一种计算钒、氮元素对螺纹钢强度贡献量的方法与流程

本发明涉及钢铁冶金，特别是涉及一种计算钒、氮元素对螺纹钢强度贡献量的方法。

背景技术：

1、目前国内80％以上的螺纹钢产品，均是采用钒微合金化工艺来提高螺纹钢的强度，钒元素在炼钢环节的回收率比较稳定，氮化钒粒子一般是在奥氏体向铁素体或奥氏体向铁素体+珠光体转变后才析出，轧制温度波动对氮化钒粒子析出的影响小，因此在螺纹钢中氮元素含量稳定的情况下，钒元素对螺纹钢的强度贡献增量比较稳定，这也是螺纹钢生产企业喜欢用钒元素对螺纹钢进行强化的原因。

2、但是随着钢厂降低合金成本工作的推进，螺纹钢厂普遍采用在炼钢环节向钢水中吹入氮气、加入增氮剂等工艺来提高钢水中的氮元素含量，其目的是为了促进螺纹钢中的钒元素是以氮化钒粒子的形式析出，根据生产经验，螺纹钢中每0.01％的钒如果以氮化钒粒子的形式析出，则能增加螺纹钢屈服强度25map以上，而螺纹钢中这0.01％的钒如果以碳化钒或固溶钒形式存在，则只能增加螺纹钢屈服强度约10mpa，螺纹钢中氮元素含量波动对螺纹钢强度性能的影响非常大。

3、并且，氮化钒粒子在螺纹钢中的析出过程非常复杂，而目前现有公开技术中计算钒、氮元素对螺纹钢的强度增量的方法，主要根据钒元素含量、氮元素含量、氮化钒分子中的钒氮元素质量之比(钒/氮＝3.64)来进行简单计算，现有公开技术认为：如果螺纹钢中钒元素含量和氮元素含量之比大于3.64，则是钒元素过量，钢中的氮元素全部以氮化钒粒子的形式析出；如果螺纹钢中钒元素含量和氮元素含量之比小于3.64，则是氮元素过量，钢中的钒元素全部以氮化钒粒子的形式析出。

4、然而，现有技术中的计算方法只能定性的近似计算钒、氮元素对螺纹钢的强度贡献程度，其计算理论如以下现象不符合：“氮化钒粒子在螺纹钢中的实际析出过程中，无论钒元素或氮元素是否过量，都并不存在氮或钒粒子全部析出的现象，钢中总会留存一部分固溶氮和固溶钒；氮化钒粒子的析出温度会影响析出强化效果，析出温度越高，强化效果越差，析出温度越低，强化效果越好；氮化钒粒子析出过程中会细化铁素体晶粒，其对铁素体晶粒的细化效果并不与氮化钒粒子的析出量呈直线线性关系”。

5、所以，现有技术中计算钒、氮元素对螺纹钢的强度增量的理论思路与实际现象不符，只能定性的近似计算钒、氮元素对螺纹钢的强度贡献程度，计算精度差，影响钢种成分设计、螺纹钢强度性能调整等工作的成功率。

6、因此，如何有效计算钒、氮元素对螺纹钢的强度贡献量，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种计算钒、氮元素对螺纹钢强度贡献量的方法，用于提高对螺纹钢强度判断的准确性，从而更好的应用于钢种成分设计和性能调整。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种计算钒、氮元素对螺纹钢强度贡献量的方法，包括以下步骤：

