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        首頁 檢測技術與成果

        分享:22螺HRB400E控軋控冷工藝研究

        隨著中國進入高質量發展時代,鋼鐵行業逐漸從擴大產能,發展到以追求高質量產品為目標。其中建筑用鋼筋作為國內目前產量與用量最大的品種,關乎于民生大計,國家對建筑用鋼筋要求也越來越高,HRB400E鋼筋以其更高的強度、更好的抗震性以及良好的加工性與可焊性,逐漸取代HRB335成為主流的建筑用鋼[1?2]。自新國標(GB/T 1499.2—2018)發布以來,市場對HRB400E鋼筋的金相組織、力學性能、重量偏差等均提出了更高的要求[3?4]。

        在最新的鋼材控制技術研究中,晶粒超細化成為重點研究方向,如何實現在奧氏體低溫區通過誘導鐵素體相變來細化晶粒,是得到超細晶鋼的重要途徑之一[5?8]。為尋求一種適合22螺HRB400E鋼筋生產的工藝方案,福建三鋼集團與鋼鐵研究總院合作,從生產線實際情況出發,通過機理研究與現場生產實踐相結合的方式,獲得了適合22螺HRB400E鋼筋生產的低溫軋制工藝方案,并成功在大規模工業化生產中應用。該工藝在保證成品各項指標均滿足國標要求的前提下,通過減少合金元素的添加量,達到降低工序成本、節約社會資源的目的。

        1. 控制軋制、控制冷卻工藝機理研究

        1.1 工藝特點

        控制軋制是通過對軋件的變形、加熱和溫度的控制,使固態相變相與熱塑性變形結合,細化微觀晶粒,得到具有良好綜合性能鋼材的過程。主要控制方式為控制軋制工藝參數,將鋼坯在奧氏體區內進行軋制,細化鐵素體晶粒和縮小珠光體團塊尺寸,使得鋼材具有高韌性、高強度和良好的加工性能[9]。

        控制冷卻主要是控制軋件的軋后冷卻速度,使鋼材的性能與組織得到改善。主要控制方式為通過控制軋制后冷卻速度,阻礙鐵素體晶粒長大、減少高溫下碳化物的析出、提高析出強化作用,得到細化的鐵素體晶粒,縮小珠光體片層間距,得到了理想的性能與組織的鋼材[10]。

        1.2 工藝參數控制特點

        與普通熱軋工藝不同,控制軋制與控制冷卻在實際生產控制中具有如下特點:

        (1)加熱制度與溫度的控制。加熱制度與溫度取決于鋼材的性能要求,對于追求超細的晶粒、高韌性的鋼材,一般來說其加熱溫度控制在1000~1150 °C[11]。

        (2)控制終軋道次軋制溫度。一般來說,控制終軋道次的軋制溫度在奧氏體向鐵素體轉變溫度(Ar3)附近,有時也控制在(γ+α)兩相區內[12?13]。

        (3)要求軋件在奧氏體未再結晶區變形量充足。普通碳素結構鋼要求通過多道次累積塑性變形的方式使奧氏體發生再結晶,微合金鋼要求一半以上的軋制變形量在≤950 °C時進行[14]。

        (4)為得到理想的顯微組織,對于軋制后的鋼材冷卻速率、軋后快冷初溫、快冷終溫要加強控制。通常軋后冷卻速度要求第一階段要大,而第二階段則根據追求的性能不同靈活控制。

        2. 生產試驗

        2.1 生產線情況簡介

        三鋼棒材廠一棒線為一條大規格高速棒材生產線,軋區共有20架軋機,采用了鋼坯無頭焊接(Endless welding rolling, EWR)技術。鋼坯自加熱爐出爐后,移動焊機把相鄰兩支鋼坯首尾焊接在一起,再經過去毛刺機處理毛刺后,進入粗軋連軋機組進軋制,從而實現鋼坯無頭焊接軋制。其中粗、中、預精軋為18架短應力軋機,呈平立交替布置,精軋機組由19#、20#兩臺懸臂輥式軋機組成。在預精軋與精軋機組間,留有約100 m的距離并設置兩組水箱,用于生產?18~25 mm規格鋼筋時控冷降溫及回復均溫;精軋機組后設置兩組水箱,用于軋后控制冷卻。主要產品為?18~40 mm HRB400E鋼筋,目前年產量已達106 t[15?19]。

        2.2 試驗材料

        采用160 mm×160 mm×12000 mm的連鑄方坯作為本次試驗的試驗材料,型號為HRB400VN2,其主要成分如下所示:


        2.3 試驗方案

        為保證成品能充分滿足新國標要求,同時生產工藝、設備良好運行。三鋼棒材廠一棒線從實際情況出發,結合冷卻機理分析,提出了4個不同的試驗方案,試驗主旨為探究在其他條件相同的情況下,不同溫度梯度的控軋控冷工藝對HRB400E鋼筋力學性能、顯微組織等方面的影響,開軋溫度為1030±20 °C,詳細工藝數據見表2


        3. 試驗結果分析及討論

        3.1 力學性能

        本次試驗主要針對HRB400E鋼筋力學性能的關鍵性指標:屈服強度(ReL)、抗拉強度(Rm)、屈強比(Rm/ReL)和最大力總伸長率(Agt)進行試驗結果的統計及分析,詳細數據比對分析如下:

        (1)屈服強度,ReL

        圖1所示,采用普通熱軋工藝的方案一有47個樣本屈服強度性能低于國標、三鋼內控要求,采用控軋控冷工藝的方案二、方案三、方案四屈服強度性均能達到國標和三鋼內控的要求,同時具有一定的富余量;在這4種方案中,方案四的性能富余量最大。

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