支旭波， 房金乐

（陕钢集团汉中钢铁有限责任公司， 陕西　汉中　724200）



低成本细晶粒HRB400E盘螺钢筋的研制

支旭波， 房金乐

（陕钢集团汉中钢铁有限责任公司， 陕西汉中724200）

通过研究钢材控制轧制与控制冷却理论，在汉钢公司高线生产HR B400E盘螺钢筋过程中应用细晶粒轧制技术，实现微合金低锰细晶粒HR B400E盘螺钢筋的研制。该技术建立在微合金的基础上，属于国内先进技术。实际应用该技术后，吨钢合金消耗可降低20元/t以上，年创效近千万元。

细晶粒控轧控冷低成本HR B400E盘螺

陕钢集团汉中钢铁有限责任公司（以下简称汉钢公司）生产的HRB400E热轧带肋盘螺钢筋，主要规格为Φ8 mm、Φ10 mm。根据国标GB 1499.2—2007规定，其化学成分为：w(C)不大于0.25%，w(Mn)不大于1.60%，碳当量不大于0.54%。汉钢公司从2012年元月投产至2015年3月，钢中的w(C)控制在0.23%，w(Si)控制在0.45%，w(Mn)平均控制在1.18%，w(V)控制在0.019%。2015年4月汉钢公司通过理论研究，利用高线细晶粒轧制技术，成功将高线生产的Φ8 mm、Φ10 mm盘螺的w(Si)降至0.38%、w(Mn)降至1.00%、w(V)降至0.015%，预计年效益近千万。

1　细晶粒轧制技术原理

细晶粒轧制技术（又称为控轧控冷技术）是指通过控制加热温度、轧制温度、变形速度及轧后冷却速度等工艺参数，细化钢中奥氏体晶粒，控制钢材冷却过程中的组织相变、碳化物析出等方式，达到提高热轧钢材的强度、韧性等综合性能的目的一种轧制方法。该技术自问世以来，主要应用于板材轧制，近年来逐渐应用于线材、优特钢的生产过程中[1]。

在热轧过程中，根据变形温度的不同，通常把工艺分为三个阶段。一是奥氏体再结晶区控制轧制。在奥氏体再结晶温度以上的范围（≥950℃）内进行轧制，使再结晶与变形交替进行，以细化奥氏体晶粒。二是奥氏体未再结晶区控制轧制。轧制温度在950℃时奥氏体向先共析铁素体转变点为tAr3（HRB400钢的tAr3大约为850℃），在此区间轧制时钢不发生奥氏体再结晶现象，轧制过程中的塑性变形使奥氏体晶粒拉长，晶粒内部出现许多变形带、孪晶和位错，形核点增加，晶界面积变大，促进晶粒内部和奥氏体晶界的形核率和形核速度，轧后可获得细小均匀的块状铁素体晶粒。三是奥氏体—铁素体两相区轧制，即低温轧制。轧制温度一般小于tAr3，轧制过程中伴随着加工硬化和珠光体析出硬化，对提高钢的强度、降低韧性-脆性转变的温度有一定作用[2]。

图1　各种轧制程序的模式图

图2　细晶粒轧制组织变化模式图

普通轧制：轧件采用传统热轧工艺，在再结晶区域完成所有轧制。轧制过程属于奥氏体（-Fe）细化的过程。

控制轧制（CR）：轧件在两相区（γ-α）轧制或在未再结晶区域轧制，轧制过程可细化钢中铁素体α，实现钢材组织细化。

控轧控冷（CR+AcC）：轧件在两相区（γ-α）轧制或在未再结晶区域轧制，轧制过程可细化钢中铁素体α，实现钢材组织细化；另外，通过轧后快速冷却，可提高钢中铁素体向珠光体的转变量，增加钢材强度。

汉钢公司根据现场设备的装备情况，主要采用两相区轧制，轧后快速冷却，实现相变强化。其主要控制以下几个阶段：加热温度控制、轧制温度控制、吐丝温度控制、风冷速率控制。

加热温度的高低直接决定着轧制前钢坯奥氏体晶粒尺寸的大小。加热温度越高，钢材塑性越好，轧制过程变形抗力越低，钢坯奥氏体晶粒越粗大；加热温度越低，钢材塑性越差，变形抗力变大，钢坯奥氏体晶粒越细小。根据细晶粒轧制工艺要求，在满足轧机轧制能力的条件下，采用较低的开轧温度，可确保钢坯奥氏体晶粒细小。

控制轧制温度主要控制钢材在精轧阶段的温度。根据控制轧制理论将精轧阶段钢材温度控制在两相区（即tA3线以下、tA1线以上），钢材晶粒度较细。轧制过程中需考虑钢材的冷却能力及轧机负荷。

吐丝温度是钢材风冷开始温度。控制吐丝温度主要是为了控制轧后晶粒长大，降低先共析铁素体的析出体量[3]。控制风冷速率主要是控制铁素体向珠光体转变的过程中钢中珠光体的含量。

