天铁棒线厂20MnSi轧制HRB400生产实践

杨文军

（天津天铁冶金集团棒线厂，河北涉县 056404）

1 引言

近两年，由于钢铁产能严重过剩，建材市场的竞争尤为激烈，主要体现在各生产厂家技术的竞争、产品升级的竞争与生产成本的竞争。随着高强带肋钢筋的发展，诸多生产厂家已经成功地使用20MnSi（HRB335）升级轧制，性能达到了400 MPa新Ⅲ级钢筋的要求，这比传统的添加Nb、V、Ti 等微量元素，实现强度增加的方式节约了合金成本。

天铁棒线厂投产之初通过微合金化实现强度的提升，轧制HRB400 所使用的钢种为20MnSiNb或20MnSiV。为了进一步降低生产成本，增加市场竞争优势，对20MnSi（HRB335）生产HRB400 进行了研发，通过对其成分的有效控制，对轧制温度、风冷辊道速度等工艺参数的调整优化，既保证了生产的顺行，又提高了产品的力学性能。本文就20MnSi（HRB335）轧制HRB400 的成分的确定、轧制工艺参数优化等方面进行了分析和介绍，成功实现了产品的升级轧制，降低了合金成本。

2 化学成分的确定

碳：钢的强度随着碳含量的增加而提高，但塑性、韧性、疲劳强度等随之下降。因此，为了保证碳当量，C 含量要合理控制，一般控制在0.19～0.25 之间。

硅：硅在钢中不形成碳化物，以固溶体的形式存在于奥氏体或铁素体中，它的主要作用：固溶强化；促进铁素体的粗化；促进柱状晶发展；冷作硬化倾向；降低焊接性。硅在钢中会降低钢的塑性、韧性，可将其限制在保证脱氧需要的范围即可，一般在0.40～0.65 即可。

锰：锰在钢中的作用是提高钢的强度，改善钢的加工性能，并不同程度地降低钢的塑性。锰与碳的结合力略强于铁，能够进入固溶体，起固溶强化作用。与硅的作用相似，在高温下锰会促进晶粒的粗化，同时抑制铁素体形成而促进中温转变，由此，Mn 成分按中上限控制。

磷、硫：一般说来，磷、硫是有害的杂质元素，在成分设计中要尽量减少。

由以上分析，天铁棒线厂确定了使用20MnSi轧制400 MPa 级螺纹钢筋线材成分，根据现场轧制的实际情况进行统计分析后，发现碳当量在0.40～0.43%时，轧制后性能低于内控标准，导致产生不合格产品，由此确定了碳当量在0.43-0.52%之间，化学成本见表1。

表1 天铁棒线厂400MPa热轧带肋钢筋化学成分 /%

根据成分设计与其他高线厂家的考察，结合GB 1499.2—2007《钢筋混凝土用钢第2 部分：热轧带肋钢筋》，天铁棒线厂制定了HRB400 内控标准，见表2。

表2 天铁棒线厂HRB400产品内控标准

3 生产工艺优化

天铁棒线厂轧线主体设备为国产摩根系列，最高速度为90 m/s，设计年产量为60 万t，坯料为150 mm×150 mm×12 000 mm 连铸坯，产品为Φ6.0～Φ16.0 mm 带肋钢筋及碳素结构钢、优质碳素结构钢等线材产品。

工艺流程是：上料台架→加热炉加热→粗轧机组→1 号飞剪→中轧机组→2 号飞剪→预精轧机组→水冷线→3 号飞剪→精轧机组→水冷线→夹送辊→吐丝机→斯太尔摩线运输→集卷→运卷小车→P&F 线→取样、切头尾→打包机→称重、挂牌→卸卷→入库发货。

20MnSi 化学成分优化后，我们制定了切实可行的试轧方案，对加热温度、精轧温度、吐丝温度、风冷线温度等进行了分析和确定。

3.1 加热工艺

20MnSi 钢种要避免高温快速加热，保温时间不能过长。尤其是在冷、热坯交替入炉后，容易造成冷坯受热速度加快，热坯受热时间增长，使奥氏体晶粒变得粗大，轧制后性能偏低而造成改判。为保证轧后钢筋沿长度方向的性能均匀性，钢坯要均匀加热；为了达到性能升级，应实现低温轧制，这样既能保证产品的质量，又能防止坯料表面脱碳，节约燃料，降低钢材的生产成本。综合以上因素，确定钢坯在加热一段温度在700℃，加热二段温度控制在850～900℃，均热段温度控制在1 000～1 030℃。

