天鐵棒線廠20MnSi軋制HRB400生產(chǎn)實(shí)踐

楊文軍

（天津天鐵冶金集團(tuán)棒線廠，河北涉縣 056404）

1 引言

近兩年，由于鋼鐵產(chǎn)能嚴(yán)重過(guò)剩，建材市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)尤為激烈，主要體現(xiàn)在各生產(chǎn)廠家技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)、產(chǎn)品升級(jí)的競(jìng)爭(zhēng)與生產(chǎn)成本的競(jìng)爭(zhēng)。隨著高強(qiáng)帶肋鋼筋的發(fā)展，諸多生產(chǎn)廠家已經(jīng)成功地使用20MnSi（HRB335）升級(jí)軋制，性能達(dá)到了400 MPa新Ⅲ級(jí)鋼筋的要求，這比傳統(tǒng)的添加Nb、V、Ti 等微量元素，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度增加的方式節(jié)約了合金成本。

天鐵棒線廠投產(chǎn)之初通過(guò)微合金化實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度的提升，軋制HRB400 所使用的鋼種為20MnSiNb或20MnSiV。為了進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，增加市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，對(duì)20MnSi（HRB335）生產(chǎn)HRB400 進(jìn)行了研發(fā)，通過(guò)對(duì)其成分的有效控制，對(duì)軋制溫度、風(fēng)冷輥道速度等工藝參數(shù)的調(diào)整優(yōu)化，既保證了生產(chǎn)的順行，又提高了產(chǎn)品的力學(xué)性能。本文就20MnSi（HRB335）軋制HRB400 的成分的確定、軋制工藝參數(shù)優(yōu)化等方面進(jìn)行了分析和介紹，成功實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的升級(jí)軋制，降低了合金成本。

2 化學(xué)成分的確定

碳：鋼的強(qiáng)度隨著碳含量的增加而提高，但塑性、韌性、疲勞強(qiáng)度等隨之下降。因此，為了保證碳當(dāng)量，C 含量要合理控制，一般控制在0.19～0.25 之間。

硅：硅在鋼中不形成碳化物，以固溶體的形式存在于奧氏體或鐵素體中，它的主要作用：固溶強(qiáng)化；促進(jìn)鐵素體的粗化；促進(jìn)柱狀晶發(fā)展；冷作硬化傾向；降低焊接性。硅在鋼中會(huì)降低鋼的塑性、韌性，可將其限制在保證脫氧需要的范圍即可，一般在0.40～0.65 即可。

錳：錳在鋼中的作用是提高鋼的強(qiáng)度，改善鋼的加工性能，并不同程度地降低鋼的塑性。錳與碳的結(jié)合力略強(qiáng)于鐵，能夠進(jìn)入固溶體，起固溶強(qiáng)化作用。與硅的作用相似，在高溫下錳會(huì)促進(jìn)晶粒的粗化，同時(shí)抑制鐵素體形成而促進(jìn)中溫轉(zhuǎn)變，由此，Mn 成分按中上限控制。

磷、硫：一般說(shuō)來(lái)，磷、硫是有害的雜質(zhì)元素，在成分設(shè)計(jì)中要盡量減少。

由以上分析，天鐵棒線廠確定了使用20MnSi軋制400 MPa 級(jí)螺紋鋼筋線材成分，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)軋制的實(shí)際情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后，發(fā)現(xiàn)碳當(dāng)量在0.40～0.43%時(shí)，軋制后性能低于內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致產(chǎn)生不合格產(chǎn)品，由此確定了碳當(dāng)量在0.43-0.52%之間，化學(xué)成本見(jiàn)表1。

表1 天鐵棒線廠400MPa熱軋帶肋鋼筋化學(xué)成分 /%

根據(jù)成分設(shè)計(jì)與其他高線廠家的考察，結(jié)合GB 1499.2—2007《鋼筋混凝土用鋼第2 部分：熱軋帶肋鋼筋》，天鐵棒線廠制定了HRB400 內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表2。

表2 天鐵棒線廠HRB400產(chǎn)品內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)

3 生產(chǎn)工藝優(yōu)化

天鐵棒線廠軋線主體設(shè)備為國(guó)產(chǎn)摩根系列，最高速度為90 m/s，設(shè)計(jì)年產(chǎn)量為60 萬(wàn)t，坯料為150 mm×150 mm×12 000 mm 連鑄坯，產(chǎn)品為Φ6.0～Φ16.0 mm 帶肋鋼筋及碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼等線材產(chǎn)品。

