第45卷 第1期 2010年1月
钢铁
Vo l . 45, N o . 1Janua ry 2010
Iron and Steel
400MPa 级细晶粒螺纹钢筋的生产开发
张先轶, 吴惠英, 陈华斌, 李 刚, 王云川
(江苏永钢集团有限公司生产指挥中心, 江苏张家港215628)
摘 要:针对现有工艺设备, 以20M nSi 坯料为母材, 通过调整化学成分, 修改精轧孔型设计参数, 采用控制轧制和控制冷却工艺, 成功地生产铁素体晶粒尺寸在5～10μm 的400M P a 级细晶粒钢筋。关键词:控制轧制; 控制冷却; 细晶粒钢筋
中图分类号:TG 162. 71 文献标志码:A 文章编号:0449-749X (2010) 01-0070-04
Development of Rolling Process for 400MPa
Fine Grained Steel Rebar
ZHANG Xian -yi , WU H ui -y ing , C H EN H ua -bin , LI Gang , WANG Yun -chuan
(Yong G ang G roup Co . , L td . , P roducing Command Center , Z hang jiag ang 215628, Jiang su , China ) A bstract :A cco rding to co nditions of pro duct line , the 400M Pa fine g rained steel reba r of 20M nSi with fe rrite g rain size of 5-10μm w as successfully developed by adjusting the chemical compositions and new desig n of deforma tion pa -rameters of finite ro ll pass by using new process with co ntrolled ro lling and co oling technique s . Key words :co ntrolled ro lling ; co ntro lled coo ling ; fine g rained steel rebar
细化晶粒是提高钢材质量的一个有效手段。细晶粒钢通过细化晶粒, 既能提高强度, 又能改善塑性与韧
性[1], 具有较低的生产成本、很高的使用价值和广阔的市场前景, 是综合性能优良的新一代钢铁材料[2]。
作为863项目的参加单位, 江苏永钢集团有限公司利用细晶钢生产技术, 通过对化学成分和生产设备和工艺的改进, 用原335M Pa 级别的20M nSi 为基本合金体系, 生产开发400M Pa 级细晶粒钢筋。目前已经形成了多规格、批量生产规模。本文就生产技术开发和相关问题进行了分析介绍。
等) 。以添加N b 、V 等微合金元素的方式生产出来的钢筋强屈比较高, 综合性能良好, 但合金成本较
高, 且属于国内匮乏资源, 也不利于资源回收。通过细晶手段提高钢筋的性能, 已经得到国内外的广泛重视。如果采用普碳钢(Q235类型) 和细晶工艺生产400M Pa 级螺纹直条钢筋, 合金成本低, 易回收, 但需要对生产线进行大规模改造, 生产控制难度加大, 不容易达到GB1499. 2—2007的要求。因此, 生产企业采取用20M nSi 为合金体系利用细晶钢生产工艺技术生产400M Pa 级钢筋, 取得了良好的成果, 具体分析如下。
1. 2 对GB1499. 2—2007细晶粒热轧钢筋的理解
