CN111570537B - 一种提高钢筋强度及其断裂韧性的热轧工艺 - Google Patents

一种提高钢筋强度及其断裂韧性的热轧工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于炼钢技术领域，涉及一种提高钢筋强度及其断裂韧性的热轧工艺；设计钢坯的组分，然后将钢坯送入加热炉加热；粗轧之前开启高压水除磷；粗轧3～6个道次；再进行精轧，精轧前配有穿水冷却装置，采用KOCKS三辊减定径机组轧制，盘卷冷却，卷取后缓慢冷却；精轧过后的钢筋进行预水冷，冷却表面温度在表面的奥氏体短时间内会发生相变；其余部分快速返红仍保持奥氏体组织；在空冷过程中，首先析出V的析出物，钉扎住奥氏体晶界，阻止晶粒长大，之后到达相变点，从表层到芯部先后进行了奥氏体向铁素体和珠光体的转变，形成高强度的细晶组织，最后收集打捆；本发明工艺能提高钢筋性能和稳定性，使得钢筋的强度级别、韧性级别均大幅度提高。

Description

一种提高钢筋强度及其断裂韧性的热轧工艺
技术领域
本发明属于炼钢技术领域，具体涉及一种提高钢筋强度及其断裂韧性的热轧工艺。
背景技术
中国已迈入中高速发展的新常态，钢筋消费的最大市场，在钢材生产和消费总量中，建筑钢筋占有很大比重，随着建筑业的迅速发展，对热轧钢筋性能的要求越来越高；近年来倡导建筑业绿色化发展，为节约钢材，提高建筑结构的安全性，对钢筋的强度和韧性的需求更高。
目前国内生产钢筋的工艺，一般是通过加入大量微量合金元素，比如利用V元素在钢中形成和析出的碳氮化物，起到沉淀析出强化和细化晶粒的作用，从而进一步提高钢的强度；但是通常钢的强度和韧性是一对矛盾体；在提高钢筋强度的同时，往往造成断裂韧性的恶化。
因此，如何控制提高钢铁的强度，同时改善其断裂韧性，是钢材批量生产过程中亟待解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的技术缺陷，提供一种集操作简单、且能提高钢筋强度及其断裂韧性的热轧工艺。
为了实现以上目的，本发明提高钢筋强度及其断裂韧性的热轧工艺，包括以下步骤：
(1)钢坯的各化学成分重量百分比如下，C：0.03～0.15％、Si：0.25～0.45％、Mn：1.4～1.5％、V：0.01～0.05％、Nb：0.015～0.025％、Cr：0.10～0.20％，B：0.001～0.0015％、Ti：0.001～0.005％、S≤0.025％、P≤0.03％，余量是Fe和不可避免的杂质；
(2)将步骤(1)的钢坯送入加热炉，预热段800～900℃，开轧温度为1050～1080℃，均热段炉温为1150～1800℃，总加热时长80～85分钟；
(3)粗轧：粗轧之前开启高压水除磷；在速度为0.8～1.1m/s的轧制条件下粗轧3～6个道次，控制终轧温度为950～960℃，并控制压下率；
(4)精轧：精轧前配有穿水冷却装置，控制进KOCKS的温度，采用KOCKS三辊减定径机组轧制，盘卷冷却，卷取后采用缓慢冷却的方式进行冷却；所述精轧变形量控制为≤30％，
(5)精轧过后的钢筋进行预水冷，冷却表面温度至一定温度，使得在表面的奥氏体短时间内会发生相变；其余部分快速返红至900℃以上，仍保持奥氏体组织；在之后的空冷过程中，首先析出V的析出物，钉扎住奥氏体晶界，阻止晶粒长大，之后到达相变点，从表层到芯部先后进行了奥氏体向铁素体和珠光体的转变，实现钢筋强度及其断裂韧性的提高，最后收集打捆。
优选的，步骤(1)中，所述热压炉采用高效步进梁式加热炉，由工业微机和PLC构成控制系统，能根据设定参数实现自动燃烧。
优选的，步骤(3)中，所述除磷压力为16～18MPa。
优选的，步骤(3)中，所述压下率控制在40％以下；所述粗轧轧制中前2个道次的压延相比后续道次的压延要小。
优选的，步骤(4)中，所述进KOCKS温度为900～920℃；所述的精轧机组的终轧速度为8～10m/s，控制轧制速度，避免速度过快导致轧件表面质量和结构强度出现问题。
优选的，步骤(4)中，所述缓慢冷却是冷却水对成卷进行3-5min的冷却。
优选的，步骤(5)中，所述冷却表面温度至一定温度为550～580℃。
本发明的优点和技术效果是：
