使用氮化钒铁合金生产高强度钢筋的工业试验_图文

1、使用氮化钒铁合金生产高强度钢筋的工业试验迟桂友1,2,刘克忠2,梁新维2,吴 龙1,陈 泽1,李士琦1(1.北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083;2.承德新新钒钛股份有限公司,河北承德067002摘 要:介绍了使用氮化钒铁合金生产4批159炉高强度钢筋的工业试验结果,基本工艺为100t氧气转炉冶炼 165mm165mm方坯连铸 热连轧( 2032mm,试验中以使用钒铁或氮化钒合金化作为对照试验。结果表明:(1使用氮化钒铁合金化成分控制稳定;(2使用氮化钒铁合金化钒的收得率高于使用钒铁或氮化钒;(3钢中钒含量、钒的加入量对钢材机械性能的影响规律性非常明显,所得定量经验式可用于合金成分

2、设计参考;(4使用氮化钒铁合金化完全可满足HR B400500高强度钢筋的生产,有降低合金用量和合金化成本的前景。关键词:高强钢筋;氮化钒铁;合金化;工业试验中图分类号:T F762.3 文献标识码:A 文章编号:1002 1043(200903 0053 04Industrial experiment of producing high strength reinforcement metalwith nitrided ferrovanadiu mCH I Gui you1,2,LIU Ke zho ng2,LIANG Xin w ei2,WU Lo ng1,CH EN Ze1,LI Shi

3、 qi1(1.Shool of M etallurgical and Ecolog ical Engineering,University of Science andTechnolog y Beijing,Beijing100083,China;2.Chengde Xinx in Vanadium andT itanium Co.Ltd.,Cheng de067002,ChinaAbstract:The results of industrial ex periment on producing4batches(a total of159 heatsof hig h streng th re

4、info rcement m etal w ith nitrided ferrov anadium w ere intro duced.T he basic process r oute is100t BOF sm elting 165mm165mm billet contin uo us casting hot co ntinuous rolling( 2032mm thread steel.In the industrial ex periments comparative ex periments w ere aslo car ried o ut using Fe V and V N.R

5、esults show that(1the co mposition w as contro lled stably by alloying w ith Fe V N,(2the yielding rate of the alloyed vanadium w as hig her using nitr ided fer rovanadium(Fe V N than that using Fe V or V N,(3the vanadium content in the steel and the addition a mount of vanadium obv iously affected

6、the mechanical properties of steel,the derived em pirical form ulas can be used as r efer ence for alloy com positio n design,(4H RB400500 steel can be produced by allo ying w ith Fe V N.T here w ere pro spects for r educing alloy consumption and cutting dow n the alloy ing co st.Key words:hig h str

7、ength reinfor cement metal;nitrided ferro vanadium;alloying;indus trial experiment1 试验概况承德新新钒钛股份有限公司(以下简称承钢于2006年6月至2007年6月进行了使用氮化钒铁(Fe V N合金生产高强度钢筋的工业试验,先后4个批次共冶炼159炉,约16.7万t钢水。在第3批试验中另使用钒铁(Fe V合金化冶炼38个炉次,在第4批试验中使用氮化钒(V N合金!53!2009年 6月第25卷第3期炼 钢SteelmakingJun.2009Vol.25 No.3作者简介:迟桂友(1962-,男,北京科技大学材

8、料科学与工程学院,高级工程师,博士生,从事钢铁生产技术工作。冶炼53个炉次作为对照,对照试验与氮化钒铁合金化的炉次大约按1215个炉次为一组交替冶炼。试验所用氮化钒铁为承德金科科技开发有限责任公司生产,w (V =44.2%44.5%,w (N=10.5%11.5%1;对照试验所用合金为FeV 50钒铁和VN 12氮化钒。目标钢种为H RB 400500或英标460级 2032mm 螺纹钢筋。基本生产工艺流程为:100t 转炉冶炼 脱氧、合金化、吹氩 小方坯连铸机(165m 165m 轧制成 2032m m 钢筋 检验、入库2 用氮化钒铁合金化的成分控制水平使用氮化钒铁合金化的螺纹钢中含钒量的

