CN114643278A - 一种低合金晶粒细化型hrb400e钢筋的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种低合金晶粒细化型HRB400E钢筋的生产方法，包括以下步骤：加热钢坯、粗轧、中轧、在预精轧机上进行预精轧并进行两切分、一次控制冷却、一次精轧、二次控制冷却、二次精轧、水冷、倍尺飞剪剪切、在冷床上进行冷却、自然时效；钢筋包括以下质量百分数的元素：0.20%～0.25%的C，0.40%～0.70%的Si，0.90%～1.20%的Mn，P≤0.045%，S≤0.045%，余量的Fe元素；通过切分后的单线轧制且经过多级水箱冷却，既可以增大温度控制范围，又保证冷却与变形均匀，得到铁素体+珠光体组织，细化了晶粒，晶粒度在9.0～10.5级之间，保证了钢筋的力学性能，且节约了合金资源。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其是涉及一种低合金晶粒细化型HRB400E钢筋的生产方法。
背景技术
热轧带肋钢筋的生产工艺一直处于发展改进中，国内钢厂的代表工艺主要有两种：轧后穿水工艺和高合金热轧工艺。采用合金需求量低的轧后穿水工艺生产，该工艺生产的钢筋的屈服强度能够达标，制造成本也节约了很多，但钢材容易生锈，且时效强度降低较多，不适用于严格质量要求的建筑混凝土中。另一种采用高合金热轧工艺，通过添加高锰、高硅及较大含量昂贵的战略V、Nb等合金元素来提高钢筋强度，此类生产方式的生产成本高，因此，很难适应市场和企业自身发展需求。由于热轧带肋钢筋国标对于螺纹钢HRB400E的金相组织进行了严格要求，边部与心部的硬度差也不允许差别太大。因此，为了达到强度标准，螺纹钢生产企业更多采用了高合金热轧工艺，降低了企业效益的同时，过度占用了社会战略合金资源。
为此，如何通过优化钢筋合金成分达到节约资源的目的，同时通过改进控制工艺保证产品性能达标是行业亟待解决的关键问题。在获得要求力学性能的同时，又可以实现低成本生产，也是企业的关注点所在。
细晶组织结构作为钢铁发展战略方向，对于提升材料的综合性能具有重要意义，已经在一些板材、型材中采用，取得了良好效果。但是，细晶组织结构在热轧钢筋领域中报道较少，因此有必要从更好发挥轧钢的控轧控冷的作用着手，结合硅、锰、钒合金元素调整，优化成分结构，稳定钢材的力学性能，从而提高钢材的附加值。
因此，传统的高合金热轧工艺中，HRB400E钢筋的晶粒较粗大，需添加较高含量的合金元素以提高屈服强度和抗拉强度，生产成本高，是本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种低合金晶粒细化型HRB400E钢筋的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种低合金晶粒细化型HRB400E钢筋的生产方法，所述生产方法包括以下依次进行的步骤：钢坯在步进式加热炉中进行加热、粗轧、中轧、在预精轧机上进行预精轧并进行两切分、一次控制冷却、一次精轧、二次控制冷却、二次精轧、水冷、倍尺飞剪剪切、在冷床上进行冷却、自然时效；
钢筋包括以下质量百分数的元素：0.20％～0.25％的C，0.40％～0.70％的Si，0.90％～1.20％的Mn，P≤0.045％，S≤0.045％，余量的Fe元素；
进粗轧机组的初轧温度为950℃～1030℃，进精轧温度为830℃～880℃，冷却工序的上冷床温度为760℃～820℃。
优选的，在轧制过程中，粗轧经过6架次，中轧经过3～4架次，预精轧经过6架次，一次精轧与二次精轧共经过4～6架次。
优选的，钢筋包括以下质量百分数的元素：0.20％～0.25％的C，0.45％～0.65％的Si，0.95％～1.15％的Mn，P≤0.045％，S≤0.045％，余量的Fe元素。
优选的，钢筋的金相组织为铁素体与珠光体，晶粒度在9.0～10.5级之间。
优选的，在冷床上冷却完成后的钢筋的抗拉强度≥560MPa且屈服强度≥425Mpa；
