一种高强钢筋冷却路径的控制方法与流程

本发明属于热轧钢筋冷却工艺技术领域，特别是提供了一种高强钢筋冷却路径的控制方法。

背景技术：

长期以来，我国的棒线材产量占钢铁产品总产量一直处于40％-50％之间。2018年，我国钢材产量达11亿吨，其中钢筋的产量就达2亿吨，占比约18.9％。gb/t1499.2-2018《钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋》于2018年11月1日正式实施以来，新标准对热轧钢筋的成分-组织-性能提出了更高的要求，主要难点在于热轧后钢筋基圆上不允许出现封闭环状回火马氏体组织，在金相组织中细晶粒组织或快冷造成的不封闭环时，边部与心部的维氏硬度差值≤40hv。

热轧钢筋传统冷却路径主要以大冷速、长时间冷却为主要方式，很难满足新国标对金相组织的严格要求，目前高强热轧钢筋的冷却路径主要以空冷为主，为保证满足国标要求，只能提高合金加入量，产品成本大大增加，严重影响企业利润空间。

发明专利201910804154.9，一种低成本热轧700mpa级热轧高强抗震钢筋及其制备方法，描述的是700mpa钢筋生产全流程，冷却路径采用小冷速的空冷路径。发明专利201811522467.7，一种hrb500e高强度抗震钢筋的生产方法，描述的是500mpa钢筋生产全流程，冷却路径采用大冷速的分段穿水冷却路径。

国内其他专利没有针对高强钢筋不同冷速冷却路径组合冷却方式的详细描述。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高强钢筋冷却路径的控制方法，通过大冷速水冷和小冷速水雾冷却两种不同冷却路径相结合的方式，对热轧钢筋进行控制冷却，能避免单一冷却方式的诸多弊端，有效的控制钢筋微观组织形貌，加快心部冷却速度，整体细化晶粒，提高微合金利用效率，改善珠光体组织片层间距，在满足新国标国家标准gb/t1499.2-2018要求的前提下，减少合金含量，降低生产成本。

本发明包含高强钢筋在冷却过程中，按不同冷却速度和冷却时间对钢筋成品组织性能的不同影响进行优化。冷钢坯规格在150×150～180×180mm²，加热炉气温度应控制在1080～1140℃，保温时间80～100min，可有效控制奥氏体晶粒长大，开轧温度控制在1050℃～1080℃。

本发明用大冷度和小冷速相配合的多组冷却单元冷却，大冷速冷却主要以水冷为主要冷却单元，每组大冷速冷却单元长度为3～5m，压力0.4～1.5mpa，小冷速冷却主要以水雾为主要冷却单元，每组小冷速冷却单元长度为4～8m，压力0.5～1.0mpa；

两种冷却单元按照交替的方式进行布置，即“大冷速-小冷速-大冷速……”的交替布置模式，每个“大冷速-小冷速”两个冷却设备为1个冷却周期，重复3～5个冷却周期，最终达到控制目标温度。

大冷速冷却单元冷却速度范围最优应控制在15～25℃/s，迅速降低钢筋表面温度；小冷速冷却单元冷却速度范围最优应控制在5～15℃/s，稳定钢筋表面冷却温度。

轧后总冷却时间2～3s，即钢筋穿过冷却单元时间，上冷床目标温度控制在820～950℃。

必要轧后冷却线长度21～60m，适用于老旧产线设备升级，改造费用小。

现有钢筋轧后冷却控制路径主要有以下几种方式：采用大冷速，长时间冷却路径时，上冷床温度＜500℃，可大量降低合金含量并显著提高高强钢筋力学性能，但在钢筋基圆上易出现环状回火马氏体组织；采用大冷速，短时间冷却路径时，上冷床温度＜700℃，可适当降低合金含量，但终冷温度容易波动，在钢筋基圆上易出现回火索氏体或其他异常组织，钢筋易出现扭曲或变形；采用小冷速，长时间冷却路径时，上冷床温度＞1000℃，可适当降低合金含量，但由于冷速较慢，铁素体生长时间变长，相变结束时获得粗大的铁素体，同样也会得到片层间距加厚的珠光体，从而降低钢筋力学性能。

所以，本发明提出，有效的高强钢筋冷却路径应采用大冷度和小冷速相组合的多组冷却单元冷却，大冷速冷却主要以水冷为主要冷却单元，每组大冷速冷却单元不宜过长，最优为3～5m，压力0.4～1.5mpa，对钢筋表面进行快速冷却，产生钢筋表面与中心的温度差，而后进入小冷速冷却单元，小冷速冷却主要以水雾为主要冷却单元，最优为4～8m，压力0.5～1.0mpa，该冷却单元主要以雾化方式冷却，利用汽化潜热迅速带走钢筋心部传导至表面的热量，稳定钢筋冷却温度，在钢筋内外温度趋于一致后，迅速进入大冷速冷却区间，进行第二次表面大冷速冷却，重复3～5个冷却周期，最终达到控制的目标温度，这种冷却路径称为“呼吸式冷却路径”。

该路径可以有效的对钢筋整体温度进行精准控制，加快心部冷却速度，细化心部晶粒，对于加入v、nb等合金的高强钢筋，可以加快合金氮化物的析出，提高合金利用率。根据不同牌号、规格、合金含量的钢筋合理的选择冷却速度，大冷速冷却单元冷却速度最优应控制在15～25℃/s，小冷速冷却单元冷却速度最优应控制在5～15℃/s，总冷却时间2～3s，上冷床目标温度控制在820～950℃。

该冷却控制路径具有以下优点：

1、大冷速冷却单元可以有效的控制晶粒长大，使边部晶粒细化，小冷速稳温冷却可以使钢筋进行一定的回火处理，确保钢筋边部不出现马氏体等异常组织。

2、小冷速稳温区间可以延长微合金在析出最优温度的析出时间，提高微合金利用效率，并延长碳化物固溶状态，发挥固溶强化作用，改善珠光体组织片层间距和形貌，从而达到提高力学性能，降低合金含量目的。

3、大冷度和小冷速相配合的多组冷却单元冷却控制路径，可以有效的缩短冷却线整体长度，对于老旧生产线冷却线长度短的钢厂具有很高的实用价值。

附图说明

图1为本发明“呼吸式冷却路径”示意图。

图2为本发明实施例中制备的hrb400e钢筋基圆图。

图3为本发明实施例中制备的hrb400e钢筋边部微观金相组织图。

具体实施方式

以hrb400e为例，生产的高强钢筋，按重量百分比，包括如下组分：

成分控制：

其余为fe，控制杂质含量：p≤0.045％，s≤0.045％。铸坯截面规格：160×160mm²，轧制速度：12m/s，开轧温度：1040℃左右。

轧后冷却路径采用大冷速水冷和小冷速水雾冷却单元交替布置模式，大冷却冷却单元长度4m，小冷速水雾冷却单元长度5m，一共布置6组，按照大冷速-小冷速-大冷速-小冷速-大冷速-小冷速方式布置，共27m，大冷速冷却速度约为22℃/s，小冷速冷却速度约为12℃/s，总冷却时间约为2.5s，上冷床目标温度控制在870℃左右。

产品性能：

边部晶粒度＞10级，心部晶粒度＞9级，基圆未出现异常回火组织，微观组织为珠光体和铁素体，满足新国标要求。