4、步骤s1：计算钒元素在螺纹钢中的存在形式对螺纹钢屈服强度的影响σ屈服-v以及对抗拉强度的影响rm抗拉-v；

5、步骤s2：计算氮化钒粒子的析出温度对螺纹钢屈服强度增量的影响σ屈服-温，以及对螺纹钢抗拉强度的影响rm抗拉-温；

6、步骤s3：计算析出的氮化钒通过影响晶粒度而对螺纹钢屈服强度的贡献σ屈服-晶，以及对螺纹钢抗拉强度的贡献rm抗拉-晶；

7、步骤s4：计算钒、氮元素对螺纹钢屈服强度综合贡献量σ屈服和对螺纹钢抗拉强度综合贡献量rm抗拉，如公式(1-1)和公式(1-2)：

8、σ屈服＝σ屈服-v+σ屈服-温+σ屈服-晶             (1-1)；

9、rm抗拉＝rm抗拉-v+rm抗拉-温+rm抗拉-晶           (1-2)。

10、优选地，所述步骤s1包括：

11、通过检测数据回归分析，根据螺纹钢中钒元素总含量ωv和氮元素总含量ωn，获得参数值k；

12、根据所述参数值k，以及螺纹钢中以氮化钒形式析出的钒元素含量ωv析出和氮元素含量ωn析出之间的比例关系，获得螺纹钢中以氮化钒形式析出的钒元素含量ωv析出；

13、根据钒元素含量ωv析出，获得钒元素在螺纹钢中的存在形式对螺纹钢屈服强度的影响σ屈服-v以及对抗拉强度的影响rm抗拉-v。

14、优选地，所述步骤s1还包括：

15、根据螺纹钢中每0.01％的钒如果以氮化钒粒子的形式析出，则能增加的螺纹钢屈服强度q1屈服和螺纹钢抗拉强度q1抗拉，以及螺纹钢中这0.01％的钒如果不以氮化钒粒子的形式析出，而能增加的螺纹钢屈服强度q2屈服和螺纹钢抗拉强度q2抗拉，计算出钒元素在螺纹钢中的存在形式对螺纹钢屈服强度的影响σ屈服-v以及对抗拉强度的影响rm抗拉-v，如公式(2-1)和公式(2-2)：

16、σ屈服_v＝q1屈服*ωv析出*100+q2屈服*(ωv-ωv析出)*100               (2-1)；

17、rm抗拉_v＝q1抗拉*ωv析出*100+q2抗拉*(ωv-ωv析出)*100              (2-2)。

18、优选地，所述步骤s1还包括：

19、以氮化钒形式析出的钒元素、氮元素的质量之比等于k1，根据该规律得到以下公式(2-3)：

20、

21、以氮化钒形式析出的钒元素含量ωv析出加上未以氮化钒形式析出的钒元素含量ωv未析出等于螺纹钢中钒元素总含量ωv，根据该规律得以下公式(2-4)：

22、ωv析出+ωv未析出＝ωv  (2-4)；

23、以氮化钒形式析出的氮元素含量ωn析出加上未以氮化钒形式析出的氮元素含量ωn未析出等于螺纹钢中氮元素总含量ωn，根据该规律得以下公式(2-5)：

24、ωn析出+ωn未析出＝ωn  (2-5)；

25、螺纹钢中未析出的钒元素含量ωv未析出乘以未析出的氮元素含量ωn未析出等于“与螺纹钢中总钒含量、总氮含量相关的参数值，记为k，根据检测数据回归分析，根据该规律得公式(2-6)：

26、ωv未析出*ωn未析出＝k  (2-6)；

27、根据公式(2-3)、(2-4)、(2-5)和(2-6)，简化得出钒元素含量ωv析出的计算公式。

28、优选地，所述步骤s1还包括：

29、所述公式(2-3)、(2-4)、(2-5)和(2-6)中共有ωv析出、ωn析出、ωv未析出、ωn未析出、ωv和ωn一共6个变量，联立方程后，消掉ωv未析出、ωn析出和ωn未析出后，得到公式(2-7)：

