CN111074152A - 600MPa级高强抗震耐候热轧钢筋分级控制冷却工艺 - Google Patents

600MPa级高强抗震耐候热轧钢筋分级控制冷却工艺 Download PDF

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Abstract

一种600MPa级高强抗震耐候热轧钢筋分级控制冷却工艺，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分级控制冷却工艺，在原有空冷基础上，结合冷却路径控制，突出轧机间冷却、精轧后冷却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600MPa高强抗震耐候热轧钢筋的最佳复合强化效果。

Description

600MPa级高强抗震耐候热轧钢筋分级控制冷却工艺
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600MPa级高强抗震耐候热轧钢筋的分级控制冷却工艺。
背景技术
600MPa高强抗震耐候钢筋是热轧钢筋发展的一种趋势，目前国内开发的600MPa热轧钢筋均是采用转炉或电炉冶炼+小方坯连铸+连轧+冷床空冷的工艺生产的，不仅合金成分中V、Nb、Ti、B、Mo等元素都添加且C含量较高(＞0.25％)，采用空冷而没有充分结合控轧控冷工艺手段，且耐候效果较差。为了降低微合金元素的添加量，同时确保强度、塑性、耐腐蚀性能满足用户的需求，应合理应用TMCP控轧控冷工艺来实现复合强化机制，从而稳定生产600MPa级高强抗震耐候热轧钢筋。
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、增氮工艺，轧制过程采取降低开轧温度和改造轧机后实施低精轧温度来保证低温压下实现细晶、固溶和沉淀析出强化。穿水器由于冷速不易精确控制，导致使用穿水冷却工艺后无法确保抗震指标强屈比＞1.25，只能在精轧机至倍尺剪之间进行轧后空冷，而不敢使用穿水器控冷设备和控冷工艺。
而在低成本强化的需求背景条件下，老旧生产线如何进一步提高强化效果，降低成本成为研究热点。本发明专利根据多年研发经验，在强化机理和控轧控冷，尤其是分级控冷工艺方面进行了优化，获得了一种低成本600MPa级高强抗震耐候热轧钢筋的分级控制冷却工艺方法。
发明内容
本发明的目的是提供了一种600MPa级高强抗震耐候热轧钢筋的分级控制冷却工艺。这种控制冷却工艺属于全流程的分级控制冷却工艺，在原有空冷基础上，结合冷却路径控制，突出轧机间冷却、精轧后冷却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600MPa高强抗震耐候热轧钢筋的最佳复合强化效果。具体步骤及控制的技术参数如下如下：
(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：1.3％-1.55％，V：0.10-0.18％，N：150-300ppm、Cr：0.05-1.0％、Ni 0-1％、P≤0.035％、S≤0.040％，可选成分Ti0-0.02％，Nb0-0.04％，余量为铁及不可避免的杂质；其中大规格按照上限控制、小规格按照中下限控制；
(2)冶炼连铸过程中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，获得0.5<Natom/Vatom<1.0，N含量控制在150-300ppm，同时控制夹杂物ABCD类均≤2.0级，为轧制提供符合国标要求的合格连铸坯；
(3)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800℃-1050℃；
(4)轧机间冷却工艺：粗轧与中轧、中轧与精轧间的冷却，采用水箱快冷工艺，平均冷却速度控制20～40℃/s，结合800℃-950的低温轧制工艺进行；
(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10～40m/s速度运行，并且钢筋温度在800℃～1050℃的表面进行分级快速冷却工艺，控冷总时间1～3s，采用快冷-返温-近似等温-快冷-返温-近似等温循环的方式，控制表面平均冷却速度Vcooling在50～300℃/s，快速冷却至500≤TC.F≤700℃的分段阶梯型控制冷却工艺，控制返温总时间占控冷总时间的0.5-1s，最终终冷温度控制在微合金元素最佳析出温度区550～850℃；
(6)冷床控制工艺：控制上冷床返温温度在750～950℃，下冷床温度在室温～200℃，根据生产节奏控制冷却总时间150～480s，冷却速度0.1～4℃/s。
本发明的创新点是：
(1)考虑全过程控冷，中轧到精轧，精轧出口至倍尺剪前的分级控制冷却+冷床上的冷却路径控制，根据表面温度和心部的相变温度均在贝氏体相变点以上的原则来灵活控制冷却速度；
(2)通过析出曲线和CCT曲线全过程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)、铬的碳化物CrxCy弥散析出，提高VN析出相在V(C,N)混合析出相中百分比，利用铬和钒等强碳化物形成元素来提高珠光体含量，并避免回溶，细化晶粒，进而大幅提高强化效果；
(3)通过降低合金元素含量、实现控制轧制和分级控制冷却来实现复合强化机理，为热轧钢筋生产线上600MPa级高强抗震耐候热轧钢筋的生产提供参考和借鉴意义。
附图说明
图1是本发明专利的用于600MPa级高强抗震耐候热轧钢筋的CCT连续冷却转变曲线以及实际分级控制冷却曲线图。
图2是本发明专利的奥氏体区析出冷却曲线图。
图3是本发明专利的铁素体区析出冷却曲线图。
图4是本发明钢耐候性能对比图。
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)试验钢筋的内控化学成分：C 0.22％、Si 0.50％、Mn 1.42％、P 0.028％，S0.021％、Cr 0.15％，V 0.16％，N 280ppm；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，分级控制冷却总时间1.5s，根据CCT曲线和析出曲线调节最低温度≥600℃，表面最大冷却速度Vcooling在300℃/s，适当返温后控制冷却段温度在珠光体相变区的最佳温度区760℃±50℃；
(4)冷床控制工艺：控制上冷床返温温度在900℃，下冷床温度≤200℃，冷床冷却速度约0.1℃/s，终冷至200℃以下进行打捆收集。
实施例2：
(1)试验钢筋HRB600E的内控化学成分：C 0.20％、Si 0.50％、Mn 1.50％、P0.0024％，S 0.028％、V 0.10％、N243ppm、Cr0.5％、Ni0.9％；Fe余量。
(2)对150方的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40℃/s，终轧速度14m/s，控制终轧温度为900℃；
(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，分级控制冷却总时间2s，根据CCT曲线和析出曲线调节最低温度≥550℃，表面最大冷却速度Vcooling在175℃/s，适当返温后控制冷却段温度在珠光体相变区的最佳温度区700℃±50℃；
(4)冷床控制工艺：控制上冷床返温温度在850℃，下冷床温度≤200℃，冷床冷却速度约0.5℃/s，终冷至200℃以下进行打捆收集。
实施例3：
(1)试验钢筋的内控化学成分：C 0.24％、Si 0.65％、Mn 1.55％、P 0.028％，S0.021％、Cr 0.2％，V 0.014％、N 200ppm、Ni0.5％；Fe余量。
(2)对160方铸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30℃/s，终轧速度15m/s，控制终轧温度为900℃；
(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，分级控制冷却总时间0.8s，根据CCT曲线和析出曲线调节最低温度≥700℃，表面最大冷却速度Vcooling在250℃/s，适当返温后控制冷却段温度在珠光体相变区的最佳温度区700℃±50℃；
(4)冷床控制工艺：控制上冷床返温温度在800℃，下冷床温度≤200℃，冷床冷却速度约4℃/s，终冷至200℃以下进行打捆收集。
实施例4：
(1)试验钢筋HRB600E的内控化学成分：C 0.25％、Si 0.50％、Mn 1.51％、P0.028％，S 0.018％、Cr0.05％、V 0.16％、N 280ppm；Fe余量。
(2)对150方铸坯常规加热后进行热轧，轧制规格为Φ32mm，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900℃；
(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，分级控制冷却总时间3s，根据CCT曲线和析出曲线调节最低温度≥700℃，表面最大冷却速度Vcooling在67℃/s，适当返温后控制冷却段温度在珠光体相变区的最佳温度区720℃±50℃；
(4)冷床控制工艺：控制上冷床返温温度在880℃，下冷床温度≤200℃，冷床冷却速度约2℃/s，终冷至200℃以下进行打捆收集。
表1分级控制冷却工艺实施例与对比例的力学性能(轧制速度V＝14-15m/s)
Figure BDA0002329862880000061
注：实施例1和对比例1成分相同；实施例2和对比例2成分相同。
综上所述，本发明公开了在GB/T1499.2-2018范围内的一种600MPa级高强抗震耐候热轧钢筋的分级控制冷却工艺，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、B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 (1)

