低成本細(xì)晶粒HRB400E盤螺鋼筋的研制

支旭波， 房金樂

（陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司， 陜西　漢中　724200）

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低成本細(xì)晶粒HRB400E盤螺鋼筋的研制

支旭波， 房金樂

（陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司， 陜西漢中724200）

通過研究鋼材控制軋制與控制冷卻理論，在漢鋼公司高線生產(chǎn)HR B400E盤螺鋼筋過程中應(yīng)用細(xì)晶粒軋制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)微合金低錳細(xì)晶粒HR B400E盤螺鋼筋的研制。該技術(shù)建立在微合金的基礎(chǔ)上，屬于國內(nèi)先進(jìn)技術(shù)。實(shí)際應(yīng)用該技術(shù)后，噸鋼合金消耗可降低20元/t以上，年創(chuàng)效近千萬元。

細(xì)晶?？剀埧乩涞统杀綡R B400E盤螺

陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司（以下簡稱漢鋼公司）生產(chǎn)的HRB400E熱軋帶肋盤螺鋼筋，主要規(guī)格為Φ8 mm、Φ10 mm。根據(jù)國標(biāo)GB 1499.2—2007規(guī)定，其化學(xué)成分為：w(C)不大于0.25%，w(Mn)不大于1.60%，碳當(dāng)量不大于0.54%。漢鋼公司從2012年元月投產(chǎn)至2015年3月，鋼中的w(C)控制在0.23%，w(Si)控制在0.45%，w(Mn)平均控制在1.18%，w(V)控制在0.019%。2015年4月漢鋼公司通過理論研究，利用高線細(xì)晶粒軋制技術(shù)，成功將高線生產(chǎn)的Φ8 mm、Φ10 mm盤螺的w(Si)降至0.38%、w(Mn)降至1.00%、w(V)降至0.015%，預(yù)計(jì)年效益近千萬。

1　細(xì)晶粒軋制技術(shù)原理

細(xì)晶粒軋制技術(shù)（又稱為控軋控冷技術(shù)）是指通過控制加熱溫度、軋制溫度、變形速度及軋后冷卻速度等工藝參數(shù)，細(xì)化鋼中奧氏體晶粒，控制鋼材冷卻過程中的組織相變、碳化物析出等方式，達(dá)到提高熱軋鋼材的強(qiáng)度、韌性等綜合性能的目的一種軋制方法。該技術(shù)自問世以來，主要應(yīng)用于板材軋制，近年來逐漸應(yīng)用于線材、優(yōu)特鋼的生產(chǎn)過程中[1]。

在熱軋過程中，根據(jù)變形溫度的不同，通常把工藝分為三個階段。一是奧氏體再結(jié)晶區(qū)控制軋制。在奧氏體再結(jié)晶溫度以上的范圍（≥950℃）內(nèi)進(jìn)行軋制，使再結(jié)晶與變形交替進(jìn)行，以細(xì)化奧氏體晶粒。二是奧氏體未再結(jié)晶區(qū)控制軋制。軋制溫度在950℃時奧氏體向先共析鐵素體轉(zhuǎn)變點(diǎn)為tAr3（HRB400鋼的tAr3大約為850℃），在此區(qū)間軋制時鋼不發(fā)生奧氏體再結(jié)晶現(xiàn)象，軋制過程中的塑性變形使奧氏體晶粒拉長，晶粒內(nèi)部出現(xiàn)許多變形帶、孿晶和位錯，形核點(diǎn)增加，晶界面積變大，促進(jìn)晶粒內(nèi)部和奧氏體晶界的形核率和形核速度，軋后可獲得細(xì)小均勻的塊狀鐵素體晶粒。三是奧氏體—鐵素體兩相區(qū)軋制，即低溫軋制。軋制溫度一般小于tAr3，軋制過程中伴隨著加工硬化和珠光體析出硬化，對提高鋼的強(qiáng)度、降低韌性-脆性轉(zhuǎn)變的溫度有一定作用[2]。

圖1　各種軋制程序的模式圖

圖2　細(xì)晶粒軋制組織變化模式圖

普通軋制：軋件采用傳統(tǒng)熱軋工藝，在再結(jié)晶區(qū)域完成所有軋制。軋制過程屬于奧氏體（-Fe）細(xì)化的過程。

控制軋制（CR）：軋件在兩相區(qū)（γ-α）軋制或在未再結(jié)晶區(qū)域軋制，軋制過程可細(xì)化鋼中鐵素體α，實(shí)現(xiàn)鋼材組織細(xì)化。

