【摘 "要】生產(chǎn)鋼筋混凝土用HRB400E熱軋帶肋抗震鋼筋時(shí)，釩鐵和錳鐵合金用量占有較大比率對(duì)鋼材成本的影響很大。為尋求一種可以減少合金元素的替代方法，以降低成本，進(jìn)行了控冷軋制工藝生產(chǎn)HRB400E熱軋帶肋抗震鋼筋性能試驗(yàn)研究。結(jié)果表明采用控冷軋制工藝可以提高鋼筋的屈服強(qiáng)度70～100MPa，而且能夠改善產(chǎn)品表面質(zhì)量。在產(chǎn)品質(zhì)量性能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求的情況下，試驗(yàn)的HRB400E熱軋帶肋抗震鋼筋噸鋼降低合金成本60元左右。

【關(guān)鍵詞】控冷軋制 ;熱軋帶肋抗震鋼筋 ;力學(xué)性能

熱軋帶肋鋼筋是主要的建筑用鋼材，在國內(nèi)外鋼材市場中均占有重要的比率。然而，以往為滿足每一特定的材料力學(xué)性能要求，都要加入一些特殊的合金元素，靠化學(xué)方法來滿足最終力學(xué)性能的要求，這不僅使方坯生產(chǎn)過程復(fù)雜化，而且還會(huì)因添加合金使得碳當(dāng)量增加，從而影響到材料的焊接性能。最近幾年， 鋼筋混凝土用HRB400E熱軋帶肋鋼筋的生產(chǎn)成本有所提高，很多鋼鐵企業(yè)努力嘗試1種可以減少、甚至不加微合金元素的穿水冷卻工藝生產(chǎn)低成本高強(qiáng)度鋼筋。為此，我們進(jìn)行了HRB400E穿水冷卻工藝研究，結(jié)果表明，采用穿水冷卻工藝，不僅可以提高鋼筋的力學(xué)性能，降低生產(chǎn)成本，而且能夠改善產(chǎn)品表面質(zhì)量 ，消除氧化氣泡 ，同時(shí)能夠減少彎頭 ，提高定尺率 ，具有很大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

1 工藝特點(diǎn)

1. 1 工藝流程

鑄坯 → 熱送熱裝 → 加熱爐加熱 → 粗軋 →飛剪 （切頭尾 、事故碎斷）→中軋 → 飛剪 （切頭尾 、事故碎斷） →精軋 →穿水線 → 飛剪切倍尺 → 冷床 → 取樣 → 冷剪切定尺 →收集、打捆 → 稱重。

1. 2 穿水冷卻的工藝技術(shù)

控冷裝置安裝在精軋機(jī)組之后，利用軋件在精軋快速變形后，立即進(jìn)行快速冷卻，通過形變誘導(dǎo)相變，控制鋼筋高溫狀態(tài)下的晶粒長大，進(jìn)而獲得細(xì)小鐵素體晶粒，通過細(xì)晶強(qiáng)化，全面提高鋼筋的綜合機(jī)械性能。該控冷設(shè)備分3種規(guī)格：Φ12mm螺紋鋼采用四線切分、Φ14mm和Φ16mm螺紋鋼為三線切分、Φ18mm 和Φ20mm 螺紋鋼為兩線切分。

該控冷穿水裝置可以通過對(duì)水量、水壓的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)穿水后溫度的控制，以使鋼筋得到良好的機(jī)械性能。鋼材不需要控冷時(shí)使用旁通輸出輥道直接輸出到冷床上。

2 試驗(yàn)控制

2 . 1 化學(xué)成分控制

常規(guī)工藝生產(chǎn)的HRB400E抗震鋼筋化學(xué)成分應(yīng)符合表 1 要求 ， 同時(shí)鋼中 w （ V ） 一般控制在0.03%～0.05%。穿水冷卻工藝試驗(yàn)HRB400E抗震鋼筋化學(xué)成分控制在表 2 范圍內(nèi)。

表 1 國標(biāo) GB 1499. 2 - 2007 及常規(guī)軋制工藝生產(chǎn) HRB400E 鋼筋化學(xué)成分（ wB ） " " " " %

工藝 C Si Mn P S Ceq V

國標(biāo) ≤0.25 ≤0.80 ≤1.6 ≤0.045 ≤0.045 ≤0.54 可加入

常規(guī)工藝 0.19～0.24 0.4～0.7 " 1.3～1.6 ≤0.04 ≤0.04 ≤0.54 0.035～0.055

表 2 穿水工藝生產(chǎn)試驗(yàn) HRB400E鋼筋化學(xué)成分（ wB ） %

工藝 C Si Mn P S Ceq V

穿水工藝 0.19～0.24 0. 4～0.7 1.3～1.6 ≤0.04 ≤0.04 ≤0.54 0. 01～0.03

2 . 2 控冷參數(shù)控制

合理控制加熱溫度，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)最佳的溫度控制效果，試驗(yàn)中水量、水壓、啟動(dòng)泵數(shù)、冷卻線序號(hào)以及冷卻器開啟段數(shù)的設(shè)定均以滿足鋼筋的回火溫度為前提。具體的控制情況見表3。

表 3 試驗(yàn) HRB400E抗震鋼筋控冷工藝參數(shù)

