赵东记，侯建伟，袁相坤，阎超楠，张文涛

（青岛钢铁控股集团有限责任公司技术中心，山东 青岛 266043）

生产技术

HRBF400细晶粒热轧带肋钢筋的开发

赵东记，侯建伟，袁相坤，阎超楠，张文涛

（青岛钢铁控股集团有限责任公司技术中心，山东 青岛 266043）

青钢以Q235碳素钢为原料，适当调整C、Si、Mn等元素含量，采用临界奥氏体区控轧和轧后控冷的工艺，实现了Φ 6～Φ10 mm规格HRBF400细晶粒热轧钢筋的批量生产。对产品性能的组织、性能检验表明，HRBF400细晶粒钢筋微观组织均匀，力学性能稳定，各项性能均符合国家相关标准要求。

热轧带肋钢筋；HRBF400；Q235钢；化学成分；力学性能

1 前言

青钢最新的以摩根六代超重载精轧机组为核心的高速线材生产线为适应未来多元化的生产需要，配置了超长的轧后水冷系统及水箱间设置夹送辊，为生产超细晶粒的热轧带肋钢筋打下了良好的基础。为降低生产成本，按照相关标准要求，以Q235碳素钢为原料，适当调整C、Si、Mn等元素含量，在高速线材生产线上成功试制了Φ6～Φ10 mm HRBF400细晶粒钢筋盘条，产品微观组织均匀，力学性能稳定，为今后低成本细晶粒钢筋的大规模化工业生产奠定了良好的基础。

2 HRBF400技术要求分析

GB 1499.2—2007中明确规定，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。这一条款对控轧控冷工艺增加了约束，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细晶的主要手段。这是因为单纯轧后控冷不可避免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（回火马氏体组织），并且铁素体晶粒度应在9级以上。

由于强化机理的不同，钢筋的性能与生产工艺会有明显差异。区别于微合金强化与余热处理钢筋的冶金特性，细晶强化是目前既能提高强度，又能改善韧性的主要方法。根据Hall-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[1-2]。根据工装水平的特点，通过优化加热工艺、控制轧制工艺和冷却工艺，采用临界奥氏体区控轧和轧后控冷工艺，利用形变诱导铁素体相变（DIFT）和铁素体再结晶机制细化组织，以及较低的Si、Mn合金，在Q235的基础上生产HRBF400细晶热轧带肋钢筋[3]。

3 HRBF400生产实践

3.1 熔炼成分及生产工艺

为降低生产成本，确定了不含Nb、V、Ti微合金元素的HRBF400钢筋化学成分，以Q235碳素钢为原料，适当调整C、Si、Mn等元素含量，熔炼成分要求如表1所示。

表1 HRBF400细晶钢筋熔炼成分要求%

开轧温度为920～1 000℃；NTM（无扭精轧机）入口温度为780～900℃；RSM（减定径机）入口温度为750～850℃；LH（吐丝机）出口温度为680～750℃；根据不同规格及轧制速度，开启部分斯太尔摩风冷线风机。

3.2 检验结果及分析

1）检验钢筋的化学成分及显微组织。试样的化学成分及显微组织见表2。由表2可知，在各规格试样中，Φ6 mm规格试样晶粒最粗，晶粒度为10.5级。分析认为：该规格钢筋直径较细，在水箱冷却过程中冷却水的阻力较小，外加轧制速度较快，导致实际控制的吐丝温度较高[4]。组织均为铁素体+珠光体，基圆上没有回火马氏体等影响使用性能的其他组织。

