熱軋鋼筋的分段階梯型冷卻控制氧化鐵皮結構的方法技術

一種熱軋鋼筋的分段階梯型冷卻控制氧化鐵皮結構的方法，屬于軋鋼技術領域。通過軋制和冷卻工藝的優化來獲得致密的氧化鐵皮結構，以解決軋后強穿水工藝生產的鋼筋在大氣中的銹蝕速度和銹蝕程度嚴重的問題，達到一段時間內緩解生銹的目標。采用本發明專利技術的分段階梯型冷卻工藝及氧化鐵皮結構控制方法，可以取代傳統的穿水冷卻工藝，使典型規格Φ20～25mm熱軋HRB400級鋼筋的力學性能滿足GB1499.2-2007的各項技術指標要求，同時所有采用分段階梯型冷卻工藝的熱軋高強度鋼筋，上冷床均未出現表面紅色Fe2O3銹層。SEM分析表明氧化鐵皮厚度在10～30μm。試樣經露天放置1個月后銹蝕面積比傳統強穿水工藝的銹蝕面積減少50％。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于軋鋼
，特別是涉及一種熱軋鋼筋的分段階梯型冷卻控制氧化鐵皮結構的方法。
技術介紹
目前國內熱軋帶肋鋼筋的生產工藝基本分為兩個類型，一個是傳統的熱軋后自然冷卻生產工藝，另一個是熱軋后強穿水冷卻工藝，前者需要在鋼筋中添加一定量的強化合金元素，其帶肋鋼筋的抗銹蝕性較好，但合金成本較高；后一種工藝生產的鋼筋，節約了合金成本，合金添加量大幅減少，但是存在的馬氏體環焊接軟化和穿水后表面紅銹的問題，其抗銹蝕性能差，已經嚴重影響后續的使用，用戶甚至提出退貨或者降價銷售的要求，尤其是出口國外的鋼筋對表面質量要求更嚴格。針對困擾企業的鋼筋軋后強穿水后的銹蝕問題，國內外主要是在穿水鋼筋外面增加覆蓋層，包括金屬鍍層、鈍化層、化學轉化層、磷化、有機涂層等。由于綜合考慮性價比，大多采用新型的冷卻工藝方法、在線噴涂防銹劑和阻銹劑來抑制穿水鋼筋表面紅銹的生成。一些企業積極的探索研究在線或離線對鋼筋表面噴涂防銹劑的技術，這些技術由于不成熟、不實用、投入改造成本高或造成環境污染等原因沒有被行業認可和推廣使用。由于國內鋼筋主要以焊接為主，重點工程及大中型工程都嚴格要求不允許出現馬氏體組織。穿水冷卻工藝造成的表層馬氏體環和表面紅色銹層問題一直未得到解決，成為困擾我國熱軋高強度鋼筋性能質量的重大技術障礙，迫切需要一種適合熱軋高強度鋼筋均勻強化的新型冷卻技術，可以在避免淬火馬氏體環出現的前提下，獲得所需的力學性能，同時防止鋼筋表面紅銹的形成。鋼鐵研究總院研究團隊通過鋼筋氧化鐵皮結構控制技術獲得了良好的耐大氣腐蝕效果。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種熱軋鋼筋的分段階梯型冷卻控制氧化鐵皮結構的方法，通過軋制和冷卻工藝的優化來獲得致密的氧化鐵皮結構，以解決軋后強穿水工藝生產的鋼筋在大氣中的銹蝕速度和銹蝕程度嚴重的問題，達到一段時間內(銷售周期內)緩解生銹的目標。本專利技術既保證了帶肋鋼筋的力學性能，又避免了傳統軋后強穿水冷卻工藝對鋼筋表面氧化鐵皮層的破壞，改善了熱軋鋼筋的抗銹蝕性能。為達到上述目的，工藝及控制的技術參數如下：(1)所述鋼筋化學成分的重量百分比為C：0.20％-0.25％，Si：0.30％-0.60％，Mn：0.90％-1.40％，V：0-0.02％，Cr：0-0.25％，P≤0.035％，S≤0.040％，其余為鐵及不可避免的雜質。