利用控軋控冷技術優化螺紋鋼力學性能

酒鋼宏興股份公司煉軋廠 甘肅 嘉峪關 735100

引言

鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋的國家標準逐年提高,廠家進行螺紋鋼生產需要嚴格按照標準執行,最新標準是于2018年11月1日開始實施的新國標(GB/T 1499．2－2018《鋼筋混凝土用鋼第2部分:帶肋鋼筋》),對螺紋鋼的組織成分、力學性能做了具體要求,隨著要求的提高螺紋鋼生產廠家一般采用增加釩氮合金含量來提高產品的產品質量[1],但是釩氮合金成本較高,為了降低成本,本研究利用控軋控冷技術優化螺紋鋼力學性能,達到國家質量標準要求。

1 原生產工藝流程

1．1 工藝流程 主要工藝流程:

連鑄鋼坯加熱→粗中軋機軋制→預精軋機軋制→精軋機軋制→軋后冷卻→高速剪飛段→冷床自然冷卻→定尺剪切→打捆→稱重、入庫。

1．2 原生產工藝控制

表1 原生產工藝

1．3 主要設備 主要設備包括蓄熱式步進梁式加熱爐、φ600×4、φ480×5、φ360×4牌坊式軋機,及φ275×4平立交替軋機,φ210×4平立交替高速軋機、水冷箱,冷床等。

1．4 HRB400E鋼坯成分及螺紋鋼性能的要求 對HRB400E鋼坯成分與鋼筋性能要求見表1。

表1 HRB400E鋼坯成分與HRB400E鋼筋性能要求

2 改造方法與策略

控軋控冷包括熱軋過程和控冷過程,熱軋過程包括在熱軋條件下通過細化鐵素體晶粒,促進材料達到良好的工藝性能。控冷過程是降低坯鋼的加熱溫度,不僅有利于燃料的節約而且可以減少脫碳,減小晶粒尺寸。熱軋過程中組織中晶粒的長大過程一般分為四個階段,奧氏體形核、奧氏體晶核長大、參與滲碳體溶解、奧氏體成分相對均勻化,[2]如圖1所示。

圖1 熱軋過程奧氏體相變過程

再結晶進行奧氏體晶粒細化是本研究主要的研究目的,但是對奧氏體細化的過程較為復雜需要每個步驟的準確分析。首先需要制造晶粒形核條件,在950℃左右,此時的軋制溫度較低,晶粒的長大過程達不到進一步長大的溫度,晶粒生長被抑制,但是被其它晶粒及外壁所壓制造成大量晶粒變形,[3]運動帶來位錯的增多,為進一步形核數量的增加帶來有利條件,為下一步溫度提升的晶粒長大提供充足條件。軋后冷卻階段為通過控制溫度進一步降低冷卻速度,抑制晶粒的長大,促進晶粒的尺寸擴大,有利于晶粒的細化。[4]

2．2 改造方案

1)在預精軋機組后增加一段冷卻水管,保證預精軋機組軋制后工件的溫度要求。

2)精軋機組后設置一段冷卻水管增強溫度的可控度,更好控制冷卻效果,避免溫度升高過程導致晶粒進一步長大的現象,保證產品質量。

3 改造后工藝

3．1 改造后工藝流程 連鑄鋼坯加熱→粗中軋機軋制→中軋機組軋制→預精軋機軋制→軋后冷卻→精軋機軋制→軋后冷卻→高速剪飛段→冷床自然冷卻→定尺剪切→打捆→稱重、入庫。

3．2 改造后生產工藝要求

表3 改造后新生產工藝

4 試驗結果

4．1 HRB400E鋼坯成分及螺紋鋼性能的前后對比 HRB400E鋼坯力學性能與化學成分對比分析

Rel/Mpa Rm/Mpa A/% V 冷彎180°原工藝均值 430 617 16 0．031 位錯較多新工藝均值 423 582 17 0．015 位錯較少

4．2 力學性能與化學成分對比分析 通過一段時間試生產,按新工藝生產的產品性能亦滿足,甚至明顯高于國標要求,相比原生產工藝,釩氮合金使用量明顯降低,原工藝生產奧氏體晶粒平均直徑為10．7um,晶粒進一步細化,2具體數據見表5。

圖2 原工藝生產金相組織照片

圖3 新工藝生產金相組織照片

通過完善加工工藝流程,調節軋制過程中的溫度控制,最終得到晶粒細化的奧氏體,得到高性能的組織成分和性能的提高。

結論

1)通過控制軋制,將精軋溫度從1050℃～1100℃降低至900℃～950℃,結合控制冷卻,將鐵素體晶粒平均直徑從15．3μm減小至10．7μm,預精軋和精軋之間加裝冷卻水箱,長度根據水箱長度兩端留出合理空隙,進而提高產品性能。

2)通過優化生產設備布局,保持軋機總架數不變,利用控軋控冷,可將采用單線軋制工藝生產的螺紋鋼精軋溫度降低100℃左右,利用奧氏體未再結晶區軋制,細化晶粒,提高性能,有效降低合金成本。

3)精確控制晶粒長大過程來控制晶粒的大小,從而控制最終形成的晶體的組織,[5]增強材料的力學性能,改善工藝降低微合金元素的含量達到降低成本的目的。