規(guī)格/ mm 出水箱溫度/ "℃ 上冷床溫度/ "℃

Φ12 620～700 680～710

Φ14～Φ16 620～700 680～710

Φ18～Φ20 620～700 680～710

實(shí)際控制時(shí)，因外界環(huán)境溫度、鋼坯溫度及軋件尺寸的變化，可以根據(jù)軋制時(shí)的實(shí)際情況調(diào)節(jié)冷卻器的開啟數(shù)量和水壓。

3 結(jié)果分析

3 . 1 力學(xué)性能

通過對(duì)各規(guī)格和多批次進(jìn)行試驗(yàn)，在HRB400E成分體系不變的情況下，穿水冷卻可以提高屈服強(qiáng)度70～100MPa。HRB400E控冷鋼筋的成分體系主要體現(xiàn)為w （V）的降低，這樣在降低成本的同時(shí)，鋼筋的性能更加均勻穩(wěn)定，各個(gè)性能指標(biāo)（屈服、抗拉和伸長率）均可以滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，且有一定的富余量。穿水控冷對(duì)不同規(guī)格的影響有所不同，對(duì)小規(guī)格而言，性能值分布均勻穩(wěn)定;對(duì)大規(guī)格而言，屈服強(qiáng)度相對(duì)于未穿水的鋼筋有所提高。分別以Φ14 mm和Φ20 mm為例，試驗(yàn)了近200爐控冷和非控冷螺紋鋼筋 HRB400E的力學(xué)性能（屈服強(qiáng)度）波動(dòng)情況，其具體的性能波動(dòng)情況見圖1和圖2。其中Φ14mm螺紋鋼筋未采用軋后穿水工藝的屈服強(qiáng)度最小 420MPa、最580MPa、平均475 MPa ，采用軋后穿水工藝的屈服強(qiáng)度最小460MPa 、最大545MPa、平均510MPa;Φ20mm螺紋鋼筋未采用軋后穿水工藝的屈服強(qiáng)度最小 400MPa、最大505MPa、平均445MPa ，采用軋后穿水工藝的屈服強(qiáng)度最小420MPa、最大520MPa、平均485MPa 。

3. 2 金相組織

HRB400E正常熱軋后組織為F+P，穿水控冷工藝不同于軋后余熱處理，經(jīng)過合理的冷卻控制工藝，得到的邊部淬火層組織為F加回火S，1/2半徑處為F+P，晶粒度 9.5～11級(jí)，較未控冷鋼筋提高了1～2個(gè)晶粒度。圖3是規(guī)格為Φ16 mm的HRB400E抗震鋼筋的顯微組織照片 。

圖 3 "Φ16 mm 的 HRB400E抗震鋼筋顯微組織照片

3. 3 表面質(zhì)量

在高溫狀態(tài)下，鋼筋表面會(huì)形成氧化膜，溫度越高，氧化膜的厚度越大。終軋溫度越高，表面氧化就越嚴(yán)重。降低終精軋溫度，提高鋼材冷卻強(qiáng)度 ，可以解決螺紋鋼表面的起泡問題。實(shí)施穿水冷卻前，由于終軋溫度較高，鋼筋表面二次氧化嚴(yán)重，表面氣泡較為突出，嚴(yán)重影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量的提高。實(shí)施穿水冷卻工藝后，增加了冷卻強(qiáng)度，使得鋼筋上冷床溫度大大降低，從而減少二次氧化的發(fā)生，減少了氧化氣泡的產(chǎn)生，使得鋼材表面質(zhì)量得到明顯改善。采用穿水冷卻工藝生產(chǎn)高強(qiáng)度螺紋鋼，降低了鋼材上冷床的溫度，能夠消除鋼筋表面二次氧化產(chǎn)生的氣泡，改善了鋼筋的表面質(zhì)量，同時(shí)鋼筋的彎頭現(xiàn)象得到有效控制，提高了定尺率。

3. 4 經(jīng)濟(jì)效益分析

當(dāng)產(chǎn)品質(zhì)量性能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，測算生產(chǎn)成本對(duì)企業(yè)來說顯得尤為重要。具體來說，采用穿水冷卻工藝試驗(yàn)的RB400E抗震鋼筋平均減少合金元素w （V）約0.025% ，按目前較低的合金價(jià)格估算，噸鋼降低合金成本60元左右。

4 結(jié) 語

1） 試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，采用軋后穿水冷卻工藝生產(chǎn)的RB400E抗震鋼筋，在不加合金添加劑或大幅度減少加入的情況下，材料力學(xué)性能和產(chǎn)品質(zhì)量完全滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

2） 若采用穿水冷卻工藝，噸鋼成本可降低60元左右，效益可觀。

3） 實(shí)施穿水冷卻工藝后，不但可以細(xì)化晶粒，改善組織，提高鋼筋的機(jī)械性能，而且能夠減少甚至消除鋼筋表面的氧化氣泡，提升產(chǎn)品表面質(zhì)量，同時(shí)減少鋼筋彎頭，提高定尺率。

4） 穿水工藝易形成表面銹蝕，隨著此工藝的成熟，應(yīng)進(jìn)一步研究銹蝕問題。