9、控制结果及其对照试验结果列于表1。使用氮化钒铁合金化,钢中钒质量分数与加入钒量之间的关系见图1(a,3种合金料合金化总的结果见图1(b。由图1可以看出:(1使用氮化钒铁合金化,能适用于较宽的含钒量要求;(2钢中含钒量与加入钒量的对应关系很好,分散程度较低,表明合金 化结果非常稳定。图1 钢中含钒量与钒加入量的关系对比可知(见表2,使用Fe V N 合金化比使用Fe V 和V N 的钒元素收得率 v 分别高4.85%和3.92%。表1 成品钢中钒含量的控制水平批次炉次w (V/10-6平均值最大值最小值标准差918121000590/表2 Fe V N 合金化的效果批次合金炉数Q V in /(

10、kg !t -1w (V/10-6钒收得率/%R e l /MP aR m /MPa0.71969218.13增减值799增减值-0.084-363.928.030.78-0.06注:钢液中残钒量按w (V=0.01%考虑。部分炉次检测结果表明,未加氮化钒铁的炉次钢中w (N=40 10-6左右,加氮化钒铁合金化的炉次w (N =100 10-6左右,氮化钒铁造成的增氮量 w (N=60 10-6左右。3 钢材性能改善效果3.1 合金化的效果使用Fe V N 、Fe V 和V N 合金化生产的热轧螺纹钢筋性能检测结果列于表2。可以看出:与使用Fe V 或V N 合金化相比,使用Fe V N 每

11、吨钢钒的加入量分别可减少0.179kg 和0.084kg ,减幅分别为33%和9.69%;屈服强度R el 平均值分别提高了40M Pa 和8.03M Pa,增幅为8.0%和1.3%;抗拉强度R m 平均值分别提高了28.88MPa 和0.78MPa,增幅为4.35%和0.11%;伸长率A e 变化甚微。即使用较少的钒可获得好一些的强化效果。159炉工业试验检验结果和螺纹钢标准(GB 1499 1998所给出的H RB 400和H RB 500级别钢筋的性能要求范围见图2。可以看出,使用Fe V N 合金化的螺纹钢可以满足国标相关性能要求。!54! 炼 钢第25卷图2 钢筋的机械性能3.2 使

12、用Fe V N合金的强化效果使用Fe V N合金化不仅仅有钒的强化作用,也有氮的强化作用,无论是按操作参数每吨钢合金加入量,还是按产品成分分析结果钢中钒含量对钢性能的影响来分析,均表现出强烈的相关性。由于篇幅所限,在此仅以操作参数的影响为例,将部分工业试验结果绘于图3,单因素线性回归结果如式(14。钢筋屈服强度R el与钒加入量的关系:R el=428.5+149.1Q Vin(1r=0.858;P=2.610-47钢筋拉伸强度R m与钒加入量的关系:R m=601.4+108.1Q Vin(2r=0.791;P=2.210-35钢筋伸长率A e与钒加入量V in的关系:A e/%=18.8-

13、1.8Q Vin(3r=0.468;P=5.110-10钢筋屈强比K与钒加入量的关系:K=1.4-0.16Q Vin(4r=0.740;P=7.410-29式(14中R el为屈服强度,M Pa;R m为拉伸强度,MPa;A e为伸长率,%;K为屈强比;r为简单相关系数;P为相关显著性的信度水准,可见各回归式的信度水准都极高、数据的分散程度低,可以根据这些经验公式按性能要求进行合金化设计,即通过控制钒加入量使钢筋满足各性能指标要求。图3 机械性能和钒加入量关系图部分炉次的成品钢材( 2025mm按标准进行了人工时效处理,处理前后屈服强度R el、伸长率A e值基本不变,冷、反弯曲值均达到国标要

