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低成本细晶粒HRB400E盘螺钢筋的研制
发布日期:2016-08-08    作者:支旭波,房金乐    
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低成本细晶粒HRB400E盘螺钢筋的研制

支旭波,房金乐

(qy8com千亿汉中钢铁有限责任公司,陕西 汉中 724200

摘要:通过研究钢材控制轧制与控制冷却理论,在公司高线生产HRB400E盘螺钢筋过程中应用细晶粒轧制技术,实现微合金低锰细晶粒HRB400E盘螺钢筋的研制。该技术是建立在微合金的基础上,属于国内先进技术。技术应用后,吨钢合金消耗可降低20/t以上,年创效近千万元。

关键词:细晶粒;控轧控冷;低成本;HRB400E盘螺

1 引言

细晶粒轧制技术(又称为控轧控冷技术)是指在控制加热温度、轧制温度、变形速度及轧后冷却速度等工艺参数,通过细化钢中奥氏体晶粒,控制钢材冷却过程中组织相变、碳化物析出,提高热轧钢材的强度、韧性等综合性能的一种轧制方法。该技术自问世以来,主要板材轧制。近年来,已逐渐在线材、优特钢生产过程中应用。

我公司生产的热轧带肋盘螺钢筋,以HRB400E为代表,主要规格为Φ8mm10mm。根据国标GB1499.2-2007规定,其化学成分C%不大于0.25%Mn%不大于1.60%,碳当量Ceq不大于0.54。汉钢公司从2012年元月份投产至20153月份,钢中C控制在0.23%Si控制在0.45%Mn平均控制在1.18%V控制在0.019%20154月份,公司通过理论研究,利用高线细晶粒轧制技术,成功将高线生产的Φ8mm10mm盘螺Si含量降至0.38%Mn含量降至1.00%V含量降至0.015%,预计年效益近千万。

2 细晶粒轧制技术原理

2.1控制轧制的三个阶段

在热轧过程中,根据变形温度的不同,通常把工艺分为三个阶段:(1)在奥氏体再结晶区控制轧制,在奥氏体再结晶温度以上的温度范围(≥950℃)内进行轧制,使再结晶与变形交替进行,以细化奥氏体晶粒。(2)奥氏体未再结晶区控制轧制,轧制温度在950-奥氏体向先共析铁素体转变点Ar3HRB400钢的Ar3大约在850℃),在此区间轧制时钢不发生奥氏体再结晶现象,轧制过程中的塑性变形使奥氏体晶粒拉长,晶粒内部出现许多变形带、孪晶和位错,增加形核点,晶界面积变大,促进晶粒内部和奥氏体晶界的形核率和形核速度,轧后可以获得细小均匀块状铁素体晶粒。(3)奥氏体-铁素体两相区轧制,即低温轧制,轧制温度一般小于Ar3,在轧制过程中伴随着加工硬化和珠光体析出的硬化而提高了钢的强度,降低韧性-脆性转变温度[1]

2.2常见的3种控轧控冷工艺模式

   图1  各种轧制程序的模式图          图2 细晶粒轧制组织变化模式图

a.普通轧制:轧件采用传统热轧工艺,轧制在再结晶区域完成所有轧制,也称为热轧工艺。轧制过程属于奥氏体(-Fe)细化的过程。

b.控制轧制(CR):轧件在两相区(?-α)轧制或未再结晶区域轧制,轧制过程细化了钢中铁素体α,实现钢材组织细化。

c.控轧控冷(CR+Acc):轧件在两相区(?-α)轧制或未再结晶区域轧制,轧制过程细化了钢中铁素体α,实现钢材组织细化;另外,通过轧后快速冷却,提高钢中铁素体向珠光体的转变量,增加钢材强度。

2.3 高线细晶粒轧制技术控制分析[2]

我公司根据现场设备装备情况,主要采用两相区轧制,轧后快速冷却,实现相变强化。其主要控制以下几个阶段:加热温度控制、轧制温度控制、吐丝温度控制、风冷速率控制。

2.3.1加热温度控制

加热温度的高低直接决定轧制前钢坯奥氏体晶粒尺寸大小。加热温度越高,钢材塑性越好,轧制过程变形抗力越低,钢坯奥氏体晶粒越粗大;加热温度越低,钢材塑性越差,变形抗力变大,钢坯奥氏体晶粒越细小。根据细晶粒轧制工艺要求,在满足轧机轧制能力的条件下,采用较低的开轧温度,确保钢坯奥氏体晶粒细小。

2.3.2轧制温度

控制轧制温度主要是控制钢材在精轧阶段的温度。根据控制轧制理论,精轧阶段钢材温度控制在两相区(即A3线以下,A1线以上),钢材晶粒度较细。轧制过程中,需考虑冷却能力及轧机负荷。

2.3.3吐丝温度

吐丝温度是钢材风冷开始温度。控制吐丝温度,主要是为了控制轧后晶粒长大,降低先共析铁素体析出体量。

2.3.4风冷速率控制

风冷速率主要是控制铁素体向珠光体转变过程,确保钢中珠光体含量。

3 技术研制过程

3.1 设备简介

细晶粒轧制技术在轧钢单高线进行试验,单高线主要装备情况如下:轧线为一条60万吨单高线,轧制机组采用全连轧布置,共30架轧机,其中粗轧机组为Φ610×4+Φ480×2,中轧机组为Φ480×4+Φ380×2,预精轧机组为Φ380×24+Φ285×4,精轧机组为Φ228×8,减定径机组为Φ228×2+Φ156×2,并在精轧机组前、精轧机组后和减定径机组后分别设有水冷段对轧件进行控制冷却。风冷辊道采用装有“佳灵”系统的斯太尔摩风冷辊道,共14台冷却风机。盘螺生产工艺路线按照:加热炉→粗轧机组→中轧机组→预精轧机组→精轧机组→减定径机组→吐丝机→斯太尔摩风冷辊道。

