阅读说明：本技术 一种提高钢筋强度及其断裂韧性的热轧工艺 (Hot rolling process for improving strength and fracture toughness of steel bar ) 是由 赵小军 刘芳 马正洪 于 2020-05-22 设计创作，主要内容包括：本发明属于炼钢技术领域,涉及一种提高钢筋强度及其断裂韧性的热轧工艺；设计钢坯的组分,然后将钢坯送入加热炉加热；粗轧之前开启高压水除磷；粗轧3～6个道次；再进行精轧,精轧前配有穿水冷却装置,采用KOCKS三辊减定径机组轧制,盘卷冷却,卷取后缓慢冷却；精轧过后的钢筋进行预水冷,冷却表面温度在表面的奥氏体短时间内会发生相变；其余部分快速返红仍保持奥氏体组织；在空冷过程中,首先析出V的析出物,钉扎住奥氏体晶界,阻止晶粒长大,之后到达相变点,从表层到芯部先后进行了奥氏体向铁素体和珠光体的转变,形成高强度的细晶组织,最后收集打捆；本发明工艺能提高钢筋性能和稳定性,使得钢筋的强度级别、韧性级别均大幅度提高。(The invention belongs to the technical field of steel making, and relates to a hot rolling process for improving the strength and the fracture toughness of a steel bar; designing components of a steel billet, and then conveying the steel billet into a heating furnace for heating; starting high-pressure water to remove phosphorus before rough rolling; rough rolling for 3-6 passes; performing finish rolling, wherein a water cooling device is arranged before finish rolling, a KOCKS three-roller reducing sizing mill set is adopted for rolling, coiling and cooling are performed, and the coiling and cooling are performed slowly; pre-cooling the finish-rolled steel bar by water, wherein the surface temperature of the steel bar is cooled to generate phase change in austenite on the surface in a short time; the other part is rapidly reddened and still keeps the austenite structure; in the air cooling process, firstly precipitating V precipitates, pinning austenite crystal boundaries, preventing grains from growing up, then reaching a phase transformation point, sequentially carrying out transformation from austenite to ferrite and pearlite from a surface layer to a core part to form a high-strength fine crystal structure, and finally collecting and bundling; the process can improve the performance and stability of the steel bar, and greatly improve the strength grade and the toughness grade of the steel bar.)

一种提高钢筋强度及其断裂韧性的热轧工艺

技术领域

本发明属于炼钢技术领域，具体涉及一种提高钢筋强度及其断裂韧性的热轧工艺。

背景技术

中国已迈入中高速发展的新常态，钢筋消费的最大市场，在钢材生产和消费总量中，建筑钢筋占有很大比重，随着建筑业的迅速发展，对热轧钢筋性能的要求越来越高；近年来倡导建筑业绿色化发展，为节约钢材，提高建筑结构的安全性，对钢筋的强度和韧性的需求更高。

目前国内生产钢筋的工艺，一般是通过加入大量微量合金元素，比如利用V元素在钢中形成和析出的碳氮化物，起到沉淀析出强化和细化晶粒的作用，从而进一步提高钢的强度；但是通常钢的强度和韧性是一对矛盾体；在提高钢筋强度的同时，往往造成断裂韧性的恶化。

因此，如何控制提高钢铁的强度，同时改善其断裂韧性，是钢材批量生产过程中亟待解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的技术缺陷，提供一种集操作简单、且能提高钢筋强度及其断裂韧性的热轧工艺。

为了实现以上目的，本发明提高钢筋强度及其断裂韧性的热轧工艺，包括以下步骤：

(1)钢坯的各化学成分重量百分比如下，C：0.03～0.15％、Si：0.25～0.45％、Mn：1.4～1.5％、V：0.01～0.05％、Nb：0.015～0.025％、Cr：0.10～0.20％，B：0.001～0.0015％、Ti：0.001～0.005％、S≤0.025％、P≤0.03％，余量是Fe和不可避免的杂质；

