控冷軋制對HRB400E熱軋帶肋鋼筋性能的影響

李江源/新疆八一鋼鐵股份軋鋼廠棒線分廠

控冷軋制對HRB400E熱軋帶肋鋼筋性能的影響

李江源/新疆八一鋼鐵股份軋鋼廠棒線分廠

生產鋼筋混凝土用HRB400E熱軋帶肋抗震鋼筋時,釩鐵和錳鐵合金用量占有較大比率對鋼材成本的影響很大。為尋求一種可以減少合金元素的替代方法,以降低成本,進行了控冷軋制工藝生產HRB400E熱軋帶肋抗震鋼筋性能試驗研究。結果表明采用控冷軋制工藝可以提高鋼筋的屈服強度70～100MPa,而且能夠改善產品表面質量。在產品質量性能滿足國家標準要求的情況下,試驗的HRB400E熱軋帶肋抗震鋼筋噸鋼降低合金成本60元左右。

控冷軋制 ；熱軋帶肋抗震鋼筋 ；力學性能

熱軋帶肋鋼筋是主要的建筑用鋼材，在國內外鋼材市場中均占有重要的比率。然而，以往為滿足每一特定的材料力學性能要求，都要加入一些特殊的合金元素，靠化學方法來滿足最終力學性能的要求，這不僅使方坯生產過程復雜化，而且還會因添加合金使得碳當量增加，從而影響到材料的焊接性能。最近幾年， 鋼筋混凝土用HRB400E熱軋帶肋鋼筋的生產成本有所提高，很多鋼鐵企業努力嘗試1種可以減少、甚至不加微合金元素的穿水冷卻工藝生產低成本高強度鋼筋。為此，我們進行了HRB400E穿水冷卻工藝研究，結果表明，采用穿水冷卻工藝，不僅可以提高鋼筋的力學性能，降低生產成本，而且能夠改善產品表面質量 ,消除氧化氣泡 ,同時能夠減少彎頭 ,提高定尺率 ,具有很大的推廣應用價值。

1 工藝特點

1. 1 工藝流程

鑄坯 → 熱送熱裝 → 加熱爐加熱 → 粗軋 →飛剪 (切頭尾 、事故碎斷)→中軋 → 飛剪 (切頭尾 、事故碎斷) →精軋 →穿水線→ 飛剪切倍尺 → 冷床 → 取樣 → 冷剪切定尺 →收集、打捆 → 稱重。

1. 2 穿水冷卻的工藝技術

控冷裝置安裝在精軋機組之后,利用軋件在精軋快速變形后,立即進行快速冷卻,通過形變誘導相變,控制鋼筋高溫狀態下的晶粒長大,進而獲得細小鐵素體晶粒,通過細晶強化,全面提高鋼筋的綜合機械性能。該控冷設備分3種規格:Φ12mm螺紋鋼采用四線切分、Φ14mm和Φ16mm螺紋鋼為三線切分、Φ18mm 和Φ20mm 螺紋鋼為兩線切分。

該控冷穿水裝置可以通過對水量、水壓的調整,實現對穿水后溫度的控制,以使鋼筋得到良好的機械性能。鋼材不需要控冷時使用旁通輸出輥道直接輸出到冷床上。

2 試驗控制

2 . 1 化學成分控制

常規工藝生產的HRB400E抗震鋼筋化學成分應符合表 1 要求, 同時鋼中 w ( V ) 一般控制在0.03％～0.05％。穿水冷卻工藝試驗HRB400E抗震鋼筋化學成分控制在表 2 范圍內。

表1 國標 GB 1499. 2 - 2007 及常規軋制工藝生產 HRB400E 鋼筋化學成分( wB ) ％

表2 穿水工藝生產試驗 HRB400E鋼筋化學成分( wB ) ％

2 . 2 控冷參數控制

合理控制加熱溫度,同時為實現最佳的溫度控制效果,試驗中水量、水壓、啟動泵數、冷卻線序號以及冷卻器開啟段數的設定均以滿足鋼筋的回火溫度為前提。具體的控制情況見表3。

