CN106077085A - 一种低屈强比热轧高强度抗震钢筋的生产系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低屈强比热轧高强度抗震钢筋的生产系统及方法，包括按轧制方向依次设置的加热炉、粗轧机组、切头飞剪、中轧机组、中轧后水冷装置、切头飞剪、精轧机组前段、精轧间水冷装置、精轧机组后段、精轧后水冷装置、倍尺飞剪和冷床，通过精准控制轧制温度，实现了再结晶区轧制，细化奥氏体晶粒，结合水冷及回复段精准控制临界奥氏体区轧制及铁素体再结晶区轧制温度，实现了形变诱导铁素体相变及两相区铁素体相变，通过轧后水冷，实现了珠光体转变及少量的贝氏体转变，可以显著提高带肋钢筋的强度、塑性及韧性，具有低的屈强比、良好的塑性、韧性抗震性能及焊接性能，同时粗轧及中轧区高温轧制降低了轧制故障率，提高了生产效率。

Description

一种低屈强比热轧高强度抗震钢筋的生产系统及方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金热轧技术领域，具体涉及一种低屈强比热轧高强度抗震钢筋的生产系统及方法。

背景技术

随着建筑行业的迅速发展，大规模基础设施和城镇化建设需要大量建筑钢筋，特别是带肋钢筋，因此带肋钢筋的应用量越来越大。对大型高层建筑和大跨度公共建筑，优先采用500MPa级钢筋，逐年提高500MPa级钢筋的生产和应用比例；开展600MPa级钢筋的应用技术研发。对于地震多发地区，重点应用高强屈比、均匀伸长率高的高强抗震钢筋。

在现有技术中，生产螺纹钢筋的方法主要包括以下几种：

(1)晶粒细化

通过晶粒细化来提高材料的性能，例如可以通过奥氏体反复再结晶细化奥氏体组织，进而通过相变获得细小的显微组织，或者通过应变诱导相变，细化晶粒，使钢筋得到良好的综合性能。专利申请CN101185938A及澳大利亚专利9419292.9均可以通过应变诱导相变获得细晶粒钢，然而专利9419292.9所制造出的产品屈强比太高，缺乏实用性，且多针对于板材。CN101185938A问题在于坯料加热温度较低，粗轧温度较低，大大增加了设备负荷，降低了轧机、剪机等设备的使用寿命。采用风冷线对钢筋盘卷进行冷却，受设备能力的限制，冷却效率不高。

专利申请“一种热轧带肋钢筋盘条生产方法”(CN102643970A)提出了一种热轧带肋钢筋盘条生产方法，主要保证吐丝温度800℃～1100℃，散卷风冷段前段以≥8m/s的冷却速度快速冷却至目标温度范围590℃±30℃；经散卷中段时，将热轧带肋钢筋盘条的冷却速度控制为0.2℃/s～1.4℃/s，控制热轧带肋钢筋盘条在散卷风冷线中段的冷却时间≥120s；热轧带肋钢筋盘条经过散卷风冷线末段时，控制热轧带肋钢筋盘条的冷却速度≥3℃/s，同时控制热轧带肋钢筋盘条的集卷温度不低于300℃。其问题在于吐丝温度太高，晶粒在高温时长大，易形成混晶现象。

专利申请“超细晶热轧带肋钢筋盘条的制造方法”(CN1745918A)提出了一种超细晶热轧带肋钢筋盘条的制造方法，轧制加热温度980℃～1100℃，开轧温度930℃～980℃，吐丝温度860℃～890℃，轧后采用斯太尔摩风冷线控制冷却，以4℃/s～5℃/s的速度快速冷却至相变温度，然后空冷。此种生产工艺吐丝温度较高，控制冷却部分冷却强度较低，奥氏体的过冷度偏小，无法充分发挥控制冷却的强化效果。

(2)微合金化及控轧控冷

通过向钢中添加微合金元素，如Nb、V、Ti等，通过合金元素的固溶强化、第二相强化及抑制晶粒长大等作用提高强度，例如20Si2Mn中添加0.05％左右的V，通过控制轧制及控制冷却可以使其屈服强度由335MPa提高到400MPa以上。但是由于要增加微合金元素，原料成本较高，国内V、Nb等合金元素储量不足，后期要依靠进口；由于加入了合金元素，回炉后，钢水中含有大量合金，二次使用轧制质量不稳定。分离合金技术不成熟，分离成本高。

