细晶粒热轧带肋钢筋的轧制工艺 及优化实践
发布日期:2017-12-15    作者:翟林 王姣    来源:陕钢集团“绿色精品建材”专题研讨会论文集    
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陕钢集团“绿色精品建材”专题研讨会论文集

 

细晶粒热轧带肋钢筋的轧制工艺

及优化实践

翟林 王姣

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  要:介绍了汉钢公司采用控制轧制与控制冷却工艺,成功开发HRB400E细晶粒热轧带肋钢筋的工艺过程。对试轧过程中出现的问题及试验钢材的理化检验结果进行分析,不断改进优化工艺,在保证性能合格的基础上进一步降低成本、节约资源。

关键词:控轧控冷  细晶粒  降本增效

 

1前言

根据当代材料领域的共同认识,要想同时大幅度提高钢铁材料的强度和韧性,最好的方法是细化晶粒,该工艺可大幅度减少合金用量、降低坯料成本,提高钢筋强度、韧性和综合性能。

汉钢公司单高线于20131月份投产至今,先后生产了HRB400EHPB30060#65#70#65Mn77B82B、Ф5.5 ER50-6等。在钢铁行业“严冬”时期,为进一步降本增效,公司不断研发新产品,提升市场竞争力,改进生产工艺和设备,采用强化工艺技术的路线提高现有钢种综合性能。通过不断的生产试验摸索,汉钢公司单高线控轧控冷工艺轧制Ф6Ф8Ф10Ф12 HRB400E细晶粒热轧带肋钢筋获得成功,为公司在严峻的生产经营形势下深挖市场潜力、降本增效及更好地开拓市场创造了有利条件。

2 装备概况及工艺设计

2.1单高线主要装备概况

1)加热炉。侧装侧出蓄热步进梁式,燃料为高炉混合煤气,额定加热能力为冷坯120t/h,热坯150t/h。具有生产操作灵活,钢坯加热温度均匀,氧化烧损少和节能等优点。

2)轧机。单高线轧线轧机共分5个机组,粗轧6架、中轧6架、预精轧6架、精轧8架,减定径4架,共30个机架组成。1H14V采用平立交替布置的短应力线轧机, 15H18V采用平立交替布置的4架悬臂式轧机,精轧和减定径机组均为V型顶交45°悬臂辊环轧机,最高保证轧制速度为112m/s,可实现低温高速控温轧制。

3)冷却水箱。48个冷却水箱,湍流式水喷嘴冷却,可实现温度闭环控制。

4)风冷辊道。装有“凹蚜”楸系统的斯太尔摩风冷辊道,共14台冷却风机。

2.2工艺流程

合格钢坯加热→高压水除磷→粗轧机组轧制→1#飞剪切头→中轧机组轧制→2#飞剪切头、尾→预精轧机组轧制→精轧前水冷→3#飞剪切头→精轧机组轧制→水冷→减定径机组轧制→减定径后水冷→线材测径→夹送、吐丝→散卷控制冷却→集卷→挂卷→C型钩运送→检查、修剪、取样→打包→称重挂标牌→卸卷→入库。

3轧制细晶粒钢关键工艺控制

3.1控轧控冷原理

实际生产中应用最广泛的细晶方法是控轧控冷工艺,控制轧制是指在控制加热温度、轧制温度、变形制度等工艺参数,通过细化奥氏体晶粒来提高热轧钢材的强度、韧性等综合性能的一种轧制方法;控制冷却是热轧生产中通过控制钢材轧后冷却速度来控制组织相变、碳化物析出、相变后钢材的组织性能,从而达到产品所要求的组织及组织性能的均匀性以及减少产品内部的有害组织,进而得到所要求的组织结构[1]。采用控制轧制和控制冷却技术相结合,降低轧制温度,在线控冷,得到细晶,提高钢材的屈服强度及韧性,充分挖掘钢材潜力,并能够极大程度改善钢材性能,降低合金元素含量和碳含量,节约贵重的合金元素,简化热处理工艺,降低生产成本等。

汉钢公司轧钢工序采用的生产工艺方案为:粗轧在奥氏体再结晶区轧制,中轧在奥氏体未再结晶区轧制,精轧在奥氏体和铁素体两相区轧制,并利用轧后快速冷却细化晶粒。

HRB400E细晶粒钢筋理想的金相组织主要为铁素体+珠光体,为有效控制奥氏体晶粒度获得良好的金相组织,使细晶奥氏体在较低温度下转变分解得到铁素体+珠光体组织,生产过程中温度控制主要是采用低温开轧,控制入精轧温度,并在精轧机架与减定径机架间及减定径机架后通过穿水冷却,控制各区域轧制温度,适当降低吐丝温度,从而控制产品性能。具体的温度控制如下:

加热炉均热段温度1050±10℃;

开轧温度950±10℃;

进精轧前温度<880℃;

进减定径前温度<820℃;

吐丝温度750-800℃。

3.2控轧控冷工艺实践

细晶粒钢轧制生产的关键在于低温轧制和低温快速冷却,结合再结晶、未再结晶和形变诱导相变机制的低温开轧、低温终轧。因此适当控制钢坯的加热温度,使其原始奥氏体晶粒均匀细小,为轧后通过控冷进行相变,得到理想的组织结构提供良好的条件[2]

为确保得到良好均匀的铁素体+珠光体金相组织,在控制吐丝温度的同时,控制风冷辊道的速度及风机开启,部分加盖保温罩。这样,产品最终不仅能得到良好的综合性能,而且由于其均匀的冷却工艺,使得钢筋的通条性能得到了稳定。