30、

31、优选地，根据检测回归分析，所述参数值k为以下公式：

32、k＝0.0059523*(ωv)0.315*(ωn)0.9；

33、由于氮化钒的分子结构中的钒元素和氮元素的摩尔比为1:1，因此以氮化钒形式析出的钒元素、氮元素的质量之比k1＝3.64；

34、通过所述参数值k，简化得出钒元素含量ωv析出的计算公式(2-8)：

35、

36、优选地，所述步骤s3包括：

37、根据螺纹钢中以氮化钒形式析出的钒元素含量ωv析出，获得析出的氮化钒通过影响晶粒度而对螺纹钢屈服强度的贡献σ屈服-晶如公式(4-1)：

38、

39、根据检测数据回归分析，氮化钒粒子通过影响晶粒度而对螺纹钢抗拉强度的贡献为对屈服强度影响的k晶倍，如公式(4-2)：

40、rm抗拉-晶＝k晶*σ屈服-晶  (4-2)。

41、优选地，所述步骤s2包括：

42、根据铁素体中氮化钒的饱和溶解度积与温度之间的关系，以及螺纹钢中钒元素总含量ωv和氮元素总含量ωn，获得螺纹钢中氮化钒粒子开始饱和析出的理论计算温度t；

43、通过检测数据回归分析，根据螺纹钢中氮化钒粒子开始饱和析出的理论计算温度t以及螺纹钢中以氮化钒形式析出的钒元素含量ωv析出，获得氮化钒粒子的析出温度对螺纹钢屈服强度增量的影响σ屈服-温，并根据σ屈服-温计算出氮化钒粒子的析出温度对螺纹钢抗拉强度的影响rm抗拉-温。

44、优选地，所述步骤s2还包括：

45、根据检测数据回归分析，螺纹钢中以氮化钒形式析出的钒元素含量ωv析出、氮化钒粒子的析出温度对螺纹钢屈服强度增量的影响σ屈服-温以及螺纹钢中氮化钒粒子开始饱和析出的理论计算温度t之间的关系如公式(3-1)：

46、

47、铁素体中氮化钒的饱和溶解度积与温度的关系如公式(3-2)：

48、

49、优选地，所述步骤s2还包括：

50、根据公式(3-1)和公式(3-2)，联立以上两个方程，消掉参数t后，得出氮化钒粒子的析出温度对螺纹钢屈服强度增量的影响σ屈服-温如公式(3-3)：

51、

52、根据检测数据回归分析，氮化钒粒子的析出温度对螺纹钢抗拉强度的影响rm抗拉-晶为对屈服强度影响的k温倍，如公式(3-4)：

53、rm抗拉-温＝k温*σ屈服-温  (3-4)。

54、本发明所提供的计算钒、氮元素对螺纹钢强度贡献量的方法，包括以下步骤：步骤s1：计算钒元素在螺纹钢中的存在形式对螺纹钢屈服强度的影响σ屈服-v以及对抗拉强度的影响rm抗拉-v；步骤s2：计算氮化钒粒子的析出温度对螺纹钢屈服强度增量的影响σ屈服-温，以及对螺纹钢抗拉强度的影响rm抗拉-温；步骤s3：计算析出的氮化钒通过影响晶粒度而对螺纹钢屈服强度的贡献σ屈服-晶，以及对螺纹钢抗拉强度的贡献rm抗拉-晶；步骤s4：计算钒、氮元素对螺纹钢屈服强度综合贡献量σ屈服和对螺纹钢抗拉强度综合贡献量rm抗拉。本发明所提供的计算钒、氮元素对螺纹钢强度贡献量的方法，系统还原和描述了钒、氮元素影响螺纹钢强度的原理，并根据检测数据回归出来了影响系数，通过计算钒元素在螺纹钢中的存在形式对螺纹钢强度的影响、氮化钒粒子的析出温度对螺纹钢强度的影响、析出的氮化钒通过影响晶粒度而对螺纹钢强度的影响，由于本技术的逻辑计算过程与钒、氮元素在螺纹钢中的析出现象符合度较好，可有效提高对螺纹钢强度判断的准确度，能提高钢种成分设计、螺纹钢性能调整等工作的成功率。