1、使用氮化釩鐵合金生產高強度鋼筋的工業試驗遲桂友1,2,劉克忠2,梁新維2,吳 龍1,陳 澤1,李士琦1(1.北京科技大學冶金與生態工程學院,北京100083;2.承德新新釩鈦股份有限公司,河北承德067002摘 要:介紹了使用氮化釩鐵合金生產4批159爐高強度鋼筋的工業試驗結果,基本工藝為100t氧氣轉爐冶煉 165mm165mm方坯連鑄 熱連軋( 2032mm,試驗中以使用釩鐵或氮化釩合金化作為對照試驗。結果表明:(1使用氮化釩鐵合金化成分控制穩定;(2使用氮化釩鐵合金化釩的收得率高于使用釩鐵或氮化釩;(3鋼中釩含量、釩的加入量對鋼材機械性能的影響規律性非常明顯,所得定量經驗式可用于合金成分

2、設計參考;(4使用氮化釩鐵合金化完全可滿足HR B400500高強度鋼筋的生產,有降低合金用量和合金化成本的前景。關鍵詞:高強鋼筋;氮化釩鐵;合金化;工業試驗中圖分類號:T F762.3 文獻標識碼:A 文章編號: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 試驗概況承德新新釩鈦股份有限公司(以下簡稱承鋼于2006年6月至2007年6月進行了使用氮化釩鐵(Fe V N合金生產高強度鋼筋的工業試驗,先后4個批次共冶煉159爐,約16.7萬t鋼水。在第3批試驗中另使用釩鐵(Fe V合金化冶煉38個爐次,在第4批試驗中使用氮化釩(V N合金!53!2009年 6月第25卷第3期煉 鋼SteelmakingJun.2009Vol.25 No.3作者簡介:遲桂友(1962-,男,北京科技大學材

8、料科學與工程學院,高級工程師,博士生,從事鋼鐵生產技術工作。冶煉53個爐次作為對照,對照試驗與氮化釩鐵合金化的爐次大約按1215個爐次為一組交替冶煉。試驗所用氮化釩鐵為承德金科科技開發有限責任公司生產,w (V =44.2%44.5%,w (N=10.5%11.5%1;對照試驗所用合金為FeV 50釩鐵和VN 12氮化釩。目標鋼種為H RB 400500或英標460級 2032mm 螺紋鋼筋。基本生產工藝流程為:100t 轉爐冶煉 脫氧、合金化、吹氬 小方坯連鑄機(165m 165m 軋制成 2032m m 鋼筋 檢驗、入庫2 用氮化釩鐵合金化的成分控制水平使用氮化釩鐵合金化的螺紋鋼中含釩量的

9、控制結果及其對照試驗結果列于表1。使用氮化釩鐵合金化,鋼中釩質量分數與加入釩量之間的關系見圖1(a,3種合金料合金化總的結果見圖1(b。由圖1可以看出:(1使用氮化釩鐵合金化,能適用于較寬的含釩量要求;(2鋼中含釩量與加入釩量的對應關系很好,分散程度較低,表明合金 化結果非常穩定。圖1 鋼中含釩量與釩加入量的關系對比可知(見表2,使用Fe V N 合金化比使用Fe V 和V N 的釩元素收得率 v 分別高4.85%和3.92%。表1 成品鋼中釩含量的控制水平批次爐次w (V/10-6平均值最大值最小值標準差918121000590/表2 Fe V N 合金化的效果批次合金爐數Q V in /(

10、kg !t -1w (V/10-6釩收得率/%R e l /MP aR m /MPa0.71969218.13增減值799增減值-0.084-363.928.030.78-0.06注:鋼液中殘釩量按w (V=0.01%考慮。部分爐次檢測結果表明,未加氮化釩鐵的爐次鋼中w (N=40 10-6左右,加氮化釩鐵合金化的爐次w (N =100 10-6左右,氮化釩鐵造成的增氮量 w (N=60 10-6左右。3 鋼材性能改善效果3.1 合金化的效果使用Fe V N 、Fe V 和V N 合金化生產的熱軋螺紋鋼筋性能檢測結果列于表2?？梢钥闯?與使用Fe V 或V N 合金化相比,使用Fe V N 每

11、噸鋼釩的加入量分別可減少0.179kg 和0.084kg ,減幅分別為33%和9.69%;屈服強度R el 平均值分別提高了40M Pa 和8.03M Pa,增幅為8.0%和1.3%;抗拉強度R m 平均值分別提高了28.88MPa 和0.78MPa,增幅為4.35%和0.11%;伸長率A e 變化甚微。即使用較少的釩可獲得好一些的強化效果。159爐工業試驗檢驗結果和螺紋鋼標準(GB 1499 1998所給出的H RB 400和H RB 500級別鋼筋的性能要求范圍見圖2?？梢钥闯?使用Fe V N 合金化的螺紋鋼可以滿足國標相關性能要求。!54! 煉 鋼第25卷圖2 鋼筋的機械性能3.2 使

