CN109355560A - 热轧微合金化钢筋hrb500e的复合强化冷却工艺 - Google Patents

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Abstract

一种热轧微合金化钢筋HRB500E的复合强化冷却工艺，属于钢铁新工艺技术领域。这种控制冷却工艺属于全流程的控制冷却工艺，在原有强化基础上，结合冷却路径控制，突出轧机间、冷却线、加速辊道以及冷床上的整个流程冷却过程中的复合强化，获得细小的珠光体团块尺寸和细的片层间距、提升微合金元素的析出强化效果，获得最佳复合强化效果。

Description

热轧微合金化钢筋HRB500E的复合强化冷却工艺
技术领域
本发明属于钢铁新工艺技术领域，特别是提供了一种热轧微合金化钢筋HRB500E的复合强化冷却工艺。
背景技术
众所周知热轧钢筋强化机制为复合强化方式，主要以固溶、细晶、位错为主，相变和析出强化为辅。为了进一步提升强化效果，现有专利采取的工艺措施包括在冶炼过程采取增钒、增氮和固氮工艺，VN原子比控制，轧制过程采取降低开轧温度和低精轧温度来保证低温大压下实现细晶、固溶和沉淀析出强化。冷却工艺主要是精轧机至倍尺剪之间进行轧后控冷，通过改造现有穿水改造或新制作新型分段水雾气化冷却器，采取分段快冷的方式能够获得细小的铁素体晶粒和少量析出强化，来达到添加合金元素的效果。相变强化主要是通过强穿水冷却工艺获得回火索氏体环来实现强化效果，但是GB/T1499.2-2018要求显微组织不得出现回火索氏体环，只能是铁素体和珠光体组织。
而在低成本强化的需求背景条件下，如何进一步提高强化效果，降低成本成为研究热点。本发明专利主要是在借鉴前人经验的基础上，通过复合强化冷却工艺进一步提高相变强化和析出复合强化效果，在提高HRB500E的力学性能的同时节约合金元素。
发明内容
本发明的目的是提供了一种热轧微合金化钢筋的复合强化冷却工艺。这种控制冷却工艺属于全流程的控制冷却工艺，在原有强化基础上，结合冷却路径控制，突出轧机间、冷却线、加速辊道以及冷床上的整个流程冷却过程中的复合强化，获得细小的珠光体团块尺寸和细的片层间距、提升微合金元素的析出强化效果，获得最佳复合强化效果。具体工艺步骤及控制的技术参数如下：
(1)控制热轧微合金化钢筋化学成分的重量百分比为C：0.20％-0.25％，Si：0.30％-0.60％，Mn：1.2％-1.50％，V：0.05-0.085％，N：120-220ppm，Cr：0-0.25％，P≤0.035％，S≤0.040％，大规格按照上限控制、小规格按照中下限控制，要求0.5<Natom/Vatom<1.0，余量为铁及不可避免的杂质；
(2)冶炼连铸工艺为常规工艺，控制成分和夹杂物，为轧制提供符合国标要求的合格连铸坯；
常规工艺即冶炼连铸工艺规程要点：转炉采用高拉碳出钢新方法，C≥0.08％，S％≤0.030％，P≤0.030％，降低活度氧含量，提高氮的溶解度，出钢温度≥1650℃。采用钒氮合金与氮化硅锰合金复合添加的增氮方法，并调整和控制合金粒度，提高合金化效率。出钢后在氩站处理≥3min，连铸保护浇铸，控制成分和夹杂物，为轧制提供符合国标要求的合格连铸坯。
(3)轧钢生产工艺为常规加热炉工艺或直轧工艺。常规加热炉工艺，钢坯加热温度为1100℃-1150℃，钢坯出炉温度为1050℃-1100℃，开轧温度为1000℃-1100℃，终轧温度为950℃-1050℃；直轧工艺，钢坯开轧温度为950-1050℃，终轧温度为900℃-1050℃；