{C}(1)  {C}风冷辊道速度。各段具体速度如表1

1 辊道速度设定

首段

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

末端

0.45

0.49

0.52

0.55

0.58

0.61

0.64

0.67

0.70

0.73

0.79

1.29

2)风冷线风机开启。风机开口度分别为1-2#70%3-4#60%,轧制时视终冷温度再进行调整。终冷温度按580-620℃进行控制,试验过程中尝试终冷温度控制在620℃、600℃、580℃分别试验,根据试样检验结果进行总结。

3)保温罩使用:风冷后间隔两段辊道后盖保温罩。

4工艺优化及问题解决

试轧过程中出现强度偏高、性能不稳定及屈服不明显、组织异常等多种问题,通过分析、不断调整工艺参数及合理的化学成分控制,总结出能够使低合金钢晶粒细化并改善其组织和性能的轧制条件,结合生产实践总结出HRB400E细晶粒钢筋的最佳工艺参数匹配,最终将所轧钢种HRB400E成分中钒的合金量降到0.012%,同时保证钢材规定的尺寸及性能要求,批量生产出了晶粒组织均匀细化,性能良好的产品。

4.1屈服强度低,且部分批次拉伸曲线出现屈服平台不明显现象。

针对试轧过程性能较低、屈服平台不明显的问题。金相组织中出现了粒状贝氏体,而粒状贝氏体是由于风冷速度过快、终冷温度过低造成的。因此,要想避免粒状贝氏体产生,就必须提高终冷温度,让钢材在Bs温度以上,完成等温转变,产生屈氏体、索氏体等晶粒较细的组织。通过现场不断对风冷辊道速度与风机开口度大小的不断调整、试验,试样出现明显屈服平台。

4.2晶粒粗大

分析原因认为是轧后晶粒长大的结果,因为冷却速度影响着γ->α的相变过程及相变后铁素体晶粒长大过程。进行调整工艺,中轧后采用穿水冷却装置,使轧件进入精轧机的温度控制在临界相变点Ar3~Ar3之间,诱发了铁素体相变,使晶粒细化。精轧后采用穿水冷却装置,精确控制相变温度,阻止晶粒长大,确保转变组织为细晶粒铁素体+珠光体。经过调整后的试样金相组织显示晶粒较细小。因此试验结果表明轧后控冷工序是必需的,第一可以抑制晶粒的长大,保持细晶效果;第二可以降低奥氏体向铁素体的相变点,使相变驱动力增大,增加铁素体的形核数量,达到细化晶粒的作用;第三可以保持一部分加工硬化状态,抑制恢复过程,从而提高强度。试样检验结果表明,在采用一系列控轧控冷措施以后,钢筋晶粒明显细化,力学性能得到明显提高。

4.3金相组织不均匀

分析原因认为是轧后控制冷却风量不均匀,通过不断总结调整风冷辊道速度、风机开启情况及佳灵装置参数,合理地控制钢筋在风冷辊道上的圈距大小、受冷却位置及相变转变温度,使得强度提高、组织均匀。

5检化验结果分析

5.1冶炼成分对比

HRB400E热轧带肋钢筋,以综合性能满足GB 1499.2 -2007《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》为前题、生产成本最低为原则,进行成分设计与控制。成分控制见表1

 

2冶炼成分对比

 

C

Si

Mn

PS

V

Ceq

国标

0.25

0.80

1.60

0.045

/

0.54

试验前成分

0.21-0.25

0.4-0.6

1.20-1.40

0.045

0.015-0.020

0.54

细晶轧制成分

0.19-0.25

0.3-0.4

0.95-1.25

0.045

0.012-0.018

0.46

 

5.2力学性能

通过力学性能平均值比较可以得出,细晶轧制钢材综合性能有提升,详见表3

3 力学性能统计表

Ф6-Φ10HRB400E

 

Rel (Mpa)

Rm (MPa)

抗屈比

屈标比

试验前平均值

443

629

1.42

1.11

细晶轧制平均值

455

632

1.39

1.14

通过细晶轧制试验,在保证性能合格的前提下,通过优化细晶轧制工艺,进一步降低了合金成分,降低了生产成本。

5.3 金相组织

金相检验结果表明,钢筋的金相组织为珠光体+铁素体,组织均匀。如图2、图3所示:

 

 

 

 

    

 

{C}{C}{C}{C}{C}

2 HRB400E金相结果X100           3 HRB400E金相结果X500

通过采用放大500X后,在显微组织中测量晶粒的平均直径来评定显微晶粒度。测得平均晶粒直径为 9.0μm ,显微晶粒度等级为10.5 级。

6 结语

经过试轧,摸索出了细晶粒钢筋的生产工艺,并实现了批量生产。所轧制的HRB400E细晶粒钢筋实测抗拉强度、屈服强度、伸长率、最大压力下总伸长率等各项性能指标均符合国标要求,具有良好的性能。高倍组织检验得出组织细小均匀,主要为铁素体+珠光体,平均晶粒直径为 9.0μm ,显微晶粒度等级为10.5 级。汉钢公司HRB400E细晶粒钢筋的轧制成功,为今后走新型资源节约型钢筋开发的道路找到了一条新路。

{C}

{C}

参考文献

[1] 王子亮等.螺纹钢生产工艺与技术[M].北京:冶金工业出版社,l2008:70-78.

[2] 李飞,范银平,400MPa级细晶钢筋盘条工业化生产实践.冶金丛刊.2007.4(2):11.