控軋控冷（CR+AcC）：軋件在兩相區(qū)（γ-α）軋制或在未再結(jié)晶區(qū)域軋制，軋制過程可細(xì)化鋼中鐵素體α，實(shí)現(xiàn)鋼材組織細(xì)化；另外，通過軋后快速冷卻，可提高鋼中鐵素體向珠光體的轉(zhuǎn)變量，增加鋼材強(qiáng)度。

漢鋼公司根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的裝備情況，主要采用兩相區(qū)軋制，軋后快速冷卻，實(shí)現(xiàn)相變強(qiáng)化。其主要控制以下幾個階段：加熱溫度控制、軋制溫度控制、吐絲溫度控制、風(fēng)冷速率控制。

加熱溫度的高低直接決定著軋制前鋼坯奧氏體晶粒尺寸的大小。加熱溫度越高，鋼材塑性越好，軋制過程變形抗力越低，鋼坯奧氏體晶粒越粗大；加熱溫度越低，鋼材塑性越差，變形抗力變大，鋼坯奧氏體晶粒越細(xì)小。根據(jù)細(xì)晶粒軋制工藝要求，在滿足軋機(jī)軋制能力的條件下，采用較低的開軋溫度，可確保鋼坯奧氏體晶粒細(xì)小。

控制軋制溫度主要控制鋼材在精軋階段的溫度。根據(jù)控制軋制理論將精軋階段鋼材溫度控制在兩相區(qū)（即tA3線以下、tA1線以上），鋼材晶粒度較細(xì)。軋制過程中需考慮鋼材的冷卻能力及軋機(jī)負(fù)荷。

吐絲溫度是鋼材風(fēng)冷開始溫度。控制吐絲溫度主要是為了控制軋后晶粒長大，降低先共析鐵素體的析出體量[3]?？刂骑L(fēng)冷速率主要是控制鐵素體向珠光體轉(zhuǎn)變的過程中鋼中珠光體的含量。

2　技術(shù)研制過程

細(xì)晶粒軋制技術(shù)在軋鋼單高線進(jìn)行試驗(yàn)，單高線主要裝備情況如下：軋線為一條60萬t的單高線；軋制機(jī)組采用全連軋布置，共30架軋機(jī)，其中粗軋機(jī)組規(guī)格為Φ610 mm×4+Φ480 mm×2、中軋機(jī)組規(guī)格為Φ480 mm×4+Φ380 mm×2、預(yù)精軋機(jī)組規(guī)格為Φ380 mm×4+Φ285 mm×2、精軋機(jī)組規(guī)格為Φ228 mm×5+Φ171 mm×3、減定徑機(jī)組規(guī)格為Φ228 mm×2+Φ156 mm×2，在精軋機(jī)組前后和減定徑機(jī)組后分別設(shè)有水冷段對軋件進(jìn)行控制冷卻；風(fēng)冷輥道采用裝有“佳靈”系統(tǒng)的斯太爾摩風(fēng)冷輥道，共14臺冷卻風(fēng)機(jī)。盤螺生產(chǎn)工藝路線為：加熱爐→粗軋機(jī)組→中軋機(jī)組→預(yù)精軋機(jī)組→精軋機(jī)組→減定徑機(jī)組→吐絲機(jī)→斯太爾摩風(fēng)冷輥道。

表1　8.0 mm和10.0 mm規(guī)格的HRB400E產(chǎn)品化學(xué)成分控制　%

根據(jù)控制軋制和控制冷卻技術(shù)原理，分別在2014年6月26日、8月27日、9月10日進(jìn)行了三次現(xiàn)場試驗(yàn)。試驗(yàn)1，按照未再結(jié)晶區(qū)軋制進(jìn)行參數(shù)設(shè)定；試驗(yàn)2，在試驗(yàn)1的基礎(chǔ)上進(jìn)減定徑后，按照兩相區(qū)軋制控制；試驗(yàn)3，按進(jìn)精軋、減定徑在兩相區(qū)進(jìn)行軋制，軋后迅速將軋件溫度降至tA1線附近。試驗(yàn)方案主要根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備能力進(jìn)行調(diào)整，具體軋制關(guān)鍵點(diǎn)工藝控制見表2。

