生产工艺对直条螺纹钢综合性能的影响研究

2021-05-20付成辉

中国金属通报 2021年4期

付成辉

（萍乡萍钢安源钢铁有限公司，江西萍乡 337000）

直条螺纹钢生产中，会出现冷弯断裂、坯断裂等质量问题，上述质量问题，需要对钢材中的各种成分进行分析，以便找出引发质量问题的原因。现阶段钢材生产期间，会使用较多的工艺技术，包括轧后余热处理工艺、细晶粒生产工艺以及无孔型轧制技术。分析不同生产工艺对综合性能产生的影响，为直条螺纹钢生产提供参考依据。

1 直条螺纹钢存在的质量问题

1.1 冷弯断裂

以某企业生产的螺纹钢为例，该钢材的直径为25mm，进行弯钩处理过程中，会出现断裂的情况。采用随机抽检的方式，对钢材进行冷弯实验，发现冷弯断裂的概率较低。但是分析出现冷弯断裂的钢材过程中，钢材具有脆断性特点。对脆断性的钢材进行弯钩处理，公司生产的螺纹钢最大尺寸∮40mm，坯料为170×170×9000mm，断裂情况较为明显，使用直径为85毫米的钢筋，未出现断裂情况。

1.2 坯断裂

钢材出现坯断裂问题时，主要钢材出现摔断的情况，检查摔断的钢筋，发现钢筋的主坯断裂，但是钢筋的外表未出现断裂情况。

2 直条螺纹钢检验结果分析

在分析引发断裂问题的原因过程中，采用光谱分析方法，检测钢筋中的化学成分，根据化学成分，冷弯断裂与化学成分存在密切的关系。采用拉伸实验的方式，对比钢筋产生的变化，在进行反复拉伸过程中，钢筋初始的状态与拉伸后的状态，未出现明显的变化。在对钢筋中的夹杂成分进行分析时，夹杂成分是由其它物质组成，根据晶粒度会确定夹杂物质在钢筋中的含量。

表1 钢坯的化学成分

表2 力学性能

在分析坯断裂原因过程中，将钢坯的规格定位170mm、170mm和9000mm。工作人员现场察看钢坯的断裂情况，发现钢坯存在较为明显的疏松状态，同时在端口位置出现较多的白臼点。在分析钢材中的成分过程中，采用截面切割取样的方式，配合使用光谱法进行分析，发现钢坯中夹杂的成分较多。

在上述断裂原因分析过程中，产品冷弯裂断原因主要是成分偏析较大。采用不同的生产工艺，会使钢材的综合性能发生变化。如使用氩站工艺，钢筋的规格为170mm、170mm以及9000mm，吹氩时间为12分钟，进气温度为1623℃，出气温度为1609℃，温度的变化，会使钢筋中的物质合成以及成分占比发生变化。

使用连铸工艺时，在不同的温度下，将拉速和生产时间控制在合理的范围内，其中化学成分会出现相应的变化，如C含量由原来的0.1469变化为0.2164，C含量的变化会使综合性能发生调整。

使用试样低倍和光谱等方法进行分析，钢材的中心偏杆，会由于工艺的变化产生较大的差异。在光谱分析过程中，钢材中的化学元素含量，会在不同的工艺中成分变化较大，如钢筋出现较为明显的脆断情况，导致钢筋的屈服强度、抗拉强度以及延伸率等无法满足使用标准。

3 直条螺纹钢生产工艺流程

3.1 生产工艺

螺纹钢生产工艺流程如下，一是高炉铁水，二是转炉，三是炉外精炼，四是方坯连铸，五是定尺切割，六是入库，七是轧钢加热炉，八是棒材轧机，九是空轧控冷，十是冷床，十一是定尺剪切，十二是收集打捆，十三是沉重，十四是挂牌入库。

在上述生产流程中，会将钢材通过三个生产区域，首先为炼铁区域，然后是主炼钢区域，最后是精加工区域。在炼铁区域内，将铁矿石、焦炭等物质放入到热炉中，经过高温冶炼，会出现生铁，将生铁转移至主炼钢区域。在主炼钢区域，使用转炉等设备进行生产，在转炉内会吹送氧气，以便去除其它成分，在高温的作用下，生铁由固态转变为液态，使用精炼法可以提升铁水的质量，配合使用氩气搅拌铁水，然后进行脱硫、脱氧等操作，会使铁水生成为合金。将合金进行固化、拉流以及切割等操作，会成为方坯，将方坯转移至精加工区域。在精加工区域，使用连铸机进行深加工，通过考试温度以及操作轧机，会将方坯生成不同规格的螺纹钢。现阶段采用棒材轧制的方法，该方法会提升轧制的精度，并且调整轧制温度，使生产出钢筋规格精度较高，并且满足市场中对合金钢和碳钢的需求。在最后的生产区域内，会将方坯放入到步进式加热炉内，经过粗轧机、中轧机、精轧机、冷水装置以及冷床等装置，形成的钢材，再次进行冷剪操作，最终形成螺纹钢。

