楊文軍

（天津天鐵冶金集團棒線廠，河北涉縣 056404）

1 引言

近兩年，由于鋼鐵產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，建材市場的競爭尤為激烈，主要體現(xiàn)在各生產(chǎn)廠家技術(shù)的競爭、產(chǎn)品升級的競爭與生產(chǎn)成本的競爭。隨著高強帶肋鋼筋的發(fā)展，諸多生產(chǎn)廠家已經(jīng)成功地使用20MnSi（HRB335）升級軋制，性能達(dá)到了400 MPa新Ⅲ級鋼筋的要求，這比傳統(tǒng)的添加Nb、V、Ti 等微量元素，實現(xiàn)強度增加的方式節(jié)約了合金成本。

天鐵棒線廠投產(chǎn)之初通過微合金化實現(xiàn)強度的提升，軋制HRB400 所使用的鋼種為20MnSiNb或20MnSiV。為了進一步降低生產(chǎn)成本，增加市場競爭優(yōu)勢，對20MnSi（HRB335）生產(chǎn)HRB400 進行了研發(fā)，通過對其成分的有效控制，對軋制溫度、風(fēng)冷輥道速度等工藝參數(shù)的調(diào)整優(yōu)化，既保證了生產(chǎn)的順行，又提高了產(chǎn)品的力學(xué)性能。本文就20MnSi（HRB335）軋制HRB400 的成分的確定、軋制工藝參數(shù)優(yōu)化等方面進行了分析和介紹，成功實現(xiàn)了產(chǎn)品的升級軋制，降低了合金成本。

2 化學(xué)成分的確定

碳：鋼的強度隨著碳含量的增加而提高，但塑性、韌性、疲勞強度等隨之下降。因此，為了保證碳當(dāng)量，C 含量要合理控制，一般控制在0.19～0.25 之間。

硅：硅在鋼中不形成碳化物，以固溶體的形式存在于奧氏體或鐵素體中，它的主要作用：固溶強化；促進鐵素體的粗化；促進柱狀晶發(fā)展；冷作硬化傾向；降低焊接性。硅在鋼中會降低鋼的塑性、韌性，可將其限制在保證脫氧需要的范圍即可，一般在0.40～0.65 即可。

錳：錳在鋼中的作用是提高鋼的強度，改善鋼的加工性能，并不同程度地降低鋼的塑性。錳與碳的結(jié)合力略強于鐵，能夠進入固溶體，起固溶強化作用。與硅的作用相似，在高溫下錳會促進晶粒的粗化，同時抑制鐵素體形成而促進中溫轉(zhuǎn)變，由此，Mn 成分按中上限控制。

磷、硫：一般說來，磷、硫是有害的雜質(zhì)元素，在成分設(shè)計中要盡量減少。

由以上分析，天鐵棒線廠確定了使用20MnSi軋制400 MPa 級螺紋鋼筋線材成分，根據(jù)現(xiàn)場軋制的實際情況進行統(tǒng)計分析后，發(fā)現(xiàn)碳當(dāng)量在0.40～0.43%時，軋制后性能低于內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致產(chǎn)生不合格產(chǎn)品，由此確定了碳當(dāng)量在0.43-0.52%之間，化學(xué)成本見表1。

表1 天鐵棒線廠400MPa熱軋帶肋鋼筋化學(xué)成分 /%

根據(jù)成分設(shè)計與其他高線廠家的考察，結(jié)合GB 1499.2—2007《鋼筋混凝土用鋼第2 部分：熱軋帶肋鋼筋》，天鐵棒線廠制定了HRB400 內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，見表2。

表2 天鐵棒線廠HRB400產(chǎn)品內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)

3 生產(chǎn)工藝優(yōu)化

天鐵棒線廠軋線主體設(shè)備為國產(chǎn)摩根系列，最高速度為90 m/s，設(shè)計年產(chǎn)量為60 萬t，坯料為150 mm×150 mm×12 000 mm 連鑄坯，產(chǎn)品為Φ6.0～Φ16.0 mm 帶肋鋼筋及碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼等線材產(chǎn)品。

