CN107803629B - 一种提高螺纹钢力学性能的方法 - Google Patents

Abstract

一种提高螺纹钢力学性能的方法，包括以下步骤：(1)增加横肋侧面与螺纹钢内径表面的夹角α；(2)增加横肋间距l；(3)降低横肋高度h；α、l、h均在国标限制的范围内，且步骤(1)、(2)(3)不分先后。本发明具有提高螺纹钢力学性能、提高材料利用率、节约生产成本等优点。本发明属于螺纹钢技术领域。

Description

一种提高螺纹钢力学性能的方法

技术领域

本发明属于螺纹钢技术领域，尤其涉及一种提高螺纹钢力学性能的方法。

背景技术

在生产螺纹钢时，厂家也在也致力于提高产品的力学性能，以期为企业实现降本增效。目前，大部分技术都是通过调整合金加入量，优化控轧控冷工艺来实现，虽能一定程度上提高螺纹钢性能，但同时也带来某些负面的影响，如螺纹钢的时效性能增加，工序能耗增加等。有一部分即使考虑到成本的节约，但工艺也比较复杂，如专利“一种HRB400螺纹钢的生产方法”、“一种HRB400E高强度抗震钢筋盘螺及其生产方法”等。

现有螺纹钢性能提高的方法，螺纹钢的化学成分要求碳含量0.21～0.25wt％，硅含量0.65～0.80wt％，锰含量1.20～1.40wt％，磷含量小于等于0.045wt％，硫含量小于等于0.045wt％；生产工艺控制转炉终点钢水的碳含量、磷含量及出钢温度为：碳含量C≥0.06wt％，P≤0.030wt％，出钢温度1620～1644℃；LF精炼中电石加入量控制在50～100kg；连铸生产过热度控制在30±5℃，拉速控制在2.2～2.4m/min范围以内。轧制生产中Φ8mm、Φ10mm、Φ12mm、Φ14mm钢筋开轧温度均在970℃～1000℃之间，精轧入口温度在940℃～960℃之间，斯太尔摩冷却线保温罩全部打开。从上述工艺可看出，除了冶炼工艺要控制，轧制工艺也要控制，实际操作起来比较复杂，需要全系统流程的配合，即使能时效性能的提高，但也要耗费大量的人力，物力，对设备工艺的调试及岗位员工的培训，而且要能真正的实施上述方案，需要的时间周期较长，同时也不利于节能。

发明内容

针对上述问题，本发明能提供一种提高螺纹钢力学性能的方法，它还兼具节约成本的优点。

一种提高螺纹钢力学性能的方法，包括以下步骤：

(1)增加横肋侧面与螺纹钢内径表面的夹角α；

(2)增加横肋间距l；

(3)降低横肋高度h；

(4)在国标范围内减小横肋顶宽；

(5)在国标范围内增加横肋末端间距；

α、l、h均在国标限制的范围内，且步骤(1)、(2)、(3)、(4)、(5)不分先后，所述螺纹钢带有纵肋，所述横肋的纵截面呈月牙形，所述横肋与纵肋不相交。

作为一种优选，将公称直径为12-18、25-32规格的夹角α与公称直径为20-22规格的夹角α增加至60°。

作为一种优选，各规格产品的横肋间距l增加至国标上限值减去0.1。

作为一种优选，各规格产品的横肋高度h下降至国标上限值减去0.1。

作为一种优选，公称直径为12规格的横肋高h下降至国标上限值减去0.6，公称直径为14-16、32规格的横肋高度h下降至国标上限值减去0.3，公称直径为18-25规格的横肋高度h下降至国标上限值减去0.2。

