生產(chǎn)工藝對直條螺紋鋼綜合性能的影響研究

付成輝

（萍鄉(xiāng)萍鋼安源鋼鐵有限公司，江西 萍鄉(xiāng) 337000）

直條螺紋鋼生產(chǎn)中，會出現(xiàn)冷彎斷裂、坯斷裂等質量問題，上述質量問題，需要對鋼材中的各種成分進行分析，以便找出引發(fā)質量問題的原因?，F(xiàn)階段鋼材生產(chǎn)期間，會使用較多的工藝技術，包括軋后余熱處理工藝、細晶粒生產(chǎn)工藝以及無孔型軋制技術。分析不同生產(chǎn)工藝對綜合性能產(chǎn)生的影響，為直條螺紋鋼生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1 直條螺紋鋼存在的質量問題

1.1 冷彎斷裂

以某企業(yè)生產(chǎn)的螺紋鋼為例，該鋼材的直徑為25mm，進行彎鉤處理過程中，會出現(xiàn)斷裂的情況。采用隨機抽檢的方式，對鋼材進行冷彎實驗，發(fā)現(xiàn)冷彎斷裂的概率較低。但是分析出現(xiàn)冷彎斷裂的鋼材過程中，鋼材具有脆斷性特點。對脆斷性的鋼材進行彎鉤處理，公司生產(chǎn)的螺紋鋼最大尺寸∮40mm，坯料為170×170×9000mm，斷裂情況較為明顯，使用直徑為85毫米的鋼筋，未出現(xiàn)斷裂情況。

1.2 坯斷裂

鋼材出現(xiàn)坯斷裂問題時，主要鋼材出現(xiàn)摔斷的情況，檢查摔斷的鋼筋，發(fā)現(xiàn)鋼筋的主坯斷裂，但是鋼筋的外表未出現(xiàn)斷裂情況。

2 直條螺紋鋼檢驗結果分析

在分析引發(fā)斷裂問題的原因過程中，采用光譜分析方法，檢測鋼筋中的化學成分，根據(jù)化學成分，冷彎斷裂與化學成分存在密切的關系。采用拉伸實驗的方式，對比鋼筋產(chǎn)生的變化，在進行反復拉伸過程中，鋼筋初始的狀態(tài)與拉伸后的狀態(tài)，未出現(xiàn)明顯的變化。在對鋼筋中的夾雜成分進行分析時，夾雜成分是由其它物質組成，根據(jù)晶粒度會確定夾雜物質在鋼筋中的含量。

表1 鋼坯的化學成分

表2 力學性能

在分析坯斷裂原因過程中，將鋼坯的規(guī)格定位170mm、170mm和9000mm。工作人員現(xiàn)場察看鋼坯的斷裂情況，發(fā)現(xiàn)鋼坯存在較為明顯的疏松狀態(tài)，同時在端口位置出現(xiàn)較多的白臼點。在分析鋼材中的成分過程中，采用截面切割取樣的方式，配合使用光譜法進行分析，發(fā)現(xiàn)鋼坯中夾雜的成分較多。

在上述斷裂原因分析過程中，產(chǎn)品冷彎裂斷原因主要是成分偏析較大。采用不同的生產(chǎn)工藝，會使鋼材的綜合性能發(fā)生變化。如使用氬站工藝，鋼筋的規(guī)格為170mm、170mm以及9000mm，吹氬時間為12分鐘，進氣溫度為1623℃，出氣溫度為1609℃，溫度的變化，會使鋼筋中的物質合成以及成分占比發(fā)生變化。

使用連鑄工藝時，在不同的溫度下，將拉速和生產(chǎn)時間控制在合理的范圍內，其中化學成分會出現(xiàn)相應的變化，如C含量由原來的0.1469變化為0.2164，C含量的變化會使綜合性能發(fā)生調整。

使用試樣低倍和光譜等方法進行分析，鋼材的中心偏桿，會由于工藝的變化產(chǎn)生較大的差異。在光譜分析過程中，鋼材中的化學元素含量，會在不同的工藝中成分變化較大，如鋼筋出現(xiàn)較為明顯的脆斷情況，導致鋼筋的屈服強度、抗拉強度以及延伸率等無法滿足使用標準。

3 直條螺紋鋼生產(chǎn)工藝流程

3.1 生產(chǎn)工藝

螺紋鋼生產(chǎn)工藝流程如下，一是高爐鐵水，二是轉爐，三是爐外精煉，四是方坯連鑄，五是定尺切割，六是入庫，七是軋鋼加熱爐，八是棒材軋機，九是空軋控冷，十是冷床，十一是定尺剪切，十二是收集打捆，十三是沉重，十四是掛牌入庫。

