控冷轧制对HRB400E热轧带肋钢筋性能的影响

李江源

（新疆八一钢铁股份轧钢厂棒线分厂，新疆 乌鲁木齐，830022）

摘 要:生产钢筋混凝土用HRB400E热轧带肋抗震钢筋时,钒铁和锰铁合金用量占有较大比率对钢材成本的影响很大。为寻求一种可以减少合金元素的替代方法,以降低成本,进行了控冷轧制工艺生产HRB400E热轧带肋抗震钢筋性能试验研究。结果表明采用控冷轧制工艺可以提高钢筋的屈服强度70～100MPa,而且能够改善产品表面质量。在产品质量性能满足国家标准要求的情况下,试验的HRB400E热轧带肋抗震钢筋吨钢降低合金成本60元左右。 关键词 :控冷轧制 ；热轧带肋抗震钢筋 ；力学性能

热轧带肋钢筋是主要的建筑用钢材，在国内外钢材市场中均占有重要的比

率。然而，以往为满足每一特定的材料力学性能要求，都要加入一些特殊的合金元素，靠化学方法来满足最终力学性能的要求，这不仅使方坯生产过程复杂化，而且还会因添加合金使得碳当量增加，从而影响到材料的焊接性能。最近几年， 钢筋混凝土用HRB400E热轧带肋钢筋的生产成本有所提高，很多钢铁企业努力尝试1种可以减少、甚至不加微合金元素的穿水冷却工艺生产低成本高强度钢筋。为此，我们进行了HRB400E穿水冷却工艺研究，结果表明，采用穿水冷却工艺，不仅可以提高钢筋的力学性能，降低生产成本，而且能够改善产品表面质量 ,消除氧化气泡 ,同时能够减少弯头 ,提高定尺率 ,具有很大的推广应用价值。

1 工艺特点

1. 1 工艺流程

铸坯 → 热送热装 → 加热炉加热 → 粗轧 →飞剪 (切头尾 、事故碎断)→中轧 → 飞剪 (切头尾 、事故碎断) →精轧 →穿水线 → 飞剪切倍尺 → 冷床 → 取样 → 冷剪切定尺 →收集、打捆 → 称重。 1. 2 穿水冷却的工艺技术

控冷装置安装在精轧机组之后,利用轧件在精轧快速变形后,立即进行快速冷却,通过形变诱导相变,控制钢筋高温状态下的晶粒长大,进而获得细小铁素体

晶粒,通过细晶强化,全面提高钢筋的综合机械性能。该控冷设备分3种规格:Φ12mm螺纹钢采用四线切分、Φ14mm和Φ16mm螺纹钢为三线切分、Φ18mm 和Φ20mm 螺纹钢为两线切分。

该控冷穿水装置可以通过对水量、水压的调整,实现对穿水后温度的控制,以使钢筋得到良好的机械性能。钢材不需要控冷时使用旁通输出辊道直接输出到冷床上。

2 试验控制

2 . 1 化学成分控制

常规工艺生产的HRB400E抗震钢筋化学成分应符合表 1 要求 , 同时钢中 w ( V ) 一般控制在0.03%～0.05%。穿水冷却工艺试验HRB400E抗震钢筋化学成分控制在表 2 范围内。

表 1 国标 GB 1499. 2 - 2007 及常规轧制工艺生产 HRB400E 钢筋化学成分( wB ) 工艺 国标 常规工艺 C ≤0.25 0.19～0.24 Si Mn P ≤0.045 ≤0.04 S ≤0.045 ≤0.04 Ceq ≤0.54 ≤0.54 V 可加入 0.035～0.055 % Ceq ≤0.54 V 0. 01～0.03 ≤0.80 ≤1.6 0.4～0.7 1.3～1.6 % 表 2 穿水工艺生产试验 HRB400E钢筋化学成分( wB ) 工艺 穿水工艺 C 0.19～0.24 Si 0. 4～0.7 Mn 1.3～1.6 P ≤0.04 S ≤0.04

2 . 2 控冷参数控制

合理控制加热温度,同时为实现最佳的温度控制效果,试验中水量、水压、启动泵数、冷却线序号以及冷却器开启段数的

规格/ mm Φ12 Φ14～Φ16 Φ18～Φ20 出水箱温度/ ℃ 620～700 620～700 620～700 上冷床温度/ ℃ 680～710 680～710 680～710 表 3 试验 HRB400E抗震钢筋控冷工艺参数

设定均以满足钢筋的回火温度为前提。具体的控制情况见表3。

实际控制时,因外界环境温度、钢坯温度及轧件尺寸的变化,可以根据轧制时的实际情况调节冷却器的开启数量和水压。

3 结果分析

3 . 1 力学性能

通过对各规格和多批次进行试验,在HRB400E成分体系不变的情况下,穿水冷却可以提高屈服强度70～100MPa。HRB400E控冷钢筋的成分体系主要体现为w (V)的降低,这样在降低成本的同时,钢筋的性能更加均匀稳定,各个性能指标(屈服、抗拉和伸长率)均可以满足国家标准,且有一定的富余量。穿水控冷对不同规格的影响有所不同,对小规格而言,性能值分布均匀稳定；对大规格而言,屈服强度相对于未穿水的钢筋有所提高。分别以Φ14 mm和Φ20 mm为例,试验了近200炉控冷和非控冷螺纹钢筋 HRB400E的力学性能(屈服强度)波动情况,其具体的性能波动情况见图1和图2。其中Φ14mm螺纹钢筋未采用轧后穿水工艺的屈服强度最小 420MPa、最580MPa、平均475 MPa ,采用轧后穿水工艺的屈服强度最小460MPa 、最大545MPa、平均510MPa;Φ20mm螺纹钢筋未采用轧后穿水工艺的屈服强度最小 400MPa、最大505MPa、平均445MPa ,采用轧后穿水工艺的屈服强度最小420MPa、最大520MPa、平均485MPa 。

图 1 HRB400 小规格(Φ14 mm) 的性能分布 图 2 HRB400 大规格(Φ20 mm) 的性能分布

3. 2 金相组织

HRB400E正常热轧后组织为F+P,穿水控冷工艺不同于轧后余热处理,经过合理的冷却控制工艺,得到的边部淬火层组织为F加回火S,1/2半径处为F+P,晶粒度 9.5～11级,较未控冷钢筋提高了1～2个晶粒度。图3是规格为Φ16 mm的HRB400E抗震钢筋的显微组织照片 。

(a) 边部淬火层 ,100 × ( b) 边部 F 加回火 S ,500 × (c)

1半径 F + P ,500 × 2图 3 Φ16 mm 的 HRB400E抗震钢筋显微组织照片

3. 3 表面质量

在高温状态下,钢筋表面会形成氧化膜,温度越高,氧化膜的厚度越大。终轧温度越高,表面氧化就越严重。降低终精轧温度,提高钢材冷却强度 ,可以解决螺纹钢表面的起泡问题。实施穿水冷却前,由于终轧温度较高,钢筋表面二次氧化严重,表面气泡较为突出,严重影响产品外观质量的提高。实施穿水冷却工艺后,增加了冷却强度,使得钢筋上冷床温度大大降低,从而减少二次氧化的发生,减少了氧化气泡的产生,使得钢材表面质量得到明显改善。采用穿水冷却工艺生产高强度螺纹钢,降低了钢材上冷床的温度,能够消除钢筋表面二次氧化产生的气泡,改善了钢筋的表面质量,同时钢筋的弯头现象得到有效控制,提高了定尺率。