“在热轧过程中, 通过控轧和控冷工艺形成的细晶粒钢筋。其金相组织主要是铁素体加珠光体, 不得有影响使用性能的其他组织存在, 晶粒度不粗于9级”。也就是说, 符合标准的建筑用细晶钢筋应同时满足以下要求:1) 控轧和控冷工艺应结合采用; 2) 以铁素体加珠光体为主, 不能存在影响使用性能的其他组织, 使用性能包含力学性能、弯曲性能、焊接性能、机械连接性能等; 3) 晶粒度下限为9级, 上限视各生产厂家工艺装备水平不同, 会有差异。因此, 标准实际上排除了单纯采用轧后穿水的工艺方案, 规定必须是控轧控冷结合并以控轧作为
1 工艺探讨
1. 1 研制背景
螺纹钢按交货型式可分为盘条和直条两类, 盘条由于其直径规格小容易实施控轧控冷, 工业化生产难度较小; 直条则由于直径规格相对较大, 实施控轧控冷工艺困难, 产品横截面金相组织容易出现表层与内部晶粒大小显著差异。特别是表层组织, 当受强冷影响时, 容易转变为低温回火组织, 导致钢筋心部和表层强度出现较大差异, 使产品使用性能受到影响, 在使用中也容易诱发裂纹等危害。目前, 采用热轧方法生产屈服强度400M Pa 级螺纹直条(钢筋) 的原料主要有H RB400(20MnSiNb 、20M nSiV
基金项目:国家863项目支持(2007AA03Z529600)
作者简介:张先轶(1965—), 男, 大学本科, 高级工程师; E -mail :zh angxianyi9330@163. com ; 收稿日期:2008-12-30
第1期张先轶等:400M Pa 级细晶粒螺纹钢筋的生产开发
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细晶的主要手段, 这是因为单纯轧后控冷不可避免
会产生钢筋表层回火组织, 因此需要控制钢筋的金相组织不产生类似于余热处理钢筋基圆上出现的影响使用性能的其他组织(如回火马氏体组织) , 并且铁素体晶粒度应在9级以上。
1. 3 需要根据强度级别和合金体系以及生产设备状况控制钢筋晶粒度
强化机理的不同, 钢筋的性能与生产工艺也会有明显差异, 这点是显而易见的。区别于微合金强化与余热处理钢筋的冶金特性, 细晶是目前所知的既能提高强度, 又能改善韧性的主要方法。以屈服
强度R eL 是200M Pa 级普通碳素钢为例, 若晶粒尺寸细化在5μm 以下, 屈服强度就能翻番。但是以
低合金钢20M nSi 作为合金体系其晶粒尺寸控制就应适当放大, 根据H all -Petch 公式晶粒尺寸越细钢材强度级别越高, 其塑性和韧性也将发生改变。因此, 需要有针对性的对于不同的合金体系和强度级别, 以及生产设备的能力进行优化组合。
[3]
2 工艺方案
2. 1 成分设计
试制用钢成分(质量分数) 见表1。
表1 试制用钢成分
Table 1 C hemical composition of test steel
成分内控
C 0. 18～0. 23
Si 0. 20～0. 40
M n 0. 80～1. 10
P ≤0. 020
S ≤0. 025
Al ≤0. 0080
O ≤0. 010
N ≤0. 040
%
2. 2 工艺设计
以20M nSi 为母材, 对成分进行调整, 利用形变
诱导铁素体相变的原理, 通过控制轧制和控制冷却的工艺手段, 最终得到铁素体晶粒细化的400M Pa 级螺纹钢筋。
具体思路:合理控制轧制过程轧件温度, 通过机架间水冷, 使精轧过程保持在未再结晶区, 修改精轧道次孔型系统, 增大关键道次压下量, 满足关键道次累积形变以诱导铁素体相变的需求, 并通过轧后冷却阻止晶粒的长大。
此外, 由于经历轧后快速冷却过程, 钢筋表面容易产生回火组织, 经仔细对照GB1499. 2—2007
的标准要求, 笔者认为应当控制钢筋表面肋附近、基圆截面仍为珠光体加铁素体, 容易出现低温回
火组织的肋部也应尽量控制其百分含量, 同时避免在钢筋的基圆出现低温组织。晶粒尺寸应控制在5～10μm 的范围, 以保证钢筋的塑性和韧性要求, 同时, 尽量控制截面的晶粒尺寸的均匀性。
