论文部分内容阅读
【摘要】：探索如何生产低成本高强度带肋钢筋，既能满足市场需求又能降低企业的生产成本，具有很重要的实际意义。通过在HRB335钢筋化学成分的基础上适当增加Si、Mn含量，不添加Nb、V、Ti等微合金元素，其开轧温度为1000-1080℃ ， 13#精轧入口温度为950-1050℃，上冷床温度为820-860℃。并采用控轧控冷工艺成功地生产出了力学性能和微观组织均符合要求的HRB400钢筋。本文对控轧控冷工艺如何设置与调整关键的工艺参数进行了分析。
【关键词】： 控轧控冷工艺 HRB400 工艺参数
国家钢铁工业“十二五规划”明确提出：适应减量化用钢趋势，推进节能降耗，升级热轧带肋钢筋标准，重点发展400MPa及以上高强度带肋钢筋、抗震钢筋、高强度线材（硬线）。随着节能环保理念的不断深入，在建筑业中使用高强度热轧带肋钢筋、在保证质量要求的前提下减少钢材用量已经成为行业趋势。武钢集团昆钢股份安宁分公司棒线厂通过减少合金成分降低成本，并采用控轧控冷工艺生产HRB400钢筋，取得了良好效果。
一、 热轧带肋钢筋控轧控冷工艺方案设计
2009年国家标准GB1499. 2-2007《钢筋混凝土用钢第二部分热轧带肋钢筋》将“3. 1条普通热轧钢筋”和“3.2条细晶粒热轧钢筋”定义中“不得有影响使用性能的其他组织存在”修改为“不得有影响使用性能的其他组织（如基圆上出现回火马氏体组织）存在”，除性能和尺寸的要求外，强调了对钢材组织的要求，对控轧控冷工艺提出了更高的要求。
Nb和V价格昂贵，在提高钢筋强度的同时，也会大幅增加了成本。按照常规工艺生产HRB400钢筋，需要加入一定量的微合金元素如Nb、V等，依靠Nb在奥氏体中的固溶和析出机制细化晶粒或V的碳氮化物在轧制中的再结晶过程和在轧制完成后的冷却相变过程中的析出来提高钢筋强度。基于成本的考虑，在HRB335钢筋化学成分的基础上适当增加Si、Mn含量，不添加Nb、V、Ti等微合金元素，通过采用控轧控冷工艺，在昆钢安分公司棒材作业区工艺布置图见图（1）进行了HRB400钢筋的试制，根据控轧控冷工艺机理和轧线实际装备能力设计了4种方案：
（一）粗、中轧在奥氏体再结晶区轧制+精轧在奥氏体未再结晶区轧制+轧后冷却。粗、中轧温度控制在1000℃左右，精轧温度控制在Ar3-950℃之间。
（二）粗、中轧在奥氏体再结晶区轧制+精轧在奥氏体和铁素体两相区轧制+轧后冷却。粗、中轧温度控制在1000℃左右，精轧温度控制在Ar3左右。
（三） 粗、中轧在奥氏体再结晶区轧制+精轧机组机间冷却+精轧在奥氏体未再结晶区轧制+轧后冷却。粗、中轧温度控制在1000℃左右，精轧温度控制在Ar3-900℃之间。
（四） 粗、中轧在奥氏体再结晶区轧制+轧后冷却。粗、中轧温度控制在1000℃左右，利用轧后快速冷却细化晶粒。
1、上料台架；2加热炉；3卡断剪；4、粗轧机组；5、1#飞剪；6、中轧机组；7、1#穿水管道；8、2#飞剪；9、精轧机组；10、2#穿水管道；11、3#飞剪；12、冷床；13、定尺冷飞剪；14、横移排钢链；15、打捆；16、称重、入库；17、短尺收集台架
控轧控冷工艺参数中终轧温度和轧后冷却速率对钢筋的组织转变和性能有重要影响，其中轧后冷却速率的影响比终轧温度更明显。对于不同规格的钢筋可选择不同的工艺路线，其中轧后冷却速率可通过控制上冷床温度来进行控制。
随着终轧温度的降低和轧后冷却速率的增加，钢筋屈服强度和抗拉强度均呈上升趋势，断后伸长率随冷却速率变化的差异较大。终轧温度的降低对轧线装备能力也提出了更高的要求，因此上述第二种工艺较少使用。
