陈爱林1  陈  伟2  杨  凯1  冯再武1  曹云1  朱艳红1

（1.红河钢铁有限公司；2.昆明钢铁股份公司技术中心）

摘  要  本文结合钒氮微合金化的机理，提出并设计了使用含钒生铁替代部分钒氮合金或铌铁合金生产HRB400E抗震钢筋的工艺，在对生产成本进行了对比分析后开展工业性试验。生产结果表明：按6.0 kg/t钢使用含钒生铁替代部分钒氮合金或铌铁合金生产HRB400E抗震钢筋，生产工艺稳定，成本相对比较经济，钢材的性能、组织和维氏硬度均满足GB/T 1499.2标准要求。

关键词  含钒生铁  钒氮  微合金化  生产成本

1  前言

热轧带肋钢筋新标准GB/T 1499.2-2018于2018年11月1日正式实施后，红钢公司棒材生产的热轧带肋钢筋主要采用铌微合金化工艺和钒微合金化工艺两种生产工艺，从热塑性曲线来看，钢中加入钒或铌都降低热塑性，但含铌钢热塑性开始下降的温度更高，相比含钒钢约高100～150 ℃[1] ，因此在连铸矫直区更容易出现铸坯裂纹，且钢中加入铌元素后，因C、N含量较高，极易出现方坯表面裂纹，造成钢筋质量缺陷。因此，对于热轧钢筋生产，钒微合金化工艺技术是技术成熟、易于操作的生产技术。

当前国内钢筋市场严峻，降本增效成为钢铁企业的首要任务。面对钢铁行业发展“严冬”，深入挖掘工艺现场的创新点和创效点，推动工艺优化和技术创新，持续降低钢铁生产成本是各提高企业核心竞争力的重要手段。由于钒氮合金和铌铁合金价格较高，而含钒生铁含钒量较高（V>0.9%）且价格较低（含税3530元/kg），因此，通过研究采用含钒生铁代替部分钒氮合金或铌铁合金生产热轧钢筋，是降低生产成本的一个创新创效点。

2  钒氮微合金化的机理

钒氮微合金化的物理冶金原理[2]：（1）氮在钢中具有明显细化晶粒的作用；（2）钢中增氮使固溶状态的钒转变成析出状态的钒，充分发挥钒的沉淀强化作用；（3）钒氮微合金化通过优化钒的析出和细化铁素体晶粒，充分发挥了晶粒细化强化和沉淀强化作用。

3  使用含钒生铁的工艺设计和成本对比分析

3.1 含钒生铁的工艺设计

3.1.1 含钒生铁的工艺可行性分析

从含钒生铁成分中可知（见表1），钒含量为0.956 %，可以用于增加钢水中的钒，对于含钒生铁中没有氮元素的问题，可以通过采用吹氮工艺[2]或加入氮化增强剂[3]使钢中增氮。由于钒微合金化工艺较铌微合金化工艺更易于生产，因此，可以考虑使用含钒生铁替代部分铌铁合金进行生产。

3.1.2 使用含钒生铁的工艺设计

为进一步提高微合金元素强化效果，出钢前在钢包加入含钒生铁300kg/炉，含钒生铁加入钢包后对其进行烘烤。采用脱氧剂、硅铁、高碳锰铁、硅锰合金、铌铁（钒氮）进行脱氧合金化。合金加入顺序为：脱氧剂→硅铁→硅锰合金→高碳锰铁→铌铁（钒氮），在出钢至1/4时加入合金，出钢至2/3～3/4时加完。出钢前开启氮（氩）气，确保出钢全程底吹氮（氩）；氩站底吹氮（氩）处理，吹氮（氩）时间＞3min，并确保吹氮（氩）效果。设计工艺路线如图1。

 为确保抗震钢筋力学性能、工艺性能符合标准要求，制定含钒生铁脱氧合金化工艺见表2，表3。

3.2 使用含钒生铁的成本测算

由于含钒生铁块度较大，部分生铁重达15kg左右，考虑含钒生铁加入钢水后造成温降以及熔化不完全而导致成分不均匀等问题，按照每炉钢添加300kg含钒生铁进行试用。

若不考虑含钒生铁增钒的效益时，每炉钢使用300kg含钒生铁，吨钢的生产成本将增加4.44元/t钢，即使用含钒生铁的成本=增碳节约增碳剂的效益+增加产量的效益-含钒生铁的成本-出钢温度升高增加的成本=-0.63-19.53+19.60+5=4.4元/t钢（见表4）。

4  使用含钒生铁的使用效果及成本对比分析

4.1 含钒生铁工艺化学成分和力学性能分析

使用300kg含钒生铁替代部分钒氮合金或铌铁合金生产HRB400E抗震钢筋在棒材进行了试验，试验钢的化学成分见表5和力学性能见表6。由表中可知，试验成分和力学性能均满足标准要求。

4.2 含钒生铁抗震钢筋金相组织和维氏硬度

对使用含钒生铁试验钢各规格取样做金相组织和维氏硬度检测，宏观金相未出现截面基圆外围有明显不同于内部区域衬度的封闭环，微观组织为铁素体和珠光体（宏观和策观金相见图2），维氏硬度满足国标GB/T 1499.2-2018要求。部分规格金相组织和维氏硬度检测结果见表7。

4.3 加含钒生铁前后生产工艺的成本对比

根据铌微合金化工艺和钒微合金化工艺设计的成分，对加含钒生铁前后的两种生产工艺进行成本对比。由表8可知，铌微合金化工艺使用含钒生铁后，吨钢生产成本降低约9.28元；钒微合金化工艺使用含钒生铁后，吨钢生产成本降低约5.74元。因此，使用加含钒生铁替代部分铌铁合金和钒氮合金均具有降本的优势。

5  结语

（1）使用300kg含钒生铁替代部分钒氮合金或铌铁合金生产HRB400E抗震钢筋，生产成本比较经济，铌微合金化工艺使用含钒生铁后，吨钢生产成本比原工艺降低约9.28元；钒微合金化工艺使用含钒生铁后，吨钢生产成本比原工艺降低约5.74元。

（2）使用300kg含钒生铁替代部分钒氮合金或铌铁合金生产的HRB400E抗震钢筋的生产工艺稳定，化学成分、力学性能、金相组织和维氏硬度均满足标准要求。

6  参考文献

[1] 河钢承钢.钒微合金化系列高强度钢筋的研发及应用//[C].钒合金在钢筋中的应用研讨会，2019-4-1：187-188.

[2] 杨君.氮化钒的市场与技术现状及应用前景[J].世界有色金属2007(9):24-26.

[3] 陈伟等.采用氮化增强剂和铌微合金化生产HRB400钢[J].炼钢，2008，(24):13-16.