一种利用钢中残余金属元素低成本生产含钒H型钢的方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，具体地，涉及一种利用钢中残余金属元素低成本生产含钒H型钢的方法。

背景技术

为降低生产成本，许多钢铁企业选择采购部分国内外小矿山所出产的矿石，该类铁矿石中有些残余元素含量较高，这些残余元素对钢材的性能造成了一定的影响，同时也造成了钢中一些有益元素(如Cr、Ni、Mo等)的资源浪费。钢中的Cr元素具有固溶强化和提高淬透性作用，提高了钢的硬度和强度，同时还能有效提高钢的塑性。钢中的Ni元素不但可以提高钢的常温韧性和塑性，也能改善钢在低温下的韧性，降低钢的韧脆性变温度，同时还能改善钢的抗氧化性。Mo在钢中能增加碳化物的形核位置，使形成的碳化物更细小，Mo元素的加入可以提高钢的屈服强度，同时还具有良好的提高淬透性作用。

钒作为一种钢中常见的微合金化元素，被广泛应用于高品质钢的生产当中，钒微合金化可以显著提高钢材产品的强度和硬度，并能保证较快冷速后轧件韧性和焊接后热影响区域的韧性。近年来，钒类合金的价格一直居高不下，许多钢铁企业都在寻找不同的途径来实现部分或全部替代钢中的钒。

中国专利申请CN107619899A公开了一种低铬含量钢水的制备方法，包括以下步骤，首先将铁水送入转炉，进行第一次转炉冶炼，冶炼过程中加入冷却剂和增碳剂，得到低铬半钢；然后将上述步骤得到的脱铬半钢再次送入转炉中，进行第二次转炉冶炼，冶炼过程中加入脱磷剂，得到低铬含量钢水。本发明采用双联脱铬工艺去除铁水中的铬，通过第一个转炉加入冷却剂控制炉温，加入增碳剂补充脱铬过程的碳损失，最大程度去除铁水中的铬，实现了铬的高效脱出；第二个转炉再进行二次深脱铬，同时完成脱碳和脱磷等常规炼钢任务。中国专利申请CN113832284A公开了一种含铬铁水转炉冶炼提高终点残铬方法，采用环缝式转炉底吹供气模式和分阶段控制顶吹氧枪枪位达到改变转炉吹炼动力学条件、铁水预扒渣处理减少入炉铁水带渣量和90重烧镁砂少渣冶炼造渣工艺、吹炼中期加入硅碳合成球促进铬氧化物的还原等工艺技术的应用，优化含铬铁水转炉冶炼工艺，转炉终点Cr含量从0.06wt％提高至0.14wt％，大幅度减少含铬钢种铬铁合金化过程的加入量。同时，Cr在钢中可提高钢材强度，而非含铬钢种主要使用Mn系进行合金化，因Cr元素的残留，在保证钢材性能指标的情况下可减少Mn系合金加入量，为降低转炉炼钢合金成本、提高市场竞争力创造条件。中国专利申请CN101736207A公开了一种含铌钒经济型高强度高耐候热轧H型钢用钢，化学成分的质量百分比(wt％)为：C：0.07～0.12，Si：0.30～0.55，Mn：1.30～1.55，P：0.020～0.045，S：0.001～0.010，Cu：0.25～0.35，Cr：0.20～0.30，Ni：0.15～0.30，V：0.04～0.08，Nb：0.02～0.05，Als：0.006～0.030，其余为铁和残余的微量杂质。本发明还公开了此种H型钢用钢的轧制方法，铸坯均热温度1195～1225℃；开坯机开轧温度1100～1150℃；开坯机终轧温度980～1030℃；万能粗轧机开轧温度900～950℃；万能精轧机终轧温度800～870℃；万能轧制区控制总压下率≥50％。中国专利申请CN115637375A公开了一种利用残损硬币生产耐候钢的方法，该方法包括以下步骤：S1、将铁水和废钢装入转炉进行转炉吹炼，得到初炼钢水，其中，铁水与废钢的重量比为(2.33-9)：1，废钢中包含残损硬币，残损硬币在废钢中的重量占比为20-30％；S2、将初炼钢水进行精炼，得到精炼钢水，在精炼过程中，对初炼钢水中Cu、Cr、Ni含量进行检测，根据检测结果向初炼钢水加入贵金属合金；S3、对所述精炼钢水，依次进行连铸、加热处理和热轧处理，得到耐候钢。该方法与现有技术相比，生产每炉耐候钢，需要加入的贵金属合金量明显减少，节约了耐候钢的生产成本，还解决了残损硬币回收处理的问题，残损硬币的价值实现了最大化。以上专利中对脱除钢中残余铬及提高钢中残余铬的方法进行了阐述，但对利用钢中残余金属元素低成本生产含钒H型钢，暂未见有深入研究。

《低碳微合金钢中钒的替代研究》，船舶职业教育，第2卷第4期32-34页，通过对含钒和不含钒试验钢的显微组织分析和力学性能测试，研究了低碳微合金钢中以铌代替钒的可行性。试验结果表明，在低碳微合金钢中以铌代钒具有可行性。但铌仍然是一种成本较高的原材料，且其需要在冶炼时进行额外的添加，无法降低钢材制备的成本。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种利用钢中残余金属元素低成本生产含钒H型钢的方法，在含钒H型钢生产过程中，利用钢水中残余的Cr+Ni+Mo部分或全部代替钢中的V，降低生产成本，同时保持产品各项性能指标合格。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种利用钢中残余金属元素低成本生产含钒H型钢的方法，所述方法包括以下步骤：