且15天的自然时效后，钢筋的抗拉强度≥560MPa且屈服强度≥410Mpa。
优选的，二次精轧完成后，12mm规格的钢筋的二次精轧出口速度达到40m/s～45m/s，14mm规格的钢筋的二次精轧出口速度达到28m/s～33m/s。
本申请提供了一种低合金晶粒细化型HRB400E钢筋的生产方法，设计了合理的HRB400E的成分，成分包括0.20％～0.25％的C，0.40％～0.70％的Si，0.90％～1.20％的Mn，S≤0.045％，P≤0.045％，其余为Fe元素，且不含贵重战略合金元素Nb、V等；
通过采用带有多组水箱的控轧控冷的轧线，研究控轧控冷对钢材组织性能的作用，开发实践出控轧控冷新工艺，包括初轧温度、精轧与上冷床温度控制，通过较低的初轧温度，结合过程水冷与精轧温度控制，细化了晶粒尺寸，低温上冷床温度则有利于保持细晶优势，晶粒度为9.0-10.5级之间，组织为铁素体+珠光体，而且组织均匀性较好，屈服强度在425Mpa以上，抗拉强度在560MPa以上，且半个月的自然时效后还有足够的余量强度，自然时效后力学性能不再发生较大变化，其余指标完全满足国标要求，且钢筋表层无淬硬层，在钢的成分-工艺-组织-性能的四位一体的关系中，突出了钢的成分、组织和微观精细结构的主导控制地位，完全适合大批量稳定生产HRB400E热轧带肋钢筋，在降低合金元素加入量的同时，又可以保证钢材组织性能完全满足热轧带肋钢筋的组织与性能要求，仍可获得国标要求的金相组织与力学性能，大幅度减少了贵金属合金消耗，节约了合金资源；
相比于传统的轧后穿水工艺生产，本申请生产的钢筋的屈服强度能够达标，制造成本也节约了很多，且钢材不容易生锈，且时效后强度降低不多，适用于严格质量要求的建筑混凝土中；
另外，本申请实现了高速上钢，相比于传统钢筋轧制切分12mm、14mm规格出口速度一般低于15m/s，本申请中轧材出口速度大幅提升，12mm规格的钢筋的二次精轧出口速度达到40m/s～45m/s，14mm规格的钢筋的二次精轧出口速度达到28m/s～33m/s，实际组织生产时可以采用快速轧制技术，保障高速上钢，提高了生产效率，增加了企业效益，满足了国民经济迅速发展需求。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请提供了一种低合金晶粒细化型HRB400E钢筋的生产方法，所述生产方法包括以下依次进行的步骤：钢坯在步进式加热炉中进行加热、粗轧、中轧、在预精轧机上进行预精轧并进行两切分、一次控制冷却、一次精轧、二次控制冷却、二次精轧、水冷、倍尺飞剪剪切、在冷床上进行冷却、自然时效；
钢筋包括以下质量百分数的元素：0.20％～0.25％的C，0.40％～0.70％的Si，0.90％～1.20％的Mn，P≤0.045％，S≤0.045％，余量的Fe元素；
进粗轧机组的初轧温度为950℃～1030℃，进精轧温度为830℃～880℃，冷却工序的上冷床温度为760℃～820℃。
在本申请的一个实施例中，在轧制过程中，粗轧经过6架次，中轧经过3～4架次，预精轧经过6架次，一次精轧与二次精轧共经过4～6架次。
在本申请的一个实施例中，钢筋包括以下质量百分数的元素：0.20％～0.25％的C，0.45％～0.65％的Si，0.95％～1.15％的Mn，P≤0.045％，S≤0.045％，余量的Fe元素。
在本申请的一个实施例中，钢筋的金相组织为铁素体与珠光体，晶粒度在9.0～10.5级之间。
在本申请的一个实施例中，在冷床上冷却完成后的钢筋的抗拉强度≥560MPa且屈服强度≥425Mpa；
且15天的自然时效后，钢筋的抗拉强度≥560MPa且屈服强度≥410Mpa。
在本申请的一个实施例中，二次精轧完成后，12mm规格的钢筋的二次精轧出口速度达到40m/s～45m/s，14mm规格的钢筋的二次精轧出口速度达到28m/s～33m/s。
