HRB500的熱模擬軋制實驗研究

胡友紅,伍從應,謝 祥,劉立德,李 燚,高長益

(首鋼水城鋼鐵(集團)有限責任公司,貴州六盤水 553028)

HRB500的熱模擬軋制實驗研究

胡友紅,伍從應,謝 祥,劉立德,李 燚,高長益

(首鋼水城鋼鐵(集團)有限責任公司,貴州六盤水 553028)

為了優化釩微合金化HRB500鋼筋的軋制工藝,采用水鋼生產的HRB500鋼作為實驗材料,用Gleeble-1500D熱模擬實驗機進行了熱模擬軋制實驗,并對實驗后的試樣進行了微觀組織分析,得到結果：HRB500鋼的微觀組織為鐵素體+珠光體;隨著變形溫度下降,室溫組織逐漸變細,組織更加均勻;在變形后,隨終冷溫度的下降,鋼材的組織幾乎不發生變化。

HRB500;鋼筋;熱模擬實驗;軋鋼

1 引言

HRB500鋼筋是GB 1499.2-2007國家標準中屈服強度級別為500 MPa的高強度鋼筋。為了降低生產成本,通常采用提高碳含量、降低硅錳含量、釩微合金化[1-4]、軋后穿水冷卻[5]的方法使鋼筋的性能滿足國家標準和用戶使用要求,同時對鋼中的C、Si、Mn、V元素進行窄成分控制,尤其是縮小C的波動范圍,使鋼材的性能穩定。水鋼采用了釩微合金化加控軋控冷的方法生產HRB500鋼筋,為了優化鋼筋的控軋、控冷工藝,在實驗室采用Gleeble-1500D熱模擬試驗機對HRB500釩微合金鋼筋的軋制工藝進行了熱模擬試驗,并對試驗后的試樣進行微觀組織分析,以便為工藝優化提供指導。

2 實驗材料

實驗材料是水鋼生產的φ25 mm HRB500釩微合金化帶肋螺紋鋼筋。熱模擬試樣為φ10 mm×12 mm的圓柱體。為了減少試樣端面與壓頭之間的摩擦,兩端均進行了機械拋光。

水鋼生產φ25 mm HRB500鋼筋的工藝是：高爐鐵水→100 t頂底復吹轉爐冶煉(單渣法高拉碳出鋼,終點鋼水C≥0.15%,出鋼溫度1650～1690℃)→擋渣出鋼→脫氧合金化(合金加入順序是硅錳鐵→增碳劑→硅鐵→硅鋁鈣鋇復合脫氧劑)→鋼包底吹氬氣(吹氬時間≥5.5 min,出吹氬站鋼水溫度1605～1565℃)→六機六流方坯連鑄(方坯斷面160 mm×160 mm,拉坯速度2.0～3.0 m/min,中間包鋼水溫度1515～1530℃,中間包液面高度700 mm,大包到中間包和中間包到結晶器都采用長套管輸送鋼流,整個澆注過程鋼流與空氣隔絕,鑄坯矯直溫度950～1050℃)→鑄坯精整→鑄坯加熱(按爐組坯,加熱爐溫度控制：加熱段(爐膛測溫)1100～1150℃、均熱段(爐膛測溫)1080～1130℃,出爐鋼坯表面溫度990～1030℃,開軋鋼坯表面溫度980～1020℃;鋼坯加熱均勻,鋼坯頭、中、尾溫差≤50℃,加熱過程中防止鋼坯出現過熱、過燒等現象,爐內為微還原性氣氛;若停軋時間在30 min以上立即降溫到900℃保溫→棒材軋制→水冷(軋后鋼筋進水冷溫度是900℃,出水冷溫度是650℃)→上冷床(鋼筋上冷床溫度675～700℃)→打捆→入庫。根據GB 1499.2-2007國家標準的規定,結合水鋼的具體工藝實踐,確定HRB500鋼的內控化學成分(熔煉分析)見表1,通過過程工藝參數的控制,使鋼筋的性能達到GB 1499.2-2007國家標準的要求。本試驗采用的鋼筋樣品的熔煉化學成分和力學性能見表2。

表1 HRB500鋼筋的內控成分(%)

表2 鋼筋試樣的熔煉化學成分和力學性能

從表2可知,HRB500鋼筋樣品中含有0.056%的釩。由于HRB500鋼筋中的微合金元素釩是以釩氮合金的形式加入,故鋼中的氮元素含量為0.0103%。

3 實驗方法

采用熱壓縮試驗法。試驗工藝為：

(1)先將試樣以10℃/s的加熱速度加熱到1100℃,保溫10 min,然后以2℃/s的冷卻速度分別降溫到1000℃、950℃、900℃以及850℃,在這四個溫度下5秒鐘壓縮變形35%,即壓縮至7.8 mm,然后空冷到室溫,通過該工藝試驗得出晶粒細化的最佳變形溫度;

