HRB400E盤螺工藝優化

李 探，劉學森

（天津鋼鐵集團有限公司，天津300301）

0 引言

HRB400E作為建筑用鋼，已經廣泛應用到建筑、橋梁、港口、水電等重大基礎設施的建設中。國家和社會對該鋼筋的質量非常關注，同時節能環保政策逐漸嚴格，給鋼鐵行業提出更高要求，在保證質量的前提下減少鋼材用量已成為行業趨勢[1-4]。通常鋼鐵行業生產HRB400E盤螺，是在HRB400基礎成分上添加釩等微量合金生產，隨著釩等合金價格的上漲，造成HRB400E盤螺生產成本提高，企業的經濟效益下降[5-7]。鑒于市場和成本的壓力，公司準備采用不加釩等微量合金的成分設計思路，通過制定合理的化學成分、優化軋制和風冷工藝、調整產品的組織，生產出性能滿足GB/T1499.2-2018要求HRB400E盤螺，不僅可以降低生產成本、增加效益，還可以擴大市場占有率。

1 軋制生產線簡介

不加釩的HRB400E盤螺是在摩根5代高速線材軋機試制，軋制工藝流程為：150×150 mm2方坯→雙蓄熱式加熱爐→高壓水除鱗→卡斷剪→粗軋機組6架→1#飛剪→中軋機組6架→2#飛剪→預精軋機組4架→3#飛剪→精軋前水箱→精軋機組10架→4組精軋后水箱→吐絲機→斯泰爾摩風冷線→集卷→P/F空冷線→精整→檢驗→打包→稱重掛牌→成品入庫。摩根5代高速線材軋機設備水平完全可以滿足HRB400E熱軋帶肋抗震鋼筋的生產需要。但在試生產初期出現鋼筋的屈服強度低，通條性不穩定的問題。

2 影響HRB400E盤螺性能的主要因素分析

2.1 化學成分的影響

一般HRB400E熱軋帶肋抗震鋼筋的生產方法是在HRB400的基礎上加釩、鈮等微量合金，但隨著釩、鈮等合金合金價格的上漲，HRB400E生產成本增加，利潤空間被嚴重擠壓，此次優化成分不做比較。

另外碳結鋼中含碳量在低于0.8%以下時，增加碳含量有利于盤螺強度的提高，提高鋼中錳含量也可以提高鋼材的強度性能，但通過成本對比發現，提高鋼中錳含量的成本要高于增加碳含量一個數量級，因此此次優化成分重點是圍繞HRB400基礎成分，適當增加碳含量、降低錳含量來開展研制工作。

2.2 軋制工藝的影響

控冷、控軋的目的是通過相變強化機理提高盤螺的機械性能。通過優化加熱、軋制和冷卻工藝，調整產品的組織形態，改善產品的機械性能，生產出性能滿足客戶要求和國家標準的產品。

控冷是在熱軋盤螺冷卻相變過程中，通過調整斯太爾摩風機冷卻工藝參數來控制各冷卻段的冷卻速率，以獲得晶粒細小的珠光體組織。晶粒細小的珠光體組織具有良好的強度和韌性，因此可以采用提高細小高珠光體含量的方式提升盤螺性能。根據CCT曲線[8]顯示奧氏體向珠光體轉變過快，會產生貝氏體組織，而貝氏體組織會造成盤螺冷彎斷裂以及無明顯屈服現象[9-10]，因此，相變后期采用緩慢冷卻方式減少貝氏體產生。HRB400E的CCT曲線見圖1。

圖1HRB400E的CCT曲線

控軋是通過控制HRB400E盤螺開軋溫度，精軋溫度，軋制變形速率、軋制速度，終軋溫度來獲得細小晶粒的強化效果。

3 HRB400E盤螺生產工藝的優化設計

3.1 HRB400E盤螺成分優化

從降低成本的角度，此次化學成分設計是在原有成分的基礎上增加了碳含量，為了保證碳當量（Ceq）的穩定，適當的降低了錳含量。Φ10 mm盤螺化學成分優化設計對比見表1。

表1 Φ10 mm盤螺化學成分對比/%

3.2 加熱工藝的優化

試驗采用原料為150×150 mm2方坯軋制成Φ10 mm盤螺。方坯加熱至奧氏體溫度區域，消除鑄態組織和偏析并使碳化物溶解和奧氏體均勻化，同時要避免加熱溫度過高與加熱時間過長使奧氏體晶粒粗大。出鋼溫度選擇在980℃～1 050℃，加熱工藝見表2。