本行业中，碳钢是含碳量在0.0218％～2.11％的铁碳合金，也叫碳素钢，一般还含有少量的硅、锰、硫、磷；一般碳钢中，硅含量约为0.10％～0.40％，锰含量约为0.25％～0.80％。合金钢是钢里除铁、碳外，加入其他的合金元素，就叫合金钢；合金钢是在普通碳素钢基础上添加适量的一种或多种合金元素而构成的铁碳合金；合金钢的主要合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、锆、钴、铝、铜、硼、稀土等；按合金元素的种类分有铬钢、锰钢、铬锰钢、铬镍钢、铬镍钼钢、硅锰钼钒钢等。现有技术中的传统的小规格HRB400E钢筋的元素含量(wt％)为：0.20％～0.25％的C，0.30％～0.60％的Si，1.20％～1.50％的Mn，S≤0.045％，P≤0.045％，0.025％～0.050％的V(或适量Nb替代)，其余为Fe元素。因此，本申请中的“低合金”是指：Si与Mn元素含量小于传统的HRB400E钢筋中的Si与Mn元素含量，且不含V、Nb等合金元素。
本申请的核心发明点和保护点：
1)晶粒细化型HRB400E的成分设计为：元素含量(wt％)为0.20％～0.25％的C，0.40％～0.70％的Si，0.90％～1.20％的Mn，S≤0.045％，P≤0.045％，其余为Fe元素；不含贵重战略合金元素Nb、V等；
2)晶粒细化型HRB400E的主要轧制工艺为：初轧温度为950℃～1030℃，进精轧温度为830℃～880℃，冷却工序的上冷床温度为760℃～820℃；
3)晶粒细化型HRB400E的金相组织为：铁素体+珠光体，晶粒度在9.0～10.5级之间；
4)晶粒细化型HRB400E的力学性能良好：屈服强度在425Mpa以上，抗拉强度在560MPa以上，且半个月的自然时效后还有足够的余量强度，自然时效后力学性能不再发生较大变化，其余指标完全满足国标要求；
5)晶粒细化型HRB400E为高效率生产方法：二次精轧完成后，12mm规格的钢筋的二次精轧出口速度达到40m/s～45m/s，14mm规格的钢筋的二次精轧出口速度达到28m/s～33m/s。
本申请提供的一种低合金晶粒细化型HRB400E钢筋的生产方法的工作原理：
影响热轧带肋钢筋HRB400E力学性能的因素有两方面，与化学成分结构和轧制冷却工艺有关；本申请通过优化成分配方，提高了钢材的屈服强度与抗拉强度，这是由于合金元素在钢中发挥了固溶强化、沉淀强化等作用，还可以促进奥氏体向珠光体相变，使钢材中珠光体比例增加，从而使得屈服强度与抗拉强度升高；
另外，本申请优化了控轧控冷工艺，采用不同的轧制温度与冷却方式，也可以产生不同的金相组织与晶粒尺寸，最终影响屈服强度与抗拉强度；轧制温度越低，晶粒变形程度越大，再结晶形成的晶粒尺寸也越细小，材料强度越高；采用快速冷却技术，可以有效防止晶粒长大，避免了强度过度降低；但冷却速度过快，超过马氏体形成速率后，钢材就出现了淬硬组织，热轧钢筋形成闭合圈则不满足国标要求，因此，需要对轧后冷却速率进行合理控制，既要保证冷却效果又不能冷却过快；
对于HRB400E钢筋而言，自然时效后屈服强度会降低是行业普遍存在的问题，因此研发过程中需要同时关注合金元素与轧制工艺的匹配情况，才能保证预留出足够的强度余量，以备自然时效后屈服强度虽然降低了但仍满足国标要求；
本发明通过大量的生产试验，最终确定了合理的成分、轧制与上冷床温度等关键工艺参数。
本申请中，轧制设备上采用了高速高承载力模块化轧机、高速倍尺飞剪、棒尾制动器及转毂为核心的高速上钢系统，电控技术上采用配套的高速棒材生产线电控技术，使轧线运行更稳定，倍尺精度更高，因此可以保证更高的出口速度，使得二次精轧完成后，12mm规格的钢筋的二次精轧出口速度达到40m/s～45m/s，14mm规格的钢筋的二次精轧出口速度达到28m/s～33m/s。
本申请中的含量(％)均为质量百分数。
本发明未详尽描述的方法和装置均为现有技术，不再赘述。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种低合金晶粒细化型HRB400E钢筋的生产方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例