作为一种优选，调整铣刀刀头锥角β至60°。

作为一种优选，制作车削刀粒专用样板，从而制作出标准化的车削刀粒，并在车削螺纹钢前淘汰不达标尺寸的车削刀粒。

作为一种优选，对车削好的轧槽用铅棒刻画度量标志，提前测量轧槽中螺纹钢成品的尺寸。

本发明的优点：通过对螺纹钢横肋尺寸的优化，包括增加横肋侧面与螺纹钢内径表面的夹角α、增加横肋间距l、降低横肋高度h、减小横肋顶宽、增加横肋末端间距、调整铣刀刀头锥角等方法和手段，减小了螺纹钢的横肋体积，实现了螺纹钢内径的增加，从而实现负公差控制不变情况下的产品屈服强度提升，螺纹钢的力学性能提高；并且由于横肋体积减小、内径增加，因此提升了材料利用率，节约了成本；制作车削刀粒专用样板，并在车削前淘汰不达标尺寸的车削刀粒，因此能减少在新方法和工艺下螺纹钢的产品良率，更多生产产品的力学性能提高；对车削好的轧槽用铅棒刻画度量标志，提前测量轧槽成品尺寸，能提前对轧制产品有所了解，减少产品不良率，提高生产效率。

附图说明

图1为α为50°时横肋的截面示意图。

图2为α为60°时横肋的截面示意图。

图3为横肋的截面示意图。

其中，b为横肋顶宽，y为横肋底宽，h为横肋高度，α横肋侧面与螺纹钢内径表面的夹角。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的具体说明。

螺纹钢是横截面通常为圆形，且表面带肋的混凝土结构用钢材。螺纹钢上平行于钢筋轴线的均匀连续肋称为纵肋，螺纹钢上与钢筋轴线不平行的其他肋称为横肋。其中，若横肋的纵截面呈月牙形，且与纵肋不相交的钢筋称为月牙肋钢筋。

本实施例中，为提高螺纹钢的力学性能和减少材料损耗、提高材料利用率，采用了如下的方法：(1)增加横肋侧面与螺纹钢内径表面的夹角α；(2)增加横肋间距l；(3)降低横肋高度h；(4)调整铣刀刀头锥角β和横肋顶宽；(5)调整横肋末端间距。以下将对这些方法的具体操作及所带来的效果做具体的记录和介绍。

本发明中公称直径各规格的单位均为毫米。

增加横肋侧面与螺纹钢内径表面的夹角α。横肋侧面与螺纹钢内径表面的夹角α的国家标准为45°至70°。目前厂家对于公称直径为12至18规格的螺纹钢和公称直径为25至36毫米规格的螺纹钢采取的夹角α为50°，公称直径为20和22毫米规格的螺纹刚采取的夹角α为60°，这种设计和生产参数较为稳定。在国标要求的横肋顶宽尺寸要求下，适当的增加横肋侧面与螺纹钢内径表面的夹角α，能使得横肋底款尺寸减小，横肋的体积也相应减小。因此，在本实施例中，发明人将公称直径为12-18、25-32规格的夹角α与公称直径为20-22规格统一，均按60°角度进行控制。

参看图1和图2，以公称直径为25规格为例，横肋顶宽、高的尺寸相同，增大夹角α，夹角α由50°提升至60°，横肋底宽由5.36减小至4，横肋的最高点截面积由8.2723减少至6.5029，减少1.7694，其中横肋顶宽为1，横肋高为2.6。

增加横肋间距l。现有生产制造时，厂家对横肋间距的内控标准保持与国标上限相差0.2至0.5。以公称直径12和25规格为例，其中Dmax——成品辊的最大辊径、Dmin——成品辊的最小辊径、L1——实控横肋间距、L2——最大横肋间距、S1——最大辊径时横肋数量、S2——最小辊径时横肋数量。成品辊的最大辊径为380mm，成品辊的最小辊径为320mm。公称直径为12规格中：横肋间距按照现有方法，则S1＝π×Dmax/L1＝145.5，S2＝π×Dmax/L2＝130.1；发明人将横肋间距增大至8.4毫米后，S1＝π×Dmax/L1＝142，S2＝π×Dmax/L2＝127.1。公称直径为25规格中：横肋间距按照现有方法，则S1＝π×Dmax/L1＝91.7，S2＝π×Dmax/L2＝82.1；发明人将横肋间距增大至13.2毫米后，S1＝π×Dmax/L1＝90.4，S2＝π×Dmax/L2＝80.8。从以上可以看出，对于公称直径为12规格的一个周期单位成品上能减少6个左右横肋，而公称直径为25规格的一个周期单位成品上能减少2个左右横肋。因此，在增大横肋间距l的情况下，横肋的数量减少，总的横肋的体积减小。