(3)余热淬火

利用钢筋终轧后在奥氏体状态下直接进行表面淬火，随后由心部传出余热进行自回火，以提高强度，改善塑韧性，使钢筋得到良好的综合力学性能。通过这种工艺获得的产品组织一般为回火马氏体+回火索氏体+铁素体+珠光体，虽然产品力学性能较高，但是应力腐蚀开裂倾向较大，强屈比较低，抗震性能较差，焊接性能较差，施工适应性相对较差。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低屈强比热轧高强度抗震钢筋的生产系统，提高钢筋强度。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明的技术方案如下：

一种低屈强比热轧高强度抗震钢筋的生产系统，包括按轧制方向依次设置的加热炉、粗轧机组、中轧机组、中轧后水冷装置、精轧机组、精轧后水冷装置、倍尺飞剪和冷床，所述精轧机组包括精轧机组前段和精轧机组后段，所述精轧机组前段和精轧机组后段之间设置有精轧间水冷装置。

在精轧机组间布置水箱，通过控制水冷参数及回复段实现铁素体再结晶区轧制，细化奥氏体晶粒及相变后组织，提高了螺纹钢筋强度。

所述冷床上设置有保温罩。可降低轧件头尾温差，提高冷却均匀性，进而提高组织及性能均匀性，提高成材率。

所述粗轧机组与中轧机组之间以及中轧后水冷装置与精轧机组前段之间分别设置有切头飞剪。

根据棒材生产中热轧高强度抗震钢筋性能特点，对于生产Φ25mm以下，应变速率速度大于150/s，利用形变诱导铁素体相变及相变强化生产超细晶带肋钢筋，使其获得较好的强度和良好塑韧性，要实现形变诱导铁素体相变及相变强化效果，需要满足以下条件：1.能实现临界奥氏体区控轧；2.轧制过程温度控制；3.精轧后快速水冷至珠光体或贝氏体转变区域，实现珠光体及贝氏体转变，本发明同时提供一种低屈强比热轧高强度抗震钢筋的生产方法，采用上述的生产系统，按照生产顺序包括以下步骤，加热、粗轧、中轧、中轧后水冷、精轧前段轧制、精轧间水冷、精轧后段轧制、精轧后水冷、倍尺飞剪、冷床冷却等；其关键在于控制上述各个工艺过程，以便实现在临界奥氏体区及铁素体再结晶区轧制及随后的控制冷却，实现形变诱导铁素体相变、铁素体相变、珠光体相变及贝氏体相变，最终达到细化组织，降低屈强比，保证良好塑韧性的目的。

具体方法为：

加热步骤中采用步进梁式加热炉将钢坯加热到950℃～1100℃；钢坯粗轧及中轧温度控制在920℃～1000℃，轧制过程中控制每道次的延伸系数为1.15～1.45；粗轧及中轧后轧件经飞剪切头；轧件中轧后水冷，使轧件降低100℃～250℃；此段穿水冷却的目的为精确控制精轧温度范围在Ae3～Ar3内；精轧前段轧制，精轧机前两架入口温度控制在750℃～850℃；采用两道次轧制成，通过此阶段轧制，轧件迅速发生形变诱导铁素体相变；而后轧件经过精轧间水冷后进入精轧后段轧制，精轧机组后四机架入口温度控制在700℃～850℃，轧件在两相区轧制，获得超细晶铁素体组织；随即轧件进入穿水冷却，保证轧件在此温度范围内快速冷却，冷却速度≥10℃/s，冷却至500℃～600℃，温度控制在±30℃范围内，而后轧件倍尺飞剪剪切后进入冷床进行缓慢冷却，为了保证保证轧件发生珠光体及贝氏体转变，在冷床上方加设保温罩，而后轧件下冷床，定尺并收集。

其中轧件温度控制范围解释如下：要求轧制温度的±30℃，例如轧制温度为750℃，则温度偏差为750±30℃，轧制温度区间为720～780℃，如轧制温度为1100℃，则轧制温度区间为1070～1130℃。

本发明所述生产方法，其显微组织为形变诱导铁素体铁素体+珠光体+贝氏体，均为细晶粒或超细晶粒，晶粒尺寸小于5μm，具有较高的强度和塑韧性，由于组织包含铁素体+贝氏体的软硬相结合，因此组织具有较低的屈强比，如生产普通碳素带肋钢筋，其屈服强度在500MPa以上，抗拉强度在650MPa以上，延伸率在20％以上，冷弯、反冷弯完全能满足GB1499.2-2007标准，具有良好的塑韧性、焊接性和抗震性能。