3 400MPa 级细晶粒螺纹直条钢筋的试制
3. 1 试制成分
试制钢筋的成分(质量分数) 见表2。
表2 试制钢筋的成分
Table 2 C hemical composition of test rebar
规格/mm 12 16 20
C 0. 180. 220. 21
Si 0. 320. 370. 36
M n 0. 840. 961. 08
P 0. 0150. 0200. 018
S 0. 0210. 0180. 020
Al 0. 00650. 00600. 0072
O 0. 00800. 00650. 0074
N 0. 00380. 00220. 0023
%
3. 2 工艺流程
50t 顶底复吹转炉冶炼※挡渣出钢※钢包脱氧合金化※钢包渣改质※150m m 方坯连铸机※结晶器电磁搅拌※铸坯表面质量检查※高刚度短应力线轧机19道次连轧(关键道次控轧) ※控制冷却※成品打捆。
3. 3 轧制工艺
12
热时间1. 5～1. 8h ; 2) 开轧温度1060～1080℃,必
要时钢坯可待温; 3) 第8架轧机(中轧第1架) 入口钢温800～860℃;4) 第12架轧机(精轧K8) 入口钢温800～850℃;5) 第18架轧机(精轧K3) 入口钢温700～750℃;6) 第19架轧机(精轧K1) 出口钢温880～930℃;7) 修改精轧孔型系统, 重新分配各道次的变形量, 以便满足关键道次对变形量累积的需。
·72·
钢 铁第45卷
3. 4 冷却工艺
精轧后布置有水冷段, 出口处轧件温度680～740℃,随后钢筋上冷床自然冷却。
完全达到了国家标准的要求, 有30M Pa 的安全余量, 且性能达到了抗震性能要求。4. 2 金相组织
试制钢筋金相组织(见图1) 以铁素体加珠光体为主, 基圆上未见回火组织等异常组织, 晶粒度(见表4) 符合标准要求。试制钢筋的晶粒度在10. 8～11. 5之间, 满足细晶粒钢“晶粒度不粗于9级”的要求。
4 理化指标
4. 1 力学性能及工艺性能
试制钢筋力学性能指标见表3。钢筋力学性能
表3 试制钢筋力学性能
Table 3 Mechanical properties of test rebar
规格/m m 12 16 20
R e L /M Pa 445～460440～460430～450
R m /M Pa 575～595570～595565～580
A /%24～2725～2823～28
强屈比1. 29～1. 331. 29～1. 351. 29～1. 32
冷弯180°合格合格合格
反弯合格合格合格
图1 20mm (a ) 、 16mm (b ) 、 12mm (c ) 试制钢筋金相组织Fig . 1 Microstructure of 20mm (a ) , 16mm (b ) , 12mm (c ) rebars
表4 试制钢筋的组织Ta ble 4 Microstructure of test rebar
序号123
规格/mm 20 16 12
图号图1(a ) 图1(b ) 图1(c )
图片说明
铁素体+珠光体, 晶粒度11. 5, 晶粒尺寸6μm 铁素体+珠光体, 晶粒度10. 8, 晶粒尺寸7. 55μm 铁素体+珠光体, 晶粒度11. 1, 晶粒尺寸6. 86μm
4. 3 钢筋时效
试制钢筋的时效情况见表5。时效试验表明, 15天后钢材的强度有10～15M Pa 的降低。4. 4 试制结果分析
由表3可见, 钢筋力学性能指标在强度、伸长率指标均有富裕, 强屈比全部满足抗震钢筋不小于1. 25的要求, 但大规格钢筋强屈比稍逊于小规格, 这与过
多依靠轧后控冷存在一定关系。此外, 受孔型轧制变
形量因素影响, 大规格强度指标稍低的现象仍然存在。因此, 在利用形变诱导铁素体相变细化铁素体晶粒、提高强度的同时, 往往还采用其他强韧化机制, 如第二相强化、析出强化等, 基于设备能力及运行成分方面考虑, 大规格钢筋仍应加入适量的Nb 、V 等微合金, 以复合强化的形式确保钢筋指标稳定。
