CN110760757B - 一种热轧钢筋的低成本强化工艺 - Google Patents

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Abstract

一种热轧钢筋低成本强化工艺，属于钢铁新工艺技术领域。通过基于相变控制工艺和快冷‑返温‑快冷‑返温循环的分段分级控制冷却工艺，在整个横截面范围内获得细晶强化、固溶强化和相变强化的复合强化效果，最终获得良好的力学性能和铁素体加珠光体的显微组织。这种通过轧制全过程控制冷却工艺获得了钢筋表部、1/4、心部的组织均匀化、细小化、相变组织趋于一致化，在不添加微合金元素条件下提升了边部到心部的整体力学性能，同时可以节约大量贵重微合金元素。

Description

一种热轧钢筋的低成本强化工艺
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钢筋的低成本强化工艺，通过控制冷却获得了良好的效果。
背景技术
众所周知目前国内用20MnSi的成分生产HRB400E的难度很大，通常通过两种工艺，第一种工艺是采用热轧后强穿水冷却工艺，可以获得HRB400E的力学性能，但是存在马氏体环焊接软化和穿水后表面红锈的问题，且不符合GB/1499.2-2018的要求。第二种工艺是结合低温轧制+轧后弱穿水冷却工艺的控轧控冷工艺来生产，虽然合金添加量大幅减少，但是对于轧机配置要求高，能够实现800℃的轧制温度要求，投入很大，老旧线轧机无法实现，国内能够满足的新建轧机较少。为了实现老旧线的性能提升，在没有了表面回火索氏体环条件下实现强度升级，必须走复合强化的工艺路线。本专利
发明内容
本发明的目的在于提供一种热轧钢筋的低成本强化工艺，通过一种热轧钢筋的低成本强化工艺，在不添加微合金元素的条件下来实现强度升级，使得20MnSi的成分满足GB/1499.2-2018中HRB400E的要求，从而避免了使用微合金元素Nb、V、Ti、Cr、Ni等，节约了资源，实现了绿色化生产。
本发明通过基于相变控制工艺和快冷-返温-快冷-返温循环的分段分级控制冷却工艺，在整个横截面范围内获得细晶强化、固溶强化和相变强化的复合强化效果，最终获得良好的力学性能和铁素体加珠光体的显微组织。这种通过轧制全过程控制冷却工艺获得了钢筋表部、1/4、心部的组织均匀化、细小化、相变组织趋于一致化，在不添加微合金元素条件下提升了边部到心部的整体力学性能，同时可以节约大量贵重微合金元素。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：0.21％-0.25％，Si：0.50％-0.70％，Mn：1.30％-1.55％，P≤0.035％，S≤0.040％，余量为铁及不可避免的杂质；
(2)冶炼连铸工艺：转炉采用高拉碳出钢，C≥0.08％，S％≤0.030％，P≤0.030％，降低活度氧含量100～600ppm，提高氮的溶解度，控制0.5≤Natom/Vatom≤1.0，出钢温度1650～1680℃；采用硅锰合金进行合金化；出钢控制成分，后在氩站处理≥3min，通过控制吹氩的压力0.20～0.40MPa、和流量100～300L/min来控制夹杂物上浮，同时连铸浇铸成1502～1702方坯，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。钢坯加热温度为1050℃-1150℃，钢坯出炉温度为1000℃-1100℃。
(4)开轧温度为1000℃-1100℃，轧机间冷却工艺：粗轧与中轧、中轧与精轧间的冷却，主要以穿水管快冷为主，平均冷却时间控制0.5～2s，结合控制轧制工艺进行，终轧温度为900℃-1050℃；
(5)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℃的表面根据相变控制曲线来进行轧后分段分级快速冷却处理，表面冷速Vcooling≥100℃/s，在1s至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·℃不同的吸热的两种冷却原理，通过水冷和水雾汽化冷却工艺蒸发带走热量，从而快速冷却至终冷目标温度TC.F，MS＜TC.F≤900℃。
(6)采用快冷-返温-快冷-返温(控制表面温度500～900℃)循环的分段分级控制冷却工艺，控制从边部到心部的温度范围在相变温度区500～650℃；最终控制上冷床返温温度在770～950℃。
本发明的创新点是：
(1)在不添加微合金元素条件下整个横截面范围内获得细晶强化、固溶强化和相变强化的复合强化效果，提高力学性能；
(2)全过程控制冷却工艺获得了钢筋表部、1/4、心部的组织均匀化、细小化、相变组织趋于一致化的强化效果；最终力学性能和显微组织符合GB/1499.2-2018中HRB400E的要求；
(3)通过采用快冷-返温-快冷-返温循环的分段分级控制冷却工艺，提升了边部到心部的整体力学性能，属于低成本强化工艺，可以节约大量贵重微合金元素。
附图说明
图1是本发明专利的用于热轧钢筋的低成本强化工艺的相变控制和分段分级冷却工艺路径示意图。
图2是本发明专利的用于热轧钢筋的实测表面温降曲线。
图3是实施例1中边部与心部金相显微组织对比，其中(a)边部；(b)1/4处；(c)心部；
图4是实施例2中边部的珠光体团块尺寸及珠光体片层间距的SEM形貌；
图5是实施例2中心部的珠光体团块尺寸及珠光体片层间距的SEM形貌；
具体实施方式
为说明本发明专利用于一种热轧钢筋的低成本强化工艺，具体实施方式阐明如下。
实施例1：
(1)试验钢筋1的内控化学成分：C 0.21％、Si 0.64％、Mn 1.36％、P 0.028％，S0.021％，N≤150ppm；Fe余量。
(2)对1502方坯常规加热后进行热轧，轧制规格为Φ12mm，钢坯加热温度为1150℃，钢坯出炉温度为1100℃，开轧温度为1080℃，终轧温度为1050℃；终轧速度14.5m/s；
(3)采用分段分级冷却工艺进行轧后快速冷却，分段控制冷却至720℃后经加速辊道上冷床返温，控制返温温度在880℃，然后在冷床上进行相变后空冷至200℃以下进行打捆收集。
实施例2：
(1)试验钢筋2的内控化学成分：C 0.21％、Si 0.60％、Mn 1.43％、P 0.016％，S0.010％；Fe余量。
(2)对1502方坯常规加热后进行热轧，轧制规格为Φ14mm，钢坯加热温度为1150℃，钢坯出炉温度为1100℃，开轧温度为1090℃，终轧温度为1073℃；终轧速度14m/s；
(3)采用分段分级冷却工艺进行轧后快速冷却，分段控制冷却至650℃后经加速辊道上冷床返温，控制返温温度在850℃，然后在冷床上进行相变后空冷至200℃以下进行打捆收集。
实施例3：
1)试验钢筋3的内控化学成分：C 0.24％、Si 0.56％、Mn 1.45％、P 0.016％，S0.010％；Fe余量。
2)对直轧工艺生产的1702连铸方坯进行热轧，轧制规格为Φ14mm，钢坯开轧温度为1020℃，终轧温度为1000℃；终轧速度14m/s；
3)采用分段分级冷却工艺进行轧后快速冷却，分段控制冷却至500℃后经加速辊道上冷床返温，控制返温温度在800℃，然后在冷床上进行相变后空冷至200℃以下进行打捆收集。
表1低成本强化工艺实施例与对比例的力学性能
Figure BDA0002305957590000051
综上所述，本发明公开了一种热轧钢筋低成本强化工艺。通过控制冷却工艺优化，在整个横截面范围内获得细晶强化、固溶强化和相变强化的复合强化效果，最终获得良好的力学性能和铁素体加珠光体的显微组织。这种通过轧制全过程控制冷却工艺获得了钢筋表部、1/4、心部的组织均匀化、细小化、相变组织趋于一致化，进而可以获得低成本的强化效果。本发明的技术思路不仅限于HRB400E，其他品种参考本工艺进行控制也属于本发明的范围。

