Φ50 mm極限大規(guī)格熱軋螺紋鋼筋開發(fā)

魏 星，荊七一，李文鵬

(1.成渝釩鈦科技有限公司， 四川 內(nèi)江 642469，2.四川省川威集團有限公司，四川 內(nèi)江 642469)

隨著國家世紀工程川藏鐵路的正式開工，釩鈦科技通過前期考察、走訪，決定開發(fā)供川藏鐵路用專用鋼材，并將Φ50 mm極限大規(guī)格作為首選開發(fā)規(guī)格。

1 方案制定

1.1 設計思路

為了最大限度的提高軋輥利用率，降低生產(chǎn)成本，中棒采用無孔型軋制，而且為了節(jié)約換輥時間、提高作業(yè)率，粗、中軋采用共用孔型系統(tǒng)。軋制Φ50 mm極限大規(guī)格由于規(guī)格大、軋制道次少，既要保證軋制順行、又要滿足不影響其他規(guī)格正常生產(chǎn)，因此如何選擇軋制道次就很關鍵。最初確定了6+4+2(粗軋6道次、中軋4道次和精軋2道次)和4+4+2(粗軋4道次、中軋4道次和精軋2道次)兩種軋制道次方式，通過綜合考慮，最終考慮采用4+4+2的十道次大壓下的軋制道次方式。生產(chǎn)Φ50 mm規(guī)格螺紋鋼，初期設計考慮在中軋12V軋機出成品，由于中棒12V軋機到3#飛剪的距離較長，達到133.40 m，并且精軋機組和控溫裝置這一段無輸送輥道，不利于大規(guī)格軋件的輸送，Φ50 mm規(guī)格螺紋鋼上冷床困難，決定選擇在精軋14V軋機出成品。

1.2 孔型設計

1.2.1 成品K1孔型設計

根據(jù)熱軋帶肋鋼筋國家標準GB/T1499.2-2018設計K1孔型，成品為月牙肋鋼筋?？紤]到大規(guī)格帶肋鋼筋在建筑工程中的特殊作用，結合建筑行業(yè)規(guī)范和用戶對大規(guī)格帶肋鋼筋重量偏差的要求，在設計時遵循基圓尺寸、橫肋尺寸偏中上限的原則，使鋼筋重量偏差范圍控制在0%～2.5%[1]之間，見圖1。

圖1 Ф50 mm帶肋鋼筋成品孔型圖

1.2.2 中軋延伸孔型設計

中軋延伸孔型(K3～K6)采用原軋制Ф50 mm圓鋼相同孔型。

1.3 成品機架形式

為了避免產(chǎn)生鋼材彎曲時出現(xiàn)翹曲現(xiàn)象和減少工藝事故，決定采用18架立式軋制出成品的方式，但由于設備自身設計時存在缺陷，改由14架立式軋制出成品，雖然增加了成品到上料系統(tǒng)的距離，但通過測算滿足軋后鋼材能夠正常上冷床，在實際生產(chǎn)中也得到很好驗證。

2 質(zhì)量改進

在前期試軋過程中，軋后成品出現(xiàn)橫肋高度不夠、表面細裂紋、表面劃傷和剪切斷面裂紋和力學性能偏低這幾種主要缺陷，通過采取設備改進、料型優(yōu)化和工藝優(yōu)化等措施使以上缺陷得到了解決。

