細(xì)晶粒螺紋鋼筋生產(chǎn)的研究與應(yīng)用

王建均,彭方明,羅清明,李峨永,林世文,羅新生

(四川德勝集團(tuán)釩鈦有限公司,四川樂山 614900)

細(xì)晶粒螺紋鋼筋生產(chǎn)的研究與應(yīng)用

王建均,彭方明,羅清明,李峨永,林世文,羅新生

(四川德勝集團(tuán)釩鈦有限公司,四川樂山 614900)

四川德勝集團(tuán)釩鈦有限公司在現(xiàn)有軋鋼生產(chǎn)線上進(jìn)行了細(xì)晶粒螺紋鋼筋生產(chǎn)的研究與應(yīng)用,使螺紋鋼筋組織性能滿足了GB 1499.2-2007中“其金相組織主要是鐵素體加珠光體,不得有影響使用性能的其他組織”的規(guī)定,其螺紋鋼筋產(chǎn)品基圓上沒有閉合的回火馬氏體組織。生產(chǎn)工藝更加靈活,通控軋控冷工藝實(shí)現(xiàn)了微合金化生產(chǎn)細(xì)晶粒螺紋鋼筋,大大降低了生產(chǎn)成本。

細(xì)晶粒螺紋鋼筋;控軋控冷;微合金化

1 引言

四川德勝集團(tuán)釩鈦有限公司原來生產(chǎn)HRB400及HRB500主要采用精軋后穿水工藝,生產(chǎn)出的螺紋鋼筋金相組織基圓上有回火馬氏體組織。為了能夠提高產(chǎn)品競爭力,樹立企業(yè)品牌,四川德勝集團(tuán)釩鈦有限公司與山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司共同研發(fā)出細(xì)晶粒螺紋鋼筋的生產(chǎn)技術(shù)并成功應(yīng)用于軋鋼廠二軋車間,通過控軋控冷新技術(shù)實(shí)現(xiàn)微合金化生產(chǎn)螺紋鋼筋,以生產(chǎn)出符合GB 1499.2-2007的產(chǎn)品,同時(shí)達(dá)到降低生產(chǎn)成本的目的。

2 工藝原理

細(xì)晶粒螺紋鋼筋生產(chǎn)采用控軋控冷技術(shù),其技術(shù)核心在于使產(chǎn)品晶粒細(xì)化和強(qiáng)化。軋制工藝采取低溫開軋、粗中軋常規(guī)軋制、精軋溫度控制在未再結(jié)晶區(qū),充分利用形變誘導(dǎo)鐵素體相變和形變強(qiáng)化,提高鐵素體的形核率。在精軋后采用快速水冷以控制相變并抑制鐵素體的長大,從而獲得細(xì)小的鐵素體晶粒,使產(chǎn)品得到所期望的微觀組織和力學(xué)性能。

同時(shí),對(duì)控軋和控冷段分別采用多段水冷模式,并采用高壓力、小流量的方式,滿足不同規(guī)格、不同鋼種的生產(chǎn)需求。該項(xiàng)技術(shù)避免了采用軋后強(qiáng)穿水工藝導(dǎo)致軋件表面產(chǎn)生大量回火組織的問題,同時(shí)減少了微合金元素的使用,實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

3 實(shí)施方案及內(nèi)容

本次技術(shù)改造方案的兩個(gè)原則:一是盡量少占用生產(chǎn)時(shí)間,二是節(jié)省投資。盡可能最大限度地利用原有的機(jī)械和電氣設(shè)備,同時(shí)保證較高的裝備水平。所有新增設(shè)備均為國內(nèi)制造,生產(chǎn)的細(xì)晶粒螺紋鋼筋產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到GB 1499.2-2007要求。

3.1 工藝生產(chǎn)線布置(見圖1、圖2)

3.2 具體實(shí)施內(nèi)容

(1)增加兩架軋機(jī)13 H0/14V0

既保持原有的軋鋼生產(chǎn)工藝又滿足控軋控冷生產(chǎn)工藝要求,在現(xiàn)有12#軋機(jī)后增加兩架軋機(jī)13 H0/14V0,軋機(jī)型式分別與現(xiàn)有13H/14V精軋機(jī)型式相同,改造后生產(chǎn)線軋機(jī)工藝布置改為“6+8+6”模式。在實(shí)際生產(chǎn)過程中新增13H0/14V0軋機(jī)與現(xiàn)有13H/ 14V精軋機(jī)交替使用,即新增13H0/14V0工作時(shí)現(xiàn)有13H/14V精軋機(jī)不工作,現(xiàn)有13 H/14V精軋機(jī)工作時(shí)新增的13H0/14V0不工作。

在進(jìn)行控軋控冷工藝生產(chǎn)細(xì)晶粒螺紋鋼筋時(shí),只運(yùn)行新增的13H0/14V0,現(xiàn)有13 H/ 14V精軋機(jī)不工作。