表3 試驗 HRB400E抗震鋼筋控冷工藝參數

實際控制時,因外界環境溫度、鋼坯溫度及軋件尺寸的變化,可以根據軋制時的實際情況調節冷卻器的開啟數量和水壓。

3 結果分析

3 . 1 力學性能

通過對各規格和多批次進行試驗,在HRB400E成分體系不變的情況下,穿水冷卻可以提高屈服強度70～100MPa。HRB400E控冷鋼筋的成分體系主要體現為w (V)的降低,這樣在降低成本的同時,鋼筋的性能更加均勻穩定,各個性能指標(屈服、抗拉和伸長率)均可以滿足國家標準,且有一定的富余量。穿水控冷對不同規格的影響有所不同,對小規格而言,性能值分布均勻穩定；對大規格而言,屈服強度相對于未穿水的鋼筋有所提高。分別以Φ14 mm和Φ20 mm為例,試驗了近200爐控冷和非控冷螺紋鋼筋 HRB400E的力學性能(屈服強度)波動情況,其具體的性能波動情況見圖1和圖2。其中Φ14mm螺紋鋼筋未采用軋后穿水工藝的屈服強度最小 420MPa、最580MPa、平均475 MPa ,采用軋后穿水工藝的屈服強度最小460MPa 、最大545MPa、平均510MPa;Φ20mm螺紋鋼筋未采用軋后穿水工藝的屈服強度最小400MPa、最大505MPa、平均445MPa ,采用軋后穿水工藝的屈服強度最小420MPa、最大520MPa、平均485MPa 。

圖1 HRB400 小規格(Φ14 mm) 的性能分布

圖2 HRB400 大規格(Φ20 mm) 的性能分布

3. 2 金相組織

HRB400E正常熱軋后組織為F+P,穿水控冷工藝不同于軋后余熱處理,經過合理的冷卻控制工藝,得到的邊部淬火層組織為F加回火S,1/2半徑處為F+P,晶粒度 9.5～11級,較未控冷鋼筋提高了1～2個晶粒度。圖3是規格為Φ16 mm的HRB400E抗震鋼筋的顯微組織照片 。

圖3 Φ16 mm 的 HRB400E抗震鋼筋顯微組織照片

3. 3 表面質量

在高溫狀態下,鋼筋表面會形成氧化膜,溫度越高,氧化膜的厚度越大。終軋溫度越高,表面氧化就越嚴重。降低終精軋溫度,提高鋼材冷卻強度 ,可以解決螺紋鋼表面的起泡問題。實施穿水冷卻前,由于終軋溫度較高,鋼筋表面二次氧化嚴重,表面氣泡較為突出,嚴重影響產品外觀質量的提高。實施穿水冷卻工藝后,增加了冷卻強度,使得鋼筋上冷床溫度大大降低,從而減少二次氧化的發生,減少了氧化氣泡的產生,使得鋼材表面質量得到明顯改善。采用穿水冷卻工藝生產高強度螺紋鋼,降低了鋼材上冷床的溫度,能夠消除鋼筋表面二次氧化產生的氣泡,改善了鋼筋的表面質量,同時鋼筋的彎頭現象得到有效控制,提高了定尺率。

3. 4 經濟效益分析

當產品質量性能滿足國家標準要求時,測算生產成本對企業來說顯得尤為重要。具體來說,采用穿水冷卻工藝試驗的RB400E抗震鋼筋平均減少合金元素w (V)約0.025％ ,按目前較低的合金價格估算,噸鋼降低合金成本60元左右。

4 結 語

1) 試驗數據表明,采用軋后穿水冷卻工藝生產的RB400E抗震鋼筋,在不加合金添加劑或大幅度減少加入的情況下,材料力學性能和產品質量完全滿足國家標準要求。

2) 若采用穿水冷卻工藝,噸鋼成本可降低60元左右,效益可觀。

3) 實施穿水冷卻工藝后,不但可以細化晶粒,改善組織,提高鋼筋的機械性能,而且能夠減少甚至消除鋼筋表面的氧化氣泡,提升產品表面質量,同時減少鋼筋彎頭,提高定尺率。

4) 穿水工藝易形成表面銹蝕,隨著此工藝的成熟,應進一步研究銹蝕問題。