工藝流程是：上料臺(tái)架→加熱爐加熱→粗軋機(jī)組→1 號(hào)飛剪→中軋機(jī)組→2 號(hào)飛剪→預(yù)精軋機(jī)組→水冷線→3 號(hào)飛剪→精軋機(jī)組→水冷線→夾送輥→吐絲機(jī)→斯太爾摩線運(yùn)輸→集卷→運(yùn)卷小車→P&F 線→取樣、切頭尾→打包機(jī)→稱重、掛牌→卸卷→入庫(kù)發(fā)貨。

20MnSi 化學(xué)成分優(yōu)化后，我們制定了切實(shí)可行的試軋方案，對(duì)加熱溫度、精軋溫度、吐絲溫度、風(fēng)冷線溫度等進(jìn)行了分析和確定。

3.1 加熱工藝

20MnSi 鋼種要避免高溫快速加熱，保溫時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)。尤其是在冷、熱坯交替入爐后，容易造成冷坯受熱速度加快，熱坯受熱時(shí)間增長(zhǎng)，使奧氏體晶粒變得粗大，軋制后性能偏低而造成改判。為保證軋后鋼筋沿長(zhǎng)度方向的性能均勻性，鋼坯要均勻加熱；為了達(dá)到性能升級(jí)，應(yīng)實(shí)現(xiàn)低溫軋制，這樣既能保證產(chǎn)品的質(zhì)量，又能防止坯料表面脫碳，節(jié)約燃料，降低鋼材的生產(chǎn)成本。綜合以上因素，確定鋼坯在加熱一段溫度在700℃，加熱二段溫度控制在850～900℃，均熱段溫度控制在1 000～1 030℃。

3.2 精軋前水冷

為了更好地發(fā)揮軋件在精軋機(jī)組內(nèi)控制軋制的作用，要嚴(yán)格控制精軋溫度的溫度。在精軋機(jī)組前，進(jìn)行兩段水冷。通過(guò)控制水閥開(kāi)啟角度和水箱內(nèi)水冷噴嘴開(kāi)啟數(shù)量，軋件經(jīng)過(guò)此段水冷溫降達(dá)到80～120℃，經(jīng)過(guò)恢復(fù)段，使軋件的芯部熱量傳導(dǎo)至軋件表面，使得軋件溫度均勻，溫差控制在±30℃，不影響下一道次的軋制。天鐵棒線廠的水冷參數(shù)為：精軋前水箱長(zhǎng)度2 段均為6.176 m，恢復(fù)段長(zhǎng)度6.649 m 和13.445 m，正向水冷噴嘴水壓0.45 MPa，反向水冷噴嘴水壓0.6 MPa。

3.3 精軋后水冷

精軋終了溫度一般在1 000～1 250℃，此時(shí)發(fā)生奧氏體再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大，由此精軋后設(shè)置四段水冷裝置，其目的是控制軋后晶粒度，為相變做組織上的準(zhǔn)備，減少生成二次氧化鐵皮。在此階段嚴(yán)格控制水冷閥開(kāi)啟度和水冷噴嘴的開(kāi)啟數(shù)量。為了使線材的通條溫度均勻，每段水箱后都安裝有恢復(fù)段，以便使線材表面實(shí)現(xiàn)回復(fù)升溫。天鐵棒線廠精軋機(jī)后水冷參數(shù)為：水冷箱長(zhǎng)度四段均為6.176 m,恢復(fù)段長(zhǎng)度為5.17、24.12、5.17、5.17 m；水箱最大溫降300℃。正向水冷噴嘴水壓0.45 MPa，反向水冷噴嘴水壓0.6 MPa。

3.4 吐絲溫度

吐絲溫度是控制線材相變開(kāi)始溫度的關(guān)鍵參數(shù)，它影響到產(chǎn)品的最終使用要求。對(duì)于HRB400來(lái)說(shuō)，要求有高的強(qiáng)度和好的延伸性能。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)踐，吐絲溫度越高，強(qiáng)度有降低的趨勢(shì)，在試生產(chǎn)過(guò)程中，試驗(yàn)了吐絲溫度由880～1 030℃的性能變化過(guò)程。吐絲溫度在880～900℃時(shí)，要求精軋前、后的水冷噴嘴水量、開(kāi)啟數(shù)量都在最大，容易造成水冷線堆鋼，降低成材率；而吐絲溫度在900～980℃時(shí)，生產(chǎn)順產(chǎn)，性能優(yōu)良；吐絲溫度在980～1 030℃，明顯發(fā)現(xiàn)性能在逐漸下降；當(dāng)超過(guò)1 000℃以后，極易造成性能不和而改判HRB335 的現(xiàn)象。由此天鐵棒線廠確定的吐絲溫度為900～960℃。