[4]
表5 试制钢筋的时效Table 5 Aging of steel rebar
规格/m m 12 16 20
取样自然冷却1h
R e L /M Pa R m /M Pa 450460435
580595570
A /%252526
R e L /M Pa 445450420
自然时效7d
R m /M Pa
570585555
A /%242323
R eL /M Pa 440445415
自然时效15d R m /M Pa
565580565
A /%242322
第1期张先轶等:400M Pa 级细晶粒螺纹钢筋的生产开发
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由图1～4可见, 试制规格金相组织以细块状铁
素体和珠光体为主, 20mm 规格由于尺寸较大, 对轧后控冷依赖较大, 其边缘出现了回火组织, 但未成闭合环, 因此, 也满足GB1499. 2—2007对细晶钢的要求。各规格钢筋的晶粒度见表4, 晶粒细化明显受产品规格影响, 主要原因是规格越小, 压缩比越大, 精轧关键道次积累形变程度越高, 因此, 晶粒强化的效果也越好。
本次试制, 精轧关键道次在A e3～A r3附近累积大变形量, 以此诱导铁素体相变的做法是区别于穿水钢筋的重要差别。在未再结晶奥氏体中由于有变形带的存在, 铁素体不仅在晶界上成核而且在变形带上成核[6]。在变形带上形成的铁素体晶粒细小。晶界生成的铁素体可突破单纯细化再结晶奥氏体晶粒而使铁素体晶粒细化的限度, 得到了细小的铁素体晶粒。若未再结晶区的总变形量小, 得到的变形带就少, 而且分布不均。为了保证获得细小均匀的铁素体晶粒, 需要在未再结晶区保证总压下率大于45%。进入精轧, 温度虽然很低, 但并未发生相变, 依然为奥氏体组织, 根据动态CC T 曲线, 冷却后得到的钢筋组织为细小均匀的铁素体和珠光体。
[7]
[5]
6 结论
1) 连轧过程, 精轧关键道次在A e3～A r3附近累积大变形量, 经轧后快冷, 可得到铁素体晶粒尺寸5～10μm 的400MPa 级细晶粒钢筋。
2) A e3～A r3温度区域轧制属于奥氏体未再结晶区轧制工艺, 是利用形变诱导铁素体相变原理。
3) 细晶螺纹直条钢筋综合性能较好:屈服强度400M Pa 以上, 抗拉强度570M Pa 以上, 5倍伸长率20%以上, 冷弯性能良好。4) 轧制设备能力限制, 16m m 以上规格钢筋性能的提升将逐步由轧后冷却保证, 钢筋时效相对明显, 为保证钢筋性能, 实际生产时应加入一定量的Nb 、V 等微合金元素。
5) 采用细晶钢生产工艺, 可以采用20M nSi 原料, 不加或者少加微合金生产400M Pa 级螺纹钢筋。
参考文献:
[1] 小指军夫. 控制轧制控制冷却—改善材质的轧制技术发展
[M ]. 北京:冶金工业出版社, 2002.
[2] 支艳斌, 曹树卫, 彭南超, 等. 超细晶粒钢筋热轧生产工艺研究
[J ]. 上海金属, 2008, 30(1) :24.
[3] 翁宇庆. 超细晶钢理论及技术进展[J ]. 钢铁, 2005, 40(3) :
1.
[4] 翁宇庆. 超细晶钢—钢的组织细化理论与控制技术[M ]. 北
京:冶金工业出版社, 2003.
[5] 陈戈萍, 钟浩, 孙杰清. 超细晶粒H RB400热轧带肋钢筋的研
制[J ]. 山东冶金, 2005, 27(4) :14.
[6] 高秀华, 齐克敏, 邱春林, 等. 20M nSi Ⅲ级热轧螺纹钢筋的开
发[J ]. 钢铁研究学报, 2006, 18(7) :43.
[7] 王有铭, 李曼云. 钢材的控制轧制和控制冷却[M ]. 北京:冶金
工业出版社, 1995.
