HRBF400細(xì)晶粒熱軋帶肋鋼筋的開發(fā)

趙東記，侯建偉，袁相坤，閻超楠，張文濤

（青島鋼鐵控股集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，山東 青島 266043）

生產(chǎn)技術(shù)

HRBF400細(xì)晶粒熱軋帶肋鋼筋的開發(fā)

趙東記，侯建偉，袁相坤，閻超楠，張文濤

（青島鋼鐵控股集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，山東 青島 266043）

青鋼以Q235碳素鋼為原料，適當(dāng)調(diào)整C、Si、Mn等元素含量，采用臨界奧氏體區(qū)控軋和軋后控冷的工藝，實現(xiàn)了Φ 6～Φ10 mm規(guī)格HRBF400細(xì)晶粒熱軋鋼筋的批量生產(chǎn)。對產(chǎn)品性能的組織、性能檢驗表明，HRBF400細(xì)晶粒鋼筋微觀組織均勻，力學(xué)性能穩(wěn)定，各項性能均符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

熱軋帶肋鋼筋；HRBF400；Q235鋼；化學(xué)成分；力學(xué)性能

1 前言

青鋼最新的以摩根六代超重載精軋機組為核心的高速線材生產(chǎn)線為適應(yīng)未來多元化的生產(chǎn)需要，配置了超長的軋后水冷系統(tǒng)及水箱間設(shè)置夾送輥，為生產(chǎn)超細(xì)晶粒的熱軋帶肋鋼筋打下了良好的基礎(chǔ)。為降低生產(chǎn)成本，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，以Q235碳素鋼為原料，適當(dāng)調(diào)整C、Si、Mn等元素含量，在高速線材生產(chǎn)線上成功試制了Φ6～Φ10 mm HRBF400細(xì)晶粒鋼筋盤條，產(chǎn)品微觀組織均勻，力學(xué)性能穩(wěn)定，為今后低成本細(xì)晶粒鋼筋的大規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)奠定了良好的基礎(chǔ)。

2 HRBF400技術(shù)要求分析

GB 1499.2—2007中明確規(guī)定，在熱軋過程中，通過控軋和控冷工藝形成的細(xì)晶粒鋼筋，其金相組織主要是鐵素體加珠光體，不得有影響使用性能的其他組織存在，晶粒度不粗于9級。這一條款對控軋控冷工藝增加了約束，排除了單純采用軋后穿水的工藝方案，規(guī)定必須是控軋控冷結(jié)合并以控軋作為細(xì)晶的主要手段。這是因為單純軋后控冷不可避免產(chǎn)生鋼筋表層回火組織，因此，需要控制鋼筋的金相組織不產(chǎn)生類似于余熱處理鋼筋基圓上出現(xiàn)的影響使用性能的其他組織（回火馬氏體組織），并且鐵素體晶粒度應(yīng)在9級以上。

由于強化機理的不同，鋼筋的性能與生產(chǎn)工藝會有明顯差異。區(qū)別于微合金強化與余熱處理鋼筋的冶金特性，細(xì)晶強化是目前既能提高強度，又能改善韌性的主要方法。根據(jù)Hall-Petch公式，晶粒尺寸越細(xì)鋼材強度級別越高，其塑性和韌性也將發(fā)生改變[1-2]。根據(jù)工裝水平的特點，通過優(yōu)化加熱工藝、控制軋制工藝和冷卻工藝，采用臨界奧氏體區(qū)控軋和軋后控冷工藝，利用形變誘導(dǎo)鐵素體相變（DIFT）和鐵素體再結(jié)晶機制細(xì)化組織，以及較低的Si、Mn合金，在Q235的基礎(chǔ)上生產(chǎn)HRBF400細(xì)晶熱軋帶肋鋼筋[3]。

3 HRBF400生產(chǎn)實踐

3.1 熔煉成分及生產(chǎn)工藝

為降低生產(chǎn)成本，確定了不含Nb、V、Ti微合金元素的HRBF400鋼筋化學(xué)成分，以Q235碳素鋼為原料，適當(dāng)調(diào)整C、Si、Mn等元素含量，熔煉成分要求如表1所示。

表1 HRBF400細(xì)晶鋼筋熔煉成分要求%

開軋溫度為920～1 000℃；NTM（無扭精軋機）入口溫度為780～900℃；RSM（減定徑機）入口溫度為750～850℃；LH（吐絲機）出口溫度為680～750℃；根據(jù)不同規(guī)格及軋制速度，開啟部分斯太爾摩風(fēng)冷線風(fēng)機。

3.2 檢驗結(jié)果及分析

1）檢驗鋼筋的化學(xué)成分及顯微組織。試樣的化學(xué)成分及顯微組織見表2。由表2可知，在各規(guī)格試樣中，Φ6 mm規(guī)格試樣晶粒最粗，晶粒度為10.5級。分析認(rèn)為：該規(guī)格鋼筋直徑較細(xì)，在水箱冷卻過程中冷卻水的阻力較小，外加軋制速度較快，導(dǎo)致實際控制的吐絲溫度較高[4]。組織均為鐵素體+珠光體，基圓上沒有回火馬氏體等影響使用性能的其他組織。