3.2 精轧前水冷

为了更好地发挥轧件在精轧机组内控制轧制的作用，要严格控制精轧温度的温度。在精轧机组前，进行两段水冷。通过控制水阀开启角度和水箱内水冷喷嘴开启数量，轧件经过此段水冷温降达到80～120℃，经过恢复段，使轧件的芯部热量传导至轧件表面，使得轧件温度均匀，温差控制在±30℃，不影响下一道次的轧制。天铁棒线厂的水冷参数为：精轧前水箱长度2 段均为6.176 m，恢复段长度6.649 m 和13.445 m，正向水冷喷嘴水压0.45 MPa，反向水冷喷嘴水压0.6 MPa。

3.3 精轧后水冷

精轧终了温度一般在1 000～1 250℃，此时发生奥氏体再结晶和晶粒长大，由此精轧后设置四段水冷装置，其目的是控制轧后晶粒度，为相变做组织上的准备，减少生成二次氧化铁皮。在此阶段严格控制水冷阀开启度和水冷喷嘴的开启数量。为了使线材的通条温度均匀，每段水箱后都安装有恢复段，以便使线材表面实现回复升温。天铁棒线厂精轧机后水冷参数为：水冷箱长度四段均为6.176 m,恢复段长度为5.17、24.12、5.17、5.17 m；水箱最大温降300℃。正向水冷喷嘴水压0.45 MPa，反向水冷喷嘴水压0.6 MPa。

3.4 吐丝温度

吐丝温度是控制线材相变开始温度的关键参数，它影响到产品的最终使用要求。对于HRB400来说，要求有高的强度和好的延伸性能。通过现场的实践，吐丝温度越高，强度有降低的趋势，在试生产过程中，试验了吐丝温度由880～1 030℃的性能变化过程。吐丝温度在880～900℃时，要求精轧前、后的水冷喷嘴水量、开启数量都在最大，容易造成水冷线堆钢，降低成材率；而吐丝温度在900～980℃时，生产顺产，性能优良；吐丝温度在980～1 030℃，明显发现性能在逐渐下降；当超过1 000℃以后，极易造成性能不和而改判HRB335 的现象。由此天铁棒线厂确定的吐丝温度为900～960℃。

3.5 风冷线温度控制

风冷线温度控制的目的是实现奥氏体相变温度控制，从而得到满足用户的要求的线材性能。轧制HRB400 线材时，采用的是标准型冷却工艺，为了增加相变前奥氏体的过冷度，前面的风机风量要足够大；一般来说，为了保证冷却速度，在终轧速度一定的前提下，辊道速度越快，开启的风机数量也越多；根据设备条件，精轧机出口速度为68 m/s，风冷辊道由首段至末段速度设定为0.52～0.72 m/s；风机1#～4#打开，开口度均为100%、100%、100%、80%，辊道速度为0.52～0.72 m/s，集卷温度为350～380℃。

通过以上的工艺控制，可以看出，天铁棒线厂采用的工艺思路为：较低低温轧制+较低低温吐丝，其主要工艺参数见表3。

4 生产状况

通过对现场5 个批次轧制跟踪，入炉钢坯均为冷料，跟踪现场的加热温度控制，其中加热一段为703℃，加热二段温度为900℃，均热段为1 024℃，测量出炉钢坯温度为1 018℃；通过精轧前水冷后，进精轧温度为890℃；经过精轧后四段水冷，吐丝温度为920℃；轧件通过风冷辊道后集卷温度为350℃，精轧出口速度为68 m/s。通过此种工艺控制，采用控制轧制和控制冷却工艺，试样测得的力学性能及化学成分对应见表4。

表3 天铁棒线厂400MPa热轧带肋钢筋轧制参数表

表4 产品力学性能及化学成分对应表

从产品性能跟踪看，在该工艺制度下进行轧制后，产品的性能均超出GB1499.2—2007 中的要求，对其进行金相分析后，金相组织见图1，其金相组织主要是铁素体+珠光体，无其他异常组织，晶粒度9～11 级。

图1 抽检产品金相组织图

5 结论

天铁棒线厂20MnSi 轧制HRB400 生产实践，在不增加任何合金的前提下，采用控制轧制和控制冷却后，降低了生产成本。轧制后产品金相组织组织较为理想，性能能够满足用户要求，可以进行大批量、正常稳定的生产，具有生产成本低、产品性能好等优点，为增强经济效益和市场竞争力奠定了基础。今后仍需在进一步挖掘工艺与设备的潜力，不断优化温度、速度制度工艺，使控制轧制与控制冷却有机的结合，提高产品的质量等级。

[1]徐章宝.稳定热轧带肋钢筋性能的几项措施[C]//螺纹钢筋技术论文集.成都：华西冶金论坛，2004：47.

[2]《轧钢新技术3000 问》编辑委员会.轧钢新技术3000 问[M].北京：中国科学技术出版社，2005.