如上所述，本发明的有益效果是：

本发明可减少轧制道次，提高道次压下量，提高带肋钢筋强度，降低屈强比，提高抗震性能，并减少合金的加入，降低轧辊的故障率，提高轧机的使用寿命，降低电耗，有效降低生产成本。具体地，粗中轧机组的轧制温度较高，可实现道次大压下，减少了轧制道次，同时提高了轧机寿命和轧机利用率。通过相变强化来提高钢筋强度，减少了合金的加入，进一步降低了生产成本，提高经济效益。采用水冷控温工艺后冷却效率大大提高，可以减少冷却线长度，减少投资，提高市场竞争力。生产的钢筋性能优异，组织稳定，屈强比低，抗震性能好。

附图说明

图1为本发明生产系统的平面布置示意图；

图2为中轧机组至精轧机组的布置结构示意图；

图3为本发明的显微组织。

零件标号说明：

1—加热炉；2—粗轧机组；3—切头飞剪；4—中轧机组；5—中轧后水冷装置；6—切头飞剪；7—精轧机组前段；8—精轧间水箱；9—精轧机组后段；10—精轧后水冷装置；11—倍尺飞剪；12—保温罩；13—冷床；14-夹送辊。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

实施例

如图1和图2所示，一种低屈强比热轧高强度抗震钢筋的生产系统，包括按轧制方向依次设置的加热炉1、粗轧机组2、切头飞剪3、中轧机组4、中轧后水冷装置5、切头飞剪6、精轧机组前段7、精轧间水冷装置8、精轧机组后段9、精轧后水冷装置10、倍尺飞剪11和冷床13，其中水冷装置均采用水箱，在精轧机组前段7和精轧机组后段9之间布置水箱，通过控制水冷参数及回复段实现铁素体再结晶区轧制，细化奥氏体晶粒及相变后组织，提高螺纹钢筋强度。

进一步地，冷床13上方设置有保温罩12，可降低轧件头尾温差，提高冷却均匀性，进而提高组织及性能均匀性，提高成材率。其中，中轧机组4包括6架轧机，依次为水平轧机与立式轧机，呈平-立-平-立-平-立布置。精轧机组前段7包括两架轧机，前一架为水平轧机，后一架为立式轧机。精轧机组后段9包括4架轧机，4架轧机依次为水平轧机和立式轧机，呈平-立-平-立布置；若采用切分轧制，则4架轧机均为水平轧机。精轧前段轧制采用两道次轧制，精轧后段轧制采用四道次轧制，以提高生产效率。中轧后水冷装置5和精轧后水冷装置10均包括两组水箱，精轧后水冷装置10的两组水箱之间设置有夹送辊14。

本发明采用上述生产系统的生产方法包括如下步骤：

(1)加热

采用步进梁式加热炉将钢坯加热到950℃～1100℃；

(2)粗轧及中轧机

钢坯粗轧及中轧温度控制在920℃～1000℃，轧制时每一架轧机前后均设有导卫，粗轧机组轧制完成后设有飞剪，轧制过程中控制每道次的延伸系数为1.15～1.45，保证温度不太低，可保证粗轧道次及中轧道次压下量，同时可降低粗轧机组轧辊损耗，提高利用率，在此温度范围内轧制可以实现反复再结晶轧制，有利于细化奥氏体晶粒，随后轧件进入中轧机组进行轧制，中轧温度为粗轧后轧件温度。

(3)中轧后水冷

对步骤(2)中中轧后的钢坯进行喷水冷却，使轧件温度降低100℃～250℃，以抑制高温奥氏体晶粒的长大，同时保证随后的温度全程控制，为随后的临界奥氏体区轧制做准备。

(4)精轧前段轧制

对步骤(3)经水冷或轧制后的轧件进入精轧机组轧制，精轧机两架入口温度控制在750℃～850℃，采用两道次轧制成成品。通过此阶段轧制，轧件迅速发生形变诱导铁素体相变。变形后经过水冷，抑制晶粒长大。

(5)精轧间水冷

对步骤(4)经轧制后的轧件进入精轧机组后段进行穿水冷却，使轧件温度降低50℃～150℃，保证随后的温度全程控制，为随后的两相区轧制做准备。

(6)精轧后段轧制

对步骤(5)经水冷后的轧件进入精轧机组后段轧制，精轧机四机架入口温度控制在700℃～850℃。为提高生产效率，可进行切分轧制，通过四道次两相区轧制，获得超细晶铁素体组织。

