细晶粒螺纹钢筋生产的研究与应用

王建均,彭方明,罗清明,李峨永,林世文,罗新生

(四川德胜集团钒钛有限公司,四川乐山 614900)

细晶粒螺纹钢筋生产的研究与应用

王建均,彭方明,罗清明,李峨永,林世文,罗新生

(四川德胜集团钒钛有限公司,四川乐山 614900)

四川德胜集团钒钛有限公司在现有轧钢生产线上进行了细晶粒螺纹钢筋生产的研究与应用,使螺纹钢筋组织性能满足了GB 1499.2-2007中“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”的规定,其螺纹钢筋产品基圆上没有闭合的回火马氏体组织。生产工艺更加灵活,通控轧控冷工艺实现了微合金化生产细晶粒螺纹钢筋,大大降低了生产成本。

细晶粒螺纹钢筋;控轧控冷;微合金化

1 引言

四川德胜集团钒钛有限公司原来生产HRB400及HRB500主要采用精轧后穿水工艺,生产出的螺纹钢筋金相组织基圆上有回火马氏体组织。为了能够提高产品竞争力,树立企业品牌,四川德胜集团钒钛有限公司与山东省冶金设计院股份有限公司共同研发出细晶粒螺纹钢筋的生产技术并成功应用于轧钢厂二轧车间,通过控轧控冷新技术实现微合金化生产螺纹钢筋,以生产出符合GB 1499.2-2007的产品,同时达到降低生产成本的目的。

2 工艺原理

细晶粒螺纹钢筋生产采用控轧控冷技术,其技术核心在于使产品晶粒细化和强化。轧制工艺采取低温开轧、粗中轧常规轧制、精轧温度控制在未再结晶区,充分利用形变诱导铁素体相变和形变强化,提高铁素体的形核率。在精轧后采用快速水冷以控制相变并抑制铁素体的长大,从而获得细小的铁素体晶粒,使产品得到所期望的微观组织和力学性能。

同时,对控轧和控冷段分别采用多段水冷模式,并采用高压力、小流量的方式,满足不同规格、不同钢种的生产需求。该项技术避免了采用轧后强穿水工艺导致轧件表面产生大量回火组织的问题,同时减少了微合金元素的使用,实现节能降耗。

3 实施方案及内容

本次技术改造方案的两个原则:一是尽量少占用生产时间,二是节省投资。尽可能最大限度地利用原有的机械和电气设备,同时保证较高的装备水平。所有新增设备均为国内制造,生产的细晶粒螺纹钢筋产品质量达到GB 1499.2-2007要求。

3.1 工艺生产线布置(见图1、图2)

3.2 具体实施内容

(1)增加两架轧机13 H0/14V0

既保持原有的轧钢生产工艺又满足控轧控冷生产工艺要求,在现有12#轧机后增加两架轧机13 H0/14V0,轧机型式分别与现有13H/14V精轧机型式相同,改造后生产线轧机工艺布置改为“6+8+6”模式。在实际生产过程中新增13H0/14V0轧机与现有13H/ 14V精轧机交替使用,即新增13H0/14V0工作时现有13H/14V精轧机不工作,现有13 H/14V精轧机工作时新增的13H0/14V0不工作。

在进行控轧控冷工艺生产细晶粒螺纹钢筋时,只运行新增的13H0/14V0,现有13 H/ 14V精轧机不工作。

(2)增加一套控轧装置

控轧装置主要作用是为了将进入精轧机组的轧件温度控制在未再结晶区温度以下,同时经过控轧装置的轧件需要一定的温度回升时间,确保进入精轧机的轧件内外温差在一定范围内。

设备组成和功能。控轧装置冷却器选用文氏管式,采用连续冷却结构设计。该装置工作压力1.8 MPa,设备长度约9.8m。

水冷段2组,控轧总成通过快换结构的连接方式与固定底座相连,可以安装空过导槽和穿水装置两种结构;冷却器材质选用耐热耐磨不锈钢。

横移小车2组,用于穿水段横移。横移小车上设计2个通道,其中1个通道可以安装穿水总成或空过导槽总成,另一个通道安装旁通辊道,与底座之间均采取快换连接方式。

水系统由高压金属软管、阀门和水管组成,供水系统装有控制阀台,该阀台装备有:流量控制阀、电磁流量计、压力传感器、压力计、蝶阀和一些操作上使用的辅助设施。

压缩空气系统。控轧装置吹扫用气系统采取直通方式,装备有压力传感器及开关阀,以保证穿水冷吹扫用气的正常压力及迅速的开闭;仪表阀门供气系统与总供气系统设备相连,装备有伺服阀、过滤器、压力调节器、压力计和一些确保系统正常运行的辅助设施。

图1 原有轧线工艺布置图

图2 实施后轧线工艺布置图

图3 控轧装置结构图

(3)2#飞剪主电机改造

采用控轧控冷工艺后轧件进入2#飞剪时速度明显提高,因此2#飞剪主电机增大为365 k W。

(4)轧机主电机改造

17#轧机主电机利用原18#轧机主电机,将1200 kW改为1300 kW;18#轧机主电机改为1800 kW。改造前后各轧机的电机参数见表1。

表1 电机参数

3.3 改造后生产工艺流程

(1)当生产线采用控轧控冷工艺生产细晶粒螺纹钢筋时采用如下工艺流程:

