HRB500的热模拟轧制实验研究

胡友红,伍从应,谢 祥,刘立德,李 燚,高长益

(首钢水城钢铁(集团)有限责任公司,贵州六盘水 553028)

HRB500的热模拟轧制实验研究

胡友红,伍从应,谢 祥,刘立德,李 燚,高长益

(首钢水城钢铁(集团)有限责任公司,贵州六盘水 553028)

为了优化钒微合金化HRB500钢筋的轧制工艺,采用水钢生产的HRB500钢作为实验材料,用Gleeble-1500D热模拟实验机进行了热模拟轧制实验,并对实验后的试样进行了微观组织分析,得到结果：HRB500钢的微观组织为铁素体+珠光体;随着变形温度下降,室温组织逐渐变细,组织更加均匀;在变形后,随终冷温度的下降,钢材的组织几乎不发生变化。

HRB500;钢筋;热模拟实验;轧钢

1 引言

HRB500钢筋是GB 1499.2-2007国家标准中屈服强度级别为500 MPa的高强度钢筋。为了降低生产成本,通常采用提高碳含量、降低硅锰含量、钒微合金化[1-4]、轧后穿水冷却[5]的方法使钢筋的性能满足国家标准和用户使用要求,同时对钢中的C、Si、Mn、V元素进行窄成分控制,尤其是缩小C的波动范围,使钢材的性能稳定。水钢采用了钒微合金化加控轧控冷的方法生产HRB500钢筋,为了优化钢筋的控轧、控冷工艺,在实验室采用Gleeble-1500D热模拟试验机对HRB500钒微合金钢筋的轧制工艺进行了热模拟试验,并对试验后的试样进行微观组织分析,以便为工艺优化提供指导。

2 实验材料

实验材料是水钢生产的φ25 mm HRB500钒微合金化带肋螺纹钢筋。热模拟试样为φ10 mm×12 mm的圆柱体。为了减少试样端面与压头之间的摩擦,两端均进行了机械抛光。

水钢生产φ25 mm HRB500钢筋的工艺是：高炉铁水→100 t顶底复吹转炉冶炼(单渣法高拉碳出钢,终点钢水C≥0.15%,出钢温度1650～1690℃)→挡渣出钢→脱氧合金化(合金加入顺序是硅锰铁→增碳剂→硅铁→硅铝钙钡复合脱氧剂)→钢包底吹氩气(吹氩时间≥5.5 min,出吹氩站钢水温度1605～1565℃)→六机六流方坯连铸(方坯断面160 mm×160 mm,拉坯速度2.0～3.0 m/min,中间包钢水温度1515～1530℃,中间包液面高度700 mm,大包到中间包和中间包到结晶器都采用长套管输送钢流,整个浇注过程钢流与空气隔绝,铸坯矫直温度950～1050℃)→铸坯精整→铸坯加热(按炉组坯,加热炉温度控制：加热段(炉膛测温)1100～1150℃、均热段(炉膛测温)1080～1130℃,出炉钢坯表面温度990～1030℃,开轧钢坯表面温度980～1020℃;钢坯加热均匀,钢坯头、中、尾温差≤50℃,加热过程中防止钢坯出现过热、过烧等现象,炉内为微还原性气氛;若停轧时间在30 min以上立即降温到900℃保温→棒材轧制→水冷(轧后钢筋进水冷温度是900℃,出水冷温度是650℃)→上冷床(钢筋上冷床温度675～700℃)→打捆→入库。根据GB 1499.2-2007国家标准的规定,结合水钢的具体工艺实践,确定HRB500钢的内控化学成分(熔炼分析)见表1,通过过程工艺参数的控制,使钢筋的性能达到GB 1499.2-2007国家标准的要求。本试验采用的钢筋样品的熔炼化学成分和力学性能见表2。

表1 HRB500钢筋的内控成分(%)

表2 钢筋试样的熔炼化学成分和力学性能

从表2可知,HRB500钢筋样品中含有0.056%的钒。由于HRB500钢筋中的微合金元素钒是以钒氮合金的形式加入,故钢中的氮元素含量为0.0103%。

3 实验方法

采用热压缩试验法。试验工艺为：

(1)先将试样以10℃/s的加热速度加热到1100℃,保温10 min,然后以2℃/s的冷却速度分别降温到1000℃、950℃、900℃以及850℃,在这四个温度下5秒钟压缩变形35%,即压缩至7.8 mm,然后空冷到室温,通过该工艺试验得出晶粒细化的最佳变形温度;