现有技术的各规格的其他数据可参看表1——横肋尺寸的国标要求与实际铣槽时的内控尺寸的对比表。表中，GB代表国标，内控代表实际铣槽时尺寸控制要求。

表1

基于以上，发明人初始将横肋间距l均上调到国标上限。然而在实际操作过程中，考虑到(1)铣床对横肋间距的计算方式、(2)生产成品中的热胀冷缩的影响。铣床在对横肋间距计算的基本原则为：通过输入轧辊辊径、横肋间距等参数，程序自动计算横肋个数；个数的取值仅取整数位(非四舍五入)，且当取值为偶数时，程序会在此基础上取偶数值+1的个数进行横肋车削；而当取值为奇数时，则按奇数取值；若将横肋间距按国标最上限值时，取值中为奇数时的小数位平均分配到各个横肋间距上，必然导致横肋间距超过标准。而对于成品在从轧制时的高温状态转变为常温状态时，横肋间距必然会有相应缩小。因此，发明人在采用增大横肋间距以产生最大的效果时，需要综合考虑间距冷缩长度与车削时间距影响长度的匹配。发明人在综合考虑上述因素后，确定各规格产品按照国标最大上限减去0.1的尺寸进行控制；制定成这样的设计，在考虑增大横肋间距产生最大化效果的同时，间距也不会产生超标。

降低横肋高度h。对以往轧槽使用情况与成品尺寸的对比，我们发现横肋高度在轧槽磨损需更换时仍有“富余”。因此，发明人考虑降低横肋高度，以此降低横肋底部宽度，进而降低横肋尺寸，并减小横肋体积。因此，发明人在现有生产工艺设计情况下，将横肋高度均降低0.1至0.2。具体来讲，公称直径为12规格的横肋高度h下降至国标上限值减去0.6，公称直径为14-16、32规格的横肋高度h下降至国标上限值减去0.3，公称直径为18-25规格的横肋高度h下降至国标上限值减去0.2，公称直径为28规格的横肋高度h下降至国标上限值减去0.1。

参照图3，以公称直径25规格的螺纹钢为例，在其他尺寸不变的情况下，降低横肋高度，横肋高度由2.6降至2.4，横肋底宽由5.36减小至5.03，横肋顶宽为1，横肋最高点处截面积减小1.0391。

在国标范围内，减少横肋顶宽b。横肋顶宽减少，也能减小横肋体积。

本实施例中，横肋高度和横肋顶宽的优化前和优化后及国标推荐值可参照下表表2——横肋高度和横肋顶宽尺寸对比表。表中，GB代表国标。

表2

调整铣刀刀头锥角β角。国家控制标准为45°～70°，铣刀刀头锥角越小，刀头强度越小，刀具易磨损、断裂。但改变铣刀刀头锥角β角能有效改变横肋的体积，以25规格为例，β角从50°改至60°，横肋底宽能减少1.2mm左右。

在国标范围内，调整横肋末端间距。横肋末端间距是指两相对应横肋的末端在垂直于钢筋轴线平面上的投影的距离，其值直接影响月牙肋的相对肋面积。在国标中规定了横肋末端最大间距值，但在横肋的加工中，由于担心纵肋过宽，且我们内控标准并未对下限做要求，所以我们的横肋末段间距是控制在中线的。在国标的上限下，适当放大末段间距对减少相对肋面积有很明显的效果。