工藝流程是：上料臺架→加熱爐加熱→粗軋機組→1 號飛剪→中軋機組→2 號飛剪→預(yù)精軋機組→水冷線→3 號飛剪→精軋機組→水冷線→夾送輥→吐絲機→斯太爾摩線運輸→集卷→運卷小車→P&F 線→取樣、切頭尾→打包機→稱重、掛牌→卸卷→入庫發(fā)貨。

20MnSi 化學(xué)成分優(yōu)化后，我們制定了切實可行的試軋方案，對加熱溫度、精軋溫度、吐絲溫度、風(fēng)冷線溫度等進行了分析和確定。

3.1 加熱工藝

20MnSi 鋼種要避免高溫快速加熱，保溫時間不能過長。尤其是在冷、熱坯交替入爐后，容易造成冷坯受熱速度加快，熱坯受熱時間增長，使奧氏體晶粒變得粗大，軋制后性能偏低而造成改判。為保證軋后鋼筋沿長度方向的性能均勻性，鋼坯要均勻加熱；為了達(dá)到性能升級，應(yīng)實現(xiàn)低溫軋制，這樣既能保證產(chǎn)品的質(zhì)量，又能防止坯料表面脫碳，節(jié)約燃料，降低鋼材的生產(chǎn)成本。綜合以上因素，確定鋼坯在加熱一段溫度在700℃，加熱二段溫度控制在850～900℃，均熱段溫度控制在1 000～1 030℃。

3.2 精軋前水冷

為了更好地發(fā)揮軋件在精軋機組內(nèi)控制軋制的作用，要嚴(yán)格控制精軋溫度的溫度。在精軋機組前，進行兩段水冷。通過控制水閥開啟角度和水箱內(nèi)水冷噴嘴開啟數(shù)量，軋件經(jīng)過此段水冷溫降達(dá)到80～120℃，經(jīng)過恢復(fù)段，使軋件的芯部熱量傳導(dǎo)至軋件表面，使得軋件溫度均勻，溫差控制在±30℃，不影響下一道次的軋制。天鐵棒線廠的水冷參數(shù)為：精軋前水箱長度2 段均為6.176 m，恢復(fù)段長度6.649 m 和13.445 m，正向水冷噴嘴水壓0.45 MPa，反向水冷噴嘴水壓0.6 MPa。

3.3 精軋后水冷

精軋終了溫度一般在1 000～1 250℃，此時發(fā)生奧氏體再結(jié)晶和晶粒長大，由此精軋后設(shè)置四段水冷裝置，其目的是控制軋后晶粒度，為相變做組織上的準(zhǔn)備，減少生成二次氧化鐵皮。在此階段嚴(yán)格控制水冷閥開啟度和水冷噴嘴的開啟數(shù)量。為了使線材的通條溫度均勻，每段水箱后都安裝有恢復(fù)段，以便使線材表面實現(xiàn)回復(fù)升溫。天鐵棒線廠精軋機后水冷參數(shù)為：水冷箱長度四段均為6.176 m,恢復(fù)段長度為5.17、24.12、5.17、5.17 m；水箱最大溫降300℃。正向水冷噴嘴水壓0.45 MPa，反向水冷噴嘴水壓0.6 MPa。

3.4 吐絲溫度

吐絲溫度是控制線材相變開始溫度的關(guān)鍵參數(shù)，它影響到產(chǎn)品的最終使用要求。對于HRB400來說，要求有高的強度和好的延伸性能。通過現(xiàn)場的實踐，吐絲溫度越高，強度有降低的趨勢，在試生產(chǎn)過程中，試驗了吐絲溫度由880～1 030℃的性能變化過程。吐絲溫度在880～900℃時，要求精軋前、后的水冷噴嘴水量、開啟數(shù)量都在最大，容易造成水冷線堆鋼，降低成材率；而吐絲溫度在900～980℃時，生產(chǎn)順產(chǎn)，性能優(yōu)良；吐絲溫度在980～1 030℃，明顯發(fā)現(xiàn)性能在逐漸下降；當(dāng)超過1 000℃以后，極易造成性能不和而改判HRB335 的現(xiàn)象。由此天鐵棒線廠確定的吐絲溫度為900～960℃。