(4)轧机间冷却工艺：粗轧与中轧、中轧与精轧间的冷却，主要以水箱快冷为主，平均冷却速度控制10～20℃/s，结合控制轧制工艺进行；
(5)精轧后冷却工艺：对从精轧机组最后一架轧机出来的钢筋以10～15m/s速度运行，并且钢筋温度在900℃～1050℃的表面进行快速冷却处理在1～3s内充分利用水的相变汽化潜热Δhv＝540cal/g和水的比热Cp＝1cal/g·℃不同的吸热基本原理，通过水和水雾的汽化蒸发带走大量汽化潜热，采用快冷-返温-快冷-返温循环的方式，快速冷却至Bs＜TC.F≤900℃的分段阶梯型控制冷却工艺，终冷温度控制在V(C,N)的最佳析出温度区600～800℃；
(6)加速辊控制冷却工艺：在全长辊道上按照析出冷却曲线进行风冷，冷速控制在1～4℃/s；
(7)冷床控制工艺：控制上冷床返温温度在800～950℃，下冷床温度为室温～200℃，根据生产节奏控制冷却总时间150～480s，冷却速度0.028～4.05℃/s。同时根据CCT曲线和析出曲线，在冷床上进行显微组织和析出物控制，可分为三个冷却阶段，第一阶段冷却速度控制在1.6～4℃/s，第二阶段冷却速度控制在0.028～4℃/s，第三阶段0.028～0.82℃/s，从而抑制高温阶段VC的析出比例和析出物尺寸，提高VN的比例，最终实现复合强化控制工艺。
本发明的创新点是：
(1)考虑全过程控冷，精轧出口至倍尺剪前的阶梯型分段冷却+加速辊道的中间降温返温+冷床上的冷却路径控制，即阶梯型分段冷却+中间控温+冷床控冷的三位一体化控制工艺；
(2)通过析出曲线和CCT曲线控制铁素体珠光体组织比例和珠光体团块尺寸、片层间距，同时控制V(C,N)弥散析出，提高VN析出相在V(C,N)混合析出相中百分比，并避免回溶，细化晶粒，进而大幅提高强化效果；
(3)通过复合强化工艺优化，为热轧钢筋生产线上开发全流程复合强化冷却装置提供参考和借鉴意义。
附图说明
图1是本发明专利的用于热轧微合金化高强度钢筋的复合强化冷却装置的设备布置示意图。
图2是冷床控冷设备工艺布置图。
图3是含V钢筋HRB500E的析出冷却曲线。
图4是含V钢筋HRB500E的CCT连续冷却转变曲线。
图5是含V钢筋HRB500E的金相显微组织×500边部图。
图6为是含V钢筋HRB500E的金相显微组织×500心部图。
图7是含V钢筋HRB500E的SEM组织×2000边部图。
图8为含V钢筋HRB500E的SEM组织×2000心部图。
图9是含V钢筋HRB500E的析出物形貌VC图。
图10为含V钢筋HRB500E的析出物形貌V(C,N)图。
图11是含V钢筋HRB500E的边部至心部的硬度分布图。
具体实施方式
为说明本发明专利的用于一种热轧微合金化高强度钢筋的析出冷却工艺，具体实施方式阐明如下。
实施例1：
(1)试验钢筋HRB500E的内控化学成分：C 0.22％、Si 0.43％、Mn 1.42％、P0.028％，S 0.021％、Cr 0.04％，V 0.078％，N 150ppm；Fe余量。
(2)对160方铸坯常规加热后进行热轧，轧制规格为Φ25mm，钢坯加热温度为1150℃，钢坯出炉温度为1100℃，开轧温度为1050℃，粗轧与中轧、中轧与精轧间的冷却，主要以水箱快冷为主，平均冷却速度控制10℃/s，终轧速度14m/s，控制终轧温度为1050℃；
(3)采用快冷-返温-快冷-返温循环的分段阶梯型控制冷却工艺，控制冷却段温度在珠光体相变区的最佳温度区760～780℃；
(4)采用加速辊道冷却工艺，分段控制冷却至760℃后，在全长辊道上布置大功率风机20台，然后按照析出冷却曲线进行风冷，冷速控制在1℃/s；
