热轧带肋钢筋降成本分段控冷方法

摘要

本发明公开一种热轧带肋钢筋降成本分段控冷方法，涉及轧钢领域，它包括将钢坯加热至1140±30℃，经粗轧机组‑中轧机组‑预精轧机组‑精轧机组这四机组平立交替轧制；在粗轧机组、中轧机组、预精轧机组的轧制温度为1020±30℃，预精轧机组与精轧机组之间布有预水冷装置，精轧机组之后设有水冷装置；预精轧机组出来的轧件通过预水冷装置控温后进入精轧机组轧制，之后经过水冷装置进行控温；将轧制终止温度控制在850±10℃，之后轧件进入大冷床冷却。本发明可以解决现有技术轧件的轧制温度高，晶粒细化程度低，钢材的生产坯料成高及轧后在钢筋表面形成回火组织不符合国家标准以及轧制过程中需要飞剪切头降低成材率的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及轧钢技术领域，尤其是一种在两相区采用分级控冷对带肋钢筋进行轧制的方法。

背景技术

热轧带肋钢筋作为我国建筑的主要结构形式，广泛用于国防重点工程、地震带结构建筑和高层建筑中,因此螺纹钢在将来很长的时间内都将保持较高的需求量和产量。而热轧带肋钢筋的力学性能和金相组织与钢材化学成分及轧制方法密切相关。由如图1所示的奥氏体冷却相区图知，钢坯在加热炉加热过程，通常是加热到奥氏体区（奥氏体易变形、且塑性和韧性较好），当钢材进行冷却时，会经过三个相区：（1）奥氏体区—包括奥氏再体结晶区和奥氏体未再结晶区；（2）两相区（奥氏体+铁素体）；（3）铁素体、珠光体区。钢材在不同的相区轧制时，其晶粒细化程度：铁素体、珠光体区>两相区>奥氏体未再结晶区>奥氏体再结晶区。而晶粒细化不仅可以提高钢材的强度，也可以提高钢材的塑性和韧性。也就是说在合适的相区采用适宜的轧制技术可将相同成分钢材的晶粒细化程度提高，从而增加钢材的强度、塑性和韧性；通过细晶强化可替代部分添加钢材的合金元素和微量元素所产生的析出沉淀强化。如化学成分和相同尺寸规格的钢材，可以有效的降低钢坯中Nb的含量（在钢坯中添加Nb主要是起到析出沉淀强化，提高钢材的强度）。然而在传统的轧制过程中，轧制线工艺流程如图2所示，钢坯在加热炉加热温度为1020±20℃，采用的是轧后控冷装置，轧件的轧制温度高（通常轧件是在奥氏体未再结晶区轧制），即钢材一直处于1020℃左右进行轧制，冷却至室温时钢材的晶粒细化程度低（晶粒度/级为9.5），为保证相同尺寸规格的钢材的力学性能符合国家标准，则轧制前的原钢材需要在钢坯中添加较多的Nb元素（Nb含量可达0.025%），导致钢材的生产坯料成本较高。另一方面，采用轧后控冷技术容易在钢筋表面形成一圈回火组织，在螺纹钢新国标中（GB-T 1499.2-2018钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋），明确规定螺纹钢表面不能有回火组织。如对表1规格为16mm牌号为HRB400E的钢材采用传统工艺轧制后金相组织如表2和图3所示。从表2和图3中可以看出，采用传统工艺轧制，螺纹钢通过轧后控冷装置控温以后，螺纹钢的表层温度较低，芯部温度仍较高，在有效时间内表层组织无法通过芯部组织进行热传递使表层温度得到充分恢复，导致表层组织形成回火组织T（回火索氏体）；螺纹钢的表层金相组织出现回火组织，表层组织F+P+T(铁素体+珠光体+回火索氏体)，四分之一和中心的组织均为F+P(铁素体+珠光体)，不符合螺纹钢新国标中（GB-T 1499.2-2018钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋）螺纹钢的金相要求。为改进上述问题，有些企业采用将精轧段轧制温度控制在两相区，即轧制温度控制在750℃-850℃，但又存在如下问题：由于轧件的温度低（温度越低，变形抗力越大），在轧件头部咬入轧机轧辊时，对轧辊的冲击力度越大，越容易造成轧辊的损坏，增加了生产成本。此时需要件在头部通过预水冷装置1米后进行水冷，设置长度为1米“头部不冷段”(温度大约为950℃),降低轧件对轧辊的冲击力度，而“头部不冷段”冷却至室温后，则其力学性能不符合国家标准，则需要将1米的“头部不冷段”进行剪废，即飞剪切头，这样又降低了成材率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种热轧带肋钢筋降成本分段控冷方法，它可以解决现有的轧件的轧制温度高，晶粒细化程度低，为保证钢材的力学性能，需要添加较多的合金元素和微量元素；导致钢材的生产坯料成本较高以及轧后控冷容易在钢筋表面形成一圈回火组织不符合国家热轧带肋钢筋标准以及轧制过程中需要飞剪切头降低成材率的问题。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是：这种热轧带肋钢筋降成本分段控冷方法工艺流程如图4和图5所示，包括对加热炉预热段温度、加热段温度和均热段温度和各段加热时间的组合控制，将钢坯加热至1140±30℃，经由1-6#轧机组成的粗轧机组和7-12#轧机组成的中轧机组以及13-16#轧机组成的预精轧机组到17-18#轧机组成的精轧机组这四组轧机组平立交替轧制；在所述粗轧机组、所述中轧机组、所述预精轧机组的轧制温度为1020±30℃，所述预精轧机组与所述精轧机组之间布有预水冷装置，所述精轧机组之后设有水冷装置；所述预精轧机组出来的轧件通过所述预水冷装置控温后进入所述精轧机组轧制，之后经过所述水冷装置进行控温；将轧制终止温度控制在850±10℃；经控温轧制之后的所述轧件进入大冷床进行自然冷却。

