陳興銀

(云南德勝鋼鐵有限公司軋鋼廠，云南 祿豐 651200)

HRB400熱軋帶肋鋼筋盤條無屈服現(xiàn)象問題的解決方法*

陳興銀

(云南德勝鋼鐵有限公司軋鋼廠，云南 祿豐 651200)

分析了在高速線材生產(chǎn)線上生產(chǎn)HRB400熱軋帶肋鋼筋盤條過程中出現(xiàn)力學(xué)檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)力－應(yīng)變曲線無明顯屈服現(xiàn)象問題的原因，據(jù)此調(diào)整生產(chǎn)工藝后，成功解決了這一問題的方法。

HRB400熱軋帶肋鋼筋盤條;屈服現(xiàn)象;位錯(cuò)密度

為降低HRB400熱軋帶肋鋼筋盤條的生產(chǎn)成本，云南德勝鋼鐵有限公司決定采用不添加微合金元素的鋼坯開發(fā)細(xì)晶HRB400熱軋帶肋鋼筋盤條，但生產(chǎn)中出現(xiàn)鋼筋力學(xué)檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)力－應(yīng)變曲線無屈服 (連續(xù)屈服)的現(xiàn)象，經(jīng)過分析研究，問題得到成功解決。

1 生產(chǎn)工藝設(shè)備及要求

1.1 工藝流程

主要工藝流程:

連鑄鋼坯加熱→粗中軋機(jī)軋制→預(yù)精軋機(jī)軋制→軋件控溫水冷→精軋機(jī)軋制→水冷→斯太爾摩風(fēng)冷線冷卻→集卷→P－F線→打包→稱重、入庫

1.2 主要設(shè)備

主要設(shè)備包括步進(jìn)梁式加熱爐、φ550×4、φ450×4、φ350×6牌坊式軋機(jī)，及φ285×4懸臂軋機(jī)，頂交45°無扭高速線材軋機(jī)、預(yù)水冷箱，水冷箱，吐絲機(jī)，斯太爾摩風(fēng)冷線等。

1.3 對(duì)鋼坯成分及鋼筋性能的要求

對(duì)HRB400熱軋帶肋鋼筋盤條的成分與性能要求見表1.

表1 HRB400熱軋帶肋鋼筋盤條的成分與性能要求Tab.1 The composition and performance requirements of HRB400 hot rolled steel wire rod

2 生產(chǎn)中存在的的問題及其分析

2.1 存在的問題

生產(chǎn)中存在的主要問題是對(duì)生產(chǎn)出的鋼筋進(jìn)行力學(xué)檢驗(yàn)時(shí)，鋼筋應(yīng)力－應(yīng)變曲線圖上無明顯的屈服平臺(tái)，雖然GB1499.2－2007《鋼筋混凝土用鋼第二部分:熱軋帶肋鋼筋》規(guī)定，對(duì)于沒有明顯屈服強(qiáng)度現(xiàn)象的鋼筋，可以用規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度(Rp0.2)代替，但是，由于Rp0.2通常采用常規(guī)平行線法、滯后環(huán)法和逐步逼近法找屈服點(diǎn)，而這三種方法找到的屈服點(diǎn)均較真正的鋼筋屈服點(diǎn)低，不能真實(shí)反映鋼筋的屈服強(qiáng)度，同時(shí)，大量用戶不接受鋼筋應(yīng)力－應(yīng)變曲線圖上無明顯的屈服平臺(tái)這一事實(shí)，解決鋼筋無屈服現(xiàn)象變得刻不容緩。

對(duì)無屈服現(xiàn)象的鋼筋盤條取5個(gè)樣進(jìn)行檢驗(yàn)，見表2，鋼筋組織主要為鐵素體+珠光體+貝氏體，晶粒度等級(jí)在12～13級(jí)，鋼筋表層與中間的組織基本相同，部分試樣鋼筋橫肋處存在魏氏組織。

表2 無屈服現(xiàn)象鋼筋力學(xué)性能及金相組織分析結(jié)果Tab.2 Mechanical property and metallographic structure analysis results for reinforcing steel bar without yielding phenomenon

從檢驗(yàn)結(jié)果看，無屈服現(xiàn)象的鋼筋試樣均有一個(gè)共同點(diǎn)——均有超過20%以上的貝氏體組織。見 (圖1、圖2)

2.2 鋼筋盤條無屈服現(xiàn)象原因分析

低碳鋼中出現(xiàn)的屈服現(xiàn)象，是位錯(cuò)與溶質(zhì)原子的交互作用在鋼筋力學(xué)性能上的強(qiáng)烈反應(yīng)。鋼筋在受力前，鋼中微量的C、N等固溶間隙原子在位錯(cuò)線上聚集并形成氣團(tuán)，對(duì)位錯(cuò)產(chǎn)生強(qiáng)烈的拖曳、釘扎作用，同時(shí)，鋼筋受力前位錯(cuò)密度也較小;鋼筋檢驗(yàn)拉伸時(shí)，在外力足夠大時(shí)，鋼筋的位錯(cuò)被啟動(dòng)，此時(shí)，在應(yīng)力—應(yīng)變曲線圖上出現(xiàn)上屈服點(diǎn)，位錯(cuò)啟動(dòng)后，擺脫了氣團(tuán)對(duì)他的拖曳、釘扎并大量繁殖，位錯(cuò)密度增加，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所需的外力顯著下降，并形成下屈服點(diǎn)，而當(dāng)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)密度增加引起強(qiáng)烈的位錯(cuò)交互作用時(shí)，屈服結(jié)束并進(jìn)入硬化過程(如圖4)。