(7)精轧后水冷

对步骤(6)经轧制后的轧件进行穿水冷却，保证轧件在此温度范围内快速冷却，冷却速度≥10℃/s，冷却至500℃～600℃，温度控制在±30℃范围内。

(8)冷床缓冷

轧件经倍尺飞剪剪切后进入冷床进行缓慢冷却，为了保证保证轧件发生珠光体及贝氏体转变，在冷床上方加设保温罩，保证轧件头尾温度均匀性，而后轧件下冷床，轧件下冷床温度在300～550℃，定尺并收集。

采用本发明的生产方法，生产了多批螺纹钢筋，其化学成分如表1所示，个工序步骤的有关参数如表2所示，生产过程完后，从成品中取样，分别进行力学性能检测和金相组织检测，如果表3所示；为了进一步对比，列举了两例采用的传统方法生产螺纹钢筋的工艺参数和产品力学性能进行对比，并将对比例记录到表1、表2、表3中：通过对比，从表3及图3可看出，通过本发明所述生产方法生产的螺纹钢筋具有以下特点及优点：

1.螺纹钢筋屈服强度及抗拉强度高，屈强比低，最大力下总伸长率高，即钢筋抗震性能好；

2.通过细晶强化及相变强化提高钢筋强度及塑性，晶粒细小稳定。

3.钢筋合金及微合金成分低，钢筋合金成本低，较普通螺纹钢筋，本发明螺纹钢筋Mn含量降低约0.2％，不含V，或者仅含有少量VN合金；不仅屈服强度高，抗拉强度高并且晶粒度高，显微组织晶粒细小。

本发明可减少轧制道次，提高道次压下量，提高带肋钢筋强度，降低屈强比，提高抗震性能，并减少合金的加入，降低轧辊的故障率，提高轧机的使用寿命，降低电耗，有效降低生产成本。具体地，粗中轧机组的轧制温度较高，可实现道次大压下，减少了轧制道次，同时提高了轧机寿命和轧机利用率。通过相变强化来提高钢筋强度，减少了合金的加入，进一步降低了生产成本，提高经济效益。采用水冷控温工艺后冷却效率大大提高，可以减少冷却线长度，减少投资，提高市场竞争力。生产的钢筋性能优异，组织稳定，屈强比低，抗震性能好。

表1实施例化学成分(wt％)

化学元素	C	Si	Mn	S	P	V
							对比例1	0.23	0.26	0.99	0.031	0.032	0.008(VN合金)
对比例2	0.23	0.60	1.40	0.032	0.029
							实施例1	0.23	0.50	1.00	0.035	0.031
实施例2	0.23	0.50	1.00	0.035	0.031
							实施例3	0.22	0.52	1.02	0.035	0.031	0.009(VN合金)
实施例4	0.22	0.52	1.02	0.035	0.031	0.009(VN合金)

表2实施例螺纹钢筋轧制过程中的有关工艺参数

表3实施例螺纹钢筋力学性能及晶粒度

通过精准控制轧制温度，实现了再结晶区轧制，细化奥氏体晶粒，结合水冷及回复段精准控制临界奥氏体区轧制及铁素体再结晶区轧制温度，实现了形变诱导铁素体相变及两相区铁素体相变，通过轧后水冷，提高了冷却效率，实现了珠光体转变及少量的贝氏体转变，降低了投资，提高市场竞争力，可以显著提高带肋钢筋的强度、塑性及韧性，具有低的屈强比、良好的塑性、韧性抗震性能及焊接性能，提高企业的经济效益。同时粗轧及中轧区高温轧制降低了轧制故障率，降低了备件投资，提高了生产效率，节约了能源。

1)本发明所述的生产系统及其生产方法可以显著提高带肋钢筋的强度、塑性及韧性，如采用普通碳素钢带肋钢筋，其屈服强度可提高到500Mpa以上，抗拉强度提高到650MPa，其组织为形变诱导铁素体+珠光体+铁素体+少量贝氏体(贝氏体含量少于10％)，屈强比低，延伸率大于20％，冷弯、反冷弯性能完全满足GB1499.2标准，具有良好的塑性、韧性抗震性能及焊接性能；