(2)冶煉連鑄工藝為常規工藝，主要是控制成分和夾雜物，為軋制提供符合國標要求的合格連鑄坯；(3)軋鋼生產，鋼坯加熱溫度為1100℃-1150℃，鋼坯出爐溫度為1050℃-1100℃，開軋溫度為1000℃-1080℃，終軋溫度為1000℃-1050℃；(4)終軋后鋼筋以10m/s～15m/s速度運行并且對溫度在1000℃以上的鋼筋表面進行快速冷卻處理，即Vcooling≥100℃/s；采用快冷-返溫-快冷-返溫循環的分段階梯型控制冷卻方法，獲得降溫-返溫的優化冷卻路徑，使高溫高速運行著的鋼筋在1s至3s內通過水和水霧混合組成的冷卻段時，利用水的蒸發帶走大量汽化潛熱，從而快速冷卻后返溫至目標溫度600～980℃；根據用戶對組織、力學性能以及緩生銹的需求，軋后冷卻過程中同時施行氧化鐵皮結構控制工藝。(5)氧化鐵皮結構控制工藝：應用分段階梯型冷卻工藝控制表面和心部最大溫差為200～400℃；氧化鐵皮厚度均勻控制在10～30μm；氧化鐵皮結構是一定比例的FeO+20～50％Fe3O4；在冷卻過程中改善表面氧化皮的組成和結構的同時，保證結構的致密完整性。氧化鐵皮結構控制工藝主要技術關鍵如下：(a)縮小表面和心部的溫差：分段階梯型冷卻工藝控制表面和心部最大溫差為200～400℃，遠低于穿水冷卻溫差(500～700℃)，且溫降過程不是一次性冷卻完成的，而是通過小范圍內不斷降溫-返溫-降溫-返溫的衰減式鋸齒形冷卻過程來逐步縮小表面和心部的溫差，從而實現材料的整體降溫，使得表面與心部的顯微組織更加細小均勻；(b)提高氧化鐵皮厚度和組成：氧化鐵皮厚度均勻控制在10～30μm；氧化鐵皮結構是一定比例的FeO+20～50％Fe3O4。采取降低水汽壓力、高速氣流層內提高換熱效率、破壞蒸汽膜、調整氧分壓等措施，提高氧化鐵皮中Fe3O4的比例，避免Fe2O3的生成或者減少其生成量，改善表面氧化鐵皮形貌及結構；(c)保證氧化鐵皮的致密性和完整性：外層生成FeO+Fe3O4的氧化鐵皮，減小打擊壓力和熱應力造成的氧化鐵皮破壞程度，保證氧化鐵皮的完整性，最終獲得要求的氧化鐵皮表面形貌和外層結構來達到延緩生銹的目的。(d)控制FeO的共析反應程度：當溫度下降到570℃以下時，在貧氧區形成了單質Fe晶核，同時在富氧區出現Fe3O4的形核，二者共同形成一個共析反應產物的晶核。共析反應產物的晶核形成后繼續長大，最后形成了片層狀的Fe3O4/Fe共析轉變產物，破壞了結構的完整性。當控制鋼筋表面不發生先共析轉變和共析轉變，就能獲得較好的耐大氣腐蝕效果。(e)冷卻后上冷床返溫溫度的控制：通過控制分段階梯型冷卻工藝，可以實現表面溫度的柔性化控制，根據用戶對顯微組織的要求(是否允許出現回火索氏體環)，控制鋼筋表面返溫溫度在600～980℃范圍內，實現組織多樣化控制；本專利技術的優點及創新點在于：(1)在原有熱軋帶肋鋼筋HRB335成分的基礎上，優化了C、Si、Mn、V合金元素的加入量，大幅減少了Mn、V合金元素的加入量，合金成本大幅降低；(2)通過控制分段階梯型冷卻工藝，實現降溫-返溫-降溫-返溫循環的冷卻過程，用小范圍內不斷降溫-返溫-降溫-返溫的衰減式鋸齒形冷卻方式，來代替常規穿水工藝的一次性冷卻方式，逐步縮小表面和心部的溫差；(3)通過采取分段階梯型冷卻優化工藝，提高高速氣流層內的換熱效率、打破蒸汽膜、控制表面不發生先共析轉變和共析轉變等措施，使得鋼筋氧化鐵皮厚度在10～30μm；同時提高氧化鐵皮中Fe3O4的比例，獲得20～50％Fe3O4，改善表面氧化鐵皮的形貌、結構和完整性，實現在銷售周期內延緩生銹和改善顯微組織結構的目標。