2　技术研制过程

细晶粒轧制技术在轧钢单高线进行试验，单高线主要装备情况如下：轧线为一条60万t的单高线；轧制机组采用全连轧布置，共30架轧机，其中粗轧机组规格为Φ610 mm×4+Φ480 mm×2、中轧机组规格为Φ480 mm×4+Φ380 mm×2、预精轧机组规格为Φ380 mm×4+Φ285 mm×2、精轧机组规格为Φ228 mm×5+Φ171 mm×3、减定径机组规格为Φ228 mm×2+Φ156 mm×2，在精轧机组前后和减定径机组后分别设有水冷段对轧件进行控制冷却；风冷辊道采用装有“佳灵”系统的斯太尔摩风冷辊道，共14台冷却风机。盘螺生产工艺路线为：加热炉→粗轧机组→中轧机组→预精轧机组→精轧机组→减定径机组→吐丝机→斯太尔摩风冷辊道。

表1　8.0 mm和10.0 mm规格的HRB400E产品化学成分控制　%

根据控制轧制和控制冷却技术原理，分别在2014年6月26日、8月27日、9月10日进行了三次现场试验。试验1，按照未再结晶区轧制进行参数设定；试验2，在试验1的基础上进减定径后，按照两相区轧制控制；试验3，按进精轧、减定径在两相区进行轧制，轧后迅速将轧件温度降至tA1线附近。试验方案主要根据现场设备能力进行调整，具体轧制关键点工艺控制见表2。

表2　细晶粒轧制关键点工艺控制

试验过程：共轧制钢坯300余支，每次试验约100余支。产品性能见下页表3。

通过表3可以看出，试验3采用细晶粒轧制技术后，钢材强度指标明显提升。

从表4可以看出：三次试验生产的钢材晶粒度等级均比较高；主要组织为珠光体+铁素体，无其他异常组织。

表3　产品力学性能统计

表4　HRB400E金相结果

通过试验1、2、3对比可以看出：轧件精轧、减定径在两相区轧制，轧后快速冷却到tA1线附近时钢材组织细小、强度指标明显提升。主要有三方面原因：采用两相区轧制工艺进精轧后，整体轧制温度在780～850℃之间，轧制过程会产生加工硬化，且铁素体（α-Fe）得到大幅细化；轧制过程不发生奥氏体再结晶现象，轧制过程中的塑性变形使奥氏体晶粒拉长，晶粒内部出现许多变形带、孪晶和位错，形核点增加，晶界面积变大，促进晶粒内部和奥氏体晶界的形核率和形核速度，轧后可以获得细小均匀的块状铁素体晶粒；轧后轧件快速冷却至730℃左右，可大大减少先共析铁素体产生量，经风冷线冷却后，钢中组织转变为细小的铁素体+珠光体组织。

3　技术应用效果

通过工艺研制，对高线成分进行调整，可实现降低钢坯合金成本的目的。技术应用前后，盘螺所用钢坯成分变化如表5所示。

表5　技术应用前后成分变化　%

采用细晶粒轧制技术后，高线盘螺所用钢坯合金成分出现大幅降低。吨钢合金成本降低约20元，年创效约1000万元以上。

4　结论

1）采用奥氏体—铁素体两相区轧制工艺。轧制过程中铁素体细化，有利于钢材组织细化，提升钢材强度。

2）轧后轧件温度快速冷却至tA1线，降低了钢中先共析铁素体体量的增加（先共析铁素体尺寸大、强度低），有利于提升钢材强度。

3）加热温度的高低直接决定轧前钢坯奥氏体晶粒尺寸大小。轧制细晶粒钢时应严格控制钢坯的加热、均热温度。

4）运用细晶粒轧制技术后，钢材合金成本大幅降低。

[1]陈文勇，贾元海，王晓飞，等.盘螺控温控冷技术的研究[C]//全国轧钢生产技术会议文集（下）.北京：中国金属学会，2014：931-935.

[2]曹树卫.高速线材生产中的控轧控冷[J].金属制品，2005（5）：26-27.

[3]李曼云，孙本荣.钢的控制轧制和控制冷却技术手册[M].北京：冶金工业出版社，1990：16-20.

（编辑：贺焱）

Low-cost Fine Grained HRB400E Dish of Screw Steel Development

ZHI Xubo，FANG Jinle
（Hanzhong Iron and Steel Co.，Ltd.，Shaanxi Iron and Steel Group，Hanzhong Shaanxi 724200）

By studying the theory of controlled rolling and controlled cooling,fine grain rolling technology is applied in high speed wire rod production of HRB400E dish of screw steel in Hangang company,the microalloy low manganese fine grained HRB400E dish of screw steel development is realized.The technology is established on the basis of microalloy,and is the domestic advanced technology.After technology application,alloy consumption of per ton steel can reduce more than 20 yuan/t,and the benefit reaches to ten million yuan.

fine grain，controlled rolling and controlled cooling，inexpensive，HRB400 disc screw

TG335.6+4

A

1672-1152（2016）02-0014-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.02.05

2015-12-14

支旭波（1987—），男，在职硕士在读，就职于陕钢集团汉中钢铁有限责任公司科技发展部，从事轧钢工艺及新产品研发工作，助理工程师。