上述技术方案中，更为具体的方案是：采用步进梁式加热炉以保证合理的加热温度和保温时间，所述预热段温度为850℃，时间为15-20min，所述加热段温度为1050-1140℃，时间为20-25min，所述均热段温度为1140±30℃，时间为10-15min。

进一步：所述预水冷装置包括预冷水箱，所述预冷水箱有顺排的五组喷嘴；所述水冷装置包括有3个顺排的水箱，每个水箱包括一组喷嘴；所述预冷水箱前四组喷嘴在所述轧件头部1米位置通过后进行喷水，对所述轧件除头部1米的其它位置进行冷却，冷却至850℃；所述预冷水箱后一组喷嘴只对所述轧件头部1米位置进行冷却，冷却至950℃，即所述轧件进所述精轧机组精轧时温度头部950℃，其余850℃；然后通过轧后所述水冷装置水箱中的喷嘴分别对头部1米位置进行冷却。

进一步：所述预冷水箱对非头部喷水的四组喷嘴喷水流量为740m

所采用的各工艺及效果如表3、表4和表5及图4、图5和图6所示。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

1、从表3、表4和表5中可以看出，本发明通过预水冷装置控温以后，螺纹钢的表层温度较低，芯部温度较高，使螺纹钢表层组织在恢复段导槽内得到充分的回温，同时螺纹钢通过17#、18#轧机轧制后的形变热，使螺纹钢表层得到更有效的回温，避免了表层组织形成回火马氏体，螺纹钢的表层金相组织无回火组织；而表层、四分之一和中心的组织均为F+P(铁素体+珠光体)，符合螺纹钢新国标中（GB-T 1499.2-2018钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋）螺纹钢的力学性能和金相要求。

2、本发明是在两相区轧制，轧制后冷却至室温螺纹钢的晶粒度/级为10.5-11.5，较传统工艺在奥氏体未再结晶区轧制后冷却至室温后螺纹钢的晶粒度/级为9.5更加细小，有效的通过细晶强化提高了螺纹钢的力学性能，同等规格尺寸的螺纹钢在力学性能符合国家标准的前提下可降低了螺纹钢坯料中Nb元素。如传统工艺对Nb的含量为0.025%的螺纹钢坯轧制后获得的力学性能和金相尚不满足要求，而通过本发明采用两相区轧制的工艺，Nb的含量为0.015%的螺纹钢坯料轧制后可获得更好的力学性能和金相要求，尽管坯料中Nb的含量降低了0.01%，仍获得更好效果，因此若按Nb的市场价每吨30-40万之间，新工艺坯料的成本比传统工艺坯料的成本降低了30-40元/吨，按一条生产线每日可生产4500吨（2000支坯料）的螺纹钢，则一条生产线每日可节约成本13.5-18万元，经济效益巨大。

