靳熙 范銀平 姚志潭 王曉燕

(安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

低成本帶肋鋼筋生產(chǎn)工藝研究與應(yīng)用

靳熙 范銀平 姚志潭 王曉燕

(安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

通過研究帶肋鋼筋內(nèi)部強(qiáng)化機(jī)制,對(duì)化學(xué)成份、軋制工藝及冷卻制度合理優(yōu)化,開發(fā)出符合 GB 1499.2-2007標(biāo)準(zhǔn)要求的新一代資源節(jié)約型帶肋鋼筋生產(chǎn)工藝技術(shù),有效地降低了帶肋鋼筋生產(chǎn)成本,節(jié)約了資源,符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

成本 再結(jié)晶 帶肋鋼筋 晶粒細(xì)化 組織 性能

0 前言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,拉動(dòng)鋼材消費(fèi)激增,鋼鐵產(chǎn)業(yè)快速成長(zhǎng),由于我國(guó)鐵礦石、能源、運(yùn)輸?shù)荣Y源有限,無法滿足鋼鐵產(chǎn)能的激劇擴(kuò)張,需大量向國(guó)外采購(gòu)資源,從而導(dǎo)致全球鋼鐵生產(chǎn)原材料供應(yīng)緊張、價(jià)格飛漲,直接危及鋼鐵產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。因此,降低生產(chǎn)成本,成為鋼鐵工作者面臨的嚴(yán)峻課題。本研究通過對(duì)帶肋鋼筋化學(xué)成份、軋制工藝進(jìn)行合理優(yōu)化,生產(chǎn)出成本低廉、力學(xué)性能優(yōu)良的資源節(jié)約型帶肋鋼筋。

1 技術(shù)方案

1.1 化學(xué)成份

帶肋鋼筋中各種元素對(duì)生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品性能的作用及影響效果不同,同一元素含量的變化導(dǎo)致其作用的效率變化,各元素間存在相互促進(jìn)和相互制約的復(fù)雜關(guān)系。所以只有合理配置各種元素的含量和存在形式,才能使其對(duì)生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品性能的有益作用充分發(fā)揮,同時(shí)最大程度地控制和減輕其有害作用。研究表明,亞共析鋼在固體狀態(tài)下各主要元素的作用見表 1。

1.2 加熱工藝

加熱鋼坯的目的不僅是奧氏體化、降低軋制變形抗力、提高塑性,而且要實(shí)現(xiàn)合金元素充分析出,使組織成份均勻[1]。亞共析鋼的奧氏體化曲線如圖 1所示。

表1 亞共析鋼中各元素作用分析

圖1 亞共析鋼的奧氏體化曲線

研究設(shè)計(jì)的鋼種,由于合金元素減少,使奧氏體均勻化曲線左移,有利于降低加熱溫度、縮短均熱時(shí)間、減輕奧氏體粗大化傾向,如圖 2所示。

本研究所用鋼種的加熱合理鋼溫為 950℃～1050℃,在此加熱溫度下,其奧氏體在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了均勻化,奧氏體晶粒也不會(huì)進(jìn)一步粗化,氧化燒損少,且軋制變形抗力提高幅度不大,生產(chǎn)效率高。

圖2 加熱奧氏體晶粒長(zhǎng)大示意圖

1.3 軋制工藝

以細(xì)化奧氏體晶粒為目的的再結(jié)晶控軋,通?？煞譃橐韵聨追N情況,如圖 3所示[2]。變形過程中和變形后,奧氏體再結(jié)晶過程隨軋制溫度、變形量、應(yīng)變速率和道次間隔時(shí)間等變量有以下變化規(guī)律:奧氏體動(dòng)態(tài)回復(fù)→不連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶→連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶→部分動(dòng)態(tài)再結(jié)晶→動(dòng)態(tài)未再結(jié)晶→亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶→靜態(tài)再結(jié)晶[3]。