(2)以10℃/s的加热速度将圆柱体试样加热到1100℃,保温10 min,以2℃/s的冷却速度冷却到试验(1)得到的理想温度(850℃)然后5秒钟压缩变形35%,形变后冷却速度控制在5℃/s,分别将试样冷却到840℃、830℃、820℃和810℃,然后空冷至室温,通过该工艺试验研究热变形后不同的终冷温度对组织的影响。

4 实验结果及分析

热变形过程中Gleeble-1500D试验机自动记录变形应力—应变曲线见图1所示,850℃、900℃、950℃以及1000℃下变形抗力分别为：175.8 MPa、108.9 MPa、97.6 MPa和85.4 MPa。

图1 热压缩应力—应变曲线

对不同热压缩变形温度变形后的试样进行了金相组织观察,图2(a)～(d)所示为不同温度下变形后空冷到室温的组织。由图2可知,材料在不同的变形温度下得到的室温组织均为铁素体加珠光体,且其晶粒大小显著不同。随着变形温度由1000℃降低到850℃,室温组织明显逐渐变细,组织更加均匀。所以选择850℃作为理想的变形温度,然后进行冷却工艺试验。

图2 热压缩试验后的金相组织

图3(a)～(d)表示,在850℃最佳温度下变形,不同终冷温度对组织的影响,控制冷却速度为5℃/ s,材料在终冷温度由840℃降低到810℃其组织变化不明显。

从以上试验结果来看,钢筋的组织随着最终变形温度的降低而细化,当热压缩温度为850℃时,其晶粒度已达到11级,这对于提高钢筋的力学性能是有利的。试验所用的钢筋样品为HRB500钒微合金化钢,当终轧温度降低到850℃左右时,钒的碳氮化合物已析出,使钢筋的变形抗力增加,同时细化了组织。但考虑到生产现场轧机的能力,所以对钒微合金化的钢筋,终轧温度控制在900℃左右。如采用V-Nb复合微合金化,终轧温度还可以提高,因为Nb的第二相析出物的析出温度更高。

图3 不同终冷温度的金相组织

5 结论

通过对0.25%C-0.59%Si-1.53%Mn-0.056% V的HRB500钒微合金化钢的热模拟试验和室温下的微观组织分析,可知：

(1)钢筋的室温组织为铁素体+珠光体;

(2)当压下率为35%,随着变形温度从1000℃下降到850℃,室温组织明显逐渐变细,组织更加均匀,所以850℃是理想的变形温度;

(3)在850℃最佳温度变形后,终冷温度由840℃降低到810℃,钢材的组织变化不明显。

[1] 李 璟,范银平,田晓霞.HRB500高强带肋钢筋研发与实践[J].河南冶金,2012,20(5)：19-20,35.

[2] 王学忠,刘佩明,穆国栋,等.HRB500钢筋的研制与生产分析[J].山东冶金,2005,27(2)：20-22.

[3] 完卫国,郭 湛,吴科成,等.马钢热轧带肋钢筋的生产与研究[J].江西冶金,2010,30(4)：4-7,31.

[4] 孟庆宇.西钢HRB500钢筋的工艺开发与实践[J].黑龙江冶金,2012,32(1)：48-49.

[5] 赵文成,赵素华,魏焕君,等.HRB400钢筋穿水工艺及其对组织和性能的影响[J].热加工工艺,2009,38 (20)：143-145.

Study on Thermal Simulative Rolling Experiment of HRB500

HU Youhong,WU Congying,XIE Xiang,LIU Lide,LI Yi,GAO Changyi
(Shuicheng Iron and Steel(Group)Co.,Ltd.,Liupanshui 553028,Guizhou,China)

In order to optimize rolling process of vanadium micro-alloyed HRB500 steel bar,we use HRB500 steel produced in Shuigang as experimental material,do thermal simulative rolling experiment by Gleeble-1500D machine,analyze microstructure of sample after experiment and obtain results：the microstructure of HRB500 steel is ferrite and pearite;the microstructure at room temperature gradually becomes small and homogeneous as deformation temperature decreases;after the sample is deformed,the microstructure almost doesn’t change as final cooling temperature decreases.

HRB500,steel bar,thermal simulative experiment,steel rolling

TG335.6

A

1001-5108(2017)04-0014-03

胡友红,工程师,主要从事炼钢技术研究、棒线材产品开发。