控冷轧制对HRB400E热轧带肋钢筋性能的影响
【摘 要】生产钢筋混凝土用HRB400E热轧带肋抗震钢筋时，钒铁和锰铁合金用量占有较大比率对钢材成本的影响很大。为寻求一种可以减少合金元素的替代方法，以降低成本，进行了控冷轧制工艺生产HRB400E热轧带肋抗震钢筋性能试验研究。结果表明采用控冷轧制工艺可以提高钢筋的屈服强度70～100MPa，而且能够改善产品表面质量。在产品质量性能满足国家标准要求的情况下，试验的HRB400E热轧带肋抗震钢筋吨钢降低合金成本60元左右。
中国论文
【关键词】控冷轧制 ;热轧带肋抗震钢筋 ;力学性能
热轧带肋钢筋是主要的建筑用钢材，在国内外钢材市场中均占有重要的比率。然而，以往为满足每一特定的材料力学性能要求，都要加入一些特殊的合金元素，靠化学方法来满足最终力学性能的要求，这不仅使方坯生产过程复杂化，而且还会因添加合金使得碳当量增加，从而影响到材料的焊接性能。最近几年， 钢筋混凝土用HRB400E热轧带肋钢筋的生产成本有所提高，很多钢铁企业努力尝试1种可以减少、甚至不加微合金元素的穿水冷却工艺生产低成本高强度钢筋。为此，我们进行了HRB400E穿水冷却工艺研究，结果表明，采用穿水冷却工艺，不仅可以提高钢筋的力学性能，降低生产成本，而且能够改善产品表面质量 ，消除氧化气泡 ，同时能够减少弯头 ，提高定尺率 ，具有很大的推广应用价值。
1 工艺特点
1. 1 工艺流程
铸坯 → 热送热装 → 加热炉加热 → 粗轧 →飞剪 （切头尾 、事故碎断）→中轧 → 飞剪 （切头尾 、事故碎断） →精轧 →穿水线 → 飞剪切倍尺 → 冷床 → 取样 → 冷剪切定尺 →收集、打捆 → 称重。
1. 2 穿水冷却的工艺技术
控冷装置安装在精轧机组之后，利用轧件在精轧快速变形后，立即进行快速冷却，通过形变诱导相变，控制钢筋高温状态下的晶粒长大，进而获得细小铁素体晶粒，通过细晶强化，全面提高钢筋的综合机械性能。该控冷设备分3种规格：Φ12mm螺纹钢采用四线切分、Φ14mm和Φ16mm螺纹钢为三线切分、Φ18mm 和Φ20mm 螺纹钢为两线切分。
该控冷穿水装置可以通过对水量、水压的调整，实现对穿水后温度的控制，以使钢筋得到良好的机械性能。钢材不需要控冷时使用旁通输出辊道直接输出到冷床上。
2 试验控制
2 . 1 化学成分控制
常规工艺生产的HRB400E抗震钢筋化学成分应符合表 1 要求 ， 同时钢中 w （ V ） 一般控制在0.03%～0.05%。穿水冷却工艺试验HRB400E抗震钢筋化学成分控制在表 2 范围内。
表 1 国标 GB 1499. 2 - 2007 及常规轧制工艺生产 HRB400E 钢筋化学成分（ wB ）
%
工艺 C Si Mn P S Ceq V
国标 ≤0.25 ≤0.80 ≤1.6 ≤0.045 ≤0.045 ≤0.54 可加入
常规工艺 0.19～0.24 0.4～0.7
1.3～1.6 ≤0.04 ≤0.04 ≤0.54 0.035～0.055
表 2 穿水工艺生产试验 HRB400E钢筋化学成分（ wB ） %
工艺 C Si Mn P S Ceq V
穿水工艺 0.19～0.24 0. 4～0.7 1.3～1.6 ≤0.04 ≤0.04 ≤0.54 0. 01～0.03
2 . 2 控冷参数控制
合理控制加热温度，同时为实现最佳的温度控制效果，试验中水量、水压、启动泵数、冷却线序号以及冷却器开启段数的设定均以满足钢筋的回火温度为前提。具体的控制情况见表3。