表2 HRBF400化学成分及高倍显微组织

Φ8.0 mm规格钢筋的光学显微金相组织见图1。由图1可知，试样芯部晶粒度为10.5级，边部晶粒度为11级，晶粒尺寸由芯部至边部均匀过渡，无混晶及异常组织出现。

图1 Φ8.0 mm规格钢筋的光学显微金相组织

2）钢筋的性能。生产钢筋的力学性能见表3。按标准要求对试样进行正、反弯试验，试样受弯曲部位表面没有产生裂纹，表明其工艺性能良好。

表3 HRBF400钢筋的力学性能

3.3 细晶强化机理

细晶形成的基本原理是形变与相变藕合机制，主要控制技术是使奥氏体过冷和获得大的累积变形量。精轧阶段轧制温度控制在Ac3～Ar3，使其产生形变诱导铁素体相变（DIFT），获得细小的铁素体晶粒，轧后的控冷进一步阻止铁素体晶粒长大[5]。其具体的形成机制为：1）钢在奥氏体区进行粗中轧，产生奥氏体动态再结晶，细化奥氏体晶粒，为相变作组织准备。2）轧件中轧后冷却，使精轧温度接近临界相变点。由于精轧区域的高速轧制和累积变形（变形大于50%以上）增大了相变驱动力，则提高了实际相变点，诱发了铁素体相变（DIFT），这是形核不饱和机制，是不断的生核过程，形核率高，使晶粒细化。3）随变形的进行，新生的铁素体内位错密度增加，形成亚结构，产生铁素体动态再结晶（DRX）。这时连续交叉发生DIFT和DRX，阻止了铁素体晶粒长大。4）轧后的控冷进一步阻止铁素体晶粒长大[6]。

4 结语

通过对钢铁材料强化机制和应用技术的研究，采用临界奥氏体区控轧和轧后控冷的工艺，利用形变诱导铁素体相变和铁素体再结晶机制细化组织，通过全线加热温度、轧制温度、冷却温度的优化和精确控制，挖掘细晶强化的潜力，开发出符合GB 1499.2—2007标准要求的Φ6～Φ10 mm高强度、低成本、资源节约型高速线材HRBF400钢筋，这不仅提高了青钢的产品档次和技术含量，降低了成本，增加了产品附加值，同时也为今后使用低成本生产HRB400E及HRB500E高强抗震钢筋奠定了良好的技术基础。

[1]高秀华，齐克敏，邱春林，等.20MnSiⅢ级热轧螺纹钢筋的开发[J].钢铁研究学报，2006，18（7）：43.

[2]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.

[3]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.

[4]陈戈萍，钟浩，孙杰清.超细晶粒HRB400热轧带肋钢筋的研制[J].山东冶金，2005，27（4）：14.

[5]翁宇庆.超细晶钢理论及技术进展[J].钢铁，2005，40（3）：1.

[6]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.

Development of Rolling Process for HRBF400 Fine Grained Steel Rebar

ZHAO Dongji,HOU Jianwei,YUAN Xiangkun,YAN Chaonan,ZHANG Wentao
（The Technology Center of Qingdao Iron and Steel Holding Group Co.,Ltd.,Qingdao 266043,China）

Qingdao Steel take Q235 carbon steel as raw material,proper adjustment of C,Si and Mn element content,such as using critical austenite zone controlled rolling and controlled cooling after rolling process,realize the mass production of Φ6 mm～Φ10 mm HRBF400 fine grain hot rolled steel.The product properties were inspected at the same time,the results show that the HRBF400 fine grained steel bar has uniform microstructure,mechanical properties of stability,that conform to the requirements of the relevant national standards.

hot rolled ribbed steel bar;HRBF400;Q235 steel;mechanical properties;microstructure

TG335.6+4

B

1004-4620（2015）04-0017-02

常见单位符号大小写混淆示例

标准符号单位名称错误符号m s t k g米秒吨千克M S T K g mol 摩[尔]Mol标准符号Pa W eV Hz L单位名称帕[斯卡]瓦[特]电子伏赫兹升错误符号pa w ev HZ，Hzl

2015-05-11

赵东记，男，1980年生，2005年毕业于武汉科技大学材料成型及控制工程专业。现为青钢技术中心开发部工程师，从事工艺技术管理工作。