2.1 橫肋高度不夠

國標要求50 mm規(guī)格橫肋控制范圍為3.2±1.2 mm，在軋制初期，橫肋高度只有2.0～2.1 mm左右，剛好在國標要求下限，對此對成前孔和成品孔進行優(yōu)化以達到增加橫肋高度的目的。首先是橫肋斜角α的設計，在GB/T1499.2-2018中規(guī)定橫肋斜角α不應小于45°。隨著橫肋斜角α的減小，越有利于橫肋充滿度的提高，反之，則不利于橫肋的充滿度。同時橫肋斜角又不能太大。一方面，斜角過大，會造成橫肋薄而尖，易使軋件在脫槽過程中，橫肋受到橫肋槽的切割，從而造成橫肋傾倒，嚴重者會在中部出現(xiàn)裂痕，從而導致軋制廢品的產(chǎn)生。大規(guī)格鋼筋冷彎和反彎極易在橫肋根部出現(xiàn)裂縫，而造成此現(xiàn)象的一個主要原因就是橫肋根部存在應力集中，消除此處的應力集中，將對提高帶肋鋼筋性能一次合格率具有非常重要的作用，而消除應力集中的主要措施之一就是橫肋斜角取下限值，一般在45°～55°之間。我廠Ф50 mm螺紋鋼筋設計橫肋斜角α取值55°。

鋼筋縱肋寬度即孔型輥縫處軋出的耳子厚度，取決于軋鋼過程中的實際輥縫值。輥縫值S按下式選?。篠=縱肋寬度(標準值)，Ф50 mm螺紋鋼筋成品孔輥縫設計值S=4.0 mm，見圖1。

為使帶肋鋼筋的橫肋充滿良好，并利于控制縱肋的高度，螺紋鋼K2孔采用短平橢圓孔型。在確定其槽底直線段長度和內(nèi)圓弧半徑時，要保證軋件兩側弧型的充滿度，同時使K1孔延伸系數(shù)為1.40以上，見圖2。

圖2 Ф50 mm帶肋鋼筋K2孔型圖

2.2 表面細裂紋

Φ50 mm規(guī)格做為熱軋螺紋鋼筋中的最大極限規(guī)格，在軋制過程中軋后成品表面極其容易產(chǎn)生細裂紋，見圖3。

圖3 Ф50 mm帶肋鋼筋表面細裂紋

裂紋數(shù)目從一條到多條不等，裂紋深度和長短不一，嚴重的甚至可以深入鋼筋圓柱基體，而解決措施主要從鋼坯來料質(zhì)量進行控制，控制鑄坯的皮下氣泡、夾雜和角部裂紋三個主要質(zhì)量因素。為此，煉鋼工序在冶煉Φ50 mm規(guī)格鑄坯時采用上精煉爐的方式，同時降低連鑄拉速不大于3.3 m/min來予以解決[2]。

軋鋼為了減少裂紋產(chǎn)生的機率，通過增加粗軋前除鱗裝置，鋼坯進入軋機前通過除鱗裝置的高壓水將鋼坯表面的氧化鐵皮去除，避免了氧化鐵皮壓入鋼中從而在后續(xù)軋制中減少細裂紋產(chǎn)生機率。同時，每次軋制Φ50 mm規(guī)格前，軋鋼工序提前對粗軋的軋輥進行更換，新軋輥杜絕堆焊而采用打磨的方式，以保證軋輥表面質(zhì)量，避免焊渣壓入鋼中。

2.3 表面劃傷

由于軋制Φ50 mm規(guī)格時選擇在14架出成品，由于成品距離上料系統(tǒng)過遠，在上料過程中鋼材表面容易出現(xiàn)劃傷，見圖4。

圖4 Ф50 mm帶肋鋼筋表面劃傷

解決劃傷，關鍵是在成品出14架成品機架后，在上料過程中盡可能減少鋼材表面同地輥、導槽等的接觸，從而避免成品鋼材產(chǎn)生劃傷。為此，每次生產(chǎn)Φ50 mm規(guī)格時，利用大換輥時間對上料系統(tǒng)前的地輥進行檢查和更換，并對機架間軋槽進行更換，同時還采用軋后控冷的方式，降低鋼材上冷床的溫度，通過以上措施，軋后成品的表面劃傷得到有效控制。

