專利名稱：基于控制終軋后奧氏體應(yīng)變積累的熱軋帶肋鋼筋生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高強(qiáng)度節(jié)能型建筑鋼材的生產(chǎn)技術(shù)，特別是通過形變誘發(fā)相變細(xì)化晶粒和冷卻速度控制鋼筋表面微觀結(jié)構(gòu)的方法達(dá)到要求力學(xué)性能的工藝技術(shù)。
背景技術(shù)：
熱軋帶肋鋼筋為工程建筑中混凝土結(jié)構(gòu)體廣泛應(yīng)用的鋼材，在混凝土中主要承受拉應(yīng)力。帶肋鋼筋由于肋的作用，和混凝土有較大的黏結(jié)能力，因而能更好地承受外力的作用。帶肋鋼筋廣泛用于橋梁、房屋、道路等土建工程建設(shè)，隨著這些行業(yè)的發(fā)展對帶肋鋼筋需求量很大并且產(chǎn)品的性能提出更高的要求。為了使帶肋鋼筋達(dá)到所要求的強(qiáng)度，在傳統(tǒng)工藝中往往通過軋后穿水冷卻使表層形成馬氏體組織從而達(dá)到要求的高強(qiáng)度。但是根據(jù) 2007年頒布的國家標(biāo)準(zhǔn)GB 1499. 2-2007，為了保證鋼筋的焊接和焊縫性能，規(guī)定普通熱軋鋼筋基圓上不得出現(xiàn)回火馬氏體組織。根據(jù)這樣的要求，對穿水帶肋鋼筋的控制軋制和控制冷卻提出了新的要求和困難。如果軋后鋼筋不進(jìn)行穿水冷卻，鋼筋表層將形成鐵素體和珠光體組織，與中心的組織組成相和晶粒尺寸不會形成本質(zhì)的差別，生產(chǎn)的鋼筋不能達(dá)到國標(biāo)和用戶對鋼筋強(qiáng)度的要求。而如果進(jìn)行穿水冷卻，往往會形成馬氏體組織，在冷床回溫形成回火馬氏體，不能滿足用戶要求。即使調(diào)整穿水的強(qiáng)度，避免了馬氏體的形成，雖然相變溫度的降低可以部分細(xì)化鐵素體晶粒，但仍然不能滿足強(qiáng)度的要求。因此為了取得熱軋帶肋鋼筋的綜合力學(xué)性能和組織的要求，必須采用控制軋制實(shí)現(xiàn)應(yīng)變誘發(fā)相變和控制冷卻抑制再結(jié)晶和高溫相變的方法是表層取得明顯細(xì)化的鐵素體組織來實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度熱軋帶肋鋼筋的綜合力學(xué)性能。雖然200810233733. 4專利中提出了熱軋帶肋鋼筋的制備方法，但是權(quán)利要求1_A 是熱軋帶肋鋼筋的常規(guī)成分和生產(chǎn)工藝，熱軋中沒有對終軋道次的應(yīng)變積累提出具體要求，也未對帶肋鋼筋的晶粒尺寸給出具體指標(biāo)；專利200810124722. 2專利中對熱軋帶勒鋼筋的控軋控冷提出了低溫軋制的方法，給出的軋制溫度明顯低于本發(fā)明，低溫軋制有利于晶粒細(xì)化但在工藝實(shí)現(xiàn)上由于設(shè)備條件限制有一定困難，對冷卻強(qiáng)度和最終產(chǎn)品晶粒尺寸未給出具體指標(biāo)；200610125347. 4和201010183312. 2專利主要涉及的是帶肋鋼筋的成分設(shè)計，對控軋控冷和表層鐵素體晶粒的細(xì)化未作規(guī)定。在本發(fā)明中將控制終軋道次的形變溫度和應(yīng)變速度以及壓下量取得應(yīng)變誘發(fā)相變要求的應(yīng)變積累配合以從終軋到穿水的冷卻時間和穿水冷卻強(qiáng)度細(xì)化表層的鐵素體晶粒達(dá)到4-7微米，是一種生產(chǎn)高強(qiáng)度無回火馬氏體的熱軋帶肋鋼筋的先進(jìn)的工藝技術(shù)，具有顯著的技術(shù)創(chuàng)新性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明根據(jù)新國家標(biāo)準(zhǔn)對熱軋帶肋鋼筋的表層組織的要求，提出了一種熱軋帶肋鋼筋的生產(chǎn)技術(shù)。利用控制軋制實(shí)現(xiàn)應(yīng)變誘發(fā)相變和快速冷卻低溫轉(zhuǎn)變來獲得表層細(xì)化的鐵素體晶粒尺寸，使鐵素體晶粒尺寸明顯小于心部而取得良好的綜合力學(xué)性能和焊接性能，在不出現(xiàn)表層馬氏體組織的條件下，達(dá)到高強(qiáng)度帶肋鋼筋的強(qiáng)度要求，并使塑性和焊接CN 102586563 A