(2)增加一套控軋裝置

控軋裝置主要作用是為了將進(jìn)入精軋機(jī)組的軋件溫度控制在未再結(jié)晶區(qū)溫度以下,同時(shí)經(jīng)過控軋裝置的軋件需要一定的溫度回升時(shí)間,確保進(jìn)入精軋機(jī)的軋件內(nèi)外溫差在一定范圍內(nèi)。

設(shè)備組成和功能?？剀堁b置冷卻器選用文氏管式,采用連續(xù)冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該裝置工作壓力1.8 MPa,設(shè)備長度約9.8m。

水冷段2組,控軋總成通過快換結(jié)構(gòu)的連接方式與固定底座相連,可以安裝空過導(dǎo)槽和穿水裝置兩種結(jié)構(gòu);冷卻器材質(zhì)選用耐熱耐磨不銹鋼。

橫移小車2組,用于穿水段橫移。橫移小車上設(shè)計(jì)2個(gè)通道,其中1個(gè)通道可以安裝穿水總成或空過導(dǎo)槽總成,另一個(gè)通道安裝旁通輥道,與底座之間均采取快換連接方式。

水系統(tǒng)由高壓金屬軟管、閥門和水管組成,供水系統(tǒng)裝有控制閥臺(tái),該閥臺(tái)裝備有:流量控制閥、電磁流量計(jì)、壓力傳感器、壓力計(jì)、蝶閥和一些操作上使用的輔助設(shè)施。

壓縮空氣系統(tǒng)。控軋裝置吹掃用氣系統(tǒng)采取直通方式,裝備有壓力傳感器及開關(guān)閥,以保證穿水冷吹掃用氣的正常壓力及迅速的開閉;儀表閥門供氣系統(tǒng)與總供氣系統(tǒng)設(shè)備相連,裝備有伺服閥、過濾器、壓力調(diào)節(jié)器、壓力計(jì)和一些確保系統(tǒng)正常運(yùn)行的輔助設(shè)施。

圖1 原有軋線工藝布置圖

圖2 實(shí)施后軋線工藝布置圖

圖3 控軋裝置結(jié)構(gòu)圖

(3)2#飛剪主電機(jī)改造

采用控軋控冷工藝后軋件進(jìn)入2#飛剪時(shí)速度明顯提高,因此2#飛剪主電機(jī)增大為365 k W。

(4)軋機(jī)主電機(jī)改造

17#軋機(jī)主電機(jī)利用原18#軋機(jī)主電機(jī),將1200 kW改為1300 kW;18#軋機(jī)主電機(jī)改為1800 kW。改造前后各軋機(jī)的電機(jī)參數(shù)見表1。

表1 電機(jī)參數(shù)

3.3 改造后生產(chǎn)工藝流程

(1)當(dāng)生產(chǎn)線采用控軋控冷工藝生產(chǎn)細(xì)晶粒螺紋鋼筋時(shí)采用如下工藝流程:

連鑄坯→輥道輸送→裝爐→加熱→出爐→6架粗軋軋制→1#飛剪切頭→8架中軋軋制→控軋裝置→2#飛剪切頭→4架精軋軋制→控冷裝置→3#飛剪倍尺分段→制動(dòng)裙板卸鋼→冷床冷卻→成組卸料→冷剪定尺剪切→移送檢查→收集打捆→稱重掛牌→入庫

(2)當(dāng)生產(chǎn)線采用常規(guī)工藝進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)采用如下工藝流程:

連鑄坯→輥道輸送→裝爐→加熱→出爐→6架粗軋軋制→1#飛剪切頭→6架中軋軋制→2#飛剪切頭→6架精軋軋制→控冷裝置→3#飛剪倍尺分段→制動(dòng)裙板卸鋼→冷床冷卻→成組卸料→冷剪定尺剪切→移送檢查→收集打捆→稱重掛牌→入庫

4 改造后產(chǎn)品的組織性能

四川德勝集團(tuán)鋼鐵有限公司軋鋼廠二軋車間軋線控軋控冷技術(shù)改造后,可以實(shí)現(xiàn)以下效果。

在控軋水箱和控冷水箱同時(shí)匹配使用的控軋控冷模式下,可以使用20MnSi材質(zhì)的連鑄坯(不添加或者少添加微合金)生產(chǎn)φ12 mm～φ32 mm規(guī)格的HRB400細(xì)晶粒螺紋鋼筋(國家提倡的技術(shù)發(fā)展方向),其基本性能如下:晶粒度達(dá)到10級(jí)以上,屈服強(qiáng)度達(dá)到440 MPa以上,強(qiáng)屈比達(dá)到1.25以上(達(dá)到抗震要求),強(qiáng)度在時(shí)效后無明顯降低;在鋼筋的橫肋與基圓夾角處有穿水層金相組織,厚度為0～500μm。

在控軋水箱和控冷水箱同時(shí)匹配使用的控軋控冷模式下,可以使用20MnSi材質(zhì)的連鑄坯(添加微量合金的情況下,如0.05%～0.08%的V)生產(chǎn)φ12 mm～φ32 mm規(guī)格的HRB500細(xì)晶粒螺紋鋼筋(國家提倡的技術(shù)發(fā)展方向),其基本性能如下:晶粒度達(dá)到10級(jí)以上,屈服強(qiáng)度達(dá)到540 MPa以上,強(qiáng)屈比達(dá)到1.25以上(達(dá)到抗震要求),強(qiáng)度在時(shí)效后無明顯降低;在鋼筋的橫肋與基圓夾角處有穿水層金相組織。