二、 Φ14mm热轧带肋钢筋控轧控冷工艺参数设置及试制结果
轧制不同规格产品时控轧控冷工艺参数设置也不同，本文以试制Φ14mm热轧带肋钢筋为例来分析控轧控冷工艺参数的设置。
（一）成分控制和工艺方案
试制Φ14mm热轧带肋钢筋时，化学成分在HRB335钢筋的基础上适当增加Si、Mn含量，不添加Nb、V、Ti等微合金元素，见表1。轧制工艺采用第2种工艺路线，粗、中轧在奥氏体再结晶区轧制，通过反复变形和再结晶细化奥氏体晶粒；精轧在Ar3-950℃温度范围内进行轧制，在奥氏体未再结晶区变形，得到细小的奥氏体未再结晶晶粒，相变后可得到细小的铁索体和珠光体组织。
150×150mm连铸方坯（验收、编组、检验）→上料→入炉→加热 →卡断剪→（Φ550mm ×3+Φ500mm×3）粗轧机组轧制 →1#飞剪（切头、切尾、碎断）→（Φ400mm×6）中轧机组轧制 →1#冷却器冷却→2#飞剪（切头、切尾、碎断）→（Φ360mm×6）精轧机组轧制→2#穿水冷却器冷却→3#倍尺飞剪分段→冷床冷却→冷飞剪定尺剪切→横移检查 →（短尺剔除）→计数→打捆→称重→挂牌→入库
（二）参数设置
涉及到性能与组织的关键工艺参数有开轧温度、上冷床温度、精轧入口温度、冷却系统的水流量、压力、温度和段数等。对于Φ14mm热轧带肋钢筋，具体参数设置见表2。
最终开轧温度基本保持在1000-1080℃之间，13#精轧入口温度在900-950℃之间，上冷床温度基本保持在820-860℃之间。1#冷却器流量为130-140m？/h，2#冷却器流量为110-120m？/h。
在试制过程中，根据生产情况、产品性能和组织情况对上述参数和冷却器的使用情况进行调整。如开始时2#冷却器使用2段，但生产一段时间后裙板开始跑钢，钢材头部尾部均有弯曲，在增大水压和冷却器水量的同时，将2#冷却器改为只用1段。
（三）产品性能
共试制生产了61个批号，其中3个批号钢筋的屈服强度较高，最高为545MPa。屈服强度统计见图2，综合力学性能统计结果见表3。
从图2及表3可以看出，产品屈服强度平均为450MPa，最小值为410MPa，抗拉强度平均为607MPa，最小值为565MPa，全部达到设计的内控标准要求，性能相对比较稳定。伸长率最小为25%，全部高于设计要求的19%。总伸长率最小为12. 5%，全部高于设计要求的80%。所有试样均达到抗震指标要求。
（四）金相组织
试制钢筋的金相组织比较理想，所有试样均没有过渡层。芯部晶粒度为10级，边部为10. 0-10.5级，芯部及基圆的金相组织均为铁素体和珠光体，见图3。少数屈服强度较高（545MPa）的试样肋部有贝氏体组织，与性能存在着对应关系，这是在调整过程中轧后冷却水量过大，冷却速率较快所致。
总结：根据控轧控冷工艺机理和轧线设备能力，将轧制Φ14mm热轧带肋钢筋的工艺参数最终设置为：开轧温度1000-1080℃ ，13#精轧入口温度900-950℃，上冷床温度820-860℃，1#冷却器水流量130-140m？/h，2#冷却器水流量110-120 m？/h。适当调整HRB335的化学成分，采用控轧控冷工艺生产细晶粒钢的思路生产HRB400钢筋，可得到性能和组织均符合要求的钢材。
参考文献：
[1]张立新，符仁钮. HRB335和HRB400钢筋的控轧控冷工艺研究[J].上海金属，2006，28（6）：46一49.
[2]翁宇庆.轧钢新技术3000问 上 型材分册[M].北京：中国科学技术出版社，2005. 122-124.