3.5 風(fēng)冷線溫度控制

風(fēng)冷線溫度控制的目的是實現(xiàn)奧氏體相變溫度控制，從而得到滿足用戶的要求的線材性能。軋制HRB400 線材時，采用的是標(biāo)準(zhǔn)型冷卻工藝，為了增加相變前奧氏體的過冷度，前面的風(fēng)機風(fēng)量要足夠大；一般來說，為了保證冷卻速度，在終軋速度一定的前提下，輥道速度越快，開啟的風(fēng)機數(shù)量也越多；根據(jù)設(shè)備條件，精軋機出口速度為68 m/s，風(fēng)冷輥道由首段至末段速度設(shè)定為0.52～0.72 m/s；風(fēng)機1#～4#打開，開口度均為100%、100%、100%、80%，輥道速度為0.52～0.72 m/s，集卷溫度為350～380℃。

通過以上的工藝控制，可以看出，天鐵棒線廠采用的工藝思路為：較低低溫軋制+較低低溫吐絲，其主要工藝參數(shù)見表3。

4 生產(chǎn)狀況

通過對現(xiàn)場5 個批次軋制跟蹤，入爐鋼坯均為冷料，跟蹤現(xiàn)場的加熱溫度控制，其中加熱一段為703℃，加熱二段溫度為900℃，均熱段為1 024℃，測量出爐鋼坯溫度為1 018℃；通過精軋前水冷后，進精軋溫度為890℃；經(jīng)過精軋后四段水冷，吐絲溫度為920℃；軋件通過風(fēng)冷輥道后集卷溫度為350℃，精軋出口速度為68 m/s。通過此種工藝控制，采用控制軋制和控制冷卻工藝，試樣測得的力學(xué)性能及化學(xué)成分對應(yīng)見表4。

表3 天鐵棒線廠400MPa熱軋帶肋鋼筋軋制參數(shù)表

表4 產(chǎn)品力學(xué)性能及化學(xué)成分對應(yīng)表

從產(chǎn)品性能跟蹤看，在該工藝制度下進行軋制后，產(chǎn)品的性能均超出GB1499.2—2007 中的要求，對其進行金相分析后，金相組織見圖1，其金相組織主要是鐵素體+珠光體，無其他異常組織，晶粒度9～11 級。

圖1 抽檢產(chǎn)品金相組織圖

5 結(jié)論

天鐵棒線廠20MnSi 軋制HRB400 生產(chǎn)實踐，在不增加任何合金的前提下，采用控制軋制和控制冷卻后，降低了生產(chǎn)成本。軋制后產(chǎn)品金相組織組織較為理想，性能能夠滿足用戶要求，可以進行大批量、正常穩(wěn)定的生產(chǎn)，具有生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品性能好等優(yōu)點，為增強經(jīng)濟效益和市場競爭力奠定了基礎(chǔ)。今后仍需在進一步挖掘工藝與設(shè)備的潛力，不斷優(yōu)化溫度、速度制度工藝，使控制軋制與控制冷卻有機的結(jié)合，提高產(chǎn)品的質(zhì)量等級。

[1]徐章寶.穩(wěn)定熱軋帶肋鋼筋性能的幾項措施[C]//螺紋鋼筋技術(shù)論文集.成都：華西冶金論壇，2004：47.

[2]《軋鋼新技術(shù)3000 問》編輯委員會.軋鋼新技術(shù)3000 問[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2005.