400 MPa級(jí)熱軋帶肋鋼筋控軋控冷工藝應(yīng)用試驗(yàn)

高紅艷，高洪吉

（1山鋼股份濟(jì)南分公司第一小型軋鋼廠，山東濟(jì)南 250101；2山東省冶金科學(xué)研究院，山東濟(jì)南 250014）

經(jīng)驗(yàn)交流

400 MPa級(jí)熱軋帶肋鋼筋控軋控冷工藝應(yīng)用試驗(yàn)

高紅艷1，高洪吉2

（1山鋼股份濟(jì)南分公司第一小型軋鋼廠，山東濟(jì)南 250101；2山東省冶金科學(xué)研究院，山東濟(jì)南 250014）

通過(guò)制定合理工藝參數(shù)，在生產(chǎn)線上對(duì)20MnSi連鑄方坯進(jìn)行了控軋控冷試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，鋼筋表層為回火索氏體+少量鐵素體，過(guò)渡層為回火索氏體+珠光體+鐵素體，半徑1/2處為細(xì)小的珠光體+鐵素體，晶粒度9.5級(jí)。軋制速度對(duì)控冷效果的影響最為明顯，自回火溫度對(duì)鋼筋的組織和性能影響較大。

熱軋帶肋鋼筋；控軋控冷；軋制速度；回火溫度

目前濟(jì)鋼生產(chǎn)400 MPa級(jí)熱軋帶肋鋼筋采用控軋控冷工藝，綜合利用位錯(cuò)強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化和相變強(qiáng)化，得到具有良好綜合性能的螺紋鋼筋，并使成本進(jìn)一步降低。本試驗(yàn)結(jié)合型材廠現(xiàn)有設(shè)備，通過(guò)研究控軋控冷工藝，制定了合理的工藝參數(shù)，在保證產(chǎn)品性能的基礎(chǔ)上以期達(dá)到進(jìn)一步降低合金成本的目的。

1 試驗(yàn)方案

根據(jù)20MnSi的動(dòng)態(tài)CCT曲線［1］，結(jié)合設(shè)備條件，確定采用低溫加熱、奧氏體未再結(jié)晶軋制及控冷工藝。

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為20MnSi連鑄方坯，尺寸為150mm×150mm×10 400mm，主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為：C 0.21%，Si 0.45%，Mn 1.46%，P 0.028%，S 0.025%。查文獻(xiàn)得到20MnSi鋼的臨界點(diǎn)溫度為［2］：Ac1=760℃，Ac3=845℃，Ar3=775℃，Ar1=673℃。馬氏體相變點(diǎn)溫度：Ms=345℃。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)在鋼筋生產(chǎn)線上進(jìn)行。生產(chǎn)線采用1座雙蓄熱步進(jìn)梁式加熱爐，最大加熱能力220 t/h。全連軋機(jī)組由18架高剛度短應(yīng)力線軋機(jī)組成，最大軋制速度20 m/s。中間冷卻為直噴管冷卻器。軋后冷卻為分段控制的4段式湍流管冷卻器。冷床為120 m×12.5 m鋸齒步進(jìn)式。

1.3 方坯加熱

一般加熱溫度在Ac3以上30～50℃至固相線以下100～150℃。加熱溫度越高，奧氏體晶粒越粗大，且能耗越高。受軋機(jī)能力限制，加熱溫度不能太低，否則不利于奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制時(shí)的晶粒細(xì)化和鑄坯缺陷的消除。綜合考慮，確定方坯加熱溫度為1 030±30℃。

1.4 終軋溫度

20MnSi鋼的奧氏體未再結(jié)晶區(qū)約在950℃～Ar3。隨終軋溫度的降低，鋼筋強(qiáng)度有所提高，韌性也有所改善。但終軋溫度過(guò)低，會(huì)大幅增加軋機(jī)負(fù)荷。資料顯示，終軋溫度對(duì)強(qiáng)度的影響有一個(gè)范圍，20MnSi鋼的終軋溫度在850～950℃時(shí)的強(qiáng)度提高得較快，此后趨于平緩。綜合考慮，終軋溫度控制在900～950℃。

