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      HRB400E抗震鋼筋控軋控冷工藝生產(chǎn)實(shí)踐

      2020-11-25 08:30:18何曉波
      河南冶金 2020年5期
      關(guān)鍵詞:冷床屈服晶粒

      李 璟 何曉波

      (安陽鋼鐵股份有限公司)

      0 前言

      2018年11月1日正式實(shí)施的新國標(biāo)有以下幾點(diǎn)要求:(1)取消了HRB335牌號;(2)增加了HRB600牌號;(3)增加了金相組織檢驗(yàn)的規(guī)定;(4)增加了宏觀金相、截面維氏硬度、微觀組織及檢驗(yàn)方法等。因此,余熱淬火鋼筋已經(jīng)無法滿足新國標(biāo)的要求。

      而控軋控冷工藝與余熱淬火工藝有本質(zhì)的區(qū)別,鋼筋的控軋控冷工藝主要是利用“細(xì)晶強(qiáng)化”機(jī)理[1],由于這種工藝是鋼筋的整體強(qiáng)化,所以沒有穿水冷卻那種明顯的內(nèi)外溫度、組織、性能不均,也減少了穿水冷卻遇到的時(shí)效問題和焊接問題。與低溫軋制相比,軋機(jī)負(fù)荷沒有增加,不用改造設(shè)備,現(xiàn)場很容易實(shí)現(xiàn)。由此可見,采用控制軋制和控制冷卻技術(shù)可取得明顯的經(jīng)濟(jì)和社會效益,提高企業(yè)的競爭力。

      1 試驗(yàn)生產(chǎn)

      在熱軋態(tài)HRB400E鋼筋原有成分體系下,分別采用單獨(dú)控冷、控軋+控冷工藝來研究不同工藝對鋼筋力學(xué)性能和金相組織的影響。制定合理的軋制工藝,進(jìn)一步優(yōu)化成分體系,在保證鋼筋性能的同時(shí),達(dá)到降低合金成本的目的。

      1.1 單獨(dú)控冷試驗(yàn)生產(chǎn)

      試驗(yàn)規(guī)格為18 mm,牌號為HRB400E,其化學(xué)成分及力學(xué)性能見表1。本次試驗(yàn)采用熱軋+控冷的工藝進(jìn)行試驗(yàn),通過采用不同水壓水量控制鋼筋上冷床的溫度,對應(yīng)不同工藝得到不同的鋼筋性能見表2,屈服強(qiáng)度對比趨勢如圖1所示。

      表1 HRB400E控冷試驗(yàn)化學(xué)成分

      試驗(yàn)結(jié)果表明:(1)對比熱軋態(tài)力學(xué)性能,采用單獨(dú)控冷工藝的鋼筋強(qiáng)度隨著上冷床溫度的降低而升高,Agt相應(yīng)降低。(2)采用較強(qiáng)穿水冷卻工藝(投用2段冷卻水箱,上冷床溫度為720~760 ℃),鋼筋的強(qiáng)度有大幅度提高,屈服強(qiáng)度提高約50 MPa,抗拉強(qiáng)度提高了16~20 MPa;采用較弱穿水冷卻工藝(投用1段冷卻水箱,上冷床溫度為871 ℃),屈服強(qiáng)度提高10了 MPa,抗拉強(qiáng)度相差不大。(3)采用單獨(dú)控冷工藝比采用熱軋工藝生產(chǎn)的鋼筋的屈服強(qiáng)度提高了50~70 MPa,抗拉強(qiáng)度提高了12~55 MPa,采用穿水冷卻工藝的鋼筋的屈服強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度提高的幅度更大,從而造成了鋼筋強(qiáng)屈比的下降,穿水后鋼筋的強(qiáng)屈比平均為1.25。

      表2 HRB400E控冷工藝鋼筋力學(xué)性能

      圖1 不同上冷床溫度下鋼筋強(qiáng)度對比

      觀察不同上冷床溫度下鋼筋的金相組織(如圖2~6所示),上冷床溫度為720~740 ℃,鋼筋橫斷面均出現(xiàn)了閉合的過冷組織——回火馬氏體,由于基體組織的變化帶來強(qiáng)度的提高;隨著上冷床溫度的提高,冷卻速率降低,過冷組織在鋼筋橫斷面的邊界變得不明顯;當(dāng)上冷床溫度為760 ℃時(shí),鋼筋邊部為回火馬氏體和珠光體的混合組織,使得鋼筋強(qiáng)度提高的幅度下降。上冷床溫度為871 ℃時(shí),鋼筋橫斷面沒有異常組織,全部為鐵素體+珠光體,晶粒度為8.5級;金相組織與熱軋態(tài)相差不大。

      圖2 不同上冷床溫度低倍宏觀組織

      圖3 上冷床溫度為710 ℃金相組織

      圖4 上冷床溫度為760 ℃金相組織

      圖5 上冷床溫度為871 ℃金相組織

      圖6 熱軋態(tài)金相組織

      1.2 控軋+控冷試驗(yàn)生產(chǎn)