1.一种600MPa级高强抗震耐候热轧钢筋分级控制冷却工艺，具体步骤及控制的技术参数如下如下：
(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：1.3％-1.55％，V：0.10-0.18％，N：150-300ppm、Cr：0.05-1.0％、Ni 0-1％、P≤0.035％、S≤0.040％，可选成分Ti0-0.02％，Nb0-0.04％，余量为铁及不可避免的杂质；其中大规格按照上限控制、小规格按照中下限控制；
(2)冶炼连铸过程中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，获得0.5<Natom/Vatom<1.0，N含量控制在150-300ppm，同时控制夹杂物ABCD类均≤2.0级，为轧制提供符合国标要求的合格连铸坯；
(3)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800℃-1050℃；
(4)轧机间冷却工艺：粗轧与中轧、中轧与精轧间的冷却，采用水箱快冷工艺，平均冷却速度控制20～40℃/s，结合800℃-950的低温轧制工艺进行；
(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10～40m/s速度运行，并且钢筋温度在800℃～1050℃的表面进行分级快速冷却工艺，控冷总时间1～3s，采用快冷-返温-近似等温-快冷-返温-近似等温循环的方式，控制表面平均冷却速度Vcooling在50～300℃/s，快速冷却至500≤TC.F≤700℃的分段阶梯型控制冷却工艺，控制返温总时间占控冷总时间的0.5-1s，最终终冷温度控制在微合金元素最佳析出温度区550～850℃；
(6)冷床控制工艺：控制上冷床返温温度在750～950℃，下冷床温度在室温～200℃，根据生产节奏控制冷却总时间150～480s，冷却速度0.1～4℃/s。
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