(2)将步骤(1)的钢坯送入加热炉，预热段800～900℃，开轧温度为1050～1080℃，均热段炉温为1150～1800℃，总加热时长80～85分钟；

(3)粗轧：粗轧之前开启高压水除磷；在速度为0.8～1.1m/s的轧制条件下粗轧3～6个道次，控制终轧温度为950～960℃，并控制压下率；

(4)精轧：精轧前配有穿水冷却装置，控制进KOCKS的温度，采用KOCKS三辊减定径机组轧制，盘卷冷却，卷取后采用缓慢冷却的方式进行冷却；所述精轧变形量控制为≤30％，

(5)精轧过后的钢筋进行预水冷，冷却表面温度至一定温度，使得在表面的奥氏体短时间内会发生相变；其余部分快速返红至900℃以上，仍保持奥氏体组织；在之后的空冷过程中，首先析出V的析出物，钉扎住奥氏体晶界，阻止晶粒长大，之后到达相变点，从表层到芯部先后进行了奥氏体向铁素体和珠光体的转变，实现钢筋强度及其断裂韧性的提高，最后收集打捆。

优选的，步骤(1)中，所述热压炉采用高效步进梁式加热炉，由工业微机和PLC构成控制系统，能根据设定参数实现自动燃烧。

优选的，步骤(3)中，所述除磷压力为16～18MPa。

优选的，步骤(3)中，所述压下率控制在40％以下；所述粗轧轧制中前2个道次的压延相比后续道次的压延要小。

优选的，步骤(4)中，所述进KOCKS温度为900～920℃；所述的精轧机组的终轧速度为8～10m/s，控制轧制速度，避免速度过快导致轧件表面质量和结构强度出现问题。

优选的，步骤(4)中，所述缓慢冷却是冷却水对成卷进行3-5min的冷却。

优选的，步骤(5)中，所述冷却表面温度至一定温度为550～580℃。

本发明的优点和技术效果是：

(1)本发明通过轧钢工序控制开轧温度、终轧温度、轧制速度、轧制道次和时间及轧后的快速冷却控冷，即可充分发挥Nb、B微合金强化作用和控冷细晶强化双重作用，使钢筋强度明显提高，同时保持较好的塑韧性；同时，在精轧之后的空冷过程中，首先析出V的析出物，钉扎住奥氏体晶界，阻止晶粒长大，之后到达相变点，从表层到芯部先后进行了奥氏体向铁素体和珠光体的转变，形成高强度的细晶组织。

(2)本发明采用KOCKS轧机，将机架导卫的装配、辊环导卫的更换准备以及轧辊和导卫的调整等均移至线下完成，减少轧线停机时间，提高产线运转率；采用高效步进梁式加热炉，由工业微机和PLC构成控制系统，能根据设定参数实现自动燃烧，具有生产操作灵活、钢坯加热均匀、氧化烧损少和节能等优点。

(3)本发明由于对开轧温度、精轧温度和精轧变形量、轧后较小冷却强度的快速冷却工艺进行了组合控制，所以与单纯依靠轧后较小冷却强度的快速冷却的工艺相比，本发明工艺提高性能、保证性能的稳定性、强度级别、韧性级别均大幅度提高；同时，延伸率更高、冲击性能更好，从而降低了在严酷的变形负荷下钢材因塑性变形而断裂的可能性。

具体实施方式

以下结合实例对本发明进行详细描述，但本发明不局限于这些实施例。

实施例1：

(1)钢坯的各化学成分重量百分比如下，C：0.03％、Si：0.45％、Mn：1.5％、V：0.01％、Nb：0.015％、Cr：0.12％、B：0.001％、Ti：0.005％、S≤0.025％、P≤0.03％，余量是Fe和不可避免的杂质；

(2)将步骤(1)的钢坯送入加热炉，预热段800℃，使钢坯开轧温度为1080℃，均热段炉温为1150℃，加热80分钟；

(3)粗轧：粗轧之前开启高压水除磷，除磷压力为18MPa；在速度为1.1m/s的轧制条件下粗轧6个道次，控制终轧温度为950℃；粗轧轧制中前2个道次的压延要较小，并控制压下率在40％以下；

(4)精轧：精轧前配有穿水冷却装置，控制进KOCKS的温度为900℃，采用KOCKS三辊减定径机组轧制，精轧机组的终轧速度为9m/s；盘卷冷却，卷取后采用缓慢冷却的方式进行3min的冷却；所述精轧变形量控制为≤30％，