表2 HRBF400化學(xué)成分及高倍顯微組織

Φ8.0 mm規(guī)格鋼筋的光學(xué)顯微金相組織見圖1。由圖1可知，試樣芯部晶粒度為10.5級，邊部晶粒度為11級，晶粒尺寸由芯部至邊部均勻過渡，無混晶及異常組織出現(xiàn)。

圖1 Φ8.0 mm規(guī)格鋼筋的光學(xué)顯微金相組織

2）鋼筋的性能。生產(chǎn)鋼筋的力學(xué)性能見表3。按標(biāo)準(zhǔn)要求對試樣進(jìn)行正、反彎試驗，試樣受彎曲部位表面沒有產(chǎn)生裂紋，表明其工藝性能良好。

表3 HRBF400鋼筋的力學(xué)性能

3.3 細(xì)晶強化機理

細(xì)晶形成的基本原理是形變與相變藕合機制，主要控制技術(shù)是使奧氏體過冷和獲得大的累積變形量。精軋階段軋制溫度控制在Ac3～Ar3，使其產(chǎn)生形變誘導(dǎo)鐵素體相變（DIFT），獲得細(xì)小的鐵素體晶粒，軋后的控冷進(jìn)一步阻止鐵素體晶粒長大[5]。其具體的形成機制為：1）鋼在奧氏體區(qū)進(jìn)行粗中軋，產(chǎn)生奧氏體動態(tài)再結(jié)晶，細(xì)化奧氏體晶粒，為相變作組織準(zhǔn)備。2）軋件中軋后冷卻，使精軋溫度接近臨界相變點。由于精軋區(qū)域的高速軋制和累積變形（變形大于50%以上）增大了相變驅(qū)動力，則提高了實際相變點，誘發(fā)了鐵素體相變（DIFT），這是形核不飽和機制，是不斷的生核過程，形核率高，使晶粒細(xì)化。3）隨變形的進(jìn)行，新生的鐵素體內(nèi)位錯密度增加，形成亞結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生鐵素體動態(tài)再結(jié)晶（DRX）。這時連續(xù)交叉發(fā)生DIFT和DRX，阻止了鐵素體晶粒長大。4）軋后的控冷進(jìn)一步阻止鐵素體晶粒長大[6]。

4 結(jié)語

通過對鋼鐵材料強化機制和應(yīng)用技術(shù)的研究，采用臨界奧氏體區(qū)控軋和軋后控冷的工藝，利用形變誘導(dǎo)鐵素體相變和鐵素體再結(jié)晶機制細(xì)化組織，通過全線加熱溫度、軋制溫度、冷卻溫度的優(yōu)化和精確控制，挖掘細(xì)晶強化的潛力，開發(fā)出符合GB 1499.2—2007標(biāo)準(zhǔn)要求的Φ6～Φ10 mm高強度、低成本、資源節(jié)約型高速線材HRBF400鋼筋，這不僅提高了青鋼的產(chǎn)品檔次和技術(shù)含量，降低了成本，增加了產(chǎn)品附加值，同時也為今后使用低成本生產(chǎn)HRB400E及HRB500E高強抗震鋼筋奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

[1]高秀華，齊克敏，邱春林，等.20MnSiⅢ級熱軋螺紋鋼筋的開發(fā)[J].鋼鐵研究學(xué)報，2006，18（7）：43.

[2]翁宇慶.超細(xì)晶鋼—鋼的組織細(xì)化理論與控制技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2003.

[3]支艷斌，曹樹衛(wèi)，彭南超，等.超細(xì)晶粒鋼筋熱軋生產(chǎn)工藝研究[J].上海金屬，2008，30（1）：24.

[4]陳戈萍，鐘浩，孫杰清.超細(xì)晶粒HRB400熱軋帶肋鋼筋的研制[J].山東冶金，2005，27（4）：14.

[5]翁宇慶.超細(xì)晶鋼理論及技術(shù)進(jìn)展[J].鋼鐵，2005，40（3）：1.

[6]王有銘，李曼云.鋼材的控制軋制和控制冷卻[M].北京：冶金工業(yè)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

常見單位符號大小寫混淆示例

標(biāo)準(zhǔn)符號單位名稱錯誤符號m s t k g米秒噸千克M S T K g mol 摩[爾]Mol標(biāo)準(zhǔn)符號Pa W eV Hz L單位名稱帕[斯卡]瓦[特]電子伏赫茲升錯誤符號pa w ev HZ，Hzl

2015-05-11

趙東記，男，1980年生，2005年畢業(yè)于武漢科技大學(xué)材料成型及控制工程專業(yè)?，F(xiàn)為青鋼技術(shù)中心開發(fā)部工程師，從事工藝技術(shù)管理工作。