400 MPa级热轧带肋钢筋控轧控冷工艺应用试验

高红艳，高洪吉

（1山钢股份济南分公司第一小型轧钢厂，山东济南 250101；2山东省冶金科学研究院，山东济南 250014）

经验交流

400 MPa级热轧带肋钢筋控轧控冷工艺应用试验

高红艳1，高洪吉2

（1山钢股份济南分公司第一小型轧钢厂，山东济南 250101；2山东省冶金科学研究院，山东济南 250014）

通过制定合理工艺参数，在生产线上对20MnSi连铸方坯进行了控轧控冷试验。试验结果表明，钢筋表层为回火索氏体+少量铁素体，过渡层为回火索氏体+珠光体+铁素体，半径1/2处为细小的珠光体+铁素体，晶粒度9.5级。轧制速度对控冷效果的影响最为明显，自回火温度对钢筋的组织和性能影响较大。

热轧带肋钢筋；控轧控冷；轧制速度；回火温度

目前济钢生产400 MPa级热轧带肋钢筋采用控轧控冷工艺，综合利用位错强化、细晶强化和相变强化，得到具有良好综合性能的螺纹钢筋，并使成本进一步降低。本试验结合型材厂现有设备，通过研究控轧控冷工艺，制定了合理的工艺参数，在保证产品性能的基础上以期达到进一步降低合金成本的目的。

1 试验方案

根据20MnSi的动态CCT曲线［1］，结合设备条件，确定采用低温加热、奥氏体未再结晶轧制及控冷工艺。

1.1 试验材料

试验材料为20MnSi连铸方坯，尺寸为150mm×150mm×10 400mm，主要化学成分（质量分数）为：C 0.21%，Si 0.45%，Mn 1.46%，P 0.028%，S 0.025%。查文献得到20MnSi钢的临界点温度为［2］：Ac1=760℃，Ac3=845℃，Ar3=775℃，Ar1=673℃。马氏体相变点温度：Ms=345℃。

1.2 试验设备

试验在钢筋生产线上进行。生产线采用1座双蓄热步进梁式加热炉，最大加热能力220 t/h。全连轧机组由18架高刚度短应力线轧机组成，最大轧制速度20 m/s。中间冷却为直喷管冷却器。轧后冷却为分段控制的4段式湍流管冷却器。冷床为120 m×12.5 m锯齿步进式。

1.3 方坯加热

一般加热温度在Ac3以上30～50℃至固相线以下100～150℃。加热温度越高，奥氏体晶粒越粗大，且能耗越高。受轧机能力限制，加热温度不能太低，否则不利于奥氏体再结晶区轧制时的晶粒细化和铸坯缺陷的消除。综合考虑，确定方坯加热温度为1 030±30℃。

1.4 终轧温度

20MnSi钢的奥氏体未再结晶区约在950℃～Ar3。随终轧温度的降低，钢筋强度有所提高，韧性也有所改善。但终轧温度过低，会大幅增加轧机负荷。资料显示，终轧温度对强度的影响有一个范围，20MnSi钢的终轧温度在850～950℃时的强度提高得较快，此后趋于平缓。综合考虑，终轧温度控制在900～950℃。

1.5 轧后控冷

试验轧制Φ25mm规格的热轧带肋钢筋，单线轧制，设计了3个轧后控冷方案，冷却器管径Φ42mm，见表1。

表1 Φ25mm热轧带肋钢筋控冷参数设计

2 试验结果与分析

2.1 性能

通过对比GB 1499.2—2007中400 MPa级热轧带肋钢筋的性能标准（ReL≥400 MPa，Rm≥540 MPa，A≥16%），本次试验钢筋的性能完全能够满足国标的要求，见表2。

表2 试验钢筋的性能

2.2 金相检验

在GX71金相显微镜上进行金相检验，侵蚀剂为4%硝酸乙醇溶液。钢筋表面硬化层厚度0.4～1.2mm，硬化层为回火索氏体＋少量铁素体（图1），过渡层为回火索氏体＋珠光体＋铁素体（图2），半径1/2处为细小的珠光体＋铁素体（图3），晶粒度9.5～10.5级。

图1 表面硬化层200×

图2 过渡层200×

图3 半径1/2处200×

钢筋表层在控冷过程中急冷形成细小的隐晶马氏体，随后芯部热量传导出来，转变为回火索氏体。表面回火索氏体层的相变强化及细晶强化作用明显，随表面回火索氏体层厚度的不同钢筋强度差别较大［3］。

轧制速度对控冷效果的影响最为明显，随轧制速度小幅降低，钢筋后续温度就有较大幅度降低。

自回火温度直接影响隐晶马氏体的转变，对钢筋的组织和性能影响较大［4］。

3 结语

采用20MnSi钢，通过控轧控冷工艺，试制钢筋的性能满足国标要求。试制钢筋表层为厚度0.4～1.2mm的回火索氏体＋少量铁素体，过渡层为回火索氏体＋珠光体＋铁素体，半径1/2处为细小的珠光体＋铁素体。钢筋表面回火索氏体层的相变强化及细晶强化作用明显，随着表面回火索氏体层厚度的不同钢筋强度差别较大。轧制速度对控冷效果的影响最为明显，随轧制速度的小幅降低，钢筋后续温度就有较大幅度的降低。自回火温度直接影响隐晶马氏体的转变，对钢筋的组织和性能影响较大。

［1］高秀华，齐克敏，邱春林，等.20MnSiⅢ级热轧螺纹钢筋的开发［J］.钢铁研究学报，2006，18（7）：43-45.

［2］包卫平，潘儒乾，王瑞芳，等.20MnSiⅢ钢奥氏体连续冷却转变曲线［J］.材料热处理技术，2009，38（18）：34-36.

［3］吕立华，张勇伟，马靳江，等.表面马氏体层厚度对螺纹钢筋性能的影响［J］.钢铁研究，2006，34（3）：25-27.

［4］付红卫.热轧带肋钢筋轧后快速冷却强化效果研究［J］.轧钢，2013，30（5）：60-63.

TG335.6+4

B

1004-4620（2014）04-0072-02

2014-05-21

高红艳，女，1981年生，2004年毕业于山东建筑大学材料成型专业。现为济钢第一小型轧钢厂工程师，从事轧钢工艺技术工作。