屈服現(xiàn)象的明顯程度決定于位錯(cuò)密度的高低，當(dāng)鋼中貝氏體含量較高時(shí)，因貝氏體的亞結(jié)構(gòu)是位錯(cuò)，晶體中的位錯(cuò)密度也較高，強(qiáng)化作用較大，受力時(shí)位錯(cuò)之間的相互作用強(qiáng)烈，應(yīng)變硬化的行為突出，所以含貝氏體較多的鋼屈服現(xiàn)象不明顯 (如圖3)。

圖3 無明顯屈服的應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖Fig.3 The stress－strain curve without obvious yielding

根據(jù)資料介紹［1］，只要將鋼筋中的貝氏體含量控制在5%以下，鋼筋就會(huì)有明顯的屈服現(xiàn)象(如圖4)。

圖4 有明顯屈服的應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖Fig.4 The stress－strain curve with obvious yielding

圖5 20 MnSi鋼1050℃終軋時(shí)的動(dòng)態(tài)CCT曲線［2］Fig.5 The dynamic CCT curve for 20MnSi steel lastly rolled at 1050℃

對(duì)鋼筋的動(dòng)態(tài)CCT曲線 (圖5)分析后認(rèn)為，鋼筋中出現(xiàn)大量貝氏體的原因是相變區(qū)冷卻速度過快，奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變沒有充分進(jìn)行，引起奧氏體在較低溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w，造成鋼筋組織中出現(xiàn)大量貝氏體組織，鋼筋橫肋處存在魏氏組織也間接證明了相變區(qū)冷卻速度過快。

2.3 無屈服現(xiàn)象問題的解決方法

針對(duì)分析出的原因，確定了生產(chǎn)HRB400熱軋帶肋鋼筋盤條的生產(chǎn)工藝，首先，要嚴(yán)格控制鋼坯的加熱溫度;其次，要控制好軋制過程中軋件的溫度，尤其是要控制好軋件進(jìn)入精軋機(jī)的溫度以保證終軋溫度受控，終軋結(jié)束，立即啟動(dòng)水冷設(shè)備對(duì)鋼筋進(jìn)行冷卻，以防晶粒在精軋期間和終軋后長(zhǎng)大，吐絲后要對(duì)鋼筋進(jìn)行快速風(fēng)冷，鋼筋表面溫度降至600℃左右采用保溫緩冷，以保證有足夠的珠光體轉(zhuǎn)變時(shí)間并有足夠的珠光體生成，同時(shí)降低位錯(cuò)密度及內(nèi)部應(yīng)力;由于冷卻速度低，充分抑制了鋼筋組織中貝氏體組織的生成，既保證鋼筋的力學(xué)性能合格，又使鋼筋中的貝氏體含量低于5%，保證鋼筋力學(xué)檢驗(yàn)時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)無屈服現(xiàn)象。

經(jīng)過幾次試驗(yàn)，最終找到了在高速軋機(jī)生產(chǎn)線上生產(chǎn)HRB400熱軋帶肋鋼筋盤條的工藝參數(shù)，即:

1)鋼坯出爐溫度控制在950±50℃;

2)軋件進(jìn)精軋機(jī)溫度控制在900±50℃;

3)終軋后立即水冷，保證吐絲溫度 (φ6控制在920℃左右，φ8控制在900℃左右、φ10控制在820℃左右、φ12控制在760℃左右);

4)吐絲后立即快速風(fēng)冷，至盤條溫度冷至600℃左右停止風(fēng)冷，蓋保溫罩緩冷。

2009年至今，公司軋鋼廠共生產(chǎn)HRB400熱軋帶肋鋼筋盤條53萬余噸，全部產(chǎn)品屈服強(qiáng)度≥435 MPa，抗拉強(qiáng)度≥600 MPa，鋼筋力學(xué)檢驗(yàn)時(shí)所有試樣均出現(xiàn)明顯的屈服平臺(tái)，上、下屈服點(diǎn)清晰可辨。

3 結(jié)語

1)HRB400熱軋帶肋鋼筋盤條無屈服現(xiàn)象的原因是相變區(qū)冷卻速度過快，產(chǎn)生大量貝氏體組織造成的。

2)嚴(yán)格控制軋件開軋溫度、進(jìn)精軋機(jī)溫度、吐絲溫度及風(fēng)冷速度，并在600℃左右停止風(fēng)冷，蓋保溫罩緩冷可提高鋼筋性能，降低鋼筋位錯(cuò)密度及內(nèi)應(yīng)力，并避免貝氏體生成，解決鋼筋盤條無屈服現(xiàn)象的問題。

3)在高速軋機(jī)線材生產(chǎn)線上生產(chǎn)HRB400熱軋帶肋鋼筋盤條無需采用微合金化鋼坯。

［1］林宴民．CONSTEEL電爐生產(chǎn)的小型連軋螺紋鋼屈服不明顯現(xiàn)象的研究 ［J］．鋼鐵，2004，39(1):51－54．

［2］李曼云，孫本榮．鋼的控制軋制和控制冷卻技術(shù)手冊(cè) ［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，1990．

Solution for Yielding Losing of HRB400 Hot Rolled Steel Wire Rod

CHEN Xing－yin
(Rolling Mill，Yunnan Desheng Iron＆ Steel Group，Lufeng，Yunnan 651200，China)

he reason of no obvious yielding phenomenon during the stress－strain test for HRB400 hot rolled steel wire rod from high － speed wire production line is analyzed，which is dissolved successfully after the adjusting of production process．

HRB400 hot rolled steel wire rod;yielding phenomenon;dislocation density

TG113.25+3

A

1006－0308(2011)05－0050－04

2011－04－18

陳興銀 (1968－)男，云南武定人，工程師。