(1)本发明通过轧钢工序控制开轧温度、终轧温度、轧制速度、轧制道次和时间及轧后的快速冷却控冷，即可充分发挥Nb、B微合金强化作用和控冷细晶强化双重作用，使钢筋强度明显提高，同时保持较好的塑韧性；同时，在精轧之后的空冷过程中，首先析出V的析出物，钉扎住奥氏体晶界，阻止晶粒长大，之后到达相变点，从表层到芯部先后进行了奥氏体向铁素体和珠光体的转变，形成高强度的细晶组织。
(2)本发明采用KOCKS轧机，将机架导卫的装配、辊环导卫的更换准备以及轧辊和导卫的调整等均移至线下完成，减少轧线停机时间，提高产线运转率；采用高效步进梁式加热炉，由工业微机和PLC构成控制系统，能根据设定参数实现自动燃烧，具有生产操作灵活、钢坯加热均匀、氧化烧损少和节能等优点。
(3)本发明由于对开轧温度、精轧温度和精轧变形量、轧后较小冷却强度的快速冷却工艺进行了组合控制，所以与单纯依靠轧后较小冷却强度的快速冷却的工艺相比，本发明工艺提高性能、保证性能的稳定性、强度级别、韧性级别均大幅度提高；同时，延伸率更高、冲击性能更好，从而降低了在严酷的变形负荷下钢材因塑性变形而断裂的可能性。
具体实施方式
以下结合实例对本发明进行详细描述，但本发明不局限于这些实施例。
实施例1：
(1)钢坯的各化学成分重量百分比如下，C：0.03％、Si：0.45％、Mn：1.5％、V：0.01％、Nb：0.015％、Cr：0.12％、B：0.001％、Ti：0.005％、S≤0.025％、P≤0.03％，余量是Fe和不可避免的杂质；
(2)将步骤(1)的钢坯送入加热炉，预热段800℃，使钢坯开轧温度为1080℃，均热段炉温为1150℃，加热80分钟；
(3)粗轧：粗轧之前开启高压水除磷，除磷压力为18MPa；在速度为1.1m/s的轧制条件下粗轧6个道次，控制终轧温度为950℃；粗轧轧制中前2个道次的压延要较小，并控制压下率在40％以下；
(4)精轧：精轧前配有穿水冷却装置，控制进KOCKS的温度为900℃，采用KOCKS三辊减定径机组轧制，精轧机组的终轧速度为9m/s；盘卷冷却，卷取后采用缓慢冷却的方式进行3min的冷却；所述精轧变形量控制为≤30％，
(5)精轧过后的钢筋进行预水冷，冷却表面温度为580℃，使得在表面的奥氏体短时间内会发生相变；其余部分快速返红至900℃以上，仍保持奥氏体组织；在之后的空冷过程中，首先析出V的析出物，钉扎住奥氏体晶界，阻止晶粒长大，之后到达相变点，从表层到芯部先后进行了奥氏体向铁素体和珠光体的转变，形成高强度的细晶组织，实现钢筋强度及其断裂韧性的提高，最后收集打捆。
实施例2：
(1)钢坯的各化学成分重量百分比如下，C：0.065％、Si：0.25％、Mn：1.4％、V：0.03％、Nb：0.02％、Cr：0.1％，B：0.0015％、Ti：0.002％、S≤0.025％、P≤0.03％，余量是Fe和不可避免的杂质；
(2)将步骤(1)的钢坯送入加热炉，预热段820℃，使钢坯开轧温度为1060℃，均热段炉温为1250℃，加热82分钟；
(3)粗轧：粗轧之前开启高压水除磷，除磷压力为18MPa；在速度为1m/s的轧制条件下粗轧6个道次，控制终轧温度为960℃；粗轧轧制中前2个道次的压延要较小，并控制压下率在40％以下；
(4)精轧：精轧前配有穿水冷却装置，控制进KOCKS的温度为920℃，采用KOCKS三辊减定径机组轧制，精轧机组的终轧速度为10m/s；盘卷冷却，卷取后采用缓慢冷却的方式进行3min的冷却；所述精轧变形量控制为≤30％，
(5)精轧过后的钢筋进行预水冷，冷却表面温度为560℃，使得在表面的奥氏体短时间内会发生相变；其余部分快速返红至900℃以上，仍保持奥氏体组织；在之后的空冷过程中，首先析出V的析出物，钉扎住奥氏体晶界，阻止晶粒长大，之后到达相变点，从表层到芯部先后进行了奥氏体向铁素体和珠光体的转变，形成高强度的细晶组织，实现钢筋强度及其断裂韧性的提高，最后收集打捆。
实施例3：
(1)钢坯的各化学成分重量百分比如下，C：0.15％、Si：0.4％、Mn：1.5％、V：0.05％、Nb：0.025％、Cr：0.2％、B：0.001～0.0015％、Ti：0.001％、S≤0.025％、P≤0.03％，余量是Fe和不可避免的杂质；