(5)精轧过后的钢筋进行预水冷，冷却表面温度为580℃，使得在表面的奥氏体短时间内会发生相变；其余部分快速返红至900℃以上，仍保持奥氏体组织；在之后的空冷过程中，首先析出V的析出物，钉扎住奥氏体晶界，阻止晶粒长大，之后到达相变点，从表层到芯部先后进行了奥氏体向铁素体和珠光体的转变，形成高强度的细晶组织，实现钢筋强度及其断裂韧性的提高，最后收集打捆。

实施例2：

(1)钢坯的各化学成分重量百分比如下，C：0.065％、Si：0.25％、Mn：1.4％、V：0.03％、Nb：0.02％、Cr：0.1％，B：0.0015％、Ti：0.002％、S≤0.025％、P≤0.03％，余量是Fe和不可避免的杂质；

(2)将步骤(1)的钢坯送入加热炉，预热段820℃，使钢坯开轧温度为1060℃，均热段炉温为1250℃，加热82分钟；

(3)粗轧：粗轧之前开启高压水除磷，除磷压力为18MPa；在速度为1m/s的轧制条件下粗轧6个道次，控制终轧温度为960℃；粗轧轧制中前2个道次的压延要较小，并控制压下率在40％以下；

(4)精轧：精轧前配有穿水冷却装置，控制进KOCKS的温度为920℃，采用KOCKS三辊减定径机组轧制，精轧机组的终轧速度为10m/s；盘卷冷却，卷取后采用缓慢冷却的方式进行3min的冷却；所述精轧变形量控制为≤30％，

(5)精轧过后的钢筋进行预水冷，冷却表面温度为560℃，使得在表面的奥氏体短时间内会发生相变；其余部分快速返红至900℃以上，仍保持奥氏体组织；在之后的空冷过程中，首先析出V的析出物，钉扎住奥氏体晶界，阻止晶粒长大，之后到达相变点，从表层到芯部先后进行了奥氏体向铁素体和珠光体的转变，形成高强度的细晶组织，实现钢筋强度及其断裂韧性的提高，最后收集打捆。

实施例3：

(1)钢坯的各化学成分重量百分比如下，C：0.15％、Si：0.4％、Mn：1.5％、V：0.05％、Nb：0.025％、Cr：0.2％、B：0.001～0.0015％、Ti：0.001％、S≤0.025％、P≤0.03％，余量是Fe和不可避免的杂质；

(2)将步骤(1)的钢坯送入加热炉，预热段900℃，使钢坯开轧温度为1050℃，均热段炉温为1800℃，加热85分钟；

(3)粗轧：粗轧之前开启高压水除磷，除磷压力为16MPa；在速度为0.8m/s的轧制条件下粗轧3个道次，控制终轧温度为960℃；粗轧轧制中前2个道次的压延要较小，并控制压下率在40％以下；

(4)精轧：精轧前配有穿水冷却装置，控制进KOCKS的温度为900℃，采用KOCKS三辊减定径机组轧制，精轧机组的终轧速度为8m/s；盘卷冷却，卷取后采用缓慢冷却的方式进行5min的冷却；所述精轧变形量控制为≤30％，

(5)精轧过后的钢筋进行预水冷，冷却表面温度为550℃，使得在表面的奥氏体短时间内会发生相变；其余部分快速返红至900℃以上，仍保持奥氏体组织；在之后的空冷过程中，首先析出V的析出物，钉扎住奥氏体晶界，阻止晶粒长大，之后到达相变点，从表层到芯部先后进行了奥氏体向铁素体和珠光体的转变，形成高强度的细晶组织，实现钢筋强度及其断裂韧性的提高，最后收集打捆。

此外，通过实施例1至实施例3获得的产品在室温下性能测试，包括屈服强度、抗拉强度、延伸率和冲击功，详见表1。

表1为性能测试结果

通过表1可以看出，基于本发明的工艺制备的钢筋屈服强度≥560MPa，抗拉强度≥710MPa，延伸率≥26％，冲击功≥126J，强度级别、韧性级别均大幅度提高；同时，延伸率更高、冲击性能更好，从而降低了在严酷的变形负荷下钢筋因塑性变形而断裂的可能性，具有良好的应用前景。

说明：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。