超细晶低锰盘螺产品开发与应用

时间：2021-01-04 09:57:16 所属分类：金属学与金属工艺 浏览量:

盘螺是建筑用钢中一类重要的特色钢筋产品，由于线材产品的同圈差、变形应力、规格小等特点，使得盘螺的组织、性能稳定性控制难度大。国内绝大多数企业为了保证盘螺的组织、性能稳定性，多采用添加钒、铌等元素的微合金化成分设计，而且锰含量比较高(下限1.3%

　　盘螺是建筑用钢中一类重要的特色钢筋产品，由于线材产品的同圈差、变形应力、规格小等特点，使得盘螺的组织、性能稳定性控制难度大。国内绝大多数企业为了保证盘螺的组织、性能稳定性，多采用添加钒、铌等元素的微合金化成分设计，而且锰含量比较高(下限1.3%-1.4%)，轧制时采取高温工艺轧制以利于微合金化合物析出强化，这种方式生产的优点是生产的钢筋性能稳定，轧制过程不需要特殊的控轧控冷[1-3]。但是，钒氮(或铌铁)合金价格居高不下，导致微合金化盘螺产品成本大大增加;从国家资源战略可持续发展的角度来讲，这种生产方式也是不经济的。鉴于此，开发出既符合新标准要求，又不需增加过多合金、生产、设备成本的盘螺产品成为了国内钢铁企业面临的重要课题。本文的研究是在综合考虑线材生产设备特点的基础上，通过深入的理论分析和大量的试验研究，最终开发了适合无微合金化低锰超细晶盘螺生产工艺，在保证优良综合性能的情况下，大大降低了盘螺的综合生产成本。

　　1产品性能要求

　　GB/T1499.2-2018规定的400MPa级盘螺产品的力学性能与开发产品的内控要求如表1所示。考虑到盘螺产品的同圈差以及检验偏差等因素，新开发HRB400E的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率等指标均比国家标准要求加严，由此可保证产品的优良综合性能。

　　2产品开发

　　2.1化学成分设计

　　国标中对于螺纹钢的化学成分只有上限要求，各生产企业可根据需要在标准要求范围内进行合适的化学成分设计，综合考虑到盘螺产品的力学性能、焊接性能、抗震性能等综合性能以及成本优势，对400MPa级盘螺产品进行添加微合金化元素，并适当降低锰含量的化学成分设计，以期望结合高线生产的控轧、控冷工艺来保证产品的综合性能。该超细晶低锰盘螺的化学成分设计如表2所示。

　　2.2生产工艺设计

　　该超细晶低锰盘螺生产工艺流程：100t顶底复吹转炉→方坯连铸→连铸坯检验→上料→步进炉加热→粗轧→中轧→预精轧→水冷→精轧剪→水冷→减定径→水冷→吐丝→斯泰尔摩风冷→集卷→成品检验→包装→称重→标识→入库。2.2.1炼钢工艺坯料生产采用短流程高效率工艺设计，转炉冶炼终点成分及温度满足要求后即可出钢并进行微合金化，之后进行炉后吹氩操作，吹氩时间≥5min，吹氩流量≥150NL/min;钢水在连铸浇铸过程中控制过热度20-40℃，拉速3.5m/min，该工艺设计可较好地满足螺纹钢高效率、低成本生产坯料的需求。2.2.2轧制工艺本工艺设计的主要思想是充分利用线材生产线的优势，采用控轧、控冷技术使产品晶粒细化产生强化效果，从而替代微合金化元素析出强化和硅、锰等元素的固溶强化，达到取消微合金化元素并降低锰含量的目的。该技术采取在低温未再结晶区轧制，利用形变诱导铁素体相变和形变强化，提高铁素体形核率;在精轧后采用快速水冷以控制相变过程并抑制铁素体长大，从而获得细化组织[4-5]。通过理论分析并结合现场试验，对超细晶低锰盘螺的加热、轧制及冷却工艺均进行了开发，加热温度及过程温度控制要求如表3所示。吐丝后进行风冷，风机开口度分别为1#开90%，2#开90%，3#/4#开80%，5#/6#开60%，7#-10#风机开启30%。

　　2.3实物性能

　　2.3.1力学性能该控轧、控冷工艺生产的HRB400E钢性能稳定性好，具体性能指标如图1所示，由检测结果可知屈服强度435-485MPa，平均455MPa，抗拉强度590-660MPa，平均622MPa，最大力下总延伸率10.3%-14.4%，平均值12.04%，各项性能指标均较好地满足新国标的要求。同时，每批产品进行两个弯曲和一个反弯性能检测，检测结果全部合格。2.3.2微观组织宏观与微观组织分析的典型金相组织照片如图2所示，由图可知，产品的基圆截面外围未出现不同于内部区域衬度的封闭环，从微观组织看，基圆组织为细化的铁素体+珠光体组织，晶粒度级别13-14级，该生产工艺在保证金相组织合格的前提下较好地实现了细化晶粒效果。图2典型的金相组织照片2.3.3焊接性能为了研究该产品的焊接性能，分别进行了帮条焊和搭接焊接试验，试验结果如表4所示，焊接试验结果表明，该产品焊接性能良好。2.3.4疲劳性能疲劳性能不是螺纹钢的常规检验性能，为了全面了解产品的综合性能，对Φ8mm的HRB400E进行了疲劳性能检测，结果如图3所示。在标准试验条件下，轴向疲劳达到200万次以上不断裂，该超细晶盘螺可较好地满足螺纹钢的疲劳性能要求。2.3.5时效性能取同一卷、同一位置的样品进行时效性能检测，时效时间分别为0/5/15/30/60天，时效性能检测结果如图4所示，由结果可知，随着时间的推移，强度指标变化在15MPa以内，塑性指标有所增加。

　　3结束语

　　(1)根据国家标准要求设计了超细晶低锰盘螺的化学成分，在不添加铌、钒等微合金化元素的情况下，锰含量下限可达到0.75%，该化学成分设计大大降低了HRB400E的合金成本。(2)通过控制开轧温度(880-950℃)、精轧入口温度(900-930℃)，吐丝温度(750-770℃)，配合轧后风冷工艺，使得产品的微观组织与宏观组织较好地满足了新标准要求，晶粒度可达到13-14级，同时力学性能、弯曲性能、焊接性能及疲劳性能均可较好地满足400MPa级抗震螺纹钢的要求，该技术处于国内领先地位。

　　参考文献：

　　[1]邓奇志.HRB400E细晶粒热轧钢筋生产工艺及品种开发[J].钢铁，2016，51(12)：53-57.

　　[2]黄隆长.细晶HRB400热轧带肋钢筋盘条质量问题分析[J].轧钢，2006，23(4)：23-25.

　　[3]韦武强，许宏安，杜忠泽，等.棒材线细晶粒高强度钢筋生产工艺的研发[J].山西冶金，2011，(4)：30-32.

　　[4]马正洪，张玺成，钱萍.控轧工艺对无微合金低锰高强度钢筋晶粒细化的影响[J].金属热处理，2015，20(4)：146-148.

　　[5]王建均，彭方明，罗清明，等.细晶粒螺纹钢筋生产的研究与应用[J].四川冶金，2016，38(5)：28-33.

　　《超细晶低锰盘螺产品开发与应用》来源：《现代冶金》，作者：黄亚鹤

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