一种多元素氮化合金包芯线及其应用和hrb500e高强度抗震钢的生产方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于合金材料应用技术领域，更具体地说，涉及一种氮化合金包芯线及其 应用和HRB500E高强度抗震钢的生产方法。
【背景技术】
[0002] 我国热乳带肋钢筋按屈服强度等级分类有三个牌号，分别为HRB335、HRB400、 HRB500,抗震钢筋在牌号后加 E，热乳带肋钢筋按照棒材生产和高线生产的设备不同，分为 直条和盘卷两种类型，盘卷的钢筋简称盘螺。HRB500、HRB500E属于高强钢筋，用它代替 HRB335、HRB335E钢筋，可节省钢材24%左右，用它代替HRB400、HRB400E钢筋，可节省钢材 10%左右。为了适应建筑行业飞速发展的需求，加快建筑用钢材的更新换代，HRB500高强度 钢筋得到广泛的研制和推广应用。
[0003] 抗震钢筋要求具有良好的强度和塑韧性，使钢筋从变形到断裂的时间间隔变长， 从而能有效地实现"建筑结构发生变形到倒塌时间间隔尽可能延长"、"牺牲局部保整体"的 抗震设计目的。而现有VN合金微合金化技术要满足HRB500E热乳带肋钢筋的强屈比和屈屈 比要求存在很大的难度，因为对于500MPa高强度热乳带肋钢筋，要获得高的抗拉强度和屈 服强度，大都是通过微合金化或控乳控冷技术细化晶粒来实现的。但是单纯的细晶强化作 用提高钢的屈服强度的效果要大于其抗拉强度，这将降低钢筋的强屈比提高钢筋的屈屈 比，从而不能同时满足抗震钢筋对强屈比和屈屈比的要求。针对上述不足之处，中国专利申 请号为201210375269.9,申请公布日为2013年1月16日的专利申请文件公开了一种高强抗 震HRB500E热乳带肋钢筋的生产工艺及其钢筋，通过化学成分的优化设计对HRB500E热乳带 肋钢筋进行微合金化处理，并相应地调整乳制前的加热炉加热制度，充分发挥V-N合金在钢 中的沉淀强化、细化晶粒作用主要提高钢筋的屈服强度和韧性以及微合金化元素 Mo对组织 相变的影响主要提高钢筋抗拉强度，使HRB500E热乳带肋钢筋的抗拉强度、屈服强度和韧性 获得较好的配合，达到高强抗震的目的。中国专利申请号为200910218248.4，申请公布日为 2010年6月2日的专利申请文件公开了一种HRB500E钒氮高强度抗震钢筋及其生产方法，由 下列质量比的化学成分组成 ：C:(K21~0.25wt%、Si:0.45~0.65wt%、Mn: 1 .35~ 1·55wt%、V:0·055~0·070wt%、N:0·0145~0·0165wt%、S < 0·045wt%、P < 0·045wt%，其 余为Fe及不可避免的不纯物，该发明通过降钒增氮，并控制合适的开乳温度、终乳温度、乳 制速度、乳制道次和时间，使钒的沉淀析出强化效果得到充分发挥，使钢筋强度明显提高。
[0004] 目前生产HRB500E钢，为提高其强度等性能指标，通常是用氮化钒(V:75~78%，N: 12~16%)或氮化钒铁(V:42~57%，N:9~14%)对钢水进行微合金化工艺，预期达到其强 化目的。上述方法存在的主要问题和不足之处主要有以下几点：一是钒的有效利用率低，仅 有一部分V(约占50~60%)，与N、C形成VN、VC而产生强化作用，一部分V以金属V的形态存在 于钢中，而没有明显的强化作用;二是添加的工艺方法较为粗放，一般是在钢水出钢过程中 随钢流加入，这样因钢水温度不同，钢水带渣量不同，钢水中氧含量不同等多种因素的变量 而导致微合金化效果差异很大；三是添加物的物理状态不一致，一般氮化合金块度为5~ 60_的混合颗粒，使其与钢水融合过程中的动力学条件不均衡，而导致强化效果的差异；四 是其强化效果不能充分发挥，稳定性差，导致成本升高，钢种命中率降低。因此，必须研究设 计合理的HRB500E钢微合金化技术以满足其抗震性能指标，同时要降低微合金化生产成本。
【发明内容】
[0005] 1.要解决的问题
[0006] 针对现有HRB500E钢生产工艺存在钒的有效利用率低、强化效果不能充分发挥、稳 定性差，成本高等问题，本发明提供一种多元素氮化合金包芯线及其应用和HRB500E高强度 抗震钢的生产方法。本发明中的多元素氮化合金能保证足够的N含量，使其V充分地与N(C) 化合形成析出沉淀强化作用；另外调整3^11、1^、(>、8、他元素的含量，达到最佳的正相关 强化效果，设计筛选验证对钢性能强化效果影响因素变量最小的微合金化工艺，具有强化 效果最充分、工艺稳定性好、目标钢种命中率高等优点。