表2　細(xì)晶粒軋制關(guān)鍵點(diǎn)工藝控制

試驗(yàn)過程：共軋制鋼坯300余支，每次試驗(yàn)約100余支。產(chǎn)品性能見下頁表3。

通過表3可以看出，試驗(yàn)3采用細(xì)晶粒軋制技術(shù)后，鋼材強(qiáng)度指標(biāo)明顯提升。

從表4可以看出：三次試驗(yàn)生產(chǎn)的鋼材晶粒度等級均比較高；主要組織為珠光體+鐵素體，無其他異常組織。

表3　產(chǎn)品力學(xué)性能統(tǒng)計(jì)

表4　HRB400E金相結(jié)果

通過試驗(yàn)1、2、3對比可以看出：軋件精軋、減定徑在兩相區(qū)軋制，軋后快速冷卻到tA1線附近時鋼材組織細(xì)小、強(qiáng)度指標(biāo)明顯提升。主要有三方面原因：采用兩相區(qū)軋制工藝進(jìn)精軋后，整體軋制溫度在780～850℃之間，軋制過程會產(chǎn)生加工硬化，且鐵素體（α-Fe）得到大幅細(xì)化；軋制過程不發(fā)生奧氏體再結(jié)晶現(xiàn)象，軋制過程中的塑性變形使奧氏體晶粒拉長，晶粒內(nèi)部出現(xiàn)許多變形帶、孿晶和位錯，形核點(diǎn)增加，晶界面積變大，促進(jìn)晶粒內(nèi)部和奧氏體晶界的形核率和形核速度，軋后可以獲得細(xì)小均勻的塊狀鐵素體晶粒；軋后軋件快速冷卻至730℃左右，可大大減少先共析鐵素體產(chǎn)生量，經(jīng)風(fēng)冷線冷卻后，鋼中組織轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的鐵素體+珠光體組織。

3　技術(shù)應(yīng)用效果

通過工藝研制，對高線成分進(jìn)行調(diào)整，可實(shí)現(xiàn)降低鋼坯合金成本的目的。技術(shù)應(yīng)用前后，盤螺所用鋼坯成分變化如表5所示。

表5　技術(shù)應(yīng)用前后成分變化　%

采用細(xì)晶粒軋制技術(shù)后，高線盤螺所用鋼坯合金成分出現(xiàn)大幅降低。噸鋼合金成本降低約20元，年創(chuàng)效約1000萬元以上。

4　結(jié)論

1）采用奧氏體—鐵素體兩相區(qū)軋制工藝。軋制過程中鐵素體細(xì)化，有利于鋼材組織細(xì)化，提升鋼材強(qiáng)度。

2）軋后軋件溫度快速冷卻至tA1線，降低了鋼中先共析鐵素體體量的增加（先共析鐵素體尺寸大、強(qiáng)度低），有利于提升鋼材強(qiáng)度。

3）加熱溫度的高低直接決定軋前鋼坯奧氏體晶粒尺寸大小。軋制細(xì)晶粒鋼時應(yīng)嚴(yán)格控制鋼坯的加熱、均熱溫度。

4）運(yùn)用細(xì)晶粒軋制技術(shù)后，鋼材合金成本大幅降低。

[1]陳文勇，賈元海，王曉飛，等.盤螺控溫控冷技術(shù)的研究[C]//全國軋鋼生產(chǎn)技術(shù)會議文集（下）.北京：中國金屬學(xué)會，2014：931-935.

[2]曹樹衛(wèi).高速線材生產(chǎn)中的控軋控冷[J].金屬制品，2005（5）：26-27.

[3]李曼云，孫本榮.鋼的控制軋制和控制冷卻技術(shù)手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1990：16-20.

（編輯：賀焱）

Low-cost Fine Grained HRB400E Dish of Screw Steel Development

ZHI Xubo，F(xiàn)ANG Jinle
（Hanzhong Iron and Steel Co.，Ltd.，Shaanxi Iron and Steel Group，Hanzhong Shaanxi 724200）

By studying the theory of controlled rolling and controlled cooling,fine grain rolling technology is applied in high speed wire rod production of HRB400E dish of screw steel in Hangang company,the microalloy low manganese fine grained HRB400E dish of screw steel development is realized.The technology is established on the basis of microalloy,and is the domestic advanced technology.After technology application,alloy consumption of per ton steel can reduce more than 20 yuan/t,and the benefit reaches to ten million yuan.

fine grain，controlled rolling and controlled cooling，inexpensive，HRB400 disc screw

TG335.6+4

A

1672-1152（2016）02-0014-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.02.05

2015-12-14

支旭波（1987—），男，在職碩士在讀，就職于陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司科技發(fā)展部，從事軋鋼工藝及新產(chǎn)品研發(fā)工作，助理工程師。