在上述生產(chǎn)流程中，會將鋼材通過三個生產(chǎn)區(qū)域，首先為煉鐵區(qū)域，然后是主煉鋼區(qū)域，最后是精加工區(qū)域。在煉鐵區(qū)域內，將鐵礦石、焦炭等物質放入到熱爐中，經(jīng)過高溫冶煉，會出現(xiàn)生鐵，將生鐵轉移至主煉鋼區(qū)域。在主煉鋼區(qū)域，使用轉爐等設備進行生產(chǎn)，在轉爐內會吹送氧氣，以便去除其它成分，在高溫的作用下，生鐵由固態(tài)轉變?yōu)橐簯B(tài)，使用精煉法可以提升鐵水的質量，配合使用氬氣攪拌鐵水，然后進行脫硫、脫氧等操作，會使鐵水生成為合金。將合金進行固化、拉流以及切割等操作，會成為方坯，將方坯轉移至精加工區(qū)域。在精加工區(qū)域，使用連鑄機進行深加工，通過考試溫度以及操作軋機，會將方坯生成不同規(guī)格的螺紋鋼?，F(xiàn)階段采用棒材軋制的方法，該方法會提升軋制的精度，并且調整軋制溫度，使生產(chǎn)出鋼筋規(guī)格精度較高，并且滿足市場中對合金鋼和碳鋼的需求。在最后的生產(chǎn)區(qū)域內，會將方坯放入到步進式加熱爐內，經(jīng)過粗軋機、中軋機、精軋機、冷水裝置以及冷床等裝置，形成的鋼材，再次進行冷剪操作，最終形成螺紋鋼。

3.2 生產(chǎn)工藝特點

螺紋鋼在生產(chǎn)過程中，提升螺紋鋼的綜合性能，會以提升力學性能為主，力學性能與生產(chǎn)工藝和化學成分存在密切的關系。許多企業(yè)使用典型生產(chǎn)工藝，典型生產(chǎn)工藝具有多種特點，首先是按照國家相關規(guī)定進行生產(chǎn)，使螺紋鋼符合使用標準。在冶煉期間，鋼材中的各種物質相互融合，會增強鋼材的力學性能。在爐外處理鋼材期間，使用精煉法會提升生產(chǎn)質量，有助于提升鋼材的力學性能。在電爐內進行鋼材生產(chǎn)，無需通過還原期，既能縮短冶煉時間，還能提升生產(chǎn)效率。此外配合使用低溫軋制技術，會優(yōu)化螺紋鋼的綜合性能。螺紋鋼作為一種斷面型鋼，外部尺寸與孔型設計有關。許多企業(yè)在生產(chǎn)期間，使用典型生產(chǎn)工藝，在獲得較高成材率的同時，還能嚴格控制鋼材的尺寸精度，整個生產(chǎn)過程簡單高效。

4 生產(chǎn)工藝技術

4.1 軋后余熱處理工藝

鋼材完成軋后處理后，會放置在冷卻水箱中，鋼材經(jīng)過低溫快速冷卻，使鋼材表面產(chǎn)生淬火馬氏體，在鋼材的內部會產(chǎn)生奧氏體。在鋼材從冷卻水箱中取出，鋼材的熱量會由內部向外消散，消散過程會使鋼材表面重新出現(xiàn)燃燒的情況，稱為馬氏體回火。將鋼材放置在冷床上，鋼材會從內部溫度不斷降低，使鋼材內部的奧氏體出現(xiàn)變化，在變化中生成珠光體。在向鋼材中加入合金元素，使鋼材中的合金，經(jīng)過余熱進行淬煉，鋼材中合金使元素的含量減少，有效降低鋼材的生產(chǎn)成本，并且會減少不合格的鋼材數(shù)量。如果出現(xiàn)不合格的鋼材，采用冷卻強度的方式，使鋼材滿足使用標準。使用該技術，會有效控制生產(chǎn)成本，并且整個生產(chǎn)過程操作簡單。與國外應用的程度相比，我國應用范圍較小，主要與我國建筑規(guī)范存在關系。

4.2 細晶粒鋼筋生產(chǎn)工藝

應用細晶粒鋼筋生產(chǎn)工藝，要求使用的設備和生產(chǎn)量不會發(fā)生變化，整個生產(chǎn)期間不會使用低溫軋制方法。在生產(chǎn)中會使用棒線軋機，經(jīng)過高速攪動會使鋼筋出現(xiàn)變形，在變形不斷積累過程中，產(chǎn)生的應變會提升軋制質量。使用快速冷卻法，降低鋼材的溫度，在降低的溫度下，有效抑制硬化奧氏體出現(xiàn)結晶的情況。奧氏體會增強鋼材的硬化狀態(tài)，有效增強鋼材的綜合性能。在應用該生產(chǎn)工藝期間，無需向鋼材中加入合金物質，有效降低生產(chǎn)成本。企業(yè)使用現(xiàn)有的設備，調整電機功率和軋制強度，即可快速進行鋼材的生產(chǎn)。在對鋼筋進行冷卻操作期間，整個冷卻強度和時間，均會按照綜合性能要求調整，使設備無需進行大范圍的調整，有助于降低設備的調整費用。在生產(chǎn)中使用的條件較少，并且生產(chǎn)過程較為安全，完全符合各個企業(yè)的生產(chǎn)要求。

