棒材低成本強塑化工藝研究

張凱

摘要：隨著我國進入高質(zhì)量發(fā)展新時代，現(xiàn)階段鋼鐵行業(yè)已經(jīng)從擴大產(chǎn)能，逐步發(fā)展到重視控制微合金添加、優(yōu)化軋制控制手段、增加新型控冷手段等關(guān)鍵技術(shù)來保證產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量[1]。2018年新國標GB/T1499.2-2018實施后，對建筑螺紋鋼筋的金相組織、力學(xué)性能等提出了更高的要求，螺紋鋼的綜合質(zhì)量水平得到了更加有力的保障，原來依托強穿水來提高性能的工藝已經(jīng)不再適用新國標質(zhì)量要求。因此，鋼企普遍通過增加合金元素的添加量，采用輕穿水或空冷工藝生產(chǎn)來滿足金相組織、力學(xué)性能等的要求，加大了合金資源消耗，增加了生產(chǎn)成本，也不利于可持續(xù)發(fā)展。同時不少企業(yè)也受軋線老舊、設(shè)備能力欠缺、控冷線長度短、控冷手段少等問題的掣肘，因此鋼筋生產(chǎn)企業(yè)迫切需求開發(fā)新型的控冷設(shè)備和工藝，來實現(xiàn)低成本強塑化。經(jīng)深入研究，分段氣霧冷卻工藝作為一種新的技術(shù)手段，能夠在滿足新國標要求條件下最大限度的降低企業(yè)改造成本，提供有效的軋后控冷手段，進一步降低生產(chǎn)成本，為螺紋鋼低成本、高性能、高質(zhì)量生產(chǎn)提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：棒材;低成本

1 氣霧冷卻工藝強塑化機理分析

氣霧冷卻工藝主要是通過霧化的水霧顆粒直接噴射到鋼材表面后迅速汽化來帶走鋼材的熱量;冷卻路徑上采用分組分段的階梯式加速冷卻方法，優(yōu)化冷卻路徑，控制水霧粒度分布來提高水霧汽化冷卻在混合冷卻機制中的比例和換熱效率，使得鋼筋表面冷卻過程始終處于目標溫度范圍內(nèi)的降溫-返溫-降溫-返溫過程中。通過嚴格控制每段終冷溫度在馬氏體點溫度以上，避免了回火馬氏體環(huán)的形成，保證了鋼筋的可焊性、伸長率、強屈比和抗震性能。

2 試驗材料及方法

2.1 試驗材料

試驗材料采用連鑄方坯規(guī)格為：160mm×160mm×12000mm;坯料分為HRB400VN和HRB400VN2，化學(xué)成分見表1。

2.2 試驗方案

為保證HRB400E熱軋帶肋鋼筋產(chǎn)量、質(zhì)量和設(shè)備良好運行，同時成品又滿足新國標GB/T1499.2-2018要求。三鋼棒材廠二棒材車間在原生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，提出四種試驗方案，主要研究相同成分條件下不同冷卻工藝對顯微組織和力學(xué)性能的影響，其中方案一、二采用HRB400VN坯料，方案三、四采用HRB400VN2，開軋溫度為（1020±20）℃，對比工藝為輕穿水和氣霧冷卻工藝，詳細工藝數(shù)據(jù)見表2。

3 試驗結(jié)果分析及討論

本次試驗四種方案均采集50個樣本數(shù)，主要針對力學(xué)性能的關(guān)鍵性指標（屈服強度Rel、抗拉強度Rm、強屈比Rm/Rel）和橫截面顯微硬度HV進行比對分析，詳細數(shù)據(jù)比對分析見圖2。

如圖2（a）所示，四種方案的下屈服強度均滿足國標要求，輕穿水工藝的方案一、方案三整體Rel性能波動大，其中方案三部分已經(jīng)低于內(nèi)控值;采用氣霧冷卻工藝的方案二、方案四整體Rel性能波動小，最低值均高于內(nèi)控，總體優(yōu)于方案一、方案三。說明在采用相同試驗坯料的情況下，氣霧冷卻工藝對Rel性能強化效果優(yōu)于輕穿水工藝，且能充分滿足生產(chǎn)要求。

如圖2（b）所示，四種方案的抗拉服強度均滿足國標、內(nèi)控要求且富余量充足，同時Rm性能波動相差不大;采用氣霧冷卻工藝的方案二、方案四整體Rm性能波動小，平均值均有所提高，總體優(yōu)于方案一、方案三。說明在采用相同成分試驗坯料的情況下，氣霧冷卻工藝對Rm性能強化效果優(yōu)于輕穿水工藝，且能充分滿足生產(chǎn)要求。

如圖2（c）所示，四種方案的強屈比均滿足國標、內(nèi)控要求且富余量充足，同時Rm/Rel性能波動相差不大。說明采用相同試驗坯料的情況下，氣霧冷卻工藝與輕穿水工藝在Rm/Rel性能強化效果差別不大，均能充分滿足生產(chǎn)要求。

如圖2（d）所示，方案二、方案四橫截面硬度均勻性明顯優(yōu)于方案一、方案三;說明相較于輕穿水工藝，分段氣霧冷卻的路徑優(yōu)化能夠更好的控制截面顯微硬度波動≤10HV，且充分滿足生產(chǎn)要求。

4 小結(jié)

（1）輕穿水和新型氣霧冷卻工藝鋼筋肋部和基圓的組織均為F+P，兩種工藝珠光體含量差別不大，但新型氣霧冷卻工藝能夠有效地把珠光體團塊尺寸由20μm縮小到10μm;且珠光體片層間距得到細化，有利于綜合性能整體提升。

（2）相同成分條件下，新型氣霧冷卻工藝對Rel、Rm等關(guān)鍵力學(xué)性能指標均有較好的提升，最關(guān)鍵Rel指標極差小，CP值優(yōu)于輕穿水工藝。

（3）輕穿水和新型氣霧冷卻工藝橫截面顯微硬度差值均滿足國標GB/T 1499.2-2018要求，新型氣霧冷卻工藝橫截面顯微硬度差≤10HV，優(yōu)于輕穿水工藝≤30HV。

（4）新型氣霧冷卻工藝與傳統(tǒng)輕穿水工藝相比，在坯料成分平均降低0.01%V條件下，Rel為425 MPa～460MPa，平均值439MPa，Rm、Rm/Rel、橫截面硬度值等關(guān)鍵性能指標富余量充分，CP值高，能夠很好地滿足國標條件下的高質(zhì)量要求。

參考文獻

[1]曹樹衛(wèi).棒線材控制軋制和控制冷卻技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].河南冶金，2005（03）：23-25+38.

[2]王衛(wèi)衛(wèi)，李大亮，周秉國，等.熱軋鋼筋分段氣霧冷卻工藝研究[C].第十二屆中國鋼鐵年會論文集-3.軋制與熱處理，2019：1-4.

[3]張浩，張光永，潘世群.氣霧冷卻工藝對HRB400E熱軋帶肋鋼筋性能的影響[J].鋼鐵研究學(xué)報，2014，12（12）：32-35.