3.2 生产工艺特点

螺纹钢在生产过程中，提升螺纹钢的综合性能，会以提升力学性能为主，力学性能与生产工艺和化学成分存在密切的关系。许多企业使用典型生产工艺，典型生产工艺具有多种特点，首先是按照国家相关规定进行生产，使螺纹钢符合使用标准。在冶炼期间，钢材中的各种物质相互融合，会增强钢材的力学性能。在炉外处理钢材期间，使用精炼法会提升生产质量，有助于提升钢材的力学性能。在电炉内进行钢材生产，无需通过还原期，既能缩短冶炼时间，还能提升生产效率。此外配合使用低温轧制技术，会优化螺纹钢的综合性能。螺纹钢作为一种断面型钢，外部尺寸与孔型设计有关。许多企业在生产期间，使用典型生产工艺，在获得较高成材率的同时，还能严格控制钢材的尺寸精度，整个生产过程简单高效。

4 生产工艺技术

4.1 轧后余热处理工艺

钢材完成轧后处理后，会放置在冷却水箱中，钢材经过低温快速冷却，使钢材表面产生淬火马氏体，在钢材的内部会产生奥氏体。在钢材从冷却水箱中取出，钢材的热量会由内部向外消散，消散过程会使钢材表面重新出现燃烧的情况，称为马氏体回火。将钢材放置在冷床上，钢材会从内部温度不断降低，使钢材内部的奥氏体出现变化，在变化中生成珠光体。在向钢材中加入合金元素，使钢材中的合金，经过余热进行淬炼，钢材中合金使元素的含量减少，有效降低钢材的生产成本，并且会减少不合格的钢材数量。如果出现不合格的钢材，采用冷却强度的方式，使钢材满足使用标准。使用该技术，会有效控制生产成本，并且整个生产过程操作简单。与国外应用的程度相比，我国应用范围较小，主要与我国建筑规范存在关系。

4.2 细晶粒钢筋生产工艺

应用细晶粒钢筋生产工艺，要求使用的设备和生产量不会发生变化，整个生产期间不会使用低温轧制方法。在生产中会使用棒线轧机，经过高速搅动会使钢筋出现变形，在变形不断积累过程中，产生的应变会提升轧制质量。使用快速冷却法，降低钢材的温度，在降低的温度下，有效抑制硬化奥氏体出现结晶的情况。奥氏体会增强钢材的硬化状态，有效增强钢材的综合性能。在应用该生产工艺期间，无需向钢材中加入合金物质，有效降低生产成本。企业使用现有的设备，调整电机功率和轧制强度，即可快速进行钢材的生产。在对钢筋进行冷却操作期间，整个冷却强度和时间，均会按照综合性能要求调整，使设备无需进行大范围的调整，有助于降低设备的调整费用。在生产中使用的条件较少，并且生产过程较为安全，完全符合各个企业的生产要求。

4.3 无孔型轧制技术

在孔型发生变化过程中，根据孔型调整加工方向，会使钢材出现较为严重的变形情况。针对孔型轧制技术存在的缺点，采用无孔型轧制技术，将原有的轧辊方式调整为平辊方式，平辊方式会使钢材与孔型侧壁发生分离，有助于降低轧制设承受的应力，在生产中会提升轧制质量。在螺纹钢生产中使用无孔型轧制技术，即便钢材自身存在缺陷，该技术会使钢材的形状更加均衡，表面发生的变化较少，有效避免裂缝的产生。在无孔型轧制技术应用期间，由于与孔型侧壁不会参与到轧制中，会使钢材表面形成的氧化铁出现脱离的情况，从而提升钢材的表面质量。在应用无孔型轧制技术期间，成材率和生产效率，不会受到坯料的情况影响，整个轧制过程会体现出适应性强的特点。此外不同规格的钢材，在生产中使用的坯料存在较大出差异，仍可以使用无孔型轧制技术。

5 生产工艺对综合性能产生的影响

5.1 力学性能分析

在螺纹钢生产过程中，分析螺纹钢的基本组织，在钢材中含有较多的铁元素，同时混有珠光体，但是珠光体会影响钢材的综合性能，尤其是晶体的规格、分布特点等，会使综合性能产生较大的变化。在相同的生产工艺中，珠光体含量不断增加，晶体强化后会增强钢材的抗拉强度，同时钢材的屈服强度也会不断提升，钢材的伸长率会受到限制，但是仍满足国家的相关标准。在生产中使用超快速冷区工艺，在对钢材进行处理过程中，螺纹钢中的晶体组织出现不断细化的情况，晶体组织在分布中会呈现出更加均匀的状态。在分析刚辞的力学性能过程中，屈服强度会超过470MPa，抗拉强度会超过620MPa，伸长率会超过16%。

5.2 温度影响

螺纹钢在进行力学检测过程中，整体强度体现出较弱的情况，主要是钢材中的晶体组织规格较大，是由于轧制期间温度较高，使晶体组织呈现出较强的热运动状态，进而受到温度的应你想昂，会使钢材的力学性能发生变化，极大的影响钢材的综合性能。使钢材的力学性能保持在稳定状态，应增加温度的调整，通过控制温度以及加热时间，即可避免由于高温影响钢材的力学性能，从而提升螺纹钢的成材率。