[3]GB 1499. 2-2007，钢筋混凝土用钢 第二部分 热轧带肋钢筋，国家标准第1号修改单[S].
[4]中国钢铁工业协会.钢铁工业“十二五”发展规划[R].北京：中国钢铁工业协会，2011.
【关键词】： 控轧控冷工艺 HRB400 工艺参数
国家钢铁工业“十二五规划”明确提出：适应减量化用钢趋势，推进节能降耗，升级热轧带肋钢筋标准，重点发展400MPa及以上高强度带肋钢筋、抗震钢筋、高强度线材（硬线）。随着节能环保理念的不断深入，在建筑业中使用高强度热轧带肋钢筋、在保证质量要求的前提下减少钢材用量已经成为行业趋势。武钢集团昆钢股份安宁分公司棒线厂通过减少合金成分降低成本，并采用控轧控冷工艺生产HRB400钢筋，取得了良好效果。
一、 热轧带肋钢筋控轧控冷工艺方案设计
2009年国家标准GB1499. 2-2007《钢筋混凝土用钢第二部分热轧带肋钢筋》将“3. 1条普通热轧钢筋”和“3.2条细晶粒热轧钢筋”定义中“不得有影响使用性能的其他组织存在”修改为“不得有影响使用性能的其他组织（如基圆上出现回火马氏体组织）存在”，除性能和尺寸的要求外，强调了对钢材组织的要求，对控轧控冷工艺提出了更高的要求。
Nb和V价格昂贵，在提高钢筋强度的同时，也会大幅增加了成本。按照常规工艺生产HRB400钢筋，需要加入一定量的微合金元素如Nb、V等，依靠Nb在奥氏体中的固溶和析出机制细化晶粒或V的碳氮化物在轧制中的再结晶过程和在轧制完成后的冷却相变过程中的析出来提高钢筋强度。基于成本的考虑，在HRB335钢筋化学成分的基础上适当增加Si、Mn含量，不添加Nb、V、Ti等微合金元素，通过采用控轧控冷工艺，在昆钢安分公司棒材作业区工艺布置图见图（1）进行了HRB400钢筋的试制，根据控轧控冷工艺机理和轧线实际装备能力设计了4种方案：
（一）粗、中轧在奥氏体再结晶区轧制+精轧在奥氏体未再结晶区轧制+轧后冷却。粗、中轧温度控制在1000℃左右，精轧温度控制在Ar3-950℃之间。
（二）粗、中轧在奥氏体再结晶区轧制+精轧在奥氏体和铁素体两相区轧制+轧后冷却。粗、中轧温度控制在1000℃左右，精轧温度控制在Ar3左右。
（三） 粗、中轧在奥氏体再结晶区轧制+精轧机组机间冷却+精轧在奥氏体未再结晶区轧制+轧后冷却。粗、中轧温度控制在1000℃左右，精轧温度控制在Ar3-900℃之间。
（四） 粗、中轧在奥氏体再结晶区轧制+轧后冷却。粗、中轧温度控制在1000℃左右，利用轧后快速冷却细化晶粒。
1、上料台架；2加热炉；3卡断剪；4、粗轧机组；5、1#飞剪；6、中轧机组；7、1#穿水管道；8、2#飞剪；9、精轧机组；10、2#穿水管道；11、3#飞剪；12、冷床；13、定尺冷飞剪；14、横移排钢链；15、打捆；16、称重、入库；17、短尺收集台架
控轧控冷工艺参数中终轧温度和轧后冷却速率对钢筋的组织转变和性能有重要影响，其中轧后冷却速率的影响比终轧温度更明显。对于不同规格的钢筋可选择不同的工艺路线，其中轧后冷却速率可通过控制上冷床温度来进行控制。
随着终轧温度的降低和轧后冷却速率的增加，钢筋屈服强度和抗拉强度均呈上升趋势，断后伸长率随冷却速率变化的差异较大。终轧温度的降低对轧线装备能力也提出了更高的要求，因此上述第二种工艺较少使用。
二、 Φ14mm热轧带肋钢筋控轧控冷工艺参数设置及试制结果
轧制不同规格产品时控轧控冷工艺参数设置也不同，本文以试制Φ14mm热轧带肋钢筋为例来分析控轧控冷工艺参数的设置。
（一）成分控制和工艺方案
