CN109097690B - 高速铁路用hrb400钢筋的生产方法 - Google Patents

高速铁路用hrb400钢筋的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高速铁路用HRB400钢筋的生产方法，包括以下步骤：步骤A：碳：0.21％～0.24％，硅：0.30％～0.60％，锰：1.30％～1.50％，钒：0.030％～0.040％，氮：0.0070％～0.0100％，钢筋的碳当量稳定控制在0.48％以下；步骤B：钢筋轧制用坯在炉加热时间60至90min，均热段温度按1150±40℃控制，开轧温度控制在1030±30℃，尾部温度高出20至50℃；步骤C：中轧、精轧机组各机架冷却水量≤100L/Min，水压≤0.25MPa，调整冷床入口裙板间隙，使之大于5mm以上；步骤D：钢筋轧后自然冷却，不进行控制冷却或穿水冷却，上冷床温度为1000至1050℃。本发明使钢筋具有更加良好的组织均匀性、良好的焊接性能及较低的应变时效敏感性。

Description

高速铁路用HRB400钢筋的生产方法
技术领域
本发明涉及冶金领域，具体涉及一种高速铁路用HRB400钢筋的生产方法。
背景技术
中国铁路行业发展迅速，对于的高速铁路来说，近十年来其发展成果尤其显著，运营里程超过全世界总量的一半以上，四纵铁路干线基本成型。目前中国高速铁路运营网络规模全世界最大，且运营速度最快。以桥代路理念是中国高速铁路建设的主要策略之一，中国高速铁路桥梁里程占线路里程的比例最高达82％，其中常用跨度(32米、24米)混凝土简支箱梁桥占桥梁总里程的比例基本在80％以上，最高达96％，因此运用于高速铁路预制后张法预应力混凝土简支梁制作的钢筋质量对于高速铁路的建设及后期运行的可靠性起着至关重要的作用。
目前市场上HRB400E热轧带肋钢筋的生产工艺及钢筋的组织、性能差异性较大，部分钢筋轧后采用余热处理工艺，钢筋截面组织不均匀，钢筋表层细晶化或回火组织(回火索氏体或回火马氏体)使钢筋的焊接过程中焊接接头软化，具有较大安全隐患。
综上所述，现有技术中存在以下问题：现有的HRB400E热轧带肋钢筋，质量上存在缺陷，难以满足高速铁路预制后张法预应力混凝土简支梁的标准要求的性能。
发明内容
本发明目的在于提供一种高速铁路用HRB400钢筋的生产方法，使钢筋完全满足《TB/T3432-2016高速铁路预制后张法预应力混凝土简支梁》标准中的技术、质量要求，在满足低碳当量、较窄重量偏差控制条件下，采用微合金化生产工艺路线钢筋的组织均匀性、强度及焊接性能更优，钢筋应变时效敏感性更低。
为此，本发明提出一种高速铁路用HRB400钢筋的生产方法，
高速铁路用HRB400钢筋的生产方法包括以下步骤：
步骤A：钢筋坯料的成分设计(本发明中各成分均为质量分数)与控制：钢筋采用钒氮微合金化工艺，其中，碳：0.21％～0.24％，硅：0.30％～0.60％，锰：1.30％～1.50％，钒：0.030％～0.040％，氮：0.0070％～0.0100％，钢筋的碳当量稳定控制在0.48％以下；
步骤B：钢坯加热的控制：钢筋轧制用坯在炉加热时间60至90min，采用三段式加热，均热段温度按1150±40℃控制，使添加的微量元素充分回溶，开轧温度控制在1030±30℃，对钢筋的尾部进行补偿加热，尾部温度高出20至50℃；
步骤C：轧制过程做好连轧机组各机架冷却水控制；中轧、精轧机组各机架冷却水量≤100L/Min，水压≤0.25MPa，避免钢筋表面细晶化，调整冷床入口裙板间隙，使之大于5mm以上；
步骤D：轧后冷却控制：钢筋轧后自然冷却，不进行控制冷却或穿水冷却，上冷床温度为1000至1050℃。
本发明的有益效果是，充分利用氮碳化物析出强化及硅的固溶强化最大化，通过窄成分控碳和锰，在较低碳当量水平下，生产出强度高、组织均匀、焊接性能优良，应变时效敏感性低的HRB400钢筋，适用于按《TB/T 3432-2016高速铁路预制后张法预应力混凝土简支梁》标准要求的钢筋的生产。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明。
实施例1：本发明的高速铁路用HRB400钢筋的生产方法包括以下步骤：
1)钢筋坯料的成分设计与控制(本发明中各成分均为质量分数)：钢筋采用钒氮微合金化工艺，碳：0.21％～0.24％，硅：0.30％～0.60％，锰：1.30％～1.50％，钒采用钒铁、氮化钒铁或钒氮合金进行组合添加控制，钒：0.030％～0.040％，氮：0.0070％～0.0100％；碳采用窄成分平稳控制，降锰提硅，充分利用硅元素在0.30％～0.60％区间的固溶强化最大化，按钒氮比4：1组合添加钒铁及氮化钒铁(或钒氮合金)，保证碳氮化钒在钢中的充分析出提高钢筋的强度，钢筋结合态的氮比例最大化使钢筋的应变时效敏感性最低；钢筋的碳当量稳定控制在0.48％以下，从成分设计上确保钢筋碳当量满足TB/T 3432-2016标准要求，同时钢筋强度得以保证。