1)在转炉冶炼结束后，炉后出钢前，对钢水进行取样；

2)对步骤1)中所取样品进行光谱分析，检测出钢水中残余的Cr、Ni、Mo含量；

3)根据步骤2)中检测出的Cr+Ni+Mo含量，在转炉出钢过程中，相应减少钒类合金的加入量。

根据本发明的利用钢中残余金属元素低成本生产含钒H型钢的方法，优选地，所述步骤3)中，Cr+Ni+Mo含量适用范围为：0.07wt％≦(Cr+Ni+Mo)wt％≦0.20wt％。

进一步地，所述步骤3)后进行LF精炼，在精炼过程中，重新对钢水进行取样测定钢中的Cr+Ni+Mo及V含量，并根据钢种要求，视情况微调钢中的V含量。

根据本发明的利用钢中残余金属元素低成本生产含钒H型钢的方法，进一步优选地，所述步骤3)中，(Cr+Ni+Mo)与V的替代比率为8:1～10:1。

根据本发明的利用钢中残余金属元素低成本生产含钒H型钢的方法，优选地，所述LF精炼后进行连铸及轧制工序。

根据本发明的利用钢中残余金属元素低成本生产含钒H型钢的方法，其特征在于，所述方法适用于Q355B钢种、Q355D钢种、AH36钢种或DH36钢种。

根据本发明的利用钢中残余金属元素低成本生产含钒H型钢的方法，优选地，所述Q355B钢种的化学成分为：C 0.14-0.20wt％、Si 0.20-0.50wt％、Mn 1.25-1.55wt％、P≤0.035wt％、S≤0.035wt％、V 0.010-0.016wt％、CEV 0.38-0.44。

根据本发明的利用钢中残余金属元素低成本生产含钒H型钢的方法，优选地，所述Q355D钢种的化学成分为：C 0.13-0.16wt％、Si 0.10-0.30wt％、Mn 1.20-1.45wt％、P≤0.020wt％、S≤0.015wt％、V 0.020-0.030wt％、CEV≤0.44。

根据本发明的利用钢中残余金属元素低成本生产含钒H型钢的方法，优选地，，所述AH36钢种的化学成分为：C 0.14-0.18wt％、Si 0.20-0.40wt％、Mn 1.250-1.50wt％、P≤0.020wt％、S≤0.015wt％、V 0.015-0.025wt％、Ti 0.01-0.02wt％。

根据本发明的利用钢中残余金属元素低成本生产含钒H型钢的方法，优选地，，所述DH36钢种的化学成分为：C 0.11-0.15wt％、Si 0.20-0.45wt％、Mn 1.25-1.45wt％、P≤0.020wt％、S≤0.010wt％、V 0.025-0.035wt％、Ti 0.01-0.02wt％。

另外需要说明的是，转炉冶炼结束后的取样及LF精炼时的取样，都属于常规取样，不会影响正常生产节奏及成本。

与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：本发明在工业化生产实践验证的前提下，提出了一种在含钒H型钢生产过程中，利用钢中残余金属元素全部或部分替代昂贵合金钒的方法。在保证H型钢成品各项性能指标合格的前提下，变废为宝降低生产成本。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。

实施例1

工艺流程：120吨转炉冶炼——LF精炼——H型钢热轧——成品(H450*200*9*14mm)。

表1实施例1中Q355B化学成分要求

基于表1所述Q355B化学成分要求V含量为(0.008-0.015)wt％，转炉冶炼结束后测定钢水中残余(Cr+Ni+Mo)含量为0.11wt％，根据8:1～10:1的替代比率，本炉钢水不再添加钒氮合金。

表2实施例1中Q355B成品性能

基于表2所述Q355B成品性能，在不添加钒氮合金的情况下，其成品各项性能指标完全满足标准要求。

实施例2

工艺流程：120吨转炉冶炼——LF精炼——H型钢热轧——成品(H692*300*13*20mm)。

表3实施例2中Q355D化学成分要求

基于表3所述Q355D化学成分要求V含量为(0.020-0.030)wt％，转炉冶炼结束后测定钢水中残余(Cr+Ni+Mo)含量为0.12wt％，根据8:1～10:1的替代比率，本炉钢水可添加正常数量一半的钒氮合金，大约可减少钒氮合金加入量25.6kg。

表4实施例2中Q355D成品性能

基于表4所述Q355D成品性能，在添加正常数量一半钒氮合金的情况下，其成品各项性能指标完全满足标准要求。

实施例3

工艺流程：120吨转炉冶炼——LF精炼——H型钢热轧——成品(H500*200*10*16mm)。

表5实施例3中AH36化学成分要求

基于表5所述AH36化学成分要求V含量为(0.015-0.025)wt％，转炉冶炼结束后测定钢水中残余(Cr+Ni+Mo)含量为0.10wt％，根据8:1～10:1的替代比率，本炉钢水可添加正常数量60％的钒氮合金，大约可减少钒氮合金加入量20.5kg。

表6实施例3中AH36成品性能

基于表6所述AH36成品性能，在添加正常数量60％钒氮合金的情况下，其成品各项性能指标完全满足标准要求。

实施例4

工艺流程：120吨转炉冶炼——LF精炼——H型钢热轧——成品(H496*199*9*14mm)。

表7实施例4中DH36化学成分要求

基于表7所述DH36化学成分要求V含量为(0.025-0.035)wt％，转炉冶炼结束后测定钢水中残余(Cr+Ni+Mo)含量为0.17wt％，根据8:1～10:1的替代比率，本炉钢水可添加正常数量40％的钒氮合金，大约可减少钒氮合金加入量30.7kg。

表8实施例4中DH36成品性能

基于表8所述DH36成品性能，在添加正常数量40％钒氮合金的情况下，其成品各项性能指标完全满足标准要求。

本发明的工艺参数区间上下限取值以及区间值都能实现本法，在此不一一列举实施例。

本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。