连铸坯→辊道输送→装炉→加热→出炉→6架粗轧轧制→1#飞剪切头→8架中轧轧制→控轧装置→2#飞剪切头→4架精轧轧制→控冷装置→3#飞剪倍尺分段→制动裙板卸钢→冷床冷却→成组卸料→冷剪定尺剪切→移送检查→收集打捆→称重挂牌→入库

(2)当生产线采用常规工艺进行生产时采用如下工艺流程:

连铸坯→辊道输送→装炉→加热→出炉→6架粗轧轧制→1#飞剪切头→6架中轧轧制→2#飞剪切头→6架精轧轧制→控冷装置→3#飞剪倍尺分段→制动裙板卸钢→冷床冷却→成组卸料→冷剪定尺剪切→移送检查→收集打捆→称重挂牌→入库

4 改造后产品的组织性能

四川德胜集团钢铁有限公司轧钢厂二轧车间轧线控轧控冷技术改造后,可以实现以下效果。

在控轧水箱和控冷水箱同时匹配使用的控轧控冷模式下,可以使用20MnSi材质的连铸坯(不添加或者少添加微合金)生产φ12 mm～φ32 mm规格的HRB400细晶粒螺纹钢筋(国家提倡的技术发展方向),其基本性能如下:晶粒度达到10级以上,屈服强度达到440 MPa以上,强屈比达到1.25以上(达到抗震要求),强度在时效后无明显降低;在钢筋的横肋与基圆夹角处有穿水层金相组织,厚度为0～500μm。

在控轧水箱和控冷水箱同时匹配使用的控轧控冷模式下,可以使用20MnSi材质的连铸坯(添加微量合金的情况下,如0.05%～0.08%的V)生产φ12 mm～φ32 mm规格的HRB500细晶粒螺纹钢筋(国家提倡的技术发展方向),其基本性能如下:晶粒度达到10级以上,屈服强度达到540 MPa以上,强屈比达到1.25以上(达到抗震要求),强度在时效后无明显降低;在钢筋的横肋与基圆夹角处有穿水层金相组织。

表2为通过控轧控冷工艺生产φ12 HRB400(三切分)钢筋的主要成分和性能检测。从表中可以看出,未添加成本较高的铌和钒微合金元素,性能达到了HRB400的要求,且强屈比达到了抗震钢筋的要求。

表2 主要化学成分和力学性能

图4、图5、图6分别为控轧控冷条件下HRB400钢筋心部、中间层及外层的晶粒度检测结果及金相组织。从图中可以看出,产品的晶粒度可达到10.0级,微观组织以铁素体+珠光体为主。

图4 心部微观组织晶粒度10.0级平均直径:0.006 44mm

图5 中间层微观组织晶粒度10.0级平均直径:0.006 60mm

图6 外层微观组织晶粒度10.5级平均直径:0.005 50mm

5 技术的优越性

本次采用控轧控冷技术生产细晶粒螺纹钢筋有以下技术优越性:

(1)在生产高强度钢筋时,减少微合金元素的使用,降低生产成本。

(2)产品中的晶粒度可达到10.0级,提高强度,改善塑性及韧性。

(3)螺纹钢筋基圆上没有闭合回火组织,仅在横肋与基圆夹角处有部分回火组织。

(4)控轧冷却装置与控轧策略可以更精确地控制终轧温度。

(5)可保持生产线高速轧制和切分轧制的特点,充分发挥控轧控冷的优势,控制轧制前的工艺参数可不变,尽可能少地改造现有设备。

(6)强冷控轧装置与控轧后回复相结合,经济有效地控制温度梯度,在保证控轧温度命中目标的同时,将温度梯度减小到不产生闭合组织的范围内。

(7)降低轧件上冷床温度,缓解冷床压力。

6 结束语

(1)该项目通过控轧控冷工艺生产出来的细晶粒螺纹钢筋产品符合GB 1499.2-2007标准,项目投产后实现了降低钢中Mn含量0.2%,折合降低吨钢成本约22元的效果。

(2)该项目采用先进生产工艺,生产产品符合GB 1499.2-2007中“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”的规定,大大提高了企业的影响力和产品竞争力。

[1] 李曼云,孙本荣.钢的控制轧制和控制冷却技术手册[M].冶金工业出版社,1998.

[2] 苏世怀,孙维,汪开忠,等.高效节约型建筑用钢热轧钢筋[M].冶金工业出版社,2010.

[3] 于庆波,刘相华,赵贤平.控轧控冷钢的显微组织形貌及分析[M].科学出版社,2010.

[4] 李文根,江帆.20MnSi螺纹钢筋的轧后余热热处理[J].金属热处理,1992(9):22-24.

Research and Application of Fine Grain Thread Bar Production

WANG Jian-jun,PENG Fang-ming,LUO Qing-ming, LI E-yong,LIN Shi-wen,LUO Xin-sheng

(Sichuan Desheng Group,Vanadium and Titanium Co.,Ltd.,Leshan 614900,Sichuan,China)

Sichuan Desheng Group Vanadium and Titanium Co.,Ltd.researches and applies fine grain thread steel production on existing steel rolling production line,which meet the GB 1499.2 -2007“the microstructure is ferrite and pearlite microstructure and properties of thread steel, shall not affect the use of the performance of other organizations,”the provisions of,the steel rebar product base circle does not have closed the tempered martensite body organization.The production process is more flexible,and the controlled rolling and controlled cooling process has realized the fine grain thread steel bar,which greatly reduces the production cost.

fine grained rebar,controlled rolling control cold,micro alloying

TG335.6+4

A

王建均,工程师,主要从事轧钢技术管理工作。

1001-5108(2016)05-0034-05