(2)将步骤(1)的钢坯送入加热炉，预热段900℃，使钢坯开轧温度为1050℃，均热段炉温为1800℃，加热85分钟；
(3)粗轧：粗轧之前开启高压水除磷，除磷压力为16MPa；在速度为0.8m/s的轧制条件下粗轧3个道次，控制终轧温度为960℃；粗轧轧制中前2个道次的压延要较小，并控制压下率在40％以下；
(4)精轧：精轧前配有穿水冷却装置，控制进KOCKS的温度为900℃，采用KOCKS三辊减定径机组轧制，精轧机组的终轧速度为8m/s；盘卷冷却，卷取后采用缓慢冷却的方式进行5min的冷却；所述精轧变形量控制为≤30％，
(5)精轧过后的钢筋进行预水冷，冷却表面温度为550℃，使得在表面的奥氏体短时间内会发生相变；其余部分快速返红至900℃以上，仍保持奥氏体组织；在之后的空冷过程中，首先析出V的析出物，钉扎住奥氏体晶界，阻止晶粒长大，之后到达相变点，从表层到芯部先后进行了奥氏体向铁素体和珠光体的转变，形成高强度的细晶组织，实现钢筋强度及其断裂韧性的提高，最后收集打捆。
此外，通过实施例1至实施例3获得的产品在室温下性能测试，包括屈服强度、抗拉强度、延伸率和冲击功，详见表1。
表1为性能测试结果
Figure BDA0002504708810000041
通过表1可以看出，基于本发明的工艺制备的钢筋屈服强度≥560MPa，抗拉强度≥710MPa，延伸率≥26％，冲击功≥126J，强度级别、韧性级别均大幅度提高；同时，延伸率更高、冲击性能更好，从而降低了在严酷的变形负荷下钢筋因塑性变形而断裂的可能性，具有良好的应用前景。
说明：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (5)

1.一种提高钢筋强度及其断裂韧性的热轧工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）钢坯的各化学成分重量百分比如下，C：0.03~0.15%、Si：0.25~0.45 %、Mn：1.4~1.5%、V：0.01~0.05%、Nb：0.015~0.025%、Cr：0.10~0.20%、B：0.001~0.0015%、Ti：0.001~0.005%、S≤0.025%、P≤0.03%，余量是Fe和不可避免的杂质；
（2）将步骤（1）的钢坯送入加热炉，预热段为800～900℃，开轧温度为1050～1080℃，均热段炉温为1150～1800℃，总加热时长为80～85分钟；
（3）粗轧：粗轧之前开启高压水除磷；然后在速度为0.8～1.1m/s的轧制条件下粗轧3~6个道次，控制终轧温度为950～960℃，并控制压下率；所述压下率控制在40％以下；所述粗轧轧制中前2个道次的压延相比后续道次的压延要小；
（4）精轧：精轧前配有穿水冷却装置，控制进KOCKS的温度，所述进KOCKS温度为900～920℃；采用KOCKS三辊减定径机组轧制，盘卷冷却，卷取后采用缓慢冷却的方式进行冷却；所述精轧变形量控制为≤30％，所述精轧的终轧速度为8～10m/s；
（5）精轧过后的钢筋进行预水冷，冷却表面温度至一定温度，使得在表面的奥氏体短时间内会发生相变；其余部分快速返红至900℃以上，仍保持奥氏体组织；在之后的空冷过程中，首先析出V的析出物，钉扎住奥氏体晶界，阻止晶粒长大，之后到达相变点，从表层到芯部先后进行了奥氏体向铁素体和珠光体的转变，实现钢筋强度及其断裂韧性的提高，最后收集打捆。
2.根据权利要求1所述的一种提高钢筋强度及其断裂韧性的热轧工艺，其特征在于，步骤（2）中，所述加热炉采用高效步进梁式加热炉，由工业微机和PLC构成控制系统，能根据设定参数实现自动燃烧。
3.根据权利要求1所述的一种提高钢筋强度及其断裂韧性的热轧工艺，其特征在于，步骤（3）中，所述除磷压力为16～18MPa。
4.根据权利要求1所述的一种提高钢筋强度及其断裂韧性的热轧工艺，其特征在于，步骤（4）中，所述缓慢冷却是冷却水对成卷进行3-5 min的冷却。
5.根据权利要求1所述的一种提高钢筋强度及其断裂韧性的热轧工艺，其特征在于，步骤（5）中，所述冷却表面温度至一定温度为550~580℃。
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