表 3 试验 HRB400E抗震钢筋控冷工艺参数
规格/ mm 出水箱温度/ ℃ 上冷床温度/ ℃
Φ12 620～700 680～710
Φ14～Φ16 620～700 680～710
Φ18～Φ20 620～700 680～710
实际控制时，因外界环境温度、钢坯温度及轧件尺寸的变化，可以根据轧制时的实际情况调节冷却器的开启数量和水压。
3 结果分析
3 . 1 力学性能
通过对各规格和多批次进行试验，在HRB400E成分体系不变的情况下，穿水冷却可以提高屈服强度70～100MPa。HRB400E控冷钢筋的成分体系主要体现为w （V）的降低，这样在降低成本的同时，钢筋的性能更加均匀稳定，各个性能指标（屈服、抗拉和伸长率）均可以满足国家标准，且有一定的富余量。穿水控冷对不同规格的影响有所不同，对小规格而言，性能值分布均匀稳定;对大规格而言，屈服强度相对于未穿水的钢筋有所提高。分别以Φ14 mm和Φ20 mm为例，试验了近200炉控冷和非控冷螺纹钢筋 HRB400E的力学性能（屈服强度）波动情况，其具体的性能波动情况见图1和图2。其中Φ14mm螺纹钢筋未采用轧后穿水工艺的屈服强度最小 420MPa、最580MPa、平均475 MPa ，采用轧后穿水工艺的屈服强度最小460MPa 、最大545MPa、平均510MPa;Φ20mm螺纹钢筋未采用轧后穿水工艺的屈服强度最小 400MPa、最大505MPa、平均445MPa ，采用轧后穿水工艺的屈服强度最小420MPa、最大520MPa、平均485MPa 。
3. 2 金相组织
HRB400E正常热轧后组织为F+P，穿水控冷工艺不同于轧后余热处理，经过合理的冷却控制工艺，得到的边部淬火层组织为F加回火S，1/2半径处为F+P，晶粒度 9.5～11级，较未控冷钢筋提高了1～2个晶粒度。图3是规格为Φ16 mm的HRB400E抗震钢筋的显微组织照片 。
图 3 Φ16 mm 的 HRB400E抗震钢筋显微组织照片
3. 3 表面质量
在高温状态下，钢筋表面会形成氧化膜，温度越高，氧化膜的厚度越大。终轧温度越高，表面氧化就越严重。降低终精轧温度，提高钢材冷却强度 ，可以解决螺纹钢表面的起泡问题。实施穿水冷却前，由于终轧温度较高，钢筋表面二次氧化严重，表面气泡较为突出，严重影响产品外观质量的提高。实施穿水冷却工艺后，增加了冷却强度，使得钢筋上冷床温度大大降低，从而减少二次氧化的发生，减少了氧化气泡的产生，使得钢材表面质量得到明显改善。采用穿水冷却工艺生产高强度螺纹钢，降低了钢材上冷床的温度，能够消除钢筋表面二次氧化产生的气泡，改善了钢筋的表面质量，同时钢筋的弯头现象得到有效控制，提高了定尺率。
3. 4 经济效益分析
当产品质量性能满足国家标准要求时，测算生产成本对企业来说显得尤为重要。具体来说，采用穿水冷却工艺试验的RB400E抗震钢筋平均减少合金元素w （V）约0.025% ，按目前较低的合金价格估算，吨钢降低合金成本60元左右。
4 结 语
1） 试验数据表明，采用轧后穿水冷却工艺生产的RB400E抗震钢筋，在不加合金添加剂或大幅度减少加入的情况下，材料力学性能和产品质量完全满足国家标准要求。
2） 若采用穿水冷却工艺，吨钢成本可降低60元左右，效益可观。
3） 实施穿水冷却工艺后，不但可以细化晶粒，改善组织，提高钢筋的机械性能，而且能够减少甚至消除钢筋表面的氧化气泡，提升产品表面质量，同时减少钢筋弯头，提高定尺率。
4） 穿水工艺易形成表面锈蚀，随着此工艺的成熟，应进一步研究锈蚀问题。