棒材低成本强塑化工艺研究

张凯

摘要：随着我国进入高质量发展新时代，现阶段钢铁行业已经从扩大产能，逐步发展到重视控制微合金添加、优化轧制控制手段、增加新型控冷手段等关键技术来保证产品的内在质量[1]。2018年新国标GB/T1499.2-2018实施后，对建筑螺纹钢筋的金相组织、力学性能等提出了更高的要求，螺纹钢的综合质量水平得到了更加有力的保障，原来依托强穿水来提高性能的工艺已经不再适用新国标质量要求。因此，钢企普遍通过增加合金元素的添加量，采用轻穿水或空冷工艺生产来满足金相组织、力学性能等的要求，加大了合金资源消耗，增加了生产成本，也不利于可持续发展。同时不少企业也受轧线老旧、设备能力欠缺、控冷线长度短、控冷手段少等问题的掣肘，因此钢筋生产企业迫切需求开发新型的控冷设备和工艺，来实现低成本强塑化。经深入研究，分段气雾冷却工艺作为一种新的技术手段，能够在满足新国标要求条件下最大限度的降低企业改造成本，提供有效的轧后控冷手段，进一步降低生产成本，为螺纹钢低成本、高性能、高质量生产提供技术参考。

关键词：棒材;低成本

1 气雾冷却工艺强塑化机理分析

气雾冷却工艺主要是通过雾化的水雾颗粒直接喷射到钢材表面后迅速汽化来带走钢材的热量;冷却路径上采用分组分段的阶梯式加速冷却方法，优化冷却路径，控制水雾粒度分布来提高水雾汽化冷却在混合冷却机制中的比例和换热效率，使得钢筋表面冷却过程始终处于目标温度范围内的降温-返温-降温-返温过程中。通过严格控制每段终冷温度在马氏体点温度以上，避免了回火马氏体环的形成，保证了钢筋的可焊性、伸长率、强屈比和抗震性能。

2 试验材料及方法

2.1 试验材料

试验材料采用连铸方坯规格为：160mm×160mm×12000mm;坯料分为HRB400VN和HRB400VN2，化学成分见表1。

2.2 试验方案

为保证HRB400E热轧带肋钢筋产量、质量和设备良好运行，同时成品又满足新国标GB/T1499.2-2018要求。三钢棒材厂二棒材车间在原生产工艺基础上，提出四种试验方案，主要研究相同成分条件下不同冷却工艺对显微组织和力学性能的影响，其中方案一、二采用HRB400VN坯料，方案三、四采用HRB400VN2，开轧温度为（1020±20）℃，对比工艺为轻穿水和气雾冷却工艺，详细工艺数据见表2。

3 试验结果分析及讨论

本次试验四种方案均采集50个样本数，主要针对力学性能的关键性指标（屈服强度Rel、抗拉强度Rm、强屈比Rm/Rel）和横截面显微硬度HV进行比对分析，详细数据比对分析见图2。

如图2（a）所示，四种方案的下屈服强度均满足国标要求，轻穿水工艺的方案一、方案三整体Rel性能波动大，其中方案三部分已经低于内控值;采用气雾冷却工艺的方案二、方案四整体Rel性能波动小，最低值均高于内控，总体优于方案一、方案三。说明在采用相同试验坯料的情况下，气雾冷却工艺对Rel性能强化效果优于轻穿水工艺，且能充分满足生产要求。

如图2（b）所示，四种方案的抗拉服强度均满足国标、内控要求且富余量充足，同时Rm性能波动相差不大;采用气雾冷却工艺的方案二、方案四整体Rm性能波动小，平均值均有所提高，总体优于方案一、方案三。说明在采用相同成分试验坯料的情况下，气雾冷却工艺对Rm性能强化效果优于轻穿水工艺，且能充分满足生产要求。

如图2（c）所示，四种方案的强屈比均满足国标、内控要求且富余量充足，同时Rm/Rel性能波动相差不大。说明采用相同试验坯料的情况下，气雾冷却工艺与轻穿水工艺在Rm/Rel性能强化效果差别不大，均能充分满足生产要求。

如图2（d）所示，方案二、方案四横截面硬度均匀性明显优于方案一、方案三;说明相较于轻穿水工艺，分段气雾冷却的路径优化能够更好的控制截面显微硬度波动≤10HV，且充分满足生产要求。

4 小结

（1）轻穿水和新型气雾冷却工艺钢筋肋部和基圆的组织均为F+P，两种工艺珠光体含量差别不大，但新型气雾冷却工艺能够有效地把珠光体团块尺寸由20μm缩小到10μm;且珠光体片层间距得到细化，有利于綜合性能整体提升。

（2）相同成分条件下，新型气雾冷却工艺对Rel、Rm等关键力学性能指标均有较好的提升，最关键Rel指标极差小，CP值优于轻穿水工艺。

（3）轻穿水和新型气雾冷却工艺横截面显微硬度差值均满足国标GB/T 1499.2-2018要求，新型气雾冷却工艺横截面显微硬度差≤10HV，优于轻穿水工艺≤30HV。

（4）新型气雾冷却工艺与传统轻穿水工艺相比，在坯料成分平均降低0.01%V条件下，Rel为425 MPa～460MPa，平均值439MPa，Rm、Rm/Rel、横截面硬度值等关键性能指标富余量充分，CP值高，能够很好地满足国标条件下的高质量要求。

参考文献

[1]曹树卫.棒线材控制轧制和控制冷却技术的研究与应用[J].河南冶金，2005（03）：23-25+38.

[2]王卫卫，李大亮，周秉国，等.热轧钢筋分段气雾冷却工艺研究[C].第十二届中国钢铁年会论文集-3.轧制与热处理，2019：1-4.

[3]张浩，张光永，潘世群.气雾冷却工艺对HRB400E热轧带肋钢筋性能的影响[J].钢铁研究学报，2014，12（12）：32-35.