[0007] 2.技术方案
[0008] 为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
[0009] -种多元素氮化合金，其组成成分及各组分的质量分数为:N: 17~26%，V: 21~ 47%，Si:14~35%，B:0.6~6.5%，Ti:0.3~5.0%，Mn :0.5~8.0%，Cr:0.01~3.0%，Nb:0 ~4.5%，C< 1.6%，卩<0.10%，3<0.10%，余量为?6及不可避免的杂质。
[0010] 优选地，所述的线芯由上述的多元素氮化合金制备得到，所述的包覆层为光亮钢 带。
[0011] 优选地，所述芯线组分中V和B质量分数之和与N质量分数的比值为1.36~1.97。 [0012]上述的多元素氮化合金在HRB500E高强度抗震钢生产工艺中的应用。
[0013]上述的氮化合金包芯线在HRB500E高强度抗震钢生产工艺中的应用。
[0014] HRB500E高强度抗震钢的生产方法，其步骤为：
[0015] 1)转炉终点出钢：包括测温、终点成分分析、挡渣出钢、钢水脱氧、钢水合金化工 乙；
[0016] 2)钢水精炼:调整钢水成分和温度，并对钢水实行脱气、除杂净化工艺，然后往钢 水中喂入上述的氮化合金包芯线；
[0017] 3)连铸:将精炼钢水铸成铸坯；
[0018] 4)铸坯乳制：炉温控制在1210~1260°C，加热保温时间为4~5h，采用控乳控冷工 艺，开乳温度1000~1050°c，二次乳制温度880~920°C，终乳温度780~820°C;
[0019] 5)乳制钢材。
[0020] 优选地，钢水精炼过程中全程吹氩气，在喂入多元素氮化合金包芯线前后向钢水 中吹入氮-氩混合气体，其中氩气的体积分数为50~90%，氮气的体积分数为10~50%，气 体流量控制在4~5m 3/min，吹入时间控制在9~13min，氩气纯度Ar2 99.5%，氮气纯度N22 99% 〇
[0021] 优选地，钢水精炼过程中温度控制在1570~1600°C。
[0022] 优选地，氮化合金包芯线的直径为9~26mm;钢水精炼过程中多元素氮化合金包芯 线的喂线量为1.2~2.6kg/ts(即每吨钢水中喂入1.2~2.6kg的多元素氮化合金包芯线）； 喂线速度为230~310m/min。
[0023] 优选地，所述步骤2)中调整钢水成分，使钢水中各元素质量分数为C :0.22~ 0.25%，Si :0.45~0.60%，Mn: 1.35~1.55%，N:0.014~0.022%，A1 <0.010%，V:0.025~ 0.070%，Ti :0.0015~0.005%，Cr:0.001 ~0.003%，B:0.0008~0.0017%，Nb:0~ 0.0013%，P< 0.030%，S< 0.030%。
[0024] 优选地，所述步骤2)中钢水中H、0含量控制为:3ppm，0< 20ppm。
[0025] 3 ·有益效果
[0026] 相比于现有技术，本发明的有益效果为：
[0027] (1)本发明针对现有技术中存在的问题，设计筛选成分最合适的多元素氮化合金， 首先考虑V+B/N比(V和B元素质量分数之和与N质量分数的比值），使V、B充分与N结合发挥其 强化作用，此外，本发明添加有利于向V传递N并与其结合，同时对钢性能强化起正相关作用 的有益元素，如3^11、11、(>、他、8等，再次，本发明采用完全不同于现行的工艺方法而是一 种新的工艺方法对钢水实行氮化合金微合金化处理；
[0028] (2)本发明设计筛选验证合适的V+B/N比为1.36~1.97,理论上的V/N应是3.64(即 V与N完全形成VN化合物二者所需的质量分数比值），单一的氮化钒或氮化钒铁的V/N比值分 别为5.13和4.3,说明其N含量是不够的，同时因钢水的热力学条件和动力学条件的影响，要 求实际含N量要远高于理论含N量，所以本发明采取多元素氮化合金来保证HRB500E高强度 抗震钢冶炼过程中氮源的供给；
[0029] (3)本发明的多元素氮化合金，其成分为(质量分数)N: 18~26%，V:23~38%，Si: 23~32%，Β:3·5~6.5%，Ti:3.3~5.0%，Μη:5·0~8.0%，Cr:0.01 ~3.0%，Nb:0~1.2%， 1.6%，P< 0.10%，S< 0.10%，余量为Fe及杂质，具有以下