3、本发明可以有效的避免每支坯料在轧制过中2米的“头部不冷段”被剪废（2切分），若一条生产线每天可以轧制2000支坯料，按螺纹钢国标4kg/m，则每天可以避免16吨的螺纹钢被剪废，可有效的提高了生产线的成材率，有效地降低了生产线成本。

附图说明

图1是奥氏体冷却相区示意图；

图2是传统的轧制线工艺流程图；

图3是传统工艺轧制金相组织图：

（a）宏观组织，（b）表层，（c）四分之一处，（d）中心组织

图4是本发明轧制线工艺流程图；

图5是本发明轧制控温装置工艺布置图；

图6是本发明轧制金相组织图：

（a）宏观组织，（b）表层，（c）四分之一处，（d）中心组织。

图中标号表示为：

图2、图4和图5工艺流程图中数字n=1、2、……18代表轧机道次；H代表平辊轧机；V代表立辊轧机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

表1是采用传统工艺和本发明工艺轧制的钢材坯料成份表（%）

采用传统工艺轧制的带肋钢筋，其存在的不足在背景技术中已阐述，在此不再赘述。

图4的本发明轧制线工艺流程图，包括以下步骤：

（一）加热

当坯料在加热炉加热时，为使其充分奥氏体化同时又要抑制奥氏体晶粒粗大，因此采用步进梁式加热炉以保证合理的加热温度和保温时间，加热炉由预热段、加热段和均热段三部分组成，预热段温度为850℃，时间为15-20min，加热段温度为1050-1140℃，时间为20-25min，均热温度为1140±30℃，时间为10-15min，开轧温度为1020±30℃。

（二）粗、中、预精、精轧机组轧制

螺纹钢生产线由粗-中-预精-精轧四机组平立交替布置，如图4所示，粗轧机组由1-6#轧机组成，中轧机组由7-12#轧机组成，预精轧机组由13-16#轧机组成，精轧机组由17#、18#轧机组成，预精轧机组与精轧机组之间布有预水冷装置，精轧机组之后设有水冷装置（图5），粗、中、预精机组轧制温度略高于开轧温度1020±20℃（主要原因是因为轧件在轧制过程中的形变热导致）。预精轧机组出来的轧件通过预水冷装置控温后进入精轧机组轧制，之后经过水冷装置进行控温，具体控温原理见图1及控温方案见表3中方案7。

即：（1）预水冷装置有1#水箱，1#水箱包括1-1、1-2、1-3、1-4、1-5五组喷嘴；冷却喷水时1-1、1-2、1-3和1-4四组喷嘴流量为740m

水冷装置有2#水箱、3#水箱、4#水箱，每个水箱包括1-1一组喷嘴；采用方案7时2#水箱和4#水箱的1-1喷嘴流量为421m

（2）“头部不冷段”控冷方式：1#水箱中1-1、1-2、1-3、1-4四组喷嘴在头部1米位置通过后进行开水，对轧件除头部1米的其它位置进行冷却（冷却至850℃），1#水箱中1-5一组喷嘴只对头部1米位置进行冷却（冷却至950℃），然后通过轧后水冷装置2#、3#、4#水箱中1-1喷嘴分别对头部1米位置进行冷却，即预水冷装置1#水箱1-1、1-2、1-3、1-4喷嘴控其余轧件温度，1-5喷嘴控1米的“头部不冷段”温度时，进入17#、18#轧辊的温度为：头部950℃，其余850℃，可有效的降低轧件头部对轧辊的冲击力，提高了轧辊的使用寿命，同时使用水冷装置中的2#、4#水箱对1米“头部不冷段”进行冷却，冷却至轧件通条温度为850℃，其力学性能和金相组织均符合国家标准。

（三）控温之后的螺纹钢上入大冷床进行自然冷却。

通过预水冷装置将进入17#和18#轧机的螺纹钢温度控制在850℃（两相区），再经过17#和18#轧机对850℃的螺纹钢进行轧制，冷却至室温时钢材的晶粒细化程度高（晶粒度/级为10.5），提高了钢材的力学性能，在符合国家标准的前提下有效的降低了钢坯中Nb元素（含量为0.015%）。