表2 加熱工藝參數 /℃

3.3 控軋溫度的優化

根據控制軋制的機理，粗中軋選擇再結晶區域軋制，目的是消除塑性變形過程中產生的加工硬化，細化奧氏體晶粒，使化學成分更加均勻。由于高速線材軋制已經有較高的變形速率，通過控制進精軋溫度在910±20℃，避免奧氏體在再結晶區域軋制形成變形奧氏體晶粒，以便后續獲得細小的鐵素體晶粒。

3.4 控軋輥速的優化

針對盤螺存在性能不穩定的問題，進行軋制輥速的研究。采用在同一風機風量工藝下，不同的軋制輥道速度進行對比研究。不同輥速下力學性能見表5。

通過性能對比發現，0.60 m/s輥道速度慢，盤螺間距小，冷卻時間長，屈服強度提高，伸長率和最大力下總伸長率下降明顯，散差較大。0.70 m/s輥道速度快，盤螺間距大，冷卻時間短，屈服強度下降，伸長和最大力下總伸長率有所上升。使用0.65 m/s輥道速度，屈服強度提高明顯，伸長率和最大力下總伸長率數值較好，散差較小。因此Φ10.0 mm盤螺選擇0.65 m/s輥道速度，軋后冷卻速度平均6.75℃/s的冷卻工藝比較理想。

3.5 控冷工藝的優化

選取同一爐號150×150 mm2HRB400E方坯做工藝對比，采用工藝1與工藝2進行不同工藝的試制生產。針對Φ10.0 mm盤螺屈服強度低的問題，采用同一輥道速度，不同風機風量進行工藝對比見表3。

表3 控冷工藝參數表

對比工藝各取10個試樣，采用平均值的方法進行對比，力學性能對比見表4。

表4 HRB400E力學性能對比

表5 不同輥速下力學性能

從力學性能上看，工藝2的屈服強度（Rp0.2）與抗拉強度（Rm）要高于工藝1，工藝2比工藝1伸長率（A）與最大力下總伸長率（Agt）略低，但符合國家標準。因此選擇工藝2作為風機風量工藝。

4 檢測結果分析

4.1 力學性能

工藝性能穩定后，取同一爐號不同支盤螺10圈。同圈搭接點與非搭接點取樣，進行性能檢測，見表6。

表6 力學性能

搭接點與非搭接點平均屈服強度差小于10 Mpa，平均抗拉強度差小于15 Mpa，伸長率與最大力下總伸長率達到國家標準要求，試驗結果滿足穩定盤螺力學性能的目的。

4.2 金相組織

選取原工藝與優化工藝金相組織進行對比，原工藝與優化后工藝組織金相對比見圖2。

圖2 組織金相對比

從圖2對比中可以看出（b）中組織為均勻的鐵素體和珠光體，珠光體含量要高于（a），珠光體含量從40%提升至55%。未產生貝氏體組織。

4.3 盤螺時效性

盤螺在放置一段時間后，力學性能會產生一定變化，出現時效現象。為保證自然時效后性能合格，滿足后續的使用需求，通過選取同支盤螺的熱檢與7天時效拉伸試樣進行對比試驗。時效性能結果對比見表7。

表7 盤螺時效前后性能對比

通過對比7天時效后的屈服強度下降13 Mpa，抗拉強度下降不明顯，性能合格，滿足使用要求。為保證時效后產品合格，熱檢時屈服強度保留30～40 Mpa的余量。

5 結論

本文通過相變理論對冷卻工藝進行研究，找到了風機風量與輥道速度對盤螺的影響規律。試驗對比不同風機風量工藝，隨著風量的增大，盤螺的屈服強度提高。對比不同輥道速度，找到合適的輥道速度和冷卻時間，保證最大力下總伸長率合格。通過對盤螺通條性與時效性檢測，得出性能完全滿足國標要求。HRB400E盤螺選擇0.65 m/s輥道速度，軋后冷卻速度控制在6.75℃/s左右，能夠控制珠光體提升至55%，避免貝氏體產生。通過降低化學成分中錳的含量，降低了噸鋼成本，提高了產品的競爭力。