3.5 風(fēng)冷線溫度控制

風(fēng)冷線溫度控制的目的是實(shí)現(xiàn)奧氏體相變溫度控制，從而得到滿足用戶的要求的線材性能。軋制HRB400 線材時(shí)，采用的是標(biāo)準(zhǔn)型冷卻工藝，為了增加相變前奧氏體的過(guò)冷度，前面的風(fēng)機(jī)風(fēng)量要足夠大；一般來(lái)說(shuō)，為了保證冷卻速度，在終軋速度一定的前提下，輥道速度越快，開(kāi)啟的風(fēng)機(jī)數(shù)量也越多；根據(jù)設(shè)備條件，精軋機(jī)出口速度為68 m/s，風(fēng)冷輥道由首段至末段速度設(shè)定為0.52～0.72 m/s；風(fēng)機(jī)1#～4#打開(kāi)，開(kāi)口度均為100%、100%、100%、80%，輥道速度為0.52～0.72 m/s，集卷溫度為350～380℃。

通過(guò)以上的工藝控制，可以看出，天鐵棒線廠采用的工藝思路為：較低低溫軋制+較低低溫吐絲，其主要工藝參數(shù)見(jiàn)表3。

4 生產(chǎn)狀況

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)5 個(gè)批次軋制跟蹤，入爐鋼坯均為冷料，跟蹤現(xiàn)場(chǎng)的加熱溫度控制，其中加熱一段為703℃，加熱二段溫度為900℃，均熱段為1 024℃，測(cè)量出爐鋼坯溫度為1 018℃；通過(guò)精軋前水冷后，進(jìn)精軋溫度為890℃；經(jīng)過(guò)精軋后四段水冷，吐絲溫度為920℃；軋件通過(guò)風(fēng)冷輥道后集卷溫度為350℃，精軋出口速度為68 m/s。通過(guò)此種工藝控制，采用控制軋制和控制冷卻工藝，試樣測(cè)得的力學(xué)性能及化學(xué)成分對(duì)應(yīng)見(jiàn)表4。

表3 天鐵棒線廠400MPa熱軋帶肋鋼筋軋制參數(shù)表

表4 產(chǎn)品力學(xué)性能及化學(xué)成分對(duì)應(yīng)表

從產(chǎn)品性能跟蹤看，在該工藝制度下進(jìn)行軋制后，產(chǎn)品的性能均超出GB1499.2—2007 中的要求，對(duì)其進(jìn)行金相分析后，金相組織見(jiàn)圖1，其金相組織主要是鐵素體+珠光體，無(wú)其他異常組織，晶粒度9～11 級(jí)。

圖1 抽檢產(chǎn)品金相組織圖

5 結(jié)論

天鐵棒線廠20MnSi 軋制HRB400 生產(chǎn)實(shí)踐，在不增加任何合金的前提下，采用控制軋制和控制冷卻后，降低了生產(chǎn)成本。軋制后產(chǎn)品金相組織組織較為理想，性能能夠滿足用戶要求，可以進(jìn)行大批量、正常穩(wěn)定的生產(chǎn)，具有生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品性能好等優(yōu)點(diǎn)，為增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力奠定了基礎(chǔ)。今后仍需在進(jìn)一步挖掘工藝與設(shè)備的潛力，不斷優(yōu)化溫度、速度制度工藝，使控制軋制與控制冷卻有機(jī)的結(jié)合，提高產(chǎn)品的質(zhì)量等級(jí)。

[1]徐章寶.穩(wěn)定熱軋帶肋鋼筋性能的幾項(xiàng)措施[C]//螺紋鋼筋技術(shù)論文集.成都：華西冶金論壇，2004：47.

[2]《軋鋼新技術(shù)3000 問(wèn)》編輯委員會(huì).軋鋼新技術(shù)3000 問(wèn)[M].北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2005.