5 遇到的问题
1) 试制初期, 因轧后穿水过大, 钢筋表面发黑, 超出热检温度范围, 裙板动作信号无法准确给出, 钢筋上冷床困难, 生产一度中断, 后经调换热检, 并提
高钢筋上冷床温度, 问题得以顺利解决。
2) 试制初期, 钢筋即便堆放在室内, 2天之内其表面仍旧出现严重的黄锈, 后经调整轧后冷却强度, 并按照轧制规格明确划分钢筋上冷床温度, 问题得以顺利解决。
中冶赛迪设计的世界最宽、最先进的热连轧机考核验收
2009年8月28日, 本钢集团公司举行2300mm 热连轧机考核验收签字仪式。该热连轧机是世界近年来最宽幅、装备水平最先进的热连轧机, 由中冶赛迪承担设计。
本钢总经理张晓芳在仪式上致辞, 对包括中冶赛迪在内的参建单位表示感谢。中冶赛迪总经理余朝晖出席签字仪
式。
本钢热轧厂厂长韩革与德国西马克(SM SS ) 公司的副总裁Benne r 先生和日本T M EIC 公司的副总裁T suchiy a 先生在本钢2300mm 热连轧机考核验收合同上签字。
(中冶赛迪陶海银)
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张先轶, 吴惠英, 陈华斌, 李 刚, 王云川
(江苏永钢集团有限公司生产指挥中心, 江苏张家港215628)
摘 要:针对现有工艺设备, 以20M nSi 坯料为母材, 通过调整化学成分, 修改精轧孔型设计参数, 采用控制轧制和控制冷却工艺, 成功地生产铁素体晶粒尺寸在5～10μm 的400M P a 级细晶粒钢筋。关键词:控制轧制; 控制冷却; 细晶粒钢筋
中图分类号:TG 162. 71 文献标志码:A 文章编号:0449-749X (2010) 01-0070-04
Development of Rolling Process for 400MPa
Fine Grained Steel Rebar
ZHANG Xian -yi , WU H ui -y ing , C H EN H ua -bin , LI Gang , WANG Yun -chuan
(Yong G ang G roup Co . , L td . , P roducing Command Center , Z hang jiag ang 215628, Jiang su , China ) A bstract :A cco rding to co nditions of pro duct line , the 400M Pa fine g rained steel reba r of 20M nSi with fe rrite g rain size of 5-10μm w as successfully developed by adjusting the chemical compositions and new desig n of deforma tion pa -rameters of finite ro ll pass by using new process with co ntrolled ro lling and co oling technique s . Key words :co ntrolled ro lling ; co ntro lled coo ling ; fine g rained steel rebar
细化晶粒是提高钢材质量的一个有效手段。细晶粒钢通过细化晶粒, 既能提高强度, 又能改善塑性与韧
性[1], 具有较低的生产成本、很高的使用价值和广阔的市场前景, 是综合性能优良的新一代钢铁材料[2]。
作为863项目的参加单位, 江苏永钢集团有限公司利用细晶钢生产技术, 通过对化学成分和生产设备和工艺的改进, 用原335M Pa 级别的20M nSi 为基本合金体系, 生产开发400M Pa 级细晶粒钢筋。目前已经形成了多规格、批量生产规模。本文就生产技术开发和相关问题进行了分析介绍。
等) 。以添加N b 、V 等微合金元素的方式生产出来的钢筋强屈比较高, 综合性能良好, 但合金成本较
高, 且属于国内匮乏资源, 也不利于资源回收。通过细晶手段提高钢筋的性能, 已经得到国内外的广泛重视。如果采用普碳钢(Q235类型) 和细晶工艺生产400M Pa 级螺纹直条钢筋, 合金成本低, 易回收, 但需要对生产线进行大规模改造, 生产控制难度加大, 不容易达到GB1499. 2—2007的要求。因此, 生产企业采取用20M nSi 为合金体系利用细晶钢生产工艺技术生产400M Pa 级钢筋, 取得了良好的成果, 具体分析如下。