性有所改善。本發(fā)明基于細(xì)化晶粒的應(yīng)變誘發(fā)相變和低溫轉(zhuǎn)變的材料學(xué)原理，其技術(shù)關(guān)鍵在于(I)提出了利用控制終軋形變溫度和應(yīng)變速度控制奧氏體的動態(tài)再結(jié)晶臨界應(yīng)變。根據(jù)現(xiàn)場的生產(chǎn)條件，奧氏體的動態(tài)再結(jié)晶臨界應(yīng)變可以通過終軋溫度和應(yīng)變速度進(jìn)行計算如下Z = exp {Q / RT)ε c = O. 0291η Ζ-0. 598其中 為應(yīng)變速度，Q為形變激活能，約300000J/mol，R = 8. 31J/molK為氣體常數(shù)， T形變溫度，單位為K。在奧氏體動態(tài)再結(jié)晶臨界應(yīng)變的80%至99%的基礎(chǔ)上控制整個精軋過程中各道次的形變溫度和應(yīng)變量，保證精軋之后的奧氏體應(yīng)變積累盡可能大但小于動態(tài)再結(jié)晶臨界應(yīng)變，達(dá)到奧氏體具有較高位錯密度的目的，促進(jìn)鐵素體的應(yīng)變誘發(fā)相變?nèi)〉脴O細(xì)的晶粒尺寸。其中各道次軋制后應(yīng)變積累的計算為
j >sJ=^i-YjSlSl
i=\ /=1其中，ε j為第j道次軋制后的應(yīng)變總累計，ε ^為從1，2··· j道次的應(yīng)變積累，Si 為各道次的軟化分?jǐn)?shù)。其中各道次的應(yīng)變積累根據(jù)棒材的我壓縮比進(jìn)行計算。軟化分?jǐn)?shù)的計算利用 Avarami方程計算S= 1-exp (-a(t/t0 5)b)；其中t為再結(jié)晶時間(秒)， 0'5 =add;exp(~^),
Kl其中a= O. 693, b = 1，c = 2· 3 X KT1 (秒)，e = _2 為材料常數(shù)。d0 =-2. 5 (微米)為奧氏體晶粒尺寸，Q = 23000J/mol為再結(jié)晶激活能。R為氣體常數(shù)，T為再結(jié)晶溫度 (K)0(2)為保證冷卻過程中不發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶，因此從終軋到穿水冷卻需要較快的冷卻速度，冷卻的時間不超過I秒。同時較快的冷卻速度保證了相變可以具有較大的過冷度， 轉(zhuǎn)變溫度的降低可以獲得細(xì)化的鐵素體晶粒尺寸；(3)為了保證低溫轉(zhuǎn)變，冷卻強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)成品的成分和規(guī)格進(jìn)行調(diào)整，其技術(shù)要點(diǎn)在于冷卻強(qiáng)度一方面保證鐵素體轉(zhuǎn)變溫度較低，轉(zhuǎn)變前不發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶，另一方面保證冷卻強(qiáng)度不至于超過臨界冷卻速度而形成表層的馬氏體。冷卻強(qiáng)度的調(diào)整可以用棒材進(jìn)入冷床的表面回溫溫度來確定，生產(chǎn)時，鋼筋進(jìn)入冷床的表面回溫溫度應(yīng)不低于800°C。經(jīng)過本發(fā)明的工藝技術(shù)生產(chǎn)的熱軋帶肋鋼筋，其特征表現(xiàn)為，表層組織應(yīng)由明顯細(xì)化的鐵素體構(gòu)成，表層鐵素體晶粒尺寸與中心相比，約為中心鐵素體晶粒尺寸的1/2至 2/3，大約在4-8微米。表層不出現(xiàn)回火馬氏體微觀結(jié)構(gòu)。生產(chǎn)的帶肋鋼筋產(chǎn)品其屈服強(qiáng)度為500MPa-600MPa，抗拉強(qiáng)度達(dá)到650MPa_850MPa，伸長率達(dá)到15-30%。熱軋帶肋鋼筋的成分和生產(chǎn)工藝按照常規(guī)的熱軋穿水帶肋鋼筋生產(chǎn)，即連鑄，加熱，熱軋和穿水冷卻生產(chǎn)帶肋鋼筋。
