微氮合金+钒氮合金微合金化工艺在高强钢筋生产中的应用

陈东辉

（河钢集团宣钢公司， 河北 宣化 075100）

河钢集团宣钢公司（全文简称宣钢）钢筋生产一直采用钒微合金化技术[1]，对钢筋进行透射电镜分析，HRB400E 中未发现有明显的VN 析出物，致使宣钢钢筋不能充分发挥钒的微合金效果。经过技术研究和试验，采用微氮合金+钒氮合金微合金化工艺，在满足客户产品标准、保证低合金钢（钢筋）力学性能条件下，充分利用微合金元素的固溶强化[2]、位错强化、晶界强化、沉淀强化[3]与相间强化等钢综合强化效果，突出（弥散）沉淀强化与相间强化（体）强化效果，通过控制成品钢的不同种类的碳氮化物弥撒、细小、均匀析出，实现了化学成分与组织相适应的最佳工艺控制，钢筋的性能各项指标达到了技术要求。通过降低主要常规合金元素Mn、Si 元素的含量及贵重合金V 的含量，宣钢降低了冶炼成本，取得良好的经济效果。

1 微氮合金和钒氮合金主要理化指标

宣钢在高强钢筋中应用微氮合金+钒氮合金微合金化技术，使用的微合金化物料主要为I-400 型微氮合金和钒氮合金，其理化指标分别如表1 和2所示。

表1 I-400 型微氮合金的理化指标

表2 钒氮合金的理化指标

2 成分设计

按照V、C、N 分子量计算（V 的分子量为51，C的分子量为12，N 的分子量为14），51/14=3.64 为V-N 最佳微合金化效果，以V 为基数，形成V、C、N、的C 满足要求，N 含量满足要求，HRB400E 钢中的氮含量最佳控制在0.032/3.64=88×10-6，因此改进后的HRB400E 钢筋在出钢过程中加入I-400 型微氮合金0.43～0.45 kg/t。

宣钢生产的HRB400E 高强钢筋按轧制规格分为HRB400E-ZT1、HRB400E-ZT2 和HRB400EZT3，目前已经在HRB400E-ZT1 和HRB400E-ZT2钢种上应用微氮合金+钒氮合金微合金化工艺，为了与改进前的牌号进行区分，改进后的钢种牌号分别为HRB400E-ZT1(SY)和HRB400E-ZT2(SY)，其化学成分对比的如表3 所示。

表3 两种工艺下钢种化学成分对比 %

国内HRB400E 钢筋通用单纯钒氮合金微合金化技术，宣钢采用微氮合金+钒氮合金微合金化技术，是对微合金化技术的延伸和发展。

3 微氮合金+钒氮合金微合金化工艺制度

1）转炉出钢1/4 加入微氮合金，保证合金的充分吸收和溶解。

2）终点控制要求w（C）≥0.10%，脱氧剂使用硅铝钡锶0.5～1.0 kg/t；出钢过程全程吹氩，氩气软吹处理3～5 min，打纯钙线0.5～1.0 m/t，促进微氮合金充分溶解和吸收。

3）中包开浇前两炉钢，非计划精炼，I-400 型微氮合金的用量在工艺用量的基础上增加10 kg。

4 成分和性能控制比较

4.1 HRB400E 与HRB400E（SY）成分和性能控制比较（见表4）

表4 成分和性能控制比较

使用微氮合金+钒氮合金微合金化与单独使用钒氮合金微合金化工艺相比，碳当量平均降低0.013%，w（Si）降低了0.121%，w（Mn）降低了0.107%，w（V）降低了0.001%，w（N）升高了48×10-6，屈服强度平均降低了2 MPa，抗拉强度平均降低了5 MPa。

4.2 HRB400E 与HRB400E（SY）显微组织对比分析

试样组织分析结果表明，HRB400E 钢筋的显微组织为铁素体+珠光体，珠光体片间距在200 nm左右，渗碳体片的厚度50～90 nm，局部存在渗碳体球化[4]现象。能谱分析结果没有发现明显的钒能谱峰，即在分析样品中没有发现VN 析出相的证据（见图1）。

图1 HRB400E 组织图貌和能谱

透射电镜观察到二相粒子析出尺寸在10～20 nm之间，且分布均匀和弥散。对观察到的二相粒子进行能谱测试，任选一质点（A）其能谱图可看出：A 粒子主要组成为V、Ti、Nb、Re 及N、C、O 等主要元素，其析出的二相粒子为（V、Ti、Nb、Re）(C、N)及ReO 等化合物（见图2）。

图2 HRB400E 组织图貌和能谱

根据图3 的显微组织可以看出，采用微氮合金+钒氮合金微合金化工艺生产的高强钢筋，有大量弥散细小的第二相析出，对析出相进行（TSM）衍射斑标定，确认析出相为钒的碳氮化物。

图3 HRB400E(SY)试样的显微组织

5 结论

1）微氮合金配合钒氮对螺纹钢进行微合金化，微氮合金加入量分别为0.43 kg/t 钢和钒氮合金加入0.36～0.40 kg/t 钢时，能够生产出组织性能更为优良的针状铁素体热轧抗震螺纹钢筋。

2）与单纯采用钒氮合金微合金技术相比较，钢中N 含量明显提高，微观方面有明显的V（CN）析出相，提高了微合金化作用，在宏观上面表现为：一是成分控制方面降低了碳当量，明显的提高了钢筋的焊接性能，提高了钢筋的加工性能；二是钢筋的时效性能明显降低，提高了钢筋抗时效性能；三是提高钢筋的韧性和耐候性能。

3）使用微氮合金+钒氮合金微合金化技术，减少了生产相同性能的钢所需要的硅锰合金及钒氮合金的用量，降低了生产成本。