1. 2 对GB1499. 2—2007细晶粒热轧钢筋的理解
“在热轧过程中, 通过控轧和控冷工艺形成的细晶粒钢筋。其金相组织主要是铁素体加珠光体, 不得有影响使用性能的其他组织存在, 晶粒度不粗于9级”。也就是说, 符合标准的建筑用细晶钢筋应同时满足以下要求:1) 控轧和控冷工艺应结合采用; 2) 以铁素体加珠光体为主, 不能存在影响使用性能的其他组织, 使用性能包含力学性能、弯曲性能、焊接性能、机械连接性能等; 3) 晶粒度下限为9级, 上限视各生产厂家工艺装备水平不同, 会有差异。因此, 标准实际上排除了单纯采用轧后穿水的工艺方案, 规定必须是控轧控冷结合并以控轧作为
1 工艺探讨
1. 1 研制背景
螺纹钢按交货型式可分为盘条和直条两类, 盘条由于其直径规格小容易实施控轧控冷, 工业化生产难度较小; 直条则由于直径规格相对较大, 实施控轧控冷工艺困难, 产品横截面金相组织容易出现表层与内部晶粒大小显著差异。特别是表层组织, 当受强冷影响时, 容易转变为低温回火组织, 导致钢筋心部和表层强度出现较大差异, 使产品使用性能受到影响, 在使用中也容易诱发裂纹等危害。目前, 采用热轧方法生产屈服强度400M Pa 级螺纹直条(钢筋) 的原料主要有H RB400(20MnSiNb 、20M nSiV
基金项目:国家863项目支持(2007AA03Z529600)
作者简介:张先轶(1965—), 男, 大学本科, 高级工程师; E -mail :zh angxianyi9330@163. com ; 收稿日期:2008-12-30
第1期张先轶等:400M Pa 级细晶粒螺纹钢筋的生产开发
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细晶的主要手段, 这是因为单纯轧后控冷不可避免
会产生钢筋表层回火组织, 因此需要控制钢筋的金相组织不产生类似于余热处理钢筋基圆上出现的影响使用性能的其他组织(如回火马氏体组织) , 并且铁素体晶粒度应在9级以上。
1. 3 需要根据强度级别和合金体系以及生产设备状况控制钢筋晶粒度
强化机理的不同, 钢筋的性能与生产工艺也会有明显差异, 这点是显而易见的。区别于微合金强化与余热处理钢筋的冶金特性, 细晶是目前所知的既能提高强度, 又能改善韧性的主要方法。以屈服
强度R eL 是200M Pa 级普通碳素钢为例, 若晶粒尺寸细化在5μm 以下, 屈服强度就能翻番。但是以
低合金钢20M nSi 作为合金体系其晶粒尺寸控制就应适当放大, 根据H all -Petch 公式晶粒尺寸越细钢材强度级别越高, 其塑性和韧性也将发生改变。因此, 需要有针对性的对于不同的合金体系和强度级别, 以及生产设备的能力进行优化组合。
[3]
2 工艺方案
2. 1 成分设计
试制用钢成分(质量分数) 见表1。
表1 试制用钢成分
Table 1 C hemical composition of test steel
成分内控
C 0. 18～0. 23
Si 0. 20～0. 40
M n 0. 80～1. 10
P ≤0. 020
S ≤0. 025
Al ≤0. 0080
O ≤0. 010
N ≤0. 040
%
2. 2 工艺设计
以20M nSi 为母材, 对成分进行调整, 利用形变
诱导铁素体相变的原理, 通过控制轧制和控制冷却的工艺手段, 最终得到铁素体晶粒细化的400M Pa 级螺纹钢筋。
具体思路:合理控制轧制过程轧件温度, 通过机架间水冷, 使精轧过程保持在未再结晶区, 修改精轧道次孔型系统, 增大关键道次压下量, 满足关键道次累积形变以诱导铁素体相变的需求, 并通过轧后冷却阻止晶粒的长大。
此外, 由于经历轧后快速冷却过程, 钢筋表面容易产生回火组织, 经仔细对照GB1499. 2—2007
的标准要求, 笔者认为应当控制钢筋表面肋附近、基圆截面仍为珠光体加铁素体, 容易出现低温回
火组织的肋部也应尽量控制其百分含量, 同时避免在钢筋的基圆出现低温组织。晶粒尺寸应控制在5～10μm 的范围, 以保证钢筋的塑性和韧性要求, 同时, 尽量控制截面的晶粒尺寸的均匀性。
3 400MPa 级细晶粒螺纹直条钢筋的试制
3. 1 试制成分