3.2产品轧制过程工艺控制及结果分析[3]

3.2.1工艺控制

(1)化学成分控制

表1    HRB400E产品化学成分控制

 

钢种

规格,mm

化学成分,%

C

Si

Mn

SP

V

HRB400E

8.010.0

0.21-0.23

0.40-0.50

1.15-1.25

<0.045

0.018-0.020

(2)轧制过程温度控制

根据控制轧制和控制冷却技术原理,分别在2014年6月26日、8月27日、9月10日进行了三次现场试验,试验1按照未再结晶区轧制进行参数设定;试验2是在试验1的基础上,在进减定径后,按照两相区轧制控制;试验3按进精轧、减定径在两相区进行轧制,且轧后迅速将轧件温度降至A1线附近。试验方案主要根据现场设备能力进行调整,具体轧制关键点工艺控制见表2。

表2   细晶粒轧制关键点工艺控制

方案

加热炉  加热温度

精轧前 温度

减定径 前温度

吐丝  温度

冷却  速率

/s

终冷   温度

轧制速度

m/s

规格

mm

试验1

1050

880

850

840

6.0

600

58

10

试验2

1050

850

780

780

6.0

600

62

10

试验3

1050

790

780

730

6.0

600

40

10

3.2.2检验情况

(1)产品性能指标

试验过程,共轧制钢坯300余支,每个方案试验约100余支。产品性能见表3:

表3 产品力学性能统计

 

方案

统计值

屈服强度,MPa

抗拉强度,MPa

伸长率,%

试验1

最大值

476

635

30.4

最小值

452

613

25.2

平均值

463

629

28.9

试验2

最大值

482

641

60.3

最小值

455

618

25.1

平均值

467

629

28.5

试验3

最大值

540

677

28

最小值

514

653

24.5

平均值

524

665

26.3

通过表3可以看出,试验3采用细晶粒轧制技术后,钢材强度指标明显提升。

(2)金相组织检验及晶粒度

表4  HRB400E金相结果

 

方案

组织

晶粒度

试验1

P+F

10

试验2

细小的P+F

11

试验3

细小的P+F

11

    从表4可以看出,3次试验生产的钢材晶粒度等级均比较高。其主要组织为珠光体+铁素体,无其他异常组织。

3.3 结果分析

通过试验1、2、3对比可以看出,轧件精轧、减定径在两相区轧制,轧后快速冷却在A1线附近时,钢材组织细小,强度指标明显提升。主要三方面原因:(1)采用两相区轧制工艺,进精轧后,整体轧制温度在780-850℃之间,轧制过程产生加工硬化,且铁素体(α-Fe)得到大幅细化;(2)轧制过程不发生奥氏体再结晶现象,轧制过程中的塑性变形使奥氏体晶粒拉长,晶粒内部出现许多变形带、孪晶和位错,增加形核点,晶界面积变大,促进晶粒内部和奥氏体晶界的形核率和形核速度,轧后可以获得细小均匀块状铁素体晶粒;(3)轧后轧件快速冷却至730℃左右,大大减少了先共析铁素体产生量,经风冷线冷却后,最后钢中组织转变为细小的铁素体+珠光体组织。

3.4技术应用效果

通过工艺研制,对高线成分进行调整,实现降低钢坯合金成本的目的。技术应用前后,盘螺所用钢坯成分变化如表5:

表5    技术应用前后成分变化

 

项目

C

SI

Mn

V

应用前

0.23

0.45

1.18

0.019

应用后

0.23

0.38

1.00

0.015

对比

0

-0.07

-0.18

-0.004

采用细晶粒轧制技术后,高线盘螺所用钢坯合金成分出现大幅降低,其中Si元素由0.45%降低至0.38%,降低了0.07%;Mn元素由1.18%降低至1.00% ,降低了0.18%;V元素由0.019%降低至0.015%,降低了0.004%。吨钢合金成本降低约20元,年创效约1000万元以上。

4  结论

(1)采用奥氏体-铁素体两相区轧制工艺时,轧制过程铁素体细化,有利于钢材组织细化,提升钢材强度。

(2)轧后快速冷却至A1线,降低钢中先共析铁素体体量增加(先共析铁素体尺寸大,强度低),有利于钢材强度提升。

(3)加热温度的高低直接决定轧前钢坯奥氏体晶粒尺寸大小。轧制细晶粒钢时,应严格控制钢坯加热、均热温度。

(4)运用细晶粒轧制技术后,钢材合金成本大幅降低。

参考文献

[1]陈文勇,贾元海,王晓飞,李亚彦.盘螺控温控冷技术的研究[J].2014年全国轧钢生产技术会议文集.931-935.

[2]曹树为. 高速线材生产中的控轧控冷[J].金属制品,2005,5:26-27.

[3]李曼云,孙本荣. 钢的控制轧制和控制冷却技术手册[M],北京,冶金工业出版社,198916-20.

 

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