试制Φ14mm热轧带肋钢筋时，化学成分在HRB335钢筋的基础上适当增加Si、Mn含量，不添加Nb、V、Ti等微合金元素，见表1。轧制工艺采用第2种工艺路线，粗、中轧在奥氏体再结晶区轧制，通过反复变形和再结晶细化奥氏体晶粒；精轧在Ar3-950℃温度范围内进行轧制，在奥氏体未再结晶区变形，得到细小的奥氏体未再结晶晶粒，相变后可得到细小的铁索体和珠光体组织。
150×150mm连铸方坯（验收、编组、检验）→上料→入炉→加热 →卡断剪→（Φ550mm ×3+Φ500mm×3）粗轧机组轧制 →1#飞剪（切头、切尾、碎断）→（Φ400mm×6）中轧机组轧制 →1#冷却器冷却→2#飞剪（切头、切尾、碎断）→（Φ360mm×6）精轧机组轧制→2#穿水冷却器冷却→3#倍尺飞剪分段→冷床冷却→冷飞剪定尺剪切→横移检查 →（短尺剔除）→计数→打捆→称重→挂牌→入库
（二）参数设置
涉及到性能与组织的关键工艺参数有开轧温度、上冷床温度、精轧入口温度、冷却系统的水流量、压力、温度和段数等。对于Φ14mm热轧带肋钢筋，具体参数设置见表2。
最终开轧温度基本保持在1000-1080℃之间，13#精轧入口温度在900-950℃之间，上冷床温度基本保持在820-860℃之间。1#冷却器流量为130-140m？/h，2#冷却器流量为110-120m？/h。
在试制过程中，根据生产情况、产品性能和组织情况对上述参数和冷却器的使用情况进行调整。如开始时2#冷却器使用2段，但生产一段时间后裙板开始跑钢，钢材头部尾部均有弯曲，在增大水压和冷却器水量的同时，将2#冷却器改为只用1段。
（三）产品性能
共试制生产了61个批号，其中3个批号钢筋的屈服强度较高，最高为545MPa。屈服强度统计见图2，综合力学性能统计结果见表3。
从图2及表3可以看出，产品屈服强度平均为450MPa，最小值为410MPa，抗拉强度平均为607MPa，最小值为565MPa，全部达到设计的内控标准要求，性能相对比较稳定。伸长率最小为25%，全部高于设计要求的19%。总伸长率最小为12. 5%，全部高于设计要求的80%。所有试样均达到抗震指标要求。
（四）金相组织
试制钢筋的金相组织比较理想，所有试样均没有过渡层。芯部晶粒度为10级，边部为10. 0-10.5级，芯部及基圆的金相组织均为铁素体和珠光体，见图3。少数屈服强度较高（545MPa）的试样肋部有贝氏体组织，与性能存在着对应关系，这是在调整过程中轧后冷却水量过大，冷却速率较快所致。
总结：根据控轧控冷工艺机理和轧线设备能力，将轧制Φ14mm热轧带肋钢筋的工艺参数最终设置为：开轧温度1000-1080℃ ，13#精轧入口温度900-950℃，上冷床温度820-860℃，1#冷却器水流量130-140m？/h，2#冷却器水流量110-120 m？/h。适当调整HRB335的化学成分，采用控轧控冷工艺生产细晶粒钢的思路生产HRB400钢筋，可得到性能和组织均符合要求的钢材。
参考文献：
[1]张立新，符仁钮. HRB335和HRB400钢筋的控轧控冷工艺研究[J].上海金属，2006，28（6）：46一49.
[2]翁宇庆.轧钢新技术3000问 上 型材分册[M].北京：中国科学技术出版社，2005. 122-124.
[3]GB 1499. 2-2007，钢筋混凝土用钢 第二部分 热轧带肋钢筋，国家标准第1号修改单[S].
[4]中国钢铁工业协会.钢铁工业“十二五”发展规划[R].北京：中国钢铁工业协会，2011.