧剂使用硅铝钡锶0.5~1.0kg/t ；

出钢过程全程吹氩，氩气软吹处理3~5min ，打纯钙线0.5~1.0m/t ，促进微氮合金充分溶解和吸收。

3）中包开浇前两炉钢，非计划精炼，I-400型微氮合金的用量在工艺用量的基础上增加10kg 。4

成分和性能控制比较

4.1HRB400E 与HRB400E （SY ）成分和性能控制

比较（见表4

）使用微氮合金+钒氮合金微合金化与单独使用钒氮合金微合金化工艺相比，碳当量平均降低0.013%，w （Si ）降低了0.121%，w （Mn ）降低了0.107%，w （V ）降低了0.001%，w （N ）升高了48×10-6

，屈服强

度平均降低了2MPa ，抗拉强度平均降低了5MPa 。

4.2HRB400E 与HRB400E （SY ）显微组织对比分析

试样组织分析结果表明，HRB400E 钢筋的显微组织为铁素体+珠光体，珠光体片间距在200nm 左右，渗碳体片的厚度50~90nm ，局部存在渗碳体球化[4]现象。能谱分析结果没有发现明显的钒能谱峰，即在分析样品中没有发现VN 析出相的证据（见图1）。

透射电镜观察到二相粒子析出尺寸在10~20nm 之间，且分布均匀和弥散。对观察到的二相粒子进行能谱测试，任选一质点（A ）其能谱图可看出：A 粒子主要组成为V 、Ti 、Nb 、Re 及N 、C 、O 等主要元素，其析出的二相粒子为（V 、Ti 、Nb 、Re ）(C 、N)及ReO 等化合物（见图2）。

根据图3的显微组织可以看出，采用微氮合金+钒氮合金微合金化工艺生产的高强钢筋，有大量弥散细小的第二相析出，对析出相进行（TSM ）衍射斑标定，确认析出相为钒的碳氮化物。

5结论

1）微氮合金配合钒氮对螺纹钢进行微合金化，

微氮合金加入量分别为0.43kg/t 钢和钒氮合金加入0.36~0.40kg/t 钢时，能够生产出组织性能更为优良的针状铁素体热轧抗震螺纹钢筋。

2）与单纯采用钒氮合金微合金技术相比较，钢中N 含量明显提高，

微观方面有明显的V （CN ）析出相，提高了微合金化作用，在宏观上面表现为：一是成分控制方面降低了碳当量，明显的提高了钢筋的焊接性能，提高了钢筋的加工性能；二是钢筋的时效性能明显降低，提高了钢筋抗时效性能；三是提高钢筋的韧性和耐候性能。

3）使用微氮合金+钒氮合金微合金化技术，减少了生产相同性能的钢所需要的硅锰合金及钒氮合金的用量，降低了生产成本。

参考文献

［１］

刘方华.微氮合金化HRB335螺纹钢生产实践［Ｊ］.河北冶金,2012（10）：63-65.［２］彭雄，肖亚，王绍斌，等.钒氮合金化热轧抗震钢筋HRB400E 产品开发［Ｊ］.中国冶金，2019（1）：25-29.

［３］

杨才福，张永权，柳书平.V －N 微合金化钢筋强化机制［Ｊ］.钢铁，2001（5）：55-57.

［４］李宝秀.氮含量对500E 抗震钢筋20MnVN 组织和性能的影响

［Ｊ］.特殊钢，2016（10）：59-61.

（编辑：苗运平）工艺路线w （C ）/%

w （Si ）/%w （Mn ）/%w （V ）/%w （N ）/×10-6碳当量/%下屈服强度/MPa 抗拉强

度/MPa 原工艺0.2290.467 1.3860.037730.463460625新工艺0.2240.346 1.2790.036

121

0.450

458

620

表4

成分和性能控制比较

图1HRB400E 组织图貌和能谱

200nm

15010050

AI

N

V

C N Fe Zn Zn S P P S

VV M n

M n Fe Fe

Zn Zn

0.0

1.0

图2

HRB400E 组织图貌和能谱

N Re V Ti C Nb O N

650

600550500450400350300

250200150100500

123

4

5

6

7

8

910

图3HRB400E(SY)试样的显微组织

1μm

100nm

计数/个能量/keV

计数/个

能量/keV

50nm

111··