表2為通過控軋控冷工藝生產(chǎn)φ12 HRB400(三切分)鋼筋的主要成分和性能檢測。從表中可以看出,未添加成本較高的鈮和釩微合金元素,性能達(dá)到了HRB400的要求,且強(qiáng)屈比達(dá)到了抗震鋼筋的要求。

表2 主要化學(xué)成分和力學(xué)性能

圖4、圖5、圖6分別為控軋控冷條件下HRB400鋼筋心部、中間層及外層的晶粒度檢測結(jié)果及金相組織。從圖中可以看出,產(chǎn)品的晶粒度可達(dá)到10.0級(jí),微觀組織以鐵素體+珠光體為主。

圖4 心部微觀組織晶粒度10.0級(jí)平均直徑:0.006 44mm

圖5 中間層微觀組織晶粒度10.0級(jí)平均直徑:0.006 60mm

圖6 外層微觀組織晶粒度10.5級(jí)平均直徑:0.005 50mm

5 技術(shù)的優(yōu)越性

本次采用控軋控冷技術(shù)生產(chǎn)細(xì)晶粒螺紋鋼筋有以下技術(shù)優(yōu)越性:

(1)在生產(chǎn)高強(qiáng)度鋼筋時(shí),減少微合金元素的使用,降低生產(chǎn)成本。

(2)產(chǎn)品中的晶粒度可達(dá)到10.0級(jí),提高強(qiáng)度,改善塑性及韌性。

(3)螺紋鋼筋基圓上沒有閉合回火組織,僅在橫肋與基圓夾角處有部分回火組織。

(4)控軋冷卻裝置與控軋策略可以更精確地控制終軋溫度。

(5)可保持生產(chǎn)線高速軋制和切分軋制的特點(diǎn),充分發(fā)揮控軋控冷的優(yōu)勢,控制軋制前的工藝參數(shù)可不變,盡可能少地改造現(xiàn)有設(shè)備。

(6)強(qiáng)冷控軋裝置與控軋后回復(fù)相結(jié)合,經(jīng)濟(jì)有效地控制溫度梯度,在保證控軋溫度命中目標(biāo)的同時(shí),將溫度梯度減小到不產(chǎn)生閉合組織的范圍內(nèi)。

(7)降低軋件上冷床溫度,緩解冷床壓力。

6 結(jié)束語

(1)該項(xiàng)目通過控軋控冷工藝生產(chǎn)出來的細(xì)晶粒螺紋鋼筋產(chǎn)品符合GB 1499.2-2007標(biāo)準(zhǔn),項(xiàng)目投產(chǎn)后實(shí)現(xiàn)了降低鋼中Mn含量0.2%,折合降低噸鋼成本約22元的效果。

(2)該項(xiàng)目采用先進(jìn)生產(chǎn)工藝,生產(chǎn)產(chǎn)品符合GB 1499.2-2007中“其金相組織主要是鐵素體加珠光體,不得有影響使用性能的其他組織”的規(guī)定,大大提高了企業(yè)的影響力和產(chǎn)品競爭力。

[1] 李曼云,孫本榮.鋼的控制軋制和控制冷卻技術(shù)手冊(cè)[M].冶金工業(yè)出版社,1998.

[2] 蘇世懷,孫維,汪開忠,等.高效節(jié)約型建筑用鋼熱軋鋼筋[M].冶金工業(yè)出版社,2010.

[3] 于慶波,劉相華,趙賢平.控軋控冷鋼的顯微組織形貌及分析[M].科學(xué)出版社,2010.

[4] 李文根,江帆.20MnSi螺紋鋼筋的軋后余熱熱處理[J].金屬熱處理,1992(9):22-24.

Research and Application of Fine Grain Thread Bar Production

WANG Jian-jun,PENG Fang-ming,LUO Qing-ming, LI E-yong,LIN Shi-wen,LUO Xin-sheng

(Sichuan Desheng Group,Vanadium and Titanium Co.,Ltd.,Leshan 614900,Sichuan,China)

Sichuan Desheng Group Vanadium and Titanium Co.,Ltd.researches and applies fine grain thread steel production on existing steel rolling production line,which meet the GB 1499.2 -2007“the microstructure is ferrite and pearlite microstructure and properties of thread steel, shall not affect the use of the performance of other organizations,”the provisions of,the steel rebar product base circle does not have closed the tempered martensite body organization.The production process is more flexible,and the controlled rolling and controlled cooling process has realized the fine grain thread steel bar,which greatly reduces the production cost.

fine grained rebar,controlled rolling control cold,micro alloying

TG335.6+4

A

王建均,工程師,主要從事軋鋼技術(shù)管理工作。

1001-5108(2016)05-0034-05