为确保成品尺寸车削达到标准，并提前对轧制成品尺寸有所了解。主要从以下两方面做好准备工作。一是车削刀粒的标准化：制作车削刀粒专用样板，根据以上优化后的设计和尺寸，制作出符合规格且能使得生产产品能达标的车削刀粒专用样板，使用该车削刀粒生产的产品能达标，并在车削前对不达标尺寸的车削刀粒禁止使用。二是对车削好的轧槽用铅棒“刻模”，即刻画度量标志，提前测量轧槽成品尺寸。发明人在实际生产中将这些方法结合前述的改良方法，从而使得生产出来的螺纹钢的力学性能显著提高、产品良率提高。

本发明的特点是对螺纹钢的各组成部分做出较为精细的调整，“取其所长，补它所短”，在满足国标的要求前提下，量化调整螺纹钢横肋的车削尺寸，从而实现生产时螺纹钢内径尺寸的放大。在不影响负公差控制的情况下，提高螺纹钢的力学性能。

本发明中，通过对横肋尺寸的优化，减小横肋尺寸，增加内径，从而实现负公差控制不变情况下的屈服强度提升。同时由于横肋尺寸的减少，提高了材料利用率，节约了成本。

本发明中，至少保证在国标范围内增加横肋侧面与螺纹钢内径表面的夹角α、增加横肋间距l、降低横肋高度h，才能保证较好的提高力学性能的效果，单一的实施其中之一的手段，取得效果较弱；同时也只有同时实施——增加横肋侧面与螺纹钢内径表面的夹角α、增加横肋间距l、降低横肋高度h这三种手段，才能保证在国标的要求下能增大内径、减小横肋体积，从而提高螺纹钢的力学性能。

优化后HRB400E成品平均屈服强度提升了5-8MPa。可节约合金成本3元/吨。根据发明人所在的轧钢厂2016年一棒螺纹钢月平均产量5.98万吨、二棒螺纹钢月产量6.6万吨计算。

可创造月效益：(5.98+6.6)万吨*3元/吨＝37.74万元。

可创造年效益：12月*37.74万元/月＝452.88万元(长期效益)

上述实施例为发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种提高螺纹钢力学性能的方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)增加横肋侧面与螺纹钢内径表面的夹角α；

(2)增加横肋间距l；

(3)降低横肋高度h；

(4)在国标范围内减小横肋顶宽；

(5)在国标范围内增加横肋末端间距；

α、l、h均在国标限制的范围内，且步骤(1)、(2)、(3)(4)、(5)不分先后，所述螺纹钢带有纵肋，所述横肋的纵截面呈月牙形，所述横肋与纵肋不相交；将公称直径为12-18、25-32规格的夹角α与公称直径为20-22规格的夹角α增加至60°；各规格产品的横肋间距l增加至国标上限值减去0.1；各规格产品的横肋高度h下降至国标上限值减去0.1。

2.根据权利要求1所述一种提高螺纹钢力学性能的方法，其特征在于：公称直径为12规格的横肋高h下降至国标上限值减去0.6，公称直径为14-16、32规格的横肋高度h下降至国标上限值减去0.3，公称直径为18-25规格的横肋高度h下降至国标上限值减去0.2。

3.根据权利要求1所述一种提高螺纹钢力学性能的方法，其特征在于：调整铣刀刀头锥角β至60°。

4.根据权利要求1所述一种提高螺纹钢力学性能的方法，其特征在于：制作车削刀粒专用样板，从而制作出标准化的车削刀粒，并在车削螺纹钢前淘汰不达标尺寸的车削刀粒。

5.根据权利要求1所述一种提高螺纹钢力学性能的方法，其特征在于：对车削好的轧槽用铅棒刻画度量标志，提前测量轧槽中螺纹钢成品的尺寸。

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