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本發(fā)明屬于新型節(jié)能型建筑用鋼材的生產(chǎn)工藝技術(shù)。利用連鑄坯生產(chǎn)技術(shù)，通過加熱，軋制和冷卻等常規(guī)生產(chǎn)過程生產(chǎn)公稱直徑為12毫米到40毫米的熱軋帶肋鋼筋。其技術(shù)關(guān)鍵在于通過控制軋制實(shí)現(xiàn)應(yīng)變誘發(fā)相變和控制穿水冷卻工藝的冷卻強(qiáng)度，獲得表層細(xì)晶粒鐵素體，而避免形成傳統(tǒng)穿水帶肋鋼筋表面的回火馬氏體層，取得要求的強(qiáng)度指標(biāo)并改善帶肋鋼筋的塑性和焊接性能。其技術(shù)的特點(diǎn)在于采用控制軋制和控制冷卻強(qiáng)度的方法在不改變工藝裝備的條件下，使表層的鐵素體晶粒明顯小于心部，通過細(xì)化晶粒實(shí)現(xiàn)帶肋鋼筋強(qiáng)度的提高，并配合以塑性和焊接性能的優(yōu)化，提出了一種在新國家標(biāo)準(zhǔn)要求帶肋鋼筋不出現(xiàn)表層回火馬氏體組織的條件下低成本生產(chǎn)高強(qiáng)度帶肋鋼筋的工藝方法，為低成本生產(chǎn)高強(qiáng)度熱軋帶肋鋼筋，擴(kuò)展國內(nèi)應(yīng)用市場提供了一種新的生產(chǎn)工藝技術(shù)。對比現(xiàn)有熱軋穿水帶肋鋼筋的工藝技術(shù)，本發(fā)明提出的工藝綜合了控制軋制技術(shù)和控制冷卻技術(shù)來實(shí)現(xiàn)表層鐵素體晶粒的細(xì)化。通過鐵素體晶粒的有效細(xì)化，在不出現(xiàn)表層馬氏體組織的情況下，通過細(xì)晶強(qiáng)化取得了帶肋鋼筋的高強(qiáng)度要求，并改善了鋼筋的塑性和焊接性能，滿足新國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，擴(kuò)大產(chǎn)品的市場銷量，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一以直徑為16毫米規(guī)格的VN微合金化帶肋鋼筋為例，鋼筋的化學(xué)成分分析(質(zhì)量分?jǐn)?shù))如表I中①。經(jīng)冶煉得到150毫米X 150毫米的連鑄坯。將連鑄坯放入步進(jìn)式加熱爐，在800°C -1200°C加熱I. 2小時出爐，1150°C開始軋制。經(jīng)16道次軋制，得到16毫米直徑的帶肋鋼筋。以最后7個道次(10-16道次)設(shè)計形變溫度和應(yīng)變量來保證奧氏體的積累應(yīng)變。經(jīng)過計算機(jī)輔助設(shè)計模型，設(shè)計的7道次軋制工藝為
權(quán)利要求
1.一種基于控制終軋后奧氏體應(yīng)變積累的熱軋帶肋鋼筋生產(chǎn)方法，其特征在于，控制軋制過程中奧氏體的形變再結(jié)晶行為，使終軋之后奧氏體的形變累積量控制在80% -99% 的奧氏體動態(tài)再結(jié)晶臨界應(yīng)變范圍內(nèi)，并控制軋后穿水冷卻的冷卻強(qiáng)度抑制奧氏體的靜態(tài)再結(jié)晶。
2.如權(quán)利要求I所述的熱軋帶肋鋼筋生產(chǎn)方法，其特征在于，從終軋到達(dá)穿水冷卻開始的時間應(yīng)小于I秒。
3.如權(quán)利要求I所述的熱軋帶肋鋼筋生產(chǎn)方法，其特征在于，終軋后應(yīng)具有足夠的冷卻速度保證不發(fā)生再結(jié)晶過程和抑制高溫轉(zhuǎn)變，同時冷卻強(qiáng)度應(yīng)不致形成表層馬氏體，穿水的強(qiáng)度應(yīng)保證熱軋帶肋鋼筋棒材的表面冷卻速度低于淬火的臨界冷卻速度，具體冷卻強(qiáng)度根據(jù)帶肋鋼筋成分和規(guī)格確定，但棒材在冷床上的回溫溫度應(yīng)達(dá)到800°C以上。
全文摘要
一種基于控制終軋后奧氏體應(yīng)變積累的熱軋帶肋鋼筋生產(chǎn)方法，其特征在于，控制軋制過程中奧氏體的形變再結(jié)晶行為，使終軋之后奧氏體的形變累積量控制在80％-99％的奧氏體動態(tài)再結(jié)晶臨界應(yīng)變范圍內(nèi)，并控制軋后穿水冷卻的冷卻強(qiáng)度抑制奧氏體的靜態(tài)再結(jié)晶。本發(fā)明中將控制終軋道次的形變溫度和應(yīng)變速度以及壓下量取得應(yīng)變誘發(fā)相變要求的應(yīng)變積累配合以從終軋到穿水的冷卻時間和穿水冷卻強(qiáng)度細(xì)化表層的鐵素體晶粒達(dá)到4-7微米，是一種生產(chǎn)高強(qiáng)度無回火馬氏體的熱軋帶肋鋼筋的先進(jìn)的工藝技術(shù)，具有顯著的技術(shù)創(chuàng)新性。
文檔編號C21D8/08GK102586563SQ20121003524
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月16日
發(fā)明者孫維, 完衛(wèi)國, 曹淑敏, 朱國輝, 郭湛, 郭茂忠, 陳其偉, 隋鳳利 申請人:馬鋼(集團(tuán))控股有限公司