一种低成本生产高强度钢筋的微合金化技术 —钒氮合金复合包芯线应用实践

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1 一种低成本生产高强度钢筋的微合金化技术 —钒氮合金复合包芯线应用实践
钒钛资源综合利用国家重点实验室 攀钢集团研究院有限公司 四川攀研技术有限公司 2013年4月20日

2 交流提纲 一、N在钢中作用 二、钒氮合金复合包芯线工业应用试验 三、结 语

3 一、N在含钒钢中应用 含钒钢以析出强化为主要强化手段 △YS / 0.01%V 低N钢 5～10 MPa 高N钢 25 MPa N强化作用
△YS=10MPa/10ppm[N] V-N钢：70%V析出 V钢：35%V析出 △YS / 0.01%V 低N钢 5～10 MPa 高N钢 25 MPa 固溶强化:0.1%V=0.3MPa (未析出钒理论上没有发挥作用) 与低氮相比节省50%钒

4 钒在高强度钢中应用 强化效果 V钢： YS = YS(20MnSi)+1056×[V]
V-N钢：YS = YS(20MnSi)+1994×[V]

5 抗震钢筋性能要求 抗震钢筋性能要求 钢筋实测抗拉强度与实测屈服强度之比： Rom/Roel≥1.25
钢筋实测屈服强度与规定屈服强度最小值之比: Roel/Rel≤1.30(性能稳定性) 钢筋最大力总伸长率 Agt≥9% 1 2 3

6 如何有效利用N 如何有效利用N 如何有效利用N 廉价氮作为有益的合金化元素 如何保证钒氮合金 稳定、高的收得率 块状加入法
如何保证钒氮合金 稳定、高的收得率 如何有效利用N 廉价氮作为有益的合金化元素 如何有效利用N 块状加入法 氮收得率低且波动大40%-75% 导致钢筋性能波动大 新型解决方案 钒氮合金复合包芯线

7 二、PVN-2钒氮合金包芯线工业应用试验 目 的 HRB400E钢筋强度指标条件下,适当降低钒含量,达到少加钒氮合金节约成本
保证抗震钢筋性能命中率

8 块加入法生产实践 力学性能 原因分析 ReL°/ ReL＞1.30 ：51炉 占8.5% Rm°/ ReL°＜1.25 ：27炉 占4.5%
合计有69炉钢约11.6%炉次不符合要求 ReL富余量大 原因分析 ReL控制精度差

9 喂线法工业应用试验 工艺路线 80吨转炉 出钢1/3加入预脱氧剂和合金 LF炉化渣后喂入钒氮合金复合包芯线 LF炉加热
连铸成150×150mm铸坯 冷床冷却 棒材厂轧制成钢筋 铸坯加热 剪切 包装 成品入库

10 喂线法-钢筋V成分控制 φ12～φ6mm φ18～φ22mm φ25～φ28mm φ32～φ36mm 冶炼规格 生产炉数 V范围/%
平均/% φ12～φ6mm 9 0.029～0.037 0.031 φ18～φ22mm 13 0.030～0.038 0.032 φ25～φ28mm 18 0.032～0.049 0.036 φ32～φ36mm 10 0.045～0.050 0.048

11 喂线法-力学性能 轧制规格/mm 项目 力学性能 Rel/400 Rm/ Rel Rel/MPa Rm/MPa A/% φ14（6炉） 范围
435～490 580～615 25.0～32.5 1.09～1.23 1.22～1.33 平均 463 596 28.3 1.16 1.29 φ25（13炉） 425～485 580～630 24.5～29.0 1.06～1.21 1.27～1.37 457 603 26.3 1.15 1.32 φ32（11炉） 455～495 595～635 21.5～27.0 1.14～1.24 1.28～1.34 472 616 24.4 1.18 1.31 GB ≥400 ≥540 ≥16 ≤1.30 ≥1.25 试验要求 430/520 ≥570

12 喂线法-V、N收得率 氮收得率稳定，且很高。 炉号 LF炉后期成分/% 中包成分/% V收得率/% N收得率/% V N 10306622
0.005 0.003 0.04 0.0071 103.35 64.93 0.0036 0.035 0.0072 96.89 63.34 0.0041 0.034 0.0084 93.30 75.66 0.0034 0.0078 77.42 0.006 0.0018 0.036 0.0059 109.00 81.16 0.0022 0.037 0.0077 89.20 82.95 0.0023 0.0068 93.66 71.26 0.0033 100.48 79.18 0.041 0.0079 93.95 64.78 0.0028 88.68 平 均 97.04 75.92 氮收得率稳定，且很高。

13 VN消耗量对比分析 钢筋规格/mm 喂线法 块加入法 VN减少量/% 炉数 吨钢消耗 VN合金 /kg φ25-φ28 8炉 0.397 5炉 0.536 25.93 φ32-φ40 10炉 0.546 16炉 0.571 4.4

14 应用效果 采用钒氮合金复合包芯线生产各种规格钢筋的力学性能指标全部达到GB1499.2-2007对HRB400E要求
氮的收得率平均为75.9%，波动范围为63.3%～88.6%，收得率稳定 现有冶炼工艺条件下，采用钒氮合金复合包芯线专利产品代替块状钒氮合金，生产φ28以下规格 HRB400E钢筋，可少用钒氮合金20%以上

15 喂线注意事项 注意事项 减少氮溢出量 喂入速度 喂线时机最好在浇钢前的最后工序 喂入角度
与钢液面垂直方向喂线最佳 减少包芯线穿过渣层的厚度，增加包芯线进入钢液的深度 一定的喂入速度可提供足够的动能确保合金包芯线在钢液中、而不是在钢渣中熔化

16 结 语 1 2 3 利用钒氮合金生产高强度钢筋，与钒铁相比，可节约钒用量，降低生产成本 除考虑喂入时机，喂线还应该特别关注喂入角度和速度
用钒氮合金复合包芯线生产高强度钢筋，与钒氮合金相比，氮收得率高且稳定，可进一步降低生产成本 2 除考虑喂入时机，喂线还应该特别关注喂入角度和速度 3

17 谢 谢 ！