      前期的試驗(yàn)結(jié)果表明:采用單獨(dú)控冷工藝,上冷床溫度低于相變溫度,鋼筋表面生成回火馬氏體組織[2],鋼筋強(qiáng)度提高幅度大,但是不符合新國標(biāo)要求;上冷床溫度高于相變溫度,不會出現(xiàn)回火馬氏體組織,但是鋼筋強(qiáng)度提高非常有限。因此,必須采用控制軋制配合軋后控冷工藝,控制軋制的目的是適量降低精軋入口溫度,使得鋼筋在變形過程中累積更多的畸變能,為后續(xù)的相變提供更多的形核點(diǎn)[3],從而細(xì)化組織晶粒;軋后控冷的目的是控制軋后冷卻速率,阻止相變后鐵素體晶粒的長大[4],細(xì)化晶粒,提高鋼筋強(qiáng)度。

      試驗(yàn)規(guī)格為18 mm,牌號為HRB400E,其化學(xué)成分和力學(xué)性能見表3。本次試驗(yàn)采用控軋+控冷的工藝進(jìn)行試驗(yàn),通過采用不同水壓水量控制鋼筋精軋入口溫度及上冷床溫度,對應(yīng)不同工藝鋼筋力學(xué)性能見表4,屈服強(qiáng)度對比趨勢如圖7所示。

      圖7 不同上冷床溫度下鋼筋強(qiáng)度對比

      表3 HRB400E控軋+控冷試驗(yàn)化學(xué)成分

      表4 HRB400E控軋+控冷試驗(yàn)力學(xué)性能

      試驗(yàn)結(jié)果表明:和熱軋態(tài)的力學(xué)性能相比,采用控軋控冷工藝生產(chǎn)的HRB400E鋼筋的屈服強(qiáng)度提高了約21~39 MPa,抗拉強(qiáng)度提高了17~31 MPa,Agt與強(qiáng)屈比略有降低。力學(xué)性能均能滿足新國標(biāo)的技術(shù)要求。

      觀察不同工藝下鋼筋的金相組織(如圖8~9所示),熱軋態(tài)與控軋控冷工藝鋼筋的橫斷面均沒有異常組織,全部為鐵素體+珠光體。采用控軋控冷工藝生產(chǎn)的鋼筋的晶粒度為9~9.5級,比熱軋態(tài)工藝下鋼筋的晶粒度提高了0.5~1級,并且組織更加均勻,消除了高溫軋制時(shí)出現(xiàn)的魏氏組織。

      圖8 熱軋態(tài)工藝鋼筋金相組織

      圖9 控軋+控冷工藝鋼筋金相組織

      2 批量生產(chǎn)的實(shí)物水平

      根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,采用控軋控冷工藝能提高鋼筋的強(qiáng)度,約30 MPa,結(jié)合現(xiàn)場軋機(jī)裝備情況,在原有HRB400E鋼筋成分體系基礎(chǔ)上,降低了Mn、V合金的加入量,具體生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品質(zhì)量見表5、表6。

      表5 HRB400E不同工藝下軋制制度 ℃

      表6 HRB400E不同工藝下成分體系及力學(xué)性能

      從表6可以看出,采用控軋控冷工藝,各規(guī)格鋼筋的平均屈服強(qiáng)度為445~458 MPa,平均強(qiáng)屈比為1.34,性能富余量適中。對比熱軋態(tài)HRB400E鋼筋的成分體系,釩合金平均降低了0.005%,Mn合金降低了0.07%。采用控軋控冷工藝同樣能夠保證鋼筋的力學(xué)性能滿足國標(biāo)要求,并且可以降低鋼筋合金加入量,大大降低合金成本。

      對鋼筋進(jìn)行金相觀察,其金相組織為鐵素體+珠光體(如圖10所示),未發(fā)現(xiàn)回火馬氏體、魏氏組織等異常組織,晶粒度為9~9.5級,完全滿足新國標(biāo)的技術(shù)要求。

      3 結(jié)論

      (1)采用單獨(dú)軋后控冷工藝,上冷床溫度過低,鋼筋會產(chǎn)生回火馬氏體,不符合新國標(biāo)的技術(shù)要求;上冷床溫度過高則對鋼筋強(qiáng)度的提高貢獻(xiàn)不大,無法達(dá)到降低合金成本的目的。

      (2)采用控軋+控冷工藝,控制鋼筋精軋入口溫度為(1 000±20)℃,并將鋼筋上冷床溫度控制在(900±20)℃,此工藝條件下的鋼筋強(qiáng)度富余量適中,金相組織為鐵素體+珠光體,完全滿足新國標(biāo)的技術(shù)要求。

      圖10 控軋+控冷工藝鋼筋金相組織

      (3)與熱軋態(tài)工藝HRB400E鋼筋成分體系相比,采用控軋控冷工藝,釩合金平均降低了0.005%,Mn合金降低了0.07%,具有非??捎^的經(jīng)濟(jì)效益。

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