控轧控冷工艺在螺纹钢盘条降锰中的应用
2014-03-27方庆卓
方庆卓
（本钢集团北营轧钢厂，辽宁 本溪 117017）
控轧控冷工艺在螺纹钢盘条降锰中的应用
方庆卓
（本钢集团北营轧钢厂，辽宁 本溪 117017）
介绍HRB400螺纹钢盘条的生产流程、工艺特点。通过技术改造，采用控轧控冷技术对HRB400盘螺锰的成份下调0．3%，并且保证性能满足标准要求。不但降低了生产成本，还提高了产品质量。
螺纹钢盘条；降锰；生产工艺；控轧控冷
螺纹钢盘条是由高速线材轧机生产线生产的热轧带肋钢筋，交货状态为盘条，以小规格为主。HRB400螺纹钢盘条强度高、握紧力优于HRB235、HRB300光圆钢筋，深受用户欢迎，市场需求量非常大。为降低企业成本，北营公司轧钢厂通过对轧制工艺的研究，采用控轧控冷工艺，降低锰含量，同时保证螺纹钢盘条的强度和韧性，满足标准要求，进而降低成本。
1 HRB400螺纹钢盘条的工艺流程
北营轧钢厂有四条高速线材生产线，生产能力350万吨，均可生产高强度螺纹钢盘条，现以一高线为主。一高线年产能50万吨，主要设备及工艺流程如下：
连铸钢坯（热装和冷装）→推钢式加热炉加热→出钢机出炉→出炉辊道运输→粗轧机组（6架）→1#剪（切头，事故碎断）→中轧机组（4架）→预精轧机组（4架）→预水冷箱→2#飞剪（切头、事故碎断）→精轧机组（10架）→三组水冷箱及均温段→夹送辊→吐丝机→延迟型斯太尔摩运输线（下有10台风机，上有保温罩）→集卷站集卷→P/F钩式悬挂运输机（散卷冷却）→打包→称重→挂标签→入成。
2 降锰方案
根据对HRB400螺纹钢盘条的生产经验，北营轧钢厂参照现行标准要求，制定了下述表1的成分设计方案。
3 试验过程
3.1 常规轧制
国标GB1499.2-2007中要求，HRB400的屈服强度不小于400Mpa，抗拉强度不小于540 Mpa，根据此次螺纹钢盘条降锰的试验步骤，批量组织了两批不同成份的方坯，即高锰和低锰成份的坯料。通过常规的轧制方法轧制，高锰成份的螺纹钢盘条平均强度为438Mpa，锰平均含量为1.32%。 低锰成份的螺纹钢盘条平均强度为423 Mpa，锰平均含量为1.06%。
3.2 轧后控冷工艺轧制
轧后控冷工艺是利用轧后钢材的余热给予一定的冷却速度，控制其相变过程，不用热处理，控制冷却的目的就是要模拟一个铅浴淬火过程，使线材得到具有良好综合机械性能的索氏体组织。
表1 HRB400螺纹钢盘条化学成份 /%
表2 HRB400螺纹钢盘条加热制度 /℃
表3 Ф8mm、HRB400螺纹钢盘条试样成份 /%
线材的轧后控制冷却分为水冷段的强制冷却和空冷段的相变冷却两个阶段。控制冷却工艺由水冷区和空冷区构成，线材经水冷却至一定的温度后，进行吐丝，使直条线材形成散圈状分布在风冷线上，进行风冷。本文是通过常规工艺轧制后，采用控轧控冷工艺小批量试制了低锰成份的螺纹钢盘条，并与原工艺高锰螺纹钢盘条进行比较。
3.2.1 加热温度控制
加热炉的加热温度和加热时间，可影响钢坯的组织和性能。而加热温度对组织性能的影响则不是由于对终轧温度的影响造成的，而是由于不同的加热条件引起了轧后线材冷却过程中组织转变机理的变化。根据HRB400螺纹钢盘条的特性，北营轧钢厂在生产实践中将加热炉的温度控制在1050-1150℃，开轧温度控制在950-980℃。
3.3.2 轧制温度控制