1.5 軋后控冷

試驗(yàn)軋制Φ25mm規(guī)格的熱軋帶肋鋼筋，單線軋制，設(shè)計(jì)了3個(gè)軋后控冷方案，冷卻器管徑Φ42mm，見(jiàn)表1。

表1 Φ25mm熱軋帶肋鋼筋控冷參數(shù)設(shè)計(jì)

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 性能

通過(guò)對(duì)比GB 1499.2—2007中400 MPa級(jí)熱軋帶肋鋼筋的性能標(biāo)準(zhǔn)（ReL≥400 MPa，Rm≥540 MPa，A≥16%），本次試驗(yàn)鋼筋的性能完全能夠滿足國(guó)標(biāo)的要求，見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)鋼筋的性能

2.2 金相檢驗(yàn)

在GX71金相顯微鏡上進(jìn)行金相檢驗(yàn)，侵蝕劑為4%硝酸乙醇溶液。鋼筋表面硬化層厚度0.4～1.2mm，硬化層為回火索氏體＋少量鐵素體（圖1），過(guò)渡層為回火索氏體＋珠光體＋鐵素體（圖2），半徑1/2處為細(xì)小的珠光體＋鐵素體（圖3），晶粒度9.5～10.5級(jí)。

圖1 表面硬化層200×

圖2 過(guò)渡層200×

圖3 半徑1/2處200×

鋼筋表層在控冷過(guò)程中急冷形成細(xì)小的隱晶馬氏體，隨后芯部熱量傳導(dǎo)出來(lái)，轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹚魇象w。表面回火索氏體層的相變強(qiáng)化及細(xì)晶強(qiáng)化作用明顯，隨表面回火索氏體層厚度的不同鋼筋強(qiáng)度差別較大［3］。

軋制速度對(duì)控冷效果的影響最為明顯，隨軋制速度小幅降低，鋼筋后續(xù)溫度就有較大幅度降低。

自回火溫度直接影響隱晶馬氏體的轉(zhuǎn)變，對(duì)鋼筋的組織和性能影響較大［4］。

3 結(jié)語(yǔ)

采用20MnSi鋼，通過(guò)控軋控冷工藝，試制鋼筋的性能滿足國(guó)標(biāo)要求。試制鋼筋表層為厚度0.4～1.2mm的回火索氏體＋少量鐵素體，過(guò)渡層為回火索氏體＋珠光體＋鐵素體，半徑1/2處為細(xì)小的珠光體＋鐵素體。鋼筋表面回火索氏體層的相變強(qiáng)化及細(xì)晶強(qiáng)化作用明顯，隨著表面回火索氏體層厚度的不同鋼筋強(qiáng)度差別較大。軋制速度對(duì)控冷效果的影響最為明顯，隨軋制速度的小幅降低，鋼筋后續(xù)溫度就有較大幅度的降低。自回火溫度直接影響隱晶馬氏體的轉(zhuǎn)變，對(duì)鋼筋的組織和性能影響較大。

［1］高秀華，齊克敏，邱春林，等.20MnSiⅢ級(jí)熱軋螺紋鋼筋的開(kāi)發(fā)［J］.鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2006，18（7）：43-45.

［2］包衛(wèi)平，潘儒乾，王瑞芳，等.20MnSiⅢ鋼奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線［J］.材料熱處理技術(shù)，2009，38（18）：34-36.

［3］呂立華，張勇偉，馬靳江，等.表面馬氏體層厚度對(duì)螺紋鋼筋性能的影響［J］.鋼鐵研究，2006，34（3）：25-27.

［4］付紅衛(wèi).熱軋帶肋鋼筋軋后快速冷卻強(qiáng)化效果研究［J］.軋鋼，2013，30（5）：60-63.

TG335.6+4

B

1004-4620（2014）04-0072-02

2014-05-21

高紅艷，女，1981年生，2004年畢業(yè)于山東建筑大學(xué)材料成型專(zhuān)業(yè)。現(xiàn)為濟(jì)鋼第一小型軋鋼廠工程師，從事軋鋼工藝技術(shù)工作。