(2)以10℃/s的加熱速度將圓柱體試樣加熱到1100℃,保溫10 min,以2℃/s的冷卻速度冷卻到試驗(1)得到的理想溫度(850℃)然后5秒鐘壓縮變形35%,形變后冷卻速度控制在5℃/s,分別將試樣冷卻到840℃、830℃、820℃和810℃,然后空冷至室溫,通過該工藝試驗研究熱變形后不同的終冷溫度對組織的影響。

4 實驗結果及分析

熱變形過程中Gleeble-1500D試驗機自動記錄變形應力—應變曲線見圖1所示,850℃、900℃、950℃以及1000℃下變形抗力分別為：175.8 MPa、108.9 MPa、97.6 MPa和85.4 MPa。

圖1 熱壓縮應力—應變曲線

對不同熱壓縮變形溫度變形后的試樣進行了金相組織觀察,圖2(a)～(d)所示為不同溫度下變形后空冷到室溫的組織。由圖2可知,材料在不同的變形溫度下得到的室溫組織均為鐵素體加珠光體,且其晶粒大小顯著不同。隨著變形溫度由1000℃降低到850℃,室溫組織明顯逐漸變細,組織更加均勻。所以選擇850℃作為理想的變形溫度,然后進行冷卻工藝試驗。

圖2 熱壓縮試驗后的金相組織

圖3(a)～(d)表示,在850℃最佳溫度下變形,不同終冷溫度對組織的影響,控制冷卻速度為5℃/ s,材料在終冷溫度由840℃降低到810℃其組織變化不明顯。

從以上試驗結果來看,鋼筋的組織隨著最終變形溫度的降低而細化,當熱壓縮溫度為850℃時,其晶粒度已達到11級,這對于提高鋼筋的力學性能是有利的。試驗所用的鋼筋樣品為HRB500釩微合金化鋼,當終軋溫度降低到850℃左右時,釩的碳氮化合物已析出,使鋼筋的變形抗力增加,同時細化了組織。但考慮到生產現場軋機的能力,所以對釩微合金化的鋼筋,終軋溫度控制在900℃左右。如采用V-Nb復合微合金化,終軋溫度還可以提高,因為Nb的第二相析出物的析出溫度更高。

圖3 不同終冷溫度的金相組織

5 結論

通過對0.25%C-0.59%Si-1.53%Mn-0.056% V的HRB500釩微合金化鋼的熱模擬試驗和室溫下的微觀組織分析,可知：

(1)鋼筋的室溫組織為鐵素體+珠光體;

(2)當壓下率為35%,隨著變形溫度從1000℃下降到850℃,室溫組織明顯逐漸變細,組織更加均勻,所以850℃是理想的變形溫度;

(3)在850℃最佳溫度變形后,終冷溫度由840℃降低到810℃,鋼材的組織變化不明顯。

[1] 李 璟,范銀平,田曉霞.HRB500高強帶肋鋼筋研發與實踐[J].河南冶金,2012,20(5)：19-20,35.

[2] 王學忠,劉佩明,穆國棟,等.HRB500鋼筋的研制與生產分析[J].山東冶金,2005,27(2)：20-22.

[3] 完衛國,郭 湛,吳科成,等.馬鋼熱軋帶肋鋼筋的生產與研究[J].江西冶金,2010,30(4)：4-7,31.

[4] 孟慶宇.西鋼HRB500鋼筋的工藝開發與實踐[J].黑龍江冶金,2012,32(1)：48-49.

[5] 趙文成,趙素華,魏煥君,等.HRB400鋼筋穿水工藝及其對組織和性能的影響[J].熱加工工藝,2009,38 (20)：143-145.

Study on Thermal Simulative Rolling Experiment of HRB500

HU Youhong,WU Congying,XIE Xiang,LIU Lide,LI Yi,GAO Changyi
(Shuicheng Iron and Steel(Group)Co.,Ltd.,Liupanshui 553028,Guizhou,China)

In order to optimize rolling process of vanadium micro-alloyed HRB500 steel bar,we use HRB500 steel produced in Shuigang as experimental material,do thermal simulative rolling experiment by Gleeble-1500D machine,analyze microstructure of sample after experiment and obtain results：the microstructure of HRB500 steel is ferrite and pearite;the microstructure at room temperature gradually becomes small and homogeneous as deformation temperature decreases;after the sample is deformed,the microstructure almost doesn’t change as final cooling temperature decreases.

HRB500,steel bar,thermal simulative experiment,steel rolling

TG335.6

A

1001-5108(2017)04-0014-03

胡友紅,工程師,主要從事煉鋼技術研究、棒線材產品開發。