(5)冷床控制工艺：控制上冷床返温温度在900℃，下冷床温度≤200℃，同时根据CCT曲线和析出曲线，在冷床上进行显微组织和析出物控制，可分为三个冷却阶段，第一阶段冷却速度控制在4.05℃/s，第二阶段冷却速度控制在0.1℃/s，第三阶段0.1℃/s，终冷至200℃以下进行打捆收集。
(6)复合强化工艺能够稳定提高屈服强度Rel约20MPa和抗拉强度Rm约30MPa。
表1复合强化控制冷却工艺实施例与对比例的力学性能(轧制速度V＝14m/s)
屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 强屈比 A/％ Agt/％
实施例1 551 702 1.27 17.0 10.5
对比例 533 670 1.26 17 10
实施例2：
(1)试验钢筋HRB500E的内控化学成分：C 0.24％、Si 0.51％、Mn 1.51％、P0.028％，S 0.021％、Cr 0.125％，V 0.085％，N 160ppm；Fe余量。
(2)对160方铸坯常规加热后进行热轧，轧制规格为Φ20mm，钢坯加热温度为1150℃，钢坯出炉温度为1100℃，开轧温度为1050℃，粗轧与中轧、中轧与精轧间的冷却，主要以水箱快冷为主，平均冷却速度控制20℃/s，终轧速度15m/s，控制终轧温度为1030℃；
(3)采用快冷-返温-快冷-返温循环的分段阶梯型控制冷却工艺，控制冷却段温度在珠光体相变区的最佳温度区600～620℃；
(4)采用加速辊道冷却工艺，分段控制冷却至600℃后，在全长辊道上布置大功率风机20台，然后按照析出冷却曲线进行风冷，冷速控制在4℃/s；
(5)冷床控制工艺：控制上冷床返温温度在830℃，下冷床温度≤200℃，同时根据CCT曲线和析出曲线，在冷床上进行显微组织和析出物控制，可分为三个冷却阶段，第一阶段冷却速度控制在4.05℃/s，第二阶段冷却速度控制在4.05℃/s，第三阶段0.8℃/s，终冷至200℃以下进行打捆收集。
(6)复合强化工艺能够稳定提高屈服强度Rel约40MPa和抗拉强度Rm约50MPa。
表2复合强化控制冷却工艺实施例与对比例的力学性能(轧制速度V＝15m/s)
屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 强屈比 A/％ Agt/％
实施例2 576 763 1.32 17 11
对比例2 544 711 1.26 18 10
实施例3：
(1)试验钢筋HRB500E的内控化学成分：C 0.22％、Si 0.46％、Mn 1.5％、P0.005％，S 0.005％、V 0.062％、N140ppm；Fe余量。
(2)对160方铸坯常规加热后进行热轧，轧制规格为Φ25mm，钢坯加热温度为1150℃，钢坯出炉温度为1100℃，开轧温度为1050℃，粗轧与中轧、中轧与精轧间的冷却，主要以水箱快冷为主，平均冷却速度控制20℃/s，终轧速度14m/s，控制终轧温度为1030℃；
(3)采用快冷-返温-快冷-返温循环的分段阶梯型控制冷却工艺，控制冷却段温度在珠光体相变区的最佳温度区700～720℃；
(4)采用加速辊道冷却工艺，分段控制冷却至710℃后，在全长辊道上布置大功率风机20台，然后按照析出冷却曲线进行风冷，冷速控制在4℃/s；
(5)冷床控制工艺：控制上冷床返温温度在900℃，下冷床温度≤200℃，同时根据CCT曲线和析出曲线，在冷床上进行显微组织和析出物控制，可分为三个冷却阶段，第一阶段冷却速度控制在4.05℃/s，第二阶段冷却速度控制在4℃/s，第三阶段0.03℃/s，终冷至200℃以下进行打捆收集。