14、求。4 化学成分等因素对性能的影响分析4.1 单因素简单相关性根据159炉使用Fe V N合金化的高强度钢筋的工业试验结果,对3项机械性能与主要化学成分等因素进行简单相关分析可得:钢的3项力学性能均只与每吨钢钒的加入量、钢中钒含量密切相关;另外,钢的屈服强度R el与钢中Si、M n也有一定相关性。4.2 钢中钒含量的影响根据159炉工业试验结果可以求知钢中钒含量对成品钢机械性能的影响式(58,需要再次指出的是,使用Fe V N合金化的效果不仅仅是钒的效果也包含了氮的影响。钢筋屈服强度R el与钢中钒含量的关系:R el=418.32+1599w(V(5!55!第3期迟桂友,等:使用氮化钒铁合

15、金生产高强度钢筋的工业试验r=0.855;P=1.210-46钢筋拉伸强度R m与钢中钒含量的关系:R m=594.1+1159w(V(6r=0.788;P=7.410-35钢筋伸长率A e与钢中钒含量的关系:A e/%=19.0-20.7w(V(7r=0.477;P=2.110-10钢筋屈强比K与钢中钒含量的关系:K=1.4-1.7w(V(8 r=0.740;P=7.410-294.3 各因素对钢性能的综合分析使用国际通用商业软件SPSS2 3对159炉工业试验结果进行综合分析,使用的算法为逐步回归4。分析结果表明,只有每吨钢的钒加入量或钢中钒含量对钢的机械性能有显著性影响,与前文式(18相

16、同,即在所研究的条件下,其他因素的影响不显著。5 结 论承钢100t转炉冶炼使用氮化钒铁生产高强度螺纹钢的工业试验结果表现出良好的规律性,主要结论是:(1使用氮化钒铁可满足较宽钒含量控制的要求,钢中钒含量稳定,钒的收得率高于使用钒铁合金化或氮化钒合金化的情况。(2使用氮化钒铁合金,钒的用量较低,钢的强韧性较高,能满足H RB400、H RB500级高强度钢筋的各项性能要求,氮化钒铁有很好的应用前景。(3使用氮化钒铁合金化的高强度钢筋,其机械性能与吨钢加钒量或钢中钒含量的定量经验关系式为式(18。(4多因素影响的综合统计分析结果仍为式(18,表明在所研究的条件下,其他各因素的影响不显著。参考文献

17、1 刘克忠.一种燃烧合成制备含氮80钒铁的生产方法P.中国专利:ZL200410057280.6,2004 08 31.2 苏金明,傅荣华.统计软件SPSS for Win dows实用指南M.北京:电子工业出版社,2000.3 王苏斌,郑海涛,邵谦谦.SPSS统计分析M.北京:机械工业出版社,2003.4 李士琦,高俊山.冶金系统工程M.北京:冶金工业出版社,1991.(修回日期:2008 09 10(上接第21页(1降低LF底吹气体搅拌强度,搅拌功率由20400W/t降低为1321W/t。(2优化LF脱氧工艺,在钢液硅脱氧之后,渣面加入A l粉0.1kg/t的原工艺基础上,按w(Ca/w(Al0.10.2,喂入适量Ca Si线。(3优化#T型中间包挡墙、挡堰以及钢水冲击区小墙位置,改善钢液流场。经过工艺优化,使0Cr18Ni9钢连铸坯O、Al3O3质量分数分别在3010-6、510-6以下;金相法观察50mm2内铸坯夹杂物总量降低40%左右,大于20!m的夹杂物控制在5%以下,工艺效果显著。参考文献1 王一德,徐芳泓.铁水为主要原料的不锈钢冶炼新工艺的开发J.特殊钢,2006,(3:38.2 薛正良,王义芳,王立涛,等.用小气泡从钢液中去除夹杂物颗粒J.金属学报,2003,(4:434.3 Dong Sik kim,J oo H yu