试制钢筋的成分(质量分数) 见表2。
表2 试制钢筋的成分
Table 2 C hemical composition of test rebar
规格/mm 12 16 20
C 0. 180. 220. 21
Si 0. 320. 370. 36
M n 0. 840. 961. 08
P 0. 0150. 0200. 018
S 0. 0210. 0180. 020
Al 0. 00650. 00600. 0072
O 0. 00800. 00650. 0074
N 0. 00380. 00220. 0023
%
3. 2 工艺流程
50t 顶底复吹转炉冶炼※挡渣出钢※钢包脱氧合金化※钢包渣改质※150m m 方坯连铸机※结晶器电磁搅拌※铸坯表面质量检查※高刚度短应力线轧机19道次连轧(关键道次控轧) ※控制冷却※成品打捆。
3. 3 轧制工艺
12
热时间1. 5～1. 8h ; 2) 开轧温度1060～1080℃,必
要时钢坯可待温; 3) 第8架轧机(中轧第1架) 入口钢温800～860℃;4) 第12架轧机(精轧K8) 入口钢温800～850℃;5) 第18架轧机(精轧K3) 入口钢温700～750℃;6) 第19架轧机(精轧K1) 出口钢温880～930℃;7) 修改精轧孔型系统, 重新分配各道次的变形量, 以便满足关键道次对变形量累积的需。
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钢 铁第45卷
3. 4 冷却工艺
精轧后布置有水冷段, 出口处轧件温度680～740℃,随后钢筋上冷床自然冷却。
完全达到了国家标准的要求, 有30M Pa 的安全余量, 且性能达到了抗震性能要求。4. 2 金相组织
试制钢筋金相组织(见图1) 以铁素体加珠光体为主, 基圆上未见回火组织等异常组织, 晶粒度(见表4) 符合标准要求。试制钢筋的晶粒度在10. 8～11. 5之间, 满足细晶粒钢“晶粒度不粗于9级”的要求。
4 理化指标
4. 1 力学性能及工艺性能
试制钢筋力学性能指标见表3。钢筋力学性能
表3 试制钢筋力学性能
Table 3 Mechanical properties of test rebar
规格/m m 12 16 20
R e L /M Pa 445～460440～460430～450
R m /M Pa 575～595570～595565～580
A /%24～2725～2823～28
强屈比1. 29～1. 331. 29～1. 351. 29～1. 32
冷弯180°合格合格合格
反弯合格合格合格
图1 20mm (a ) 、 16mm (b ) 、 12mm (c ) 试制钢筋金相组织Fig . 1 Microstructure of 20mm (a ) , 16mm (b ) , 12mm (c ) rebars
表4 试制钢筋的组织Ta ble 4 Microstructure of test rebar
序号123
规格/mm 20 16 12
图号图1(a ) 图1(b ) 图1(c )
图片说明
铁素体+珠光体, 晶粒度11. 5, 晶粒尺寸6μm 铁素体+珠光体, 晶粒度10. 8, 晶粒尺寸7. 55μm 铁素体+珠光体, 晶粒度11. 1, 晶粒尺寸6. 86μm
4. 3 钢筋时效
试制钢筋的时效情况见表5。时效试验表明, 15天后钢材的强度有10～15M Pa 的降低。4. 4 试制结果分析
由表3可见, 钢筋力学性能指标在强度、伸长率指标均有富裕, 强屈比全部满足抗震钢筋不小于1. 25的要求, 但大规格钢筋强屈比稍逊于小规格, 这与过
多依靠轧后控冷存在一定关系。此外, 受孔型轧制变
形量因素影响, 大规格强度指标稍低的现象仍然存在。因此, 在利用形变诱导铁素体相变细化铁素体晶粒、提高强度的同时, 往往还采用其他强韧化机制, 如第二相强化、析出强化等, 基于设备能力及运行成分方面考虑, 大规格钢筋仍应加入适量的Nb 、V 等微合金, 以复合强化的形式确保钢筋指标稳定。
[4]
表5 试制钢筋的时效Table 5 Aging of steel rebar
规格/m m 12 16 20
取样自然冷却1h
R e L /M Pa R m /M Pa 450460435
580595570
A /%252526
R e L /M Pa 445450420