2)钢筋轧制用坯在炉加热时间60～90min，采用三段式加热，均热段温度按1150±40℃控制，使添加的微量元素充分回溶，开轧温度控制在1030±30℃，对钢筋的尾部进行补偿加热(尾部温度高出20～50℃)，使钢筋在多道次连续轧制过程中头尾的轧制温度保持基本恒定，减少了钢筋的尺寸波动，有利于钢筋的窄范围重量偏差控制。
3)轧制过程做好连轧机组各机架冷却水控制，特别是中轧、精轧机组各机架冷却水量、水压降至最低(水量≤100L/Min，水压≤0.25MPa)，避免钢筋表面细晶化。调整冷床入口裙板间隙，使之大于5mm以上，避免高温状态的钢筋上冷床堆钢、乱钢，确保钢筋平直度和成材率指标。
4)钢筋轧后自然冷却，不进行控制冷却或穿水冷却，上冷床温度为1000～1050℃。
在完成轧制和冷却后，可以按照下面方法进行取样和观察：
5)成品取样：在不同批次钢筋上分别取头部、中部、尾部试样，试样长度400mm(拉伸试验样、应变时效样及金相样)。
6)试样加工：将原始取样钢筋加工成金相检验试样，试样尺寸全截面×(15～20)mm，将试样截面在砂轮机上打磨，再用金相试纸抛光后，用4％硝酸酒精溶液腐蚀3～5s，制备成金相试样；光谱分析试验样：全截面×50mm，分析面用砂轮机进行打磨。
7)在光学显微镜下观察整个试样全截面组织及晶粒度。用直读光谱仪分析钢中元素及碳当量，用拉伸试验机检验钢筋力学性能。用拉伸试验机和加热炉进行钢筋的应变时效试验，检验钢筋应变时效敏感性，具体方法为：用拉伸试验机进行预应变，当应变达5％时停止加载，完成预应变的钢筋加热至100℃，保温3小时，自然冷却至室温后重新进行拉伸试验。
实施例2
1)坯料冶炼成分控制(本发明中各成分均为质量分数)：碳：0.22％，硅：0.49％，锰：1.34％，钒：0.035％，氮：0.0086％，碳当量：0.46％；
2)钢坯在炉加热时间70min，采用三段式加热，均热段温度按1160℃控制，开轧温度控制在1040℃，对钢筋的尾部进行补偿加热(尾部温度高出其它部位30℃，例如高出头部30℃)；
3)中轧、精轧机组各机架冷却水量为86L/Min、水压为0.23MPa，冷床入口裙板间隙6mm；
4)钢筋轧后自然冷却，不进行控制冷却或穿水冷却，上冷床温度为1025℃。
5)按照上述工艺参数控制炼钢及轧制，成品钢筋铁素体晶粒度10.5～11.0级，钢筋表层无细晶层及回火组织，基体组织主要为F+P(铁素体+珠光体)，头、中、尾部晶粒度无差别，屈服强度450Mpa，抗拉强度615Mpa，最大力伸长率15.2％，成品材碳当量0.46％，应变时效敏感性(用应变时效后抗拉强度的升高率⊿U和延伸率的降低率⊿E来表示)：⊿U：1.6％、⊿E：7.7％，重量偏差：-1.8％。
实施例3
1)坯料冶炼成分控制(本发明中各成分均为质量分数)：碳：0.23％，硅：0.43％，锰：1.36％，钒：0.035％，氮：0.0084％，碳当量：0.47％；
2)钢坯在炉加热时间70min，采用三段式加热，均热段温度按1152℃控制，开轧温度控制在1035℃，对钢筋的尾部进行补偿加热(尾部温度高出其它部位25℃)；
3)中轧、精轧机组各机架冷却水量为90L/Min、水压为0.22MPa，冷床入口裙板间隙6mm；
4)钢筋轧后自然冷却，不进行控制冷却或穿水冷却，上冷床温度为1020℃。
5)按照上述工艺参数控制炼钢及轧制，成品钢筋铁素体晶粒度11.0～11.5级，钢筋表层无细晶层及回火组织，基体组织主要为F+P，头、中、尾部晶粒度无差别，屈服强度455Mpa，抗拉强度620Mpa，最大力伸长率14.6％，成品材碳当量0.47％，应变时效敏感性(用应变时效后抗拉强度的升高率⊿U和延伸率的降低率⊿E来表示)：⊿U：1.3％、⊿E：7.4％，重量偏差：-2.1％。
本发明使钢筋具有更加良好的组织均匀性、良好的焊接性能及较低的应变时效敏感性。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种高速铁路用HRB400钢筋的生产方法，其特征在于，所述高速铁路用HRB400钢筋的生产方法包括以下步骤：
步骤A：钢筋坯料的成分设计与控制：钢筋采用钒氮微合金化工艺；
步骤B：钢坯加热的控制：钢坯在炉加热时间70min，采用三段式加热，均热段温度按1160℃控制，开轧温度控制在1040℃，对钢筋的尾部进行补偿加热，尾部温度高出其它部位30℃；
步骤C：轧制过程做好连轧机组各机架冷却水控制；避免钢筋表面细晶化；
步骤D：轧后冷却控制：钢筋轧后自然冷却，不进行控制冷却或穿水冷却，上冷床温度为1025℃；
坯料冶炼成分控制具体为：碳：0.22％，硅：0.49％，锰：1.34％，钒：0.035％，氮：0.0086％，碳当量：0.46％；
中轧、精轧机组各机架冷却水量为86L/Min、水压为0.23MPa，冷床入口裙板间隙6mm；
成品钢筋铁素体晶粒度10.5～11.0级，钢筋表层无细晶层及回火组织，基体组织主要为铁素体+珠光体，头、中、尾部晶粒度无差别；
应变时效敏感性：⊿U：1.6％、⊿E：7.7％。
2.如权利要求1所述的高速铁路用HRB400钢筋的生产方法，其特征在于，步骤A中，钒采用钒铁、氮化钒铁或钒氮合金进行组合添加控制，按钒氮比4：1组合添加钒铁及氮化钒铁、或钒氮合金。
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