4.3 無孔型軋制技術

在孔型發(fā)生變化過程中，根據(jù)孔型調整加工方向，會使鋼材出現(xiàn)較為嚴重的變形情況。針對孔型軋制技術存在的缺點，采用無孔型軋制技術，將原有的軋輥方式調整為平輥方式，平輥方式會使鋼材與孔型側壁發(fā)生分離，有助于降低軋制設承受的應力，在生產(chǎn)中會提升軋制質量。在螺紋鋼生產(chǎn)中使用無孔型軋制技術，即便鋼材自身存在缺陷，該技術會使鋼材的形狀更加均衡，表面發(fā)生的變化較少，有效避免裂縫的產(chǎn)生。在無孔型軋制技術應用期間，由于與孔型側壁不會參與到軋制中，會使鋼材表面形成的氧化鐵出現(xiàn)脫離的情況，從而提升鋼材的表面質量。在應用無孔型軋制技術期間，成材率和生產(chǎn)效率，不會受到坯料的情況影響，整個軋制過程會體現(xiàn)出適應性強的特點。此外不同規(guī)格的鋼材，在生產(chǎn)中使用的坯料存在較大出差異，仍可以使用無孔型軋制技術。

5 生產(chǎn)工藝對綜合性能產(chǎn)生的影響

5.1 力學性能分析

在螺紋鋼生產(chǎn)過程中，分析螺紋鋼的基本組織，在鋼材中含有較多的鐵元素，同時混有珠光體，但是珠光體會影響鋼材的綜合性能，尤其是晶體的規(guī)格、分布特點等，會使綜合性能產(chǎn)生較大的變化。在相同的生產(chǎn)工藝中，珠光體含量不斷增加，晶體強化后會增強鋼材的抗拉強度，同時鋼材的屈服強度也會不斷提升，鋼材的伸長率會受到限制，但是仍滿足國家的相關標準。在生產(chǎn)中使用超快速冷區(qū)工藝，在對鋼材進行處理過程中，螺紋鋼中的晶體組織出現(xiàn)不斷細化的情況，晶體組織在分布中會呈現(xiàn)出更加均勻的狀態(tài)。在分析剛辭的力學性能過程中，屈服強度會超過470MPa，抗拉強度會超過620MPa，伸長率會超過16%。

5.2 溫度影響

螺紋鋼在進行力學檢測過程中，整體強度體現(xiàn)出較弱的情況，主要是鋼材中的晶體組織規(guī)格較大，是由于軋制期間溫度較高，使晶體組織呈現(xiàn)出較強的熱運動狀態(tài)，進而受到溫度的應你想昂，會使鋼材的力學性能發(fā)生變化，極大的影響鋼材的綜合性能。使鋼材的力學性能保持在穩(wěn)定狀態(tài)，應增加溫度的調整，通過控制溫度以及加熱時間，即可避免由于高溫影響鋼材的力學性能，從而提升螺紋鋼的成材率。

5.3 組織分析

在分析螺紋鋼的組織過程中，使用傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，與超快冷卻工藝進行對比，對比的重點是觀測鋼筋內部組織產(chǎn)生的變化。在觀察期間，傳統(tǒng)工藝會增加內部組織的體積，導致內部成分分布不均勻，使用超快冷卻工藝，內部組織分布較為均衡，并且有效控制分布范圍，在內部會產(chǎn)生較多的珠光體，有效提升鋼材組織的穩(wěn)定性。

5.4 性能分析

在分析鋼材性能過程中，對比兩種工藝鋼材內部組織，主要對比組織分布的平均值和極值。使用傳統(tǒng)工藝，在屈服強度、抗拉強度等方面，均要低于其它生產(chǎn)工藝，表面在生產(chǎn)中使用上述工藝，會獲得良好的生產(chǎn)效果。

6 結語

綜上所述，在直條螺紋鋼生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)工藝對螺紋鋼的綜合性能產(chǎn)生的影響較大，在生產(chǎn)中使用合適的生產(chǎn)工藝，既能滿足綜合性能，還能提升成材率和質量，在市場中鋼材品質符合實際需求。