控轧控冷工艺在螺纹钢盘条降锰中的应用

孙圣刚

摘 要：随着社会经济的快速发展，我国的城镇化建设和工业化建设进程不断加快，在各个行业和领域中对钢筋材料的使用量和需求量都大大增加，而在钢结构中对锰元素的需求较大，因此就会导致锰资源较为匮乏和不足，国家政府以及相应单位企业都逐渐开始重视钢结构降锰工作。目前在螺纹钢盘条降锰过程中，逐渐开始应用控轧控冷工艺，该作为一种全新的工艺，还不是十分的成熟，仍然需要通过研究和分析来进一步的改进和优化。本文主要是從控轧控冷工艺概述、螺纹钢盘条生产工艺流程、在螺纹钢盘条降锰中对控轧控冷工艺的应用以及工艺改进4个方面详细的分析了控轧控冷工艺，这对改进和优化控轧控冷工艺具有一定的参考意义和作用。

关键词：螺纹钢盘条；控轧控冷；工艺改进；工艺流程；降锰

螺纹钢盘条属于一种热轧带钢筋，是通过高速线材轧机批量生产出来的，盘条是其主要的交货状态，一般规格比较小。对于螺纹钢盘条来说，其强度比较大，与光圆钢筋相比较来说，其握紧力比较好，因此在各个行业和领域中都得到广泛应用，具有比较大的市场需求量。但是目前生产螺纹钢盘条的成本比较高，企业难以获得良好的经济效益和社会效益，因此就必须加强对工艺的改进和优化，降低其中的锰含量。为了更好的保证螺纹钢盘条的韧性和强度，就必须加强度控轧控冷工艺的应用，这样在满足标准要求的同时，能够最大限度的减少成本投入。

1 控轧控冷工艺概述

控轧控冷工艺属于一种板材生产技术，其技术核心主要就是在板材轧制的过程中，通过对冷却条件、轧制过程中、加热温度等工艺参数进行合理控制，进而改变板材的焊接、韧性以及强度性能。随着科学技术的快速发展，控轧控冷工艺已经逐渐巩固和完善，并在海洋结构型材、管线以及用钢等领域中逐步得到应用。控轧控冷可以简单的理解为控制轧制和冷却过程，在Ti、V、Nb等复合低碳微合金钢中得到良好的应用。控制轧制的基础是对钢材的化学成分进行调节，进而控制变形制度、轧制温度、加热温度等工艺参数，对相变产物组织形式和奥氏体状态进行合理控制，进而有效的提升钢材组织性能；控制冷却指的是对钢材轧制后的冷却条件进行控制，通过控制相变条件、奥氏体组织状态以及碳化物析出行为，来改变其性能。通过对控轧控冷工艺的使用，能够显著的提高钢材的综合性能和强韧性，并降低其中的碳元素含量和合金元素含量，通过对贵重合金元素的节约，生产钢材的成本大大降低。相较于普通生产工艺来说，在应用控轧控冷工艺之后，钢板的屈服强度和抗拉强度大约能提升60Mpa左右，在板形保持、冷却均匀性、合金元素节省、碳元素含量降低等多个方面都具有明显优势。

2 生产螺纹钢盘条的工艺流程

螺纹钢盘条的生产工艺流程为：第一步热装和冷装连铸钢坯，第二步是在加热炉中进行加热，第三步是出钢机出炉，第四步是通过出炉辊道进行运输，第五步是6架粗轧机组，第六步是切头、事故碎断1﹟剪，第七步是4架预精轧机组，第八步是预水冷箱，第九步是切头、事故碎断2﹟飞剪，第十步是10架精轧机组，第十一步是3组水冷箱及均温段，第十二步是夹送辊，第十二步是吐丝机，第十三步是延迟型斯太尔摩运输线，第十四步是集卷站集卷，第十五步是P/F钩式悬挂运输机，第十六步是打包，第十七步是称重，第十八步是挂标签，最后是入成[1]。

3 在螺纹钢盘条降锰中对控轧控冷工艺的应用

3.1 常规轧制

在相关制作规范中要求，螺纹钢盘条的抗拉强度需要≥540Mpa，屈服强度需要≥400Mpa，根据实验步骤的不同可以生产出成分不同的两批方坯，主要是坯料中锰成分含量不同。通过常规轧制可以得出，高猛成分螺纹钢盘条的强度平均是438 Mpa，平均锰含量为1.32%；低锰成分螺纹钢盘条的强度平均是423Mpa，平均锰含量为1.06%[2]。

3.2 轧后控冷工艺轧制

轧后控冷工艺指的是对钢材轧后的余热进行利用，给予相应的冷却速度，对其相变过程进行合理控制，其中不需要对其进行热处理，在其冷却过程进行控制的目的是为了模拟出铅浴淬火过程，进而保证线材能够具有一定的索氏体组织，该组织的综合机械性能比较好。

对于线材轧后冷却控制来说，可以将其分为空冷段相变冷却和水冷段强制冷却两个阶段。空冷区和水冷区两个部分共同构成控制冷却工艺，经过水冷控制线材达到相应温度之后，就能够进行吐丝，在风冷线上直条线材呈散圈状分布，实现风冷处理[3]。在本次研究过程中，在常规工艺轧制之后，小批量的低锰成分螺纹钢盘条通过控轧控冷工艺进行试制，通过传统高猛螺纹钢盘条比较可以得出以下几个结论：