圖3 再結(jié)晶控軋狀態(tài)示意圖

棒線連軋生產(chǎn)的粗中軋部分,軋制溫度較高(1000℃～950℃)、應(yīng)變速率較小 (0.5～30 mm/s)、道次間隔時(shí)間較長(zhǎng) (0.8 s～20 s),使得形變奧氏體有充足的時(shí)間完成亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶和靜態(tài)再結(jié)晶。

精軋機(jī)組隨著軋制溫度的下降 (850℃～950℃),應(yīng)變速率的提高 (60～1800 mm/s)以及道次間隔時(shí)間的縮短,大量形變能轉(zhuǎn)化為熱能,使軋件溫度上升,物理冶金機(jī)制仍以奧氏體動(dòng)態(tài)未再結(jié)晶為主,動(dòng)靜再結(jié)晶減少,特別是最后 2～3道次、產(chǎn)生顯著的加工硬化現(xiàn)象,位錯(cuò)激劇增殖,形變奧氏體內(nèi)產(chǎn)生亞晶,有利于奧氏體晶粒細(xì)化和軋后綜合性能提高。

經(jīng)過軋制強(qiáng)烈變形后的奧氏體晶粒,存在大量的位錯(cuò)和亞晶組織,實(shí)驗(yàn)證明:其位錯(cuò)密度由變形前的 106根 /cm2增加到 1012根 /cm2以上。由于軋后鋼溫較高、變形晶粒內(nèi)的畸變能很大,軋后奧氏體晶粒中的位錯(cuò)將發(fā)生迅速攀移、聚集 (亞晶組織)、位錯(cuò)偶對(duì)消等現(xiàn)象,使位錯(cuò)密度迅速下降[4];同時(shí),動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒不必任何孕育期繼續(xù)長(zhǎng)大發(fā)生亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,使變形后的奧氏體晶粒細(xì)化效能下降、強(qiáng)化效果降低。如何使上述細(xì)化和強(qiáng)化效果最大程度的保留于形變材料中,是本研究的關(guān)鍵所在。使鋼材表面的冷卻曲線從 C曲線左側(cè)狹小的空隙穿過;停止強(qiáng)冷后,過冷的鋼筋表面溫度在芯部熱含量向外擴(kuò)散過程中回升至 A1溫度以上,然后進(jìn)行空冷相變,從而得到較細(xì)的 F+P組織。

2 工藝控制

按照各工序變化對(duì)控冷工藝的影響規(guī)律,制定了生產(chǎn)工藝試驗(yàn)方案,并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試情況和各規(guī)格內(nèi)徑不同,分別設(shè)定出各規(guī)格鋼筋控冷溫度和水壓參數(shù),各規(guī)格控冷鋼筋具體溫度設(shè)定見表 2。

表2 軋后控冷溫度控制表

3 效果及效益分析

3.1 組織分析

鋼筋表面與中心的組織形貌如圖 4所示。

圖4 Φ20 mm HRB400金相組織

按照工藝設(shè)定溫度控制,控冷后鋼筋表面均為索氏體 (精細(xì) F+P),索氏體厚度 0.3～1.0 mm(隨直徑增加而增厚),中心為鐵素體 +珠光體,平均晶粒尺寸為 7～13μm。研究表明,控冷后比常規(guī)熱軋鋼筋晶粒度提高 1～3個(gè)等級(jí)。

3.2 批量生產(chǎn)力學(xué)性能

現(xiàn)場(chǎng)批量生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果及 HRB335、HRB400鋼筋力學(xué)性能對(duì)照見表 3。

表3 HRB335、HRB400鋼筋力學(xué)性能對(duì)照

由表 3可以看出,HRB335、HRB400帶肋鋼筋控冷后與常規(guī)熱軋工藝相比較,延伸率下降僅 2%～3%,強(qiáng)屈比下降僅 0.03～0.05,屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別高于國(guó)標(biāo) GB1499.2-2007要求的 40～50 MPa和 60～90 MPa,各項(xiàng)性能指標(biāo)穩(wěn)定。