Claims (1)

1.一种热轧钢筋低成本强化工艺，其特征在于：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：0.21％-0.25％，Si：0.50％-0.70％，Mn：1.30％-1.55％，P≤0.035％，S≤0.040％，余量为铁及不可避免的杂质；
(2)冶炼连铸工艺：转炉采用高拉碳出钢，C≥0.08％，S％≤0.030％，P≤0.030％，降低活度氧含量100～600ppm，提高氮的溶解度，控制0.5≤Natom/Vatom≤1.0，出钢温度1650～1680℃；采用硅锰合金进行合金化；出钢控制成分，后在氩站处理≥3min，通过控制吹氩的压力0.20～0.40MPa、和流量100～300L/min来控制夹杂物上浮，同时连铸浇铸成1502～1702方坯，为轧制提供符合国标要求的合格连铸坯；
(3)轧钢生产工艺：钢坯加热温度为1050℃-1150℃，钢坯出炉温度为1000℃-1100℃；
(4)开轧温度为1000℃-1100℃，轧机间冷却工艺：粗轧与中轧、中轧与精轧间的冷却，以穿水管快冷为主，平均冷却时间控制0.5～2s，结合控制轧制工艺进行，终轧温度为900℃-1050℃；
(5)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℃的表面根据相变控制曲线来进行轧后分段分级冷却处理，表面冷速Vcooling≥100℃/s，在1s利用水的相变汽化潜热Δhv＝540cal/g和水的比热Cp＝1cal/g·℃不同的吸热的两种冷却，通过水冷和水雾汽化冷却工艺蒸发带走热量，冷却至终冷目标温度TC.F，MS＜TC.F≤900℃；
(6)采用快冷-返温-快冷-返温：控制表面温度500～900℃循环的分段分级控制冷却工艺，控制从边部到心部的温度范围在相变温度区500～650℃；最终控制上冷床返温温度在770～950℃；
所述热轧钢筋的表部、1/4、心部的组织均匀化、细小化、相变组织趋于一致化，显微组织为铁素体加珠光体。
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