控軋控冷工藝在螺紋鋼盤條降錳中的應用

孫圣剛

摘 要：隨著社會經濟的快速發展，我國的城鎮化建設和工業化建設進程不斷加快，在各個行業和領域中對鋼筋材料的使用量和需求量都大大增加，而在鋼結構中對錳元素的需求較大，因此就會導致錳資源較為匱乏和不足，國家政府以及相應單位企業都逐漸開始重視鋼結構降錳工作。目前在螺紋鋼盤條降錳過程中，逐漸開始應用控軋控冷工藝，該作為一種全新的工藝，還不是十分的成熟，仍然需要通過研究和分析來進一步的改進和優化。本文主要是從控軋控冷工藝概述、螺紋鋼盤條生產工藝流程、在螺紋鋼盤條降錳中對控軋控冷工藝的應用以及工藝改進4個方面詳細的分析了控軋控冷工藝，這對改進和優化控軋控冷工藝具有一定的參考意義和作用。

關鍵詞：螺紋鋼盤條；控軋控冷；工藝改進；工藝流程；降錳

螺紋鋼盤條屬于一種熱軋帶鋼筋，是通過高速線材軋機批量生產出來的，盤條是其主要的交貨狀態，一般規格比較小。對于螺紋鋼盤條來說，其強度比較大，與光圓鋼筋相比較來說，其握緊力比較好，因此在各個行業和領域中都得到廣泛應用，具有比較大的市場需求量。但是目前生產螺紋鋼盤條的成本比較高，企業難以獲得良好的經濟效益和社會效益，因此就必須加強對工藝的改進和優化，降低其中的錳含量。為了更好的保證螺紋鋼盤條的韌性和強度，就必須加強度控軋控冷工藝的應用，這樣在滿足標準要求的同時，能夠最大限度的減少成本投入。

1 控軋控冷工藝概述

控軋控冷工藝屬于一種板材生產技術，其技術核心主要就是在板材軋制的過程中，通過對冷卻條件、軋制過程中、加熱溫度等工藝參數進行合理控制，進而改變板材的焊接、韌性以及強度性能。隨著科學技術的快速發展，控軋控冷工藝已經逐漸鞏固和完善，并在海洋結構型材、管線以及用鋼等領域中逐步得到應用。控軋控冷可以簡單的理解為控制軋制和冷卻過程，在Ti、V、Nb等復合低碳微合金鋼中得到良好的應用。控制軋制的基礎是對鋼材的化學成分進行調節，進而控制變形制度、軋制溫度、加熱溫度等工藝參數，對相變產物組織形式和奧氏體狀態進行合理控制，進而有效的提升鋼材組織性能；控制冷卻指的是對鋼材軋制后的冷卻條件進行控制，通過控制相變條件、奧氏體組織狀態以及碳化物析出行為，來改變其性能。通過對控軋控冷工藝的使用，能夠顯著的提高鋼材的綜合性能和強韌性，并降低其中的碳元素含量和合金元素含量，通過對貴重合金元素的節約，生產鋼材的成本大大降低。相較于普通生產工藝來說，在應用控軋控冷工藝之后，鋼板的屈服強度和抗拉強度大約能提升60Mpa左右，在板形保持、冷卻均勻性、合金元素節省、碳元素含量降低等多個方面都具有明顯優勢。

2 生產螺紋鋼盤條的工藝流程

螺紋鋼盤條的生產工藝流程為：第一步熱裝和冷裝連鑄鋼坯，第二步是在加熱爐中進行加熱，第三步是出鋼機出爐，第四步是通過出爐輥道進行運輸，第五步是6架粗軋機組，第六步是切頭、事故碎斷1﹟剪，第七步是4架預精軋機組，第八步是預水冷箱，第九步是切頭、事故碎斷2﹟飛剪，第十步是10架精軋機組，第十一步是3組水冷箱及均溫段，第十二步是夾送輥，第十二步是吐絲機，第十三步是延遲型斯太爾摩運輸線，第十四步是集卷站集卷，第十五步是P/F鉤式懸掛運輸機，第十六步是打包，第十七步是稱重，第十八步是掛標簽，最后是入成[1]。

3 在螺紋鋼盤條降錳中對控軋控冷工藝的應用

3.1 常規軋制

在相關制作規范中要求，螺紋鋼盤條的抗拉強度需要≥540Mpa，屈服強度需要≥400Mpa，根據實驗步驟的不同可以生產出成分不同的兩批方坯，主要是坯料中錳成分含量不同。通過常規軋制可以得出，高猛成分螺紋鋼盤條的強度平均是438 Mpa，平均錳含量為1.32%；低錳成分螺紋鋼盤條的強度平均是423Mpa，平均錳含量為1.06%[2]。

3.2 軋后控冷工藝軋制

軋后控冷工藝指的是對鋼材軋后的余熱進行利用，給予相應的冷卻速度，對其相變過程進行合理控制，其中不需要對其進行熱處理，在其冷卻過程進行控制的目的是為了模擬出鉛浴淬火過程，進而保證線材能夠具有一定的索氏體組織，該組織的綜合機械性能比較好。

對于線材軋后冷卻控制來說，可以將其分為空冷段相變冷卻和水冷段強制冷卻兩個階段。空冷區和水冷區兩個部分共同構成控制冷卻工藝，經過水冷控制線材達到相應溫度之后，就能夠進行吐絲，在風冷線上直條線材呈散圈狀分布，實現風冷處理[3]。在本次研究過程中，在常規工藝軋制之后，小批量的低錳成分螺紋鋼盤條通過控軋控冷工藝進行試制，通過傳統高猛螺紋鋼盤條比較可以得出以下幾個結論：