本申请提供了一种低合金晶粒细化型HRB400E钢筋的生产方法，所述生产方法包括以下依次进行的步骤：钢坯在步进式加热炉中进行加热、粗轧、中轧、在预精轧机上进行预精轧并进行两切分、一次控制冷却、一次精轧、二次控制冷却、二次精轧、水冷、倍尺飞剪剪切、在冷床上进行冷却、自然时效；
其余，实施例1-5中的钢筋的成分、工艺参数以及性能检测结果，如下表1-3所示：
表1实施例中的HRB400E钢筋的成分
表2实施例中的生产方法中的工艺参数
| 实施例 | 进粗轧机组的初轧温度 | 进精轧温度 | 上冷床温度 |
| 实施例1 | 990℃ | 860℃ | 800℃ |
| 实施例2 | 960℃ | 830℃ | 760℃ |
| 实施例3 | 1010℃ | 870℃ | 770℃ |
| 实施例4 | 950℃ | 850℃ | 820℃ |
| 实施例5 | 1030℃ | 880℃ | 800℃ |
表3实施例中的自然时效完成后的HRB400E钢筋的性能检测结果
| 实施例 | 金相组织 | 晶粒度 | 抗拉强度/MPa | 屈服强度/MPa | 强屈比 |
| 实施例1 | 铁素体+珠光体 | 9.5 | 582 | 445 | 1.31 |
| 实施例2 | 铁素体+珠光体 | 10.5 | 603 | 453 | 1.33 |
| 实施例3 | 铁素体+珠光体 | 9.5 | 575 | 439 | 1.31 |
| 实施例4 | 铁素体+珠光体 | 10.0 | 583 | 446 | 1.31 |
| 实施例5 | 铁素体+珠光体 | 9.5 | 572 | 429 | 1.33 |
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种低合金晶粒细化型HRB400E钢筋的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下依次进行的步骤：钢坯在步进式加热炉中进行加热、粗轧、中轧、在预精轧机上进行预精轧并进行两切分、一次控制冷却、一次精轧、二次控制冷却、二次精轧、水冷、 倍尺飞剪剪切、在冷床上进行冷却、自然时效；
钢筋包括以下质量百分数的元素：0.20%～0.25%的C，0.40%～0.70%的Si，0.90%～1.20%的Mn，P≤0.045%，S≤0.045%，余量的Fe元素；
进粗轧机组的初轧温度为950℃～1030℃，进精轧温度为830℃～880℃，冷却工序的上冷床温度为760℃～820℃。
2.根据权利要求1所述的一种低合金晶粒细化型HRB400E钢筋的生产方法，其特征在于，在轧制过程中，粗轧经过6架次，中轧经过3～4架次，预精轧经过6架次，一次精轧与二次精轧共经过4～6架次。
3.根据权利要求1所述的一种低合金晶粒细化型HRB400E钢筋的生产方法，其特征在于，钢筋包括以下质量百分数的元素：0.20%～0.25%的C，0.45%～0.65%的Si，0.95%～1.15%的Mn，P≤0.045%，S≤0.045%，余量的Fe元素。
4.根据权利要求1所述的一种低合金晶粒细化型HRB400E钢筋的生产方法，其特征在于，钢筋的金相组织为铁素体与珠光体，晶粒度在9.0～10.5级之间。
5.根据权利要求1所述的一种低合金晶粒细化型HRB400E钢筋的生产方法，其特征在于，在冷床上冷却完成后的钢筋的抗拉强度≥560MPa且屈服强度≥425Mpa；
且15天的自然时效后，钢筋的抗拉强度≥560MPa且屈服强度≥410Mpa。
6.根据权利要求1所述的一种低合金晶粒细化型HRB400E钢筋的生产方法，其特征在于，二次精轧完成后，12mm规格的钢筋的二次精轧出口速度达到40m/s～45m/s，14mm规格的钢筋的二次精轧出口速度达到28m/s～33m/s。
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