2.4 冷剪裂紋

由于Φ50 mm規(guī)格屬于熱軋螺紋鋼筋極限大規(guī)格，因此進行冷剪時剪切應力巨大，在剪切后極易在剪切斷面形成剪切裂紋，見圖5。冷剪剪切裂紋也是困擾大規(guī)格熱軋螺紋鋼筋生產(chǎn)的一個難題，通過多次摸索，發(fā)現(xiàn)軋后鋼筋在較高溫度進行剪切時，剪切應力會迅速降低，從而避免剪切斷面產(chǎn)生裂紋。

圖5 Ф50 mm帶肋鋼筋冷剪裂紋

2.5 力學性能

由于Φ50 mm規(guī)格是熱軋帶肋鋼筋的極限規(guī)格，在第一次生產(chǎn)HRB500E牌號的抗震鋼筋時，既要保證屈服強度達到國標要求，又要保證強屈比達標，因此如何設計化學成分和軋制工藝就是一大關鍵。設計思路是控制鋼筋的軋后組織形態(tài)和晶粒度，獲得F+P組織，關鍵控制點是如何實現(xiàn)晶粒的細化。

鋼材晶粒細化主要是通過較高的晶核形核率和較低的晶粒長大速度達到，在軋制過程中需要從加熱工藝、軋后控冷和變形速率等方面進行控制，使得奧氏體在軋制過程中發(fā)生動態(tài)再結晶，降低奧氏體向鐵素體轉變的溫度，增大奧氏體轉變過冷度，加大鐵素體的形核率，促使晶粒細化從而達到提高鋼材的綜合性能[3]。

由于我廠采用鋼中添加V合金元素路線，在制定加熱工藝時需要考慮足夠高的加熱溫度促使V合金全部溶解到奧氏體中發(fā)揮沉淀強化的作用，同時還要考慮加熱溫度過高，加熱時間過長會導致奧氏體晶粒聚集長大，弱化晶粒細化強度，因此需要綜合考慮V合金充分溶解的情況下盡可能降低加熱溫度和加熱時間。同時為了控制軋后鋼材晶粒的長大，采用軋后控冷的方式抑制奧氏體向鐵素體的轉變，降低先析出鐵素體析出量。

結合以上多方面影響因素綜合考慮，對鋼坯在加熱爐內(nèi)的加熱溫度、加熱時間和上冷床溫度進行多次試軋和摸索，得出利于晶粒細化，提高軋后鋼材力學性能的工藝制度。

3 攻關效果

3.1 方案固化

通過前期試軋，摸索出一套適合Φ50 mm規(guī)格生產(chǎn)的工藝技術方案，并形成固化，使得軋后鋼筋在力學性能和表面質(zhì)量上都滿足國標要求。

3.1.1 化學成分(見表1)

表1 Φ50HRB500E成分 單位：%

3.1.2 軋制參數(shù)(見表2)

表2 軋制工藝參數(shù)

采用4+4+2的十道次大壓下的軋制方式，并且進行除鱗，軋后采用控冷工藝，冷剪切采用快節(jié)奏高溫冷剪的軋制工藝。

3.1.3 軋制工藝

3.2 經(jīng)濟技術指標

通過幾次大批量生產(chǎn)，經(jīng)濟技術指標得到提升，具體如下，見表3。

表3 Φ50 mm規(guī)格經(jīng)濟技術指標

4 結語

(1)通過對Φ50 mm規(guī)格前期多次試軋，針對試軋過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題，從設備改進、料型優(yōu)化和工藝優(yōu)化三方面入手得到有效控制，并對工藝進行固化，為大批量生產(chǎn)提供了基礎。

(2)Φ50 mm規(guī)格的成功開發(fā)，標志著我公司在熱軋螺紋鋼筋實現(xiàn)了Φ12～50 mm全規(guī)格覆蓋，有利于提高公司市場競爭力和占有率。

(3)Φ50 mm規(guī)格的成功開發(fā)，使得我公司成為西南地區(qū)為川藏鐵路供貨的唯一廠家，為我公司打造川渝地區(qū)建筑用鋼第一品牌提供了有力支撐。