余热淬火工艺提高钢筋性能的研究

摘要

热轧钢筋是现代工业中的重要钢材之一，主要运用于建筑行业。我国生产的热轧钢筋在强韧性等机械性能上与钢铁发达国家相比还存在着较大的不足，为了满足市场需求，尽快与国际市场接轨，生产高强度钢筋就显得格外重要。本文针对这一现状，在理论分析和实验的基础上，提出了通过控制轧制和控制冷却的方法，尤其是通过轧后的余热淬火工艺来提高钢筋的综合机械性能。 论文首先从螺纹钢筋的组织成分入手，对螺纹钢筋的横断面上组织及变化进行观察及分析，发现通过余热淬火处理的钢筋表层为回火马氏体，心部为非马氏体组织，其中表面层的马氏体厚度是影响钢筋强度的重要因素。同时，还对钢材的夹杂物含量，钢筋表面裂等进行了分析，并针对钢筋的使用性能，对焊接钢筋的热影响区进行了分析。通过微观的观察和分析，发现了钢筋的微观组织及形态决定了钢筋的力学性能。而钢筋的微观组织由钢材的化学成分，轧制工艺以及轧后的冷却工艺决定。要改善钢筋的力学性能，必须对以上各影响因素进行调整以得到最佳的成分和工艺。 通过对钢筋化学成分及轧制参数与钢筋强度和塑性指标的相关性分析，发现钢筋的化学成分和轧制过程的轧制参数对钢筋最终的性能也有很大影响。在大量实验数据分析的基础上发现，将钢筋的碳，锰，硅的含量适当提高将有利于提高钢筋的性能。并通过分析对轧制参数进行了调整，以利于得到更高性能的钢筋。 轧后的余热淬火将决定钢筋最终的性能。在这一过程中，冷却参数是影响钢筋性能的主要因素。在现场生产中两个重要的冷却参数冷却时间和冷却水量分别由冷却管长度和冷却水压力决定。通过大量实验并对实验结果进行分析，对这两个参数及其对钢筋性能的影响进行了分析，并结合实际，得出了优化的冷却参数。 轧后余热淬火的核心问题就是数学模型的建立。本文从理论出发，通过对钢筋冷却过程传热的分析，建立了冷却过程中的三个数学模型：始冷温度预报模型，冷却水量模型和自回火温度模型。并结合实际情况，对模型进行数学简化，使之更加适合现场生产。实践表明，控制冷却中的数学模型对现场生产有很好的指导作用。 本文理论结合实践，通过余热淬火生产的钢筋机械性能有较大的提高，因此有较大的实用意义和学术意义。

目录

文摘

英文文摘

1前言

1.1钢筋生产的现状及发展

1.2.2钢筋轧后控冷的特点

1.3控制冷却各阶段的冷却目的和冷却方式的选择

1.3.1控制冷却各阶段的冷却目的

1.3.2冷却方式的选择

1.4影响钢筋组织与力学性能的因素

1.4.1轧制工艺条件的影响

1.4.2冷却工艺条件对性能的影响

1.4.3冷却水参数对钢筋组织与性能的影响

1.4.4钢筋参数的影响

1.5热轧钢材水冷的数学模型

1.5.1轧件冷却过程的分析

1.5.2温度场计算的基本原理

1.6课题的来源，目的和内容

2钢筋试样显微实验及分析

2.1机械性能测试及分析

2.1.1实验方法

2.1.2实验结果及分析

2.2螺纹钢筋显微组织分析

2.2.1实验方法

2.2.2实验结果及分析

2.3钢筋表面裂纹观察与分析

2.4夹杂物分析

2.5焊接热影响区的观察与分析

2.5.1实验方法

2.5.2实验结果及分析

3化学成分及轧制条件对钢筋机械性能影响的分析

3.1化学成分对钢筋机械性能的影响分析

3.1.1化学成分与机械性能的相关性分析

3.1.2化学成分调整建议

3.2轧制参数对钢筋机械性能的影响

3.2.1轧制参数与钢筋机械性能的相关性分析

3.2.2终轧温度及自回火温度对钢筋力学性能的影响

3.2.3其它条件的影响

4余热淬火实验及分析

4.1余热淬火工艺简介

4.1.1现场布局

4.1.2冷却系统组成

4.1.3冷却工艺操作规程

4.2控制冷却实验及结果分析

4.2.1实验方案的制定

4.2.2实验结果

4.2.3实验结果分析

5控制冷却过程的数学模型

5.1余热淬火的控制过程及模型的设计思想

5.1.1余热淬火的控制过程

5.1.2模型的设计思想

5.2始冷温度预报模型

5.2.1基本假设

5.2.2模型的推导

5.3冷却水量设定模型

5.3.1基本假设

5.3.2导热偏微分方程

5.3.3初始条件和边界条件

5.3.4综合传热系数的确定

5.3.5微分方程的理论求解

5.3.6实用水量设定模型的建立

5.4自回火温度模型

5.5模型的自学习

5.5.1模型自学习的必要性

5.5.2指数平滑法

5.6模型的运用

6结论

致谢

参考文献