(6)复合强化工艺能够稳定提高屈服强度Rel 25MPa。
表3复合强化控制冷却工艺实施例与对比例的力学性能(轧制速度V＝14m/s)
牌号 Rel Rm Rm/Rel A/％ Agt/％
实施例3 503 656 1.30 28.8 14.3
对比例3 478 655 1.37 27.3 14.5
综上所述，本发明公开了在GB/T1499.2-2018范围内的一种热轧微合金化钢筋的复合强化控制冷却工艺，通过应用，不仅提高细晶、固溶相变强化效果，而且能够提高珠光体相变和析出强化效果，综合提高复合强化效果，进而可以获得低成本。本发明不仅限于V元素，如Nb、Ti、Cr等也可以参考本工艺进行控制，与此类型相似的钢种，终冷温度不同的也可参考本发明。

Claims (2)

1.一种热轧微合金化钢筋HRB500E的复合强化冷却工艺，其特征在于，
(1)控制热轧微合金化钢筋化学成分的重量百分比为C：0.20％-0.25％，Si：0.30％-0.60％，Mn：1.2％-1.50％，V：0.05-0.085％，N：120-220ppm，Cr：0-0.25％，P≤0.035％，S≤0.040％，大规格按照上限控制、小规格按照中下限控制，要求0.5<Natom/Vatom<1.0，余量为铁及不可避免的杂质；
(2)冶炼连铸工艺为常规工艺，控制成分和夹杂物，为轧制提供符合国标要求的合格连铸坯；
(3)轧钢生产工艺为常规加热炉工艺或直轧工艺：
常规加热炉工艺，钢坯加热温度为1100℃-1150℃，钢坯出炉温度为1050℃-1100℃，开轧温度为1000℃-1100℃，终轧温度为950℃-1050℃；
直轧工艺，钢坯开轧温度为950-1050℃，终轧温度为900℃-1050℃；
(4)轧机间冷却工艺：粗轧与中轧、中轧与精轧间的冷却，以水箱快冷为主，平均冷却速度控制10～20℃/s，结合控制轧制工艺进行；
(5)精轧后冷却工艺：对从精轧机组最后一架轧机出来的钢筋以10～15m/s速度运行，并且钢筋温度在900℃～1050℃的表面进行快速冷却处理在1～3s内充分利用水的相变汽化潜热Δhv＝540cal/g和水的比热Cp＝1cal/g·℃不同的吸热，采用快冷-返温-快冷-返温循环的方式，快速冷却至Bs＜TC.F≤900℃的分段阶梯型控制冷却工艺，终冷温度控制在V(C,N)的析出温度区600～800℃；
(6)加速辊控制冷却工艺：在全长辊道上按照析出冷却曲线进行风冷，冷速控制在1～4℃/s；
(7)冷床控制工艺：控制上冷床返温温度在800～950℃，下冷床温度为室温～200℃，控制冷却总时间150～480s，冷却速度0.028～4.05℃/s。同时根据CCT曲线和析出曲线，在冷床上进行显微组织和析出物控制，可分为三个冷却阶段，第一阶段冷却速度控制在1.6～4℃/s，第二阶段冷却速度控制在0.028～4℃/s，第三阶段0.028～0.82℃/s，从而抑制高温阶段VC的析出比例和析出物尺寸，提高VN的比例，最终实现复合强化控制工艺。
2.根据权利要求1所述的复合强化冷却工艺，其特征在于，所述的常规工艺是指冶炼连铸工艺规程：转炉采用高拉碳出钢新方法，C≥0.08％，S％≤0.030％，P≤0.030％，降低活度氧含量，提高氮的溶解度，出钢温度≥1650℃；采用钒氮合金与氮化硅锰合金复合添加的增氮方法，并调整和控制合金粒度，提高合金化效率；出钢后在氩站处理≥3min，连铸保护浇铸，控制成分和夹杂物，为轧制提供符合国标要求的合格连铸坯。
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