鈮在鋼控軋控冷工藝中微合金化作用

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1、鋸在鋼控軋控冷工藝中微合金化作用［摘要］本文主要介紹規(guī)的強化原理、鋸在鋼中微合金化中應用，通過控軋控冷工藝改善鋸在鋼中的分布來提高鋸的性能，以及當今世界規(guī)鋼的情況及生產(chǎn)規(guī)鋼應用的新工藝。［關(guān)鍵詞］控軋控冷；視鋼；強化；工藝；1.前言目前我國熱軋鋼筋的消費量已達5000余萬噸，相對于發(fā)達國家鋼筋以400N/mm2以上強度級別應用為主的局面，我國仍以335N/mm2級別的熱軋鋼筋為主。近年來，隨著建筑結(jié)構(gòu)施工規(guī)范GB50010的修訂執(zhí)行HRB400熱軋鋼筋將逐步成為我國鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用主導鋼鐵材料，該級別鋼筋使用比例是逐年上升的趨勢。建設(shè)部2002年4月正式發(fā)布新的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》后，建筑用

2、鋼的產(chǎn)品升級換代不斷加快，HRB400熱軋鋼筋的主導鋼種20MnSiV的必需原料V-Fe,VN合金價格大幅上漲，導致生產(chǎn)成本顯著升高，急需開發(fā)新的生產(chǎn)工藝和替代鋼種。世界范圍內(nèi)的鋼筋標準中，ISO標準、西歐等國鋼筋標準是以軋后余熱處理工藝為基礎(chǔ)的，而在我國，軋后余熱處理鋼筋的生產(chǎn)使用受到各種限制，因此高強度級別鋼筋生產(chǎn)基本以微合金化為主，在所有的微合金化方式中，以V微合金化最適合長型材生產(chǎn)工藝要求。微合金化元素的應用較多地集中在Nb、V、Ti三大主要微合金元素，其中對Nb元素的研究應用較多地集中在扁平材上。與V元素相比Nb析出物的溶入溫度較高，因此要求相對高的工藝加熱溫度，同時Nb微合金化技術(shù)

3、的應用在于Nb的碳氮化物對再結(jié)晶的阻滯作用，以此來實現(xiàn)非再結(jié)晶軋制，而長型材生產(chǎn)本身具有的高溫快軋的特點在現(xiàn)有生產(chǎn)線上較難實現(xiàn)非再結(jié)晶軋制。雖然Nb的碳氮化物的析出強化作用較V的沉淀強化弱，但是利用Nh的沉淀強化和組織強化作用，也可作為HRB400熱軋鋼筋生產(chǎn)的微合金化方式。上世紀末，國內(nèi)開始超細晶碳素鋼筋的研究工作。通過在臨界奧氏體區(qū)終軋誘發(fā)鐵素體相變和鐵素體動態(tài)再結(jié)晶，將晶粒細化至微米尺度，實現(xiàn)用普碳鋼生產(chǎn)HRB400鋼筋，材料成本低，具有經(jīng)濟效益顯著和廣闊的發(fā)展前景。該工藝的實現(xiàn)要求機組間、道次間及軋后具有控冷手段。由于終軋溫度低，變形抗力大，需提高精軋機組尤其是成品軋機、電機能力，改造

4、工作較大。產(chǎn)品缺少相應的技術(shù)標準和規(guī)范，推廣條件欠成熟。近兩年，“863”項目500MPa碳素鋼筋課題組提出了復合強化和適宜晶粒度的技術(shù)思路，利用現(xiàn)代軋機高應變速率下的累積變形，結(jié)合軋后控制冷卻，開發(fā)了用20MnSi生產(chǎn)HRB400的新工藝，在萍鄉(xiāng)等企業(yè)等到應用。不同于余熱處理工藝，該工藝鋼筋返紅溫度在再結(jié)晶溫度以上，晶粒等級約10級，據(jù)報道無時效傾向、焊接性能良好。由于該技術(shù)要求成分范圍窄，冶煉難度增加。上世紀八十年代，國內(nèi)發(fā)展了Nb微合金化技術(shù)，開發(fā)了橋梁用鋼、管線鋼、壓力容器、工程機械用鋼等產(chǎn)品。Nb微合金化技術(shù)要求嚴格的控軋控冷制度，集中應用在扁平材尖端產(chǎn)品，在長型材上應用起步較晚。近

5、年來，國內(nèi)冶金企業(yè)相繼開始開發(fā)生產(chǎn)Nb微合金化HRB400熱軋鋼筋，展示了Nb微合金化鋼筋的優(yōu)異性能和巨大的經(jīng)濟效益，積累了生產(chǎn)經(jīng)驗，但普遍存在性能不穩(wěn)定的生產(chǎn)實際。試驗研究證實Nb微合金化鋼筋無時效、應變時效傾向，焊接性能滿足現(xiàn)場焊接工藝要求。鋼筋的組織為鐵素體+珠光體+少量貝氏體，鐵素體晶粒度等級8.5-9.5級，較20MnSi略高，表明強化以沉淀強化為主，未能發(fā)揮Nb細晶強化作用。Nb的細晶強化需采用非再結(jié)晶軋制，由于棒材機組通常不具備機組間冷卻手段，無法控制終軋溫度，不能實現(xiàn)非再結(jié)晶軋制。首鋼在含Nb鋼筋的生產(chǎn)中采用軋后水冷，獲得了10級鐵素體晶粒,成分設(shè)計較其它廠家Nb含量低，顯示了

6、控軋控冷技術(shù)的經(jīng)濟效益和技術(shù)優(yōu)勢，Nb在鋼筋中的應用將推動長型材產(chǎn)品控軋控冷技術(shù)的發(fā)展，由于國際市場Fe-Nb合金供貨渠道穩(wěn)定，在長期時間內(nèi),Fe-Nb價格相對較為穩(wěn)定，這就為鋸微合金化鋼筋的研制開發(fā)創(chuàng)造了市場條件。1.研究內(nèi)容(1)利用光學顯微鏡、透射電鏡等手段，分析含Nb鋼筋的熱軋組織、Nb(CN)沉淀的數(shù)量、形貌及分布，認真分析、研究了鋸強化機理機制，微合金化工藝技術(shù)方案，連鑄坯冷卻制度、方坯加熱制度、軋制制度和冷卻制度等軋制工藝制度，制定合理可行的試驗工藝方案。在試生產(chǎn)中不斷優(yōu)化工藝，生產(chǎn)出滿足標準要求的產(chǎn)品。(1)在分析Nb的強韌化機理、含Nb鋼的生產(chǎn)技術(shù)以及HRB335熱軋鋼筋性能

7、狀況的基礎(chǔ)上，采用適當控制C、Mn含量和Nb微合金化技術(shù)，利用C、Mn的固溶強化和Nh的沉淀強化，開發(fā)了Nb微合金化熱軋鋼筋生產(chǎn)技術(shù)。針對含鋸鋼鑄坯橫裂傾向大、屈服點不明顯等特點，通過優(yōu)化工藝，保證工藝穩(wěn)定。產(chǎn)品無時效傾向，應變時效傾向小于HRB335,焊接性能優(yōu)異，力學完全符合GB1499-1998抗震鋼筋標準要求。1.規(guī)在鋼材微合金化中作用Ti、V、Nb處在元素周期表中4-5周期的IV-V族，