（1）控制加热温度

加热炉中的加热时间和加热温度，会在很大程度上对钢坯的性能的组织产生直接影响。虽然终轧温度对钢坯组织性能所产生的影响比较大，但是加热温度的不同会对冷却过程中线材的组织机理转变形成影响。一般来说，根据螺纹钢盘条性质的独特性，其加热温度需要控制在（1100±50）℃的范围内，并将开轧温度控制在970℃左右。

（2）控制轧制温度

在螺纹钢盘条塑性变形过程中，精轧是最后一个环节，而对于精轧环节来说，实质上也是奥氏体形成再结晶的重要阶段，而且轧制的温度会直接影响到奥氏体再结晶形核的具体个数，随着轧制温度的升高，再结晶形核的个数就会逐渐减少，但是如果想实现螺纹钢盘条最终珠光体或组织索氏体出现细化，提高其强度和韧性的话，其再结晶形核的个数则是越多越好，这也就表示应该降低轧制温度。因此，在满足工艺条件的基础上，应该尽可能的降低入精轧的温度，一般可以将其控制在830℃左右。

3.3 控轧控冷系统

在精轧之前，需要1组预水冷水箱，长度和恢复段长度分别为8m、12m，水箱的降温能力为100℃。在精轧之后，需要3组控冷水箱，每组长度和恢复段长度都是8m，水箱的降温能力为100℃。另外还需要佳灵、风门、保温罩、大风量风机（10台）、斯太尔摩控制冷却线等装置。

3.4 控制吐丝温度

控制吐丝温度是开始相变温度控制的重要方面。冷却段数量的多少会对吐丝温度的大小产生直接影响，并对奥氏体晶粒的具体尺寸产生间接影响。当轧件在经过精轧处理之后，奥氏体就会逐渐转变为其他相，但是在转变之前，奥氏体还存在着晶粒长大、再结晶、恢复等过程，而在这一过程中会受到时间、温度等多种因素的影响，这也就是所谓的吐丝温度控制。在一般情况下，时间越长、温度越高，所形成的奥氏体晶粒也会之间增大。这也就表示，螺纹钢盘条在出现相变之前，吐丝温度会影响着奥氏体晶粒的尺寸大小。在相关调查研究结果中显示，随着逐渐增加的吐丝温度，盘条的强度指标会增加；随着逐渐降低的吐丝温度，盘条的塑性指标会增加，最佳的吐丝温度在810℃-850℃范围内。

3.5 控制冷却速度

对冷却速度进行控制，实质上就是控制辊道和冷却风机的速度，其中辊道速度会在很大程度上受到轧件速度、直径、线还间距等因素的影响，其中最关键的是需要对线还间距进行有效控制，而盘条直径与线还间距密切相关，这也就表示最终的冷却效果实质上是由线还间距距离决定的。在生产实践中可以得出，当辊道冷却速度使不同盘条环距离>40mm的话，在快速冷却时候的速度就是获得细珠光体的最佳速度；当其距离为40mm的时候，两者之间热量的影响能够达到最小化，进而风机的风量会决定着冷却速度。由此可以得出，标准型冷却工艺参数的最佳间距值为40mm，这也就是控制辊道速度的界限值。除此之外，逐渐增加的辊道速度，并错开盘条搭接点，将热点影响消除，进而使同圈强度均匀性提高。以免在冷却速度比较低的话，析出Fe3C，这样就会限制拉拔。

4 工艺改进

根据目前使用的机械轧制设备和工藝，为了提高冷却工艺和控制轧制温度，还需要采取相应的措施做出进一步的改进和优化，这可以通过以下一个方面来实现：一是适当的增加风机风量；二是用水冷导槽代替盘圆出口空过导槽；三是在精轧奇架中加入冷却水路，将其末端压力控制在1.0MPa，这样一来轧制温度和吐丝温度都会有所降低；四是及时的更换水冷箱，保证其冷却性能的良好；五是将冷却水管加入中轧出口，保证钢表面的前后温度差为20℃。

5 结语

通过对控轧控冷工艺的应用，能够促进其组织细化和晶粒细化，进而增加螺纹钢盘条的韧性和强度，保证其抗拉强度和屈服强度较高。通过实际应用可以得出，在螺纹钢盘条降锰中应用控轧控冷工艺，效果显著，其屈服度和强度的比例能够很好的满足抗震钢筋的需求，有效的减少了资源消耗，且合金使用成本也明显降低，进而企业的经济效益得到明显增加。另外，下游用户的成本也有所减少，在实现自身可持续发展的同时，发挥出良好的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]郑团星，郭继亮，邱雄文，等.螺纹盘条生产技术的开发与应用[J].钢铁研究，2013，（3）：50-52.

[2]蒋波，张朝磊，刘雅政，等.控轧控冷工艺参数对冷镦钢10B21组织影响的热模拟研究[J].特殊钢，2014，（1）：49-52.

[3]段琳娜，陈宇，刘清友，等.控轧控冷工艺对高强度X100管线钢组织的影响[J].材料研究学报，2014，（1）：51-58.

（作者单位：山钢股份莱芜分公司棒材厂）