12、用Fe V N合金的強化效果使用Fe V N合金化不僅僅有釩的強化作用,也有氮的強化作用,無論是按操作參數每噸鋼合金加入量,還是按產品成分分析結果鋼中釩含量對鋼性能的影響來分析,均表現出強烈的相關性。由于篇幅所限,在此僅以操作參數的影響為例,將部分工業試驗結果繪于圖3,單因素線性回歸結果如式(14。鋼筋屈服強度R el與釩加入量的關系:R el=428.5+149.1Q Vin(1r=0.858;P=2.610-47鋼筋拉伸強度R m與釩加入量的關系:R m=601.4+108.1Q Vin(2r=0.791;P=2.210-35鋼筋伸長率A e與釩加入量V in的關系:A e/%=18.8-

13、1.8Q Vin(3r=0.468;P=5.110-10鋼筋屈強比K與釩加入量的關系:K=1.4-0.16Q Vin(4r=0.740;P=7.410-29式(14中R el為屈服強度,M Pa;R m為拉伸強度,MPa;A e為伸長率,%;K為屈強比;r為簡單相關系數;P為相關顯著性的信度水準,可見各回歸式的信度水準都極高、數據的分散程度低,可以根據這些經驗公式按性能要求進行合金化設計,即通過控制釩加入量使鋼筋滿足各性能指標要求。圖3 機械性能和釩加入量關系圖部分爐次的成品鋼材( 2025mm按標準進行了人工時效處理,處理前后屈服強度R el、伸長率A e值基本不變,冷、反彎曲值均達到國標要

14、求。4 化學成分等因素對性能的影響分析4.1 單因素簡單相關性根據159爐使用Fe V N合金化的高強度鋼筋的工業試驗結果,對3項機械性能與主要化學成分等因素進行簡單相關分析可得:鋼的3項力學性能均只與每噸鋼釩的加入量、鋼中釩含量密切相關;另外,鋼的屈服強度R el與鋼中Si、M n也有一定相關性。4.2 鋼中釩含量的影響根據159爐工業試驗結果可以求知鋼中釩含量對成品鋼機械性能的影響式(58,需要再次指出的是,使用Fe V N合金化的效果不僅僅是釩的效果也包含了氮的影響。鋼筋屈服強度R el與鋼中釩含量的關系:R el=418.32+1599w(V(5!55!第3期遲桂友,等:使用氮化釩鐵合

15、金生產高強度鋼筋的工業試驗r=0.855;P=1.210-46鋼筋拉伸強度R m與鋼中釩含量的關系:R m=594.1+1159w(V(6r=0.788;P=7.410-35鋼筋伸長率A e與鋼中釩含量的關系:A e/%=19.0-20.7w(V(7r=0.477;P=2.110-10鋼筋屈強比K與鋼中釩含量的關系:K=1.4-1.7w(V(8 r=0.740;P=7.410-294.3 各因素對鋼性能的綜合分析使用國際通用商業軟件SPSS2 3對159爐工業試驗結果進行綜合分析,使用的算法為逐步回歸4。分析結果表明,只有每噸鋼的釩加入量或鋼中釩含量對鋼的機械性能有顯著性影響,與前文式(18相

16、同,即在所研究的條件下,其他因素的影響不顯著。5 結 論承鋼100t轉爐冶煉使用氮化釩鐵生產高強度螺紋鋼的工業試驗結果表現出良好的規律性,主要結論是:(1使用氮化釩鐵可滿足較寬釩含量控制的要求,鋼中釩含量穩定,釩的收得率高于使用釩鐵合金化或氮化釩合金化的情況。(2使用氮化釩鐵合金,釩的用量較低,鋼的強韌性較高,能滿足H RB400、H RB500級高強度鋼筋的各項性能要求,氮化釩鐵有很好的應用前景。(3使用氮化釩鐵合金化的高強度鋼筋,其機械性能與噸鋼加釩量或鋼中釩含量的定量經驗關系式為式(18。(4多因素影響的綜合統計分析結果仍為式(18,表明在所研究的條件下,其他各因素的影響不顯著。參考文獻

17、1 劉克忠.一種燃燒合成制備含氮80釩鐵的生產方法P.中國專利:ZL200410057280.6,2004 08 31.2 蘇金明,傅榮華.統計軟件SPSS for Win dows實用指南M.北京:電子工業出版社,2000.3 王蘇斌,鄭海濤,邵謙謙.SPSS統計分析M.北京:機械工業出版社,2003.4 李士琦,高俊山.冶金系統工程M.北京:冶金工業出版社,1991.(修回日期:2008 09 10(上接第21頁(1降低LF底吹氣體攪拌強度,攪拌功率由20400W/t降低為1321W/t。(2優化LF脫氧工藝,在鋼液硅脫氧之后,渣面加入A l粉0.1kg/t的原工藝基礎上,按w(Ca/w(Al0.10.2,喂入適量Ca Si線。(3優化#T型中間包擋墻、擋堰以及鋼水沖擊區小墻位置,改善鋼液流場。經過工藝優化,使0Cr18Ni9鋼連鑄坯O、Al3O3質量分數分別在3010-6、510-6以下;金相法觀察50mm2內鑄坯夾雜物總量降低40%左右,大于20!m的夾雜物控制在5%以下,工藝效果顯著。參考文獻1 王一德,徐芳泓.鐵水為主要原料的不銹鋼冶煉新工藝的開發J.特殊鋼,2006,(3:38.2 薛正良,王義芳,王立濤,等.用小氣泡從鋼液中去除夾雜物顆粒J.金屬學報,2003,(4:434.3 Dong Sik kim,J oo H yu