(4)表面溫度的柔性化控制：根據用戶對顯微組織的要求，控制表面返溫溫度在600～980℃范圍內，獲得GB1499.2-2007所需的各項技術指標要求，同時實現鋼筋的低成本強化和延緩生銹。附圖說明圖1是本專利技術的分段階梯型冷卻工藝不同冷卻時間表面和心部的實測溫降曲線圖。圖2是實施例1中熱軋鋼筋的從邊部到心部的顯微組織(上冷床溫度620℃)圖。圖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種熱軋鋼筋的分段階梯型冷卻控制氧化鐵皮結構的方法，其特征在于：所述的熱軋鋼筋化學成分的重量百分比為C：0.20％?0.25％，Si：0.30％?0.60％，Mn：0.90％?1.40％，V：0?0.02％，Cr：0?0.25％，P≤0.035％，S≤0.040％，其余為鐵及不可避免的雜質；分段階梯型冷卻控制的技術參數如下：(1)軋鋼生產，冶煉連鑄坯加熱溫度為1100℃?1150℃，鋼坯出爐溫度為1050℃?1100℃，開軋溫度為1000℃?1050℃，終軋溫度為900℃?1000℃；(2)終軋后鋼筋以10m/s～15m/s速度運行并且對溫度在1000℃以上的鋼筋表面進行快速冷卻處理，即Vcooling≥100℃/s；采用快冷?返溫?快冷?返溫循環的分段階梯型控制冷卻方法，獲得降溫?返溫的冷卻路徑，使高溫高速運行著的鋼筋在1s至3s內通過水和水霧混合組成的冷卻段時，利用水的蒸發帶走大量汽化潛熱，從而快速冷卻后返溫至目標溫度600～980℃；根據用戶對組織、力學性能以及緩生銹的需求，軋后冷卻過程中同時施行氧化鐵皮結構控制工藝；(3)氧化鐵皮結構控制工藝：應用分段階梯型冷卻工藝控制表面和心部最大溫差為200～400℃；氧化鐵皮厚度均勻控制在10～30μm；氧化鐵皮結構是一定比例的FeO+20～50％Fe3O4；在冷卻過程中改善表面氧化皮的組成和結構的同時，保證結構的致密完整性。...

【技術特征摘要】
1.一種熱軋鋼筋的分段階梯型冷卻控制氧化鐵皮結構的方法，其特征在于：
所述的熱軋鋼筋化學成分的重量百分比為C：0.20％-0.25％，Si：0.30％-0.60％，
Mn：0.90％-1.40％，V：0-0.02％，Cr：0-0.25％，P≤0.035％，S≤0.040％，其余為
鐵及不可避免的雜質；分段階梯型冷卻控制的技術參數如下：
(1)軋鋼生產，冶煉連鑄坯加熱溫度為1100℃-1150℃，鋼坯出爐溫度為1050℃
-1100℃，開軋溫度為1000℃-1050℃，終軋溫度為900℃-1000℃；
(2)終軋后鋼筋以10m/s～15m/s速度運行并且對溫度在1000℃以上的鋼筋表面進
行快速冷卻處理，即Vco...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王衛衛，李光瀛，肖金福，張江玲，白宇，
申請(專利權)人：鋼鐵研究總院，
類型：發明
國別省市：北京;11