精轧是盘条进行塑性变形的最后阶段，在这一阶段，奥氏体产生再结晶过程，奥氏体再结晶形核的多少与轧制温度有关，入精轧温度越低，再结晶形核越多，这有利于盘条最终组织索氏体或珠光体的细化，从而提高盘条的韧性和强度。所以，在工艺条件允许的条件下，适当降低入精轧温度，将入精轧温度设定在830℃左右。
表4 Ф8mm、HRB400螺纹钢盘条试样性能 /Mpa
3.3 控轧控冷系统
（1）精轧前预水冷水箱1组，长度8m，恢复段长度12m，水箱降温能力100℃；
（2）精轧后控冷水箱3组，每组长度8m，恢复段长度8m，每组水箱降温能力100℃；
（3）斯太尔摩控制冷却线、10台大风量风机、保温罩、风门及佳灵装置。
3.4 吐丝温度控制
吐丝温度是控制相变开始温度的关键控制点。冷却段数的数量直接影响着吐丝温度的高低，进而影响奥氏体的晶粒尺寸。
轧件在出精轧后，由奥氏体向其它相转变前，奥氏体会进行回复、再结晶以及晶粒长大过程，且这一过程与温度和时间有直接关系。控制吐丝温度也就是控制这一过程的温度，温度越高，时间越长，奥氏体晶粒也就越大。因此，吐丝温度也就影响着盘条发生相变前的奥氏体晶粒的大小。为确定合适的吐丝温度，我们做了大量试验，试验结果表明:随着吐丝温度的升高，强度指标上升;吐丝温度下降，塑性指标上升；根据试验结果，我们选择了810℃-850℃的吐丝温度。
3.5 冷却速度控制
冷却速度的控制主要是控制冷却风机和辊道速度。而辊道速度则决定于线还间距、直径和轧件的速度。这里我们主要控制线还的间距，而线环间距与盘条的直径有关，而这个间距的距离则决定冷却的效果。经过生产实践证明，在快速冷却时，冷却辊道的速度使相邻盘条环间距大于40mm时，可获得细珠光体所需要的冷却速度。
而当环间距为40mm时，相邻两条盘条的热量互相影响很小，冷却速度主要由风机的风量控制。40mm的间距值是标准型冷却工艺参数—辊道速度的控制界限值。此外，各段的辊道速度应逐渐增加，使盘条的搭接点错开，消除热点影响，提高同圈强度的均匀性。防止在较低冷却速度下产生先共析Fe3C，不利于拉拔。
冷却过程控制参数如表2所示。
4 轧制结果
此次采用控轧控冷工艺批量轧制了300吨Ф8mm、HRB400螺纹钢盘圆，平均屈服强度为472Mpa，平均Mn含量为1.08%，具体成份及性能如表3、表4所示。
根据此次轧制的数据分析，目前轧钢厂一高线降Mn最低可以达到1.05左右%，相比原成份1.35%，降低了0.30%。屈服强度平均值474Mpa，抗拉强度平均值646 Mpa，屈服强度比常规轧制成份提高了36Mpa，尺寸符合标准要求，并且达到了抗震级别要求。
5 工艺改进
根据现有工艺及设备，为保证控制轧制温度和冷却工艺，本次轧制共采取了以下措施：
（1）中轧11#出口加冷却水管，使用前后钢表面温度相差20℃
（2）更换1-4#水冷箱加强冷却能力。
（3）精轧奇架次增加冷却水路，采用末端压力1.0MPa：使用前后精轧出口成品表面可减少轧制温升20-30℃，吐丝温度降低10-15℃。
（4）盘圆出口空过导槽改为水冷导槽。
（5）增加1#风机风量。
6 结论
通过采用控轧控冷工艺，使晶粒细化和组织细化，提高了螺纹钢条圆强度和韧性，获得了高屈服强度和抗拉强度，并且效果明显，强屈比达到了抗震钢筋要求，有效降低了合金使用成本和资源消耗，为增加企业经济效益，为下游用户减少成本，有利于经济建设和社会的长远可持续发展。
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