（1）控制加熱溫度

加熱爐中的加熱時間和加熱溫度，會在很大程度上對鋼坯的性能的組織產生直接影響。雖然終軋溫度對鋼坯組織性能所產生的影響比較大，但是加熱溫度的不同會對冷卻過程中線材的組織機理轉變形成影響。一般來說，根據螺紋鋼盤條性質的獨特性，其加熱溫度需要控制在（1100±50）℃的范圍內，并將開軋溫度控制在970℃左右。

（2）控制軋制溫度

在螺紋鋼盤條塑性變形過程中，精軋是最后一個環節，而對于精軋環節來說，實質上也是奧氏體形成再結晶的重要階段，而且軋制的溫度會直接影響到奧氏體再結晶形核的具體個數，隨著軋制溫度的升高，再結晶形核的個數就會逐漸減少，但是如果想實現螺紋鋼盤條最終珠光體或組織索氏體出現細化，提高其強度和韌性的話，其再結晶形核的個數則是越多越好，這也就表示應該降低軋制溫度。因此，在滿足工藝條件的基礎上，應該盡可能的降低入精軋的溫度，一般可以將其控制在830℃左右。

3.3 控軋控冷系統

在精軋之前，需要1組預水冷水箱，長度和恢復段長度分別為8m、12m，水箱的降溫能力為100℃。在精軋之后，需要3組控冷水箱，每組長度和恢復段長度都是8m，水箱的降溫能力為100℃。另外還需要佳靈、風門、保溫罩、大風量風機（10臺）、斯太爾摩控制冷卻線等裝置。

3.4 控制吐絲溫度

控制吐絲溫度是開始相變溫度控制的重要方面。冷卻段數量的多少會對吐絲溫度的大小產生直接影響，并對奧氏體晶粒的具體尺寸產生間接影響。當軋件在經過精軋處理之后，奧氏體就會逐漸轉變為其他相，但是在轉變之前，奧氏體還存在著晶粒長大、再結晶、恢復等過程，而在這一過程中會受到時間、溫度等多種因素的影響，這也就是所謂的吐絲溫度控制。在一般情況下，時間越長、溫度越高，所形成的奧氏體晶粒也會之間增大。這也就表示，螺紋鋼盤條在出現相變之前，吐絲溫度會影響著奧氏體晶粒的尺寸大小。在相關調查研究結果中顯示，隨著逐漸增加的吐絲溫度，盤條的強度指標會增加；隨著逐漸降低的吐絲溫度，盤條的塑性指標會增加，最佳的吐絲溫度在810℃-850℃范圍內。

3.5 控制冷卻速度

對冷卻速度進行控制，實質上就是控制輥道和冷卻風機的速度，其中輥道速度會在很大程度上受到軋件速度、直徑、線還間距等因素的影響，其中最關鍵的是需要對線還間距進行有效控制，而盤條直徑與線還間距密切相關，這也就表示最終的冷卻效果實質上是由線還間距距離決定的。在生產實踐中可以得出，當輥道冷卻速度使不同盤條環距離>40mm的話，在快速冷卻時候的速度就是獲得細珠光體的最佳速度；當其距離為40mm的時候，兩者之間熱量的影響能夠達到最小化，進而風機的風量會決定著冷卻速度。由此可以得出，標準型冷卻工藝參數的最佳間距值為40mm，這也就是控制輥道速度的界限值。除此之外，逐漸增加的輥道速度，并錯開盤條搭接點，將熱點影響消除，進而使同圈強度均勻性提高。以免在冷卻速度比較低的話，析出Fe3C，這樣就會限制拉拔。

4 工藝改進

根據目前使用的機械軋制設備和工藝，為了提高冷卻工藝和控制軋制溫度，還需要采取相應的措施做出進一步的改進和優化，這可以通過以下一個方面來實現：一是適當的增加風機風量；二是用水冷導槽代替盤圓出口空過導槽；三是在精軋奇架中加入冷卻水路，將其末端壓力控制在1.0MPa，這樣一來軋制溫度和吐絲溫度都會有所降低；四是及時的更換水冷箱，保證其冷卻性能的良好；五是將冷卻水管加入中軋出口，保證鋼表面的前后溫度差為20℃。

5 結語

通過對控軋控冷工藝的應用，能夠促進其組織細化和晶粒細化，進而增加螺紋鋼盤條的韌性和強度，保證其抗拉強度和屈服強度較高。通過實際應用可以得出，在螺紋鋼盤條降錳中應用控軋控冷工藝，效果顯著，其屈服度和強度的比例能夠很好的滿足抗震鋼筋的需求，有效的減少了資源消耗，且合金使用成本也明顯降低，進而企業的經濟效益得到明顯增加。另外，下游用戶的成本也有所減少，在實現自身可持續發展的同時，發揮出良好的經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1]鄭團星，郭繼亮，邱雄文，等.螺紋盤條生產技術的開發與應用[J].鋼鐵研究，2013，（3）：50-52.

[2]蔣波，張朝磊，劉雅政，等.控軋控冷工藝參數對冷鐓鋼10B21組織影響的熱模擬研究[J].特殊鋼，2014，（1）：49-52.

[3]段琳娜，陳宇，劉清友，等.控軋控冷工藝對高強度X100管線鋼組織的影響[J].材料研究學報，2014，（1）：51-58.

（作者單位：山鋼股份萊蕪分公司棒材廠）