隨著中國(guó)進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展時(shí)代，鋼鐵行業(yè)逐漸從擴(kuò)大產(chǎn)能，發(fā)展到以追求高質(zhì)量產(chǎn)品為目標(biāo)。其中建筑用鋼筋作為國(guó)內(nèi)目前產(chǎn)量與用量最大的品種，關(guān)乎于民生大計(jì)，國(guó)家對(duì)建筑用鋼筋要求也越來(lái)越高，HRB400E鋼筋以其更高的強(qiáng)度、更好的抗震性以及良好的加工性與可焊性，逐漸取代HRB335成為主流的建筑用鋼[1?2]。自新國(guó)標(biāo)（GB/T 1499.2—2018）發(fā)布以來(lái)，市場(chǎng)對(duì)HRB400E鋼筋的金相組織、力學(xué)性能、重量偏差等均提出了更高的要求[3?4]。
在最新的鋼材控制技術(shù)研究中，晶粒超細(xì)化成為重點(diǎn)研究方向，如何實(shí)現(xiàn)在奧氏體低溫區(qū)通過(guò)誘導(dǎo)鐵素體相變來(lái)細(xì)化晶粒，是得到超細(xì)晶鋼的重要途徑之一[5?8]。為尋求一種適合22螺HRB400E鋼筋生產(chǎn)的工藝方案，福建三鋼集團(tuán)與鋼鐵研究總院合作，從生產(chǎn)線實(shí)際情況出發(fā)，通過(guò)機(jī)理研究與現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合的方式，獲得了適合22螺HRB400E鋼筋生產(chǎn)的低溫軋制工藝方案，并成功在大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用。該工藝在保證成品各項(xiàng)指標(biāo)均滿足國(guó)標(biāo)要求的前提下，通過(guò)減少合金元素的添加量，達(dá)到降低工序成本、節(jié)約社會(huì)資源的目的。
1. 控制軋制、控制冷卻工藝機(jī)理研究
1.1 工藝特點(diǎn)
控制軋制是通過(guò)對(duì)軋件的變形、加熱和溫度的控制，使固態(tài)相變相與熱塑性變形結(jié)合，細(xì)化微觀晶粒，得到具有良好綜合性能鋼材的過(guò)程。主要控制方式為控制軋制工藝參數(shù)，將鋼坯在奧氏體區(qū)內(nèi)進(jìn)行軋制，細(xì)化鐵素體晶粒和縮小珠光體團(tuán)塊尺寸，使得鋼材具有高韌性、高強(qiáng)度和良好的加工性能[9]。
控制冷卻主要是控制軋件的軋后冷卻速度，使鋼材的性能與組織得到改善。主要控制方式為通過(guò)控制軋制后冷卻速度，阻礙鐵素體晶粒長(zhǎng)大、減少高溫下碳化物的析出、提高析出強(qiáng)化作用，得到細(xì)化的鐵素體晶粒，縮小珠光體片層間距，得到了理想的性能與組織的鋼材[10]。
1.2 工藝參數(shù)控制特點(diǎn)
與普通熱軋工藝不同，控制軋制與控制冷卻在實(shí)際生產(chǎn)控制中具有如下特點(diǎn)：
（1）加熱制度與溫度的控制。加熱制度與溫度取決于鋼材的性能要求，對(duì)于追求超細(xì)的晶粒、高韌性的鋼材，一般來(lái)說(shuō)其加熱溫度控制在1000~1150 °C[11]。
（2）控制終軋道次軋制溫度。一般來(lái)說(shuō)，控制終軋道次的軋制溫度在奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變溫度（Ar3）附近，有時(shí)也控制在（γ+α）兩相區(qū)內(nèi)[12?13]。
（3）要求軋件在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)變形量充足。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼要求通過(guò)多道次累積塑性變形的方式使奧氏體發(fā)生再結(jié)晶，微合金鋼要求一半以上的軋制變形量在≤950 °C時(shí)進(jìn)行[14]。
（4）為得到理想的顯微組織，對(duì)于軋制后的鋼材冷卻速率、軋后快冷初溫、快冷終溫要加強(qiáng)控制。通常軋后冷卻速度要求第一階段要大，而第二階段則根據(jù)追求的性能不同靈活控制。
2. 生產(chǎn)試驗(yàn)
2.1 生產(chǎn)線情況簡(jiǎn)介
三鋼棒材廠一棒線為一條大規(guī)格高速棒材生產(chǎn)線，軋區(qū)共有20架軋機(jī)，采用了鋼坯無(wú)頭焊接（Endless welding rolling, EWR）技術(shù)。鋼坯自加熱爐出爐后，移動(dòng)焊機(jī)把相鄰兩支鋼坯首尾焊接在一起，再經(jīng)過(guò)去毛刺機(jī)處理毛刺后，進(jìn)入粗軋連軋機(jī)組進(jìn)軋制，從而實(shí)現(xiàn)鋼坯無(wú)頭焊接軋制。其中粗、中、預(yù)精軋為18架短應(yīng)力軋機(jī)，呈平立交替布置，精軋機(jī)組由19#、20#兩臺(tái)懸臂輥式軋機(jī)組成。在預(yù)精軋與精軋機(jī)組間，留有約100 m的距離并設(shè)置兩組水箱，用于生產(chǎn)?18~25 mm規(guī)格鋼筋時(shí)控冷降溫及回復(fù)均溫；精軋機(jī)組后設(shè)置兩組水箱，用于軋后控制冷卻。主要產(chǎn)品為?18~40 mm HRB400E鋼筋，目前年產(chǎn)量已達(dá)106 t[15?19]。
2.2 試驗(yàn)材料
采用160 mm×160 mm×12000 mm的連鑄方坯作為本次試驗(yàn)的試驗(yàn)材料，型號(hào)為HRB400VN2，其主要成分如下表所示：
2.3 試驗(yàn)方案
為保證成品能充分滿足新國(guó)標(biāo)要求，同時(shí)生產(chǎn)工藝、設(shè)備良好運(yùn)行。三鋼棒材廠一棒線從實(shí)際情況出發(fā)，結(jié)合冷卻機(jī)理分析，提出了4個(gè)不同的試驗(yàn)方案，試驗(yàn)主旨為探究在其他條件相同的情況下，不同溫度梯度的控軋控冷工藝對(duì)HRB400E鋼筋力學(xué)性能、顯微組織等方面的影響，開(kāi)軋溫度為1030±20 °C，詳細(xì)工藝數(shù)據(jù)見(jiàn)表2：
3. 試驗(yàn)結(jié)果分析及討論
3.1 力學(xué)性能
本次試驗(yàn)主要針對(duì)HRB400E鋼筋力學(xué)性能的關(guān)鍵性指標(biāo)：屈服強(qiáng)度（ReL）、抗拉強(qiáng)度（Rm）、屈強(qiáng)比（Rm/ReL）和最大力總伸長(zhǎng)率（Agt）進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)及分析，詳細(xì)數(shù)據(jù)比對(duì)分析如下：
（1）屈服強(qiáng)度，ReL
如圖1所示，采用普通熱軋工藝的方案一有47個(gè)樣本屈服強(qiáng)度性能低于國(guó)標(biāo)、三鋼內(nèi)控要求，采用控軋控冷工藝的方案二、方案三、方案四屈服強(qiáng)度性均能達(dá)到國(guó)標(biāo)和三鋼內(nèi)控的要求，同時(shí)具有一定的富余量；在這4種方案中，方案四的性能富余量最大。