3.3 時(shí)效分析結(jié)果

控冷后分別對(duì) HRB335和 HRB400帶肋鋼筋進(jìn)行時(shí)效分析,分析結(jié)果見表 4、表 5。

表4 HRB335時(shí)效對(duì)比數(shù)據(jù)

表5 HRB400時(shí)效對(duì)比數(shù)據(jù)

由表 4、表 5可以看出,HRB335、HRB400帶肋鋼筋控冷工藝時(shí)效后與常規(guī)工藝相比較,屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度波動(dòng)只有 10MPa左右,各項(xiàng)性能指標(biāo)穩(wěn)定,時(shí)效后對(duì)其力學(xué)性能影響不大。

3.4 焊接工藝分析

我國(guó)鋼筋混凝土建筑施工的鋼筋連接 90%采用焊接,因此鋼筋的焊接性能同樣重要。因此我們著重研究了電渣壓力焊和閃光對(duì)焊兩種應(yīng)用最為廣泛的焊接方式。焊接后的試樣拉伸斷裂位置遠(yuǎn)離焊縫,并且有明顯的均勻延伸和縮頸,冷彎性能良好,說明該工藝生產(chǎn)的鋼筋具有良好的焊接性能。

3.5 效益分析

新工藝與常規(guī)工藝相比較,HRB335牌號(hào)鋼筋合金元素 S iMn合金含量降低約 25%,HRB400牌號(hào)螺紋鋼筋按大中小規(guī)格微合金元素 V含量分別約降 50%、70%、100% 。按 2008年合金料價(jià)格計(jì)算,全年預(yù)計(jì)降本 3297萬元 。

4 結(jié)語

通過深入研究鋼鐵材料強(qiáng)化機(jī)制和應(yīng)用技術(shù),對(duì)生產(chǎn)工藝的原料成份、軋制工藝優(yōu)化,使生產(chǎn)HRB335鋼筋的 Si、Mn合金比傳統(tǒng)工藝降低 25%、生產(chǎn) HRB400鋼筋時(shí)小規(guī)格不加和大規(guī)格少加 V等微合金元素,金相組織晶粒度提高 1～3級(jí),產(chǎn)品實(shí)物機(jī)械性能穩(wěn)定、焊接性能良好,開發(fā)出符合 G B1499-2008標(biāo)準(zhǔn)要求的新一代資源節(jié)約型帶肋鋼筋,從而有效降低生產(chǎn)成本,節(jié)約資源,符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,有利于鋼鐵工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的健康穩(wěn)定發(fā)展。

[1] 劉文,王興珍.軋鋼生產(chǎn)知識(shí)問答.第 2版.北京:冶金工業(yè)出版社,1994:235.

[2] 李超.金屬學(xué)原理.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1996:314-319.

[3] 李曼云,孫本榮.鋼的控制軋制和控制冷卻技術(shù)手冊(cè).北京:冶金工業(yè)出版社,1990:8-17.

[4] 王有銘,李曼云,韋光.鋼材的控制軋制和控制冷卻.北京:冶金工業(yè)出版社,20-26.

PRODUCTI ON PROCESS RESEARCH AND APPL I CATI ON OF LOW-COST RIBBED STEEL BARS

Jin Xi Fan Yinping Yao Zhitan Wang Xiaoyan

(Anyang Iron&Steel Group Co.,Ltd)

Through researching Ribbed steel strengthening mechanis m,and the chemical composition of ribbed steel bars,rolling and cooling system in a reasonable process opt imization,A new generation of resource-saving production of ribbed steel bars technology has been developed conforms to the GB 1499.2-2007 standard,reduced the enterprise production cost effectively,Saved resources,conformed to the sustainable development.

Cost Recrystallization Ribbed steel bar Grain refinement Organization Perfor mance

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聯(lián)系人:范銀平,高級(jí)工程師,河南,安陽 (455004),安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心;

2009—7—8