自然时效7d
R m /M Pa
570585555
A /%242323
R eL /M Pa 440445415
自然时效15d R m /M Pa
565580565
A /%242322
第1期张先轶等:400M Pa 级细晶粒螺纹钢筋的生产开发
·73·
由图1～4可见, 试制规格金相组织以细块状铁
素体和珠光体为主, 20mm 规格由于尺寸较大, 对轧后控冷依赖较大, 其边缘出现了回火组织, 但未成闭合环, 因此, 也满足GB1499. 2—2007对细晶钢的要求。各规格钢筋的晶粒度见表4, 晶粒细化明显受产品规格影响, 主要原因是规格越小, 压缩比越大, 精轧关键道次积累形变程度越高, 因此, 晶粒强化的效果也越好。
本次试制, 精轧关键道次在A e3～A r3附近累积大变形量, 以此诱导铁素体相变的做法是区别于穿水钢筋的重要差别。在未再结晶奥氏体中由于有变形带的存在, 铁素体不仅在晶界上成核而且在变形带上成核[6]。在变形带上形成的铁素体晶粒细小。晶界生成的铁素体可突破单纯细化再结晶奥氏体晶粒而使铁素体晶粒细化的限度, 得到了细小的铁素体晶粒。若未再结晶区的总变形量小, 得到的变形带就少, 而且分布不均。为了保证获得细小均匀的铁素体晶粒, 需要在未再结晶区保证总压下率大于45%。进入精轧, 温度虽然很低, 但并未发生相变, 依然为奥氏体组织, 根据动态CC T 曲线, 冷却后得到的钢筋组织为细小均匀的铁素体和珠光体。
[7]
[5]
6 结论
1) 连轧过程, 精轧关键道次在A e3～A r3附近累积大变形量, 经轧后快冷, 可得到铁素体晶粒尺寸5～10μm 的400MPa 级细晶粒钢筋。
2) A e3～A r3温度区域轧制属于奥氏体未再结晶区轧制工艺, 是利用形变诱导铁素体相变原理。
3) 细晶螺纹直条钢筋综合性能较好:屈服强度400M Pa 以上, 抗拉强度570M Pa 以上, 5倍伸长率20%以上, 冷弯性能良好。4) 轧制设备能力限制, 16m m 以上规格钢筋性能的提升将逐步由轧后冷却保证, 钢筋时效相对明显, 为保证钢筋性能, 实际生产时应加入一定量的Nb 、V 等微合金元素。
5) 采用细晶钢生产工艺, 可以采用20M nSi 原料, 不加或者少加微合金生产400M Pa 级螺纹钢筋。
参考文献:
[1] 小指军夫. 控制轧制控制冷却—改善材质的轧制技术发展
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[2] 支艳斌, 曹树卫, 彭南超, 等. 超细晶粒钢筋热轧生产工艺研究
[J ]. 上海金属, 2008, 30(1) :24.
[3] 翁宇庆. 超细晶钢理论及技术进展[J ]. 钢铁, 2005, 40(3) :
1.
[4] 翁宇庆. 超细晶钢—钢的组织细化理论与控制技术[M ]. 北
京:冶金工业出版社, 2003.
[5] 陈戈萍, 钟浩, 孙杰清. 超细晶粒H RB400热轧带肋钢筋的研
制[J ]. 山东冶金, 2005, 27(4) :14.
[6] 高秀华, 齐克敏, 邱春林, 等. 20M nSi Ⅲ级热轧螺纹钢筋的开
发[J ]. 钢铁研究学报, 2006, 18(7) :43.
[7] 王有铭, 李曼云. 钢材的控制轧制和控制冷却[M ]. 北京:冶金
工业出版社, 1995.
5 遇到的问题
1) 试制初期, 因轧后穿水过大, 钢筋表面发黑, 超出热检温度范围, 裙板动作信号无法准确给出, 钢筋上冷床困难, 生产一度中断, 后经调换热检, 并提
高钢筋上冷床温度, 问题得以顺利解决。
2) 试制初期, 钢筋即便堆放在室内, 2天之内其表面仍旧出现严重的黄锈, 后经调整轧后冷却强度, 并按照轧制规格明确划分钢筋上冷床温度, 问题得以顺利解决。
中冶赛迪设计的世界最宽、最先进的热连轧机考核验收
2009年8月28日, 本钢集团公司举行2300mm 热连轧机考核验收签字仪式。该热连轧机是世界近年来最宽幅、装备水平最先进的热连轧机, 由中冶赛迪承担设计。
本钢总经理张晓芳在仪式上致辞, 对包括中冶赛迪在内的参建单位表示感谢。中冶赛迪总经理余朝晖出席签字仪
式。
本钢热轧厂厂长韩革与德国西马克(SM SS ) 公司的副总裁Benne r 先生和日本T M EIC 公司的副总裁T suchiy a 先生在本钢2300mm 热连轧机考核验收合同上签字。
(中冶赛迪陶海银)