2)粗轧机组及中轧机组轧制温度提高，可实现单道次大压下，增加了轧机轧制能力，同时降低了轧制故障率，降低了备件投资，提高了生产效率，节约了能源；

3)在精轧机组间布置水箱，通过控制水冷参数及回复段实现了形变诱导铁素体相变，铁素体再结晶区轧制，细化奥氏体晶粒及相变后组织，提高了螺纹钢筋强度；

4)冷床上方增设保温罩，可降低轧件头尾温差，提高冷却均匀性，进而提高组织及性能均匀性，提高成材率，提高企业竞争力。

5)所生产的带肋钢筋通过形变诱导铁素体相变、再结晶铁素体相变及相变强化来提高钢筋强度，减少了合金的加入，进一步降低企业生产成本，提高了企业的经济效益；

6)所生产的带肋钢筋不仅性能优异，而且性能稳定，组织均匀细密，屈强比低，抗震性能好，具有节约能源和环保的优点。

任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种低屈强比热轧高强度抗震钢筋的生产系统，包括按轧制方向依次设置的加热炉、粗轧机组、中轧机组、中轧后水冷装置、精轧机组、精轧后水冷装置、倍尺飞剪和冷床，其特征在于：所述精轧机组包括精轧机组前段和精轧机组后段，所述精轧机组前段和精轧机组后段之间设置有精轧间水冷装置。

2.根据权利要求1所述的一种低屈强比热轧高强度抗震钢筋的生产系统，其特征在于：所述冷床上设置有保温罩。

3.根据权利要求1所述的一种低屈强比热轧高强度抗震钢筋的生产系统，其特征在于：所述粗轧机组与中轧机组之间以及中轧后水冷装置与精轧机组前段之间分别设置有切头飞剪；所述中轧后水冷装置和精轧后水冷装置均包括两组水箱。

4.根据权利要求1所述的一种低屈强比热轧高强度抗震钢筋的生产系统，其特征在于：所述精轧机组前段包括两架轧机，前一架为水平轧机，后一架为立式轧机，所述精轧机组后段包括4架轧机，4架轧机呈平-立-平-立布置；或4架轧机均为水平轧机。

5.一种低屈强比热轧高强度抗震钢筋的生产方法，采用权利要求1-4任意一项所述的生产系统，其特征在于，包括以下步骤：

加热，将钢坯加热到980℃～1100℃；

粗轧和中轧，钢坯粗轧及中轧温度控制在920℃～1000℃，轧制过程中控制每道次的延伸系数为1.15～1.45；粗轧及中轧后轧件经飞剪切头；

中轧后水冷，中轧后轧件经水冷温度降低100℃～250℃；

精轧，包括精轧前段轧制和精轧后段轧制，精轧前段轧制入口温度控制在750℃～850℃，经精轧前段轧制的轧件再经精轧间水冷后进入精轧后段轧制，精轧后段轧制入口温度控制在700℃～850℃；

精轧后水冷，轧件进入穿水冷却，冷却速度≥10℃/s，冷却至500℃～600℃；

倍尺飞剪和冷却，轧件倍尺飞剪剪切后进入冷床进行缓慢冷却，而后轧件下冷床，定尺并收集。

6.根据权利要求5所述的一种低屈强比热轧高强度抗震钢筋的生产方法，其特征在于：所述精轧前段轧制采用两道次轧制成，通过此阶段轧制，使轧件迅速发生形变诱导铁素体相变；精轧后段轧制采用四道次轧制，轧件在两相区轧制，获得超细晶铁素体组织。

7.根据权利要求5所述的一种低屈强比热轧高强度抗震钢筋的生产方法，其特征在于：所述精轧间水冷过程中，轧件进行穿水冷却，使轧件温度降低50℃～150℃。

8.根据权利要求5所述的一种低屈强比热轧高强度抗震钢筋的生产方法，其特征在于：所述轧件的轧制温度均控制在750℃～1100℃，轧件温度均控制在±30℃范围内。

9.根据权利要求5所述的一种低屈强比热轧高强度抗震钢筋的生产方法，其特征在于：所述轧件在冷床上冷却过程中上方设置保温罩，保证轧件发生珠光体及贝氏体转变。

10.根据权利要求5所述的一种低屈强比热轧高强度抗震钢筋的生产方法，其特征在于：最终产品显微组织为形变诱导铁素体+铁素体+珠光体+贝氏体；晶粒尺寸小于5μm。