連國醜張衛龍
（酒鋼集團翼城鋼鐵公司，山西翼城 043500）
摘要：本文總結分析含鈮鋼軋制∮12規格螺紋鋼生產試驗過程中對產品質量的影響因素，通過試驗對各工藝引數進行優化確定和微穿水軋制，進一步降低合金成本。
關鍵詞：金相組織；無屈服現象；貝氏體；加熱溫度；力學效能。
1 前言
隨著釩氮合金**的持續**，生產螺紋鋼合金成本不斷增加，為此螺紋鋼生產廠家採取鈮微合金化的方式代替釩氮合金來降低合金成本。鈮微合金化生產螺紋鋼在強度方面雖然能達到釩氮合金同樣的效果，但在生產中極易產生屈服不明顯或無屈服平台，抗拉強度偏高，甚至裂斷等質量問題。為此翼鋼公司經過生產試驗，在鋼坯化學成份控制，工藝過程關鍵引數上總結了含鈮鋼生產∮12螺紋鋼的低成本穩定生產工藝。
2 生產試驗
翼鋼公司目前採取購坯軋材和來料加工生產模式，各廠家為了降低合金成本所供鋼坯成份和質量差異較大，為此我們選擇了鋼坯質量穩定，成份控制較好某鋼廠所供鋼坯分別於2023年12月和2023年2月對該鋼坯進行生產試驗。
2.1 第一次生產試驗
2.1.1 化學成份
第一次生產試驗鋼坯成份控制範圍為：
c：0.23-0.25%；si：0.55-0.65%；mn：1.40-1.5%；
nb：0.020-0.025%；ceg：0.47-0.50%。
各爐次化學成份如表1
表 1第一次試驗化學成份
2.1.2 加熱溫度
加熱爐為兩段式蓄熱加熱爐，加熱段溫度控制範圍為1040-1060℃，均熱段溫度控制範圍為1120-1130℃。
2.1.3 穿水後溫度
穿水後溫度為880℃時成品力學效能試驗中屈服強度偏低（δs=405-420mpa，δb=620-635mpa），穿水溫度為770℃成品力學效能在合理區間（δs=430-450mpa，δb=620-640mpa），金相組織如圖1。
圖 1a 巨集觀金相圖 1b 邊緣組織圖 1c 中心組織
圖1為穿水後溫度為770℃時金相組織圖，鋼筋基圓邊緣有明顯的不連續馬氏體組織，中心組織基本為鐵素體+珠光體，同時存在少量貝氏體組織。
2.1.4 試驗結果
本次試驗在穿水溫度較高時鋼筋基圓金相組織滿足國標要求，但力學效能偏低。降低穿水溫度後力學效能控制在合理區間時，金相組織不符合國標要求。經過對不同穿水溫度生產的該規格螺紋鋼進行金相組織檢驗確定，在穿水溫度達到800℃以上時鋼筋基圓回火馬氏體基本消除，金相組織滿足國標要求。
2.2 第二次試驗（2019.2.20）
2.2.1 化學成份
針對第一次試驗時穿水溫度較高，金相組織符合國標要求時力學效能偏低的情況，第二次生產試驗對鋼坯成份作了降錳增鈮的調整，具體控制範圍為：
c：0.22-0.25%；si：0.50-0.55%；mn：1.35-1.45%；
nb：0.025-0.03%；ceg：0.45-0.50%。
各爐次化學成份如表2
2.2.2 加熱溫度
因含鈮鋼軋制∮12螺紋鋼時對加熱溫度非常敏感，本次生產試驗均熱段溫度分兩個溫度段進行控制，加熱段溫度控制範圍均為1040-1060℃，01-03批均熱段溫度控制範圍為1110-1120℃；04-08批均熱段溫度控制在1080-1090℃。
2.2.3 穿水後溫度
穿水後溫度均控制在850℃左右，01-03批次力學實驗過程**現無屈服或屈服不明顯問題，中心金相組織見圖2；04-08批次屈服較好，力學效能在合理區間（δs=435-450mpa，δb=620-645mpa），中心金相組織見圖3。
圖 2a 屈服不明顯圖2b 無屈服點且斷裂
圖2a和圖2b所示組織除鐵素體+珠光體外還存在大量的貝氏體異常組織，尤其是圖2b中貝氏體佔比更多。
圖 3a 屈服平台完好圖 3b 屈服平台完好
圖3a中心組織除鐵素體+珠光體組織外僅有少量貝氏體存在，圖3b中心組織基本為鐵素體+珠光體組織，且組織比較均勻。
2.2.4 試驗結果
本次試驗在該穿水溫度下鋼筋基圓邊緣不存在回火馬氏體，金相組織符合gb1499.2-2018要求。01-03批加熱溫度較高，成品力學試驗過程中無屈服或屈服不明顯，且02批冷彎出現裂斷；04-08批加熱溫度較低，成品力學效能完好，且力學效能值控制在合理區間。
3 結論
為了進一步降低合金成本採取含鈮鋼軋後穿水冷卻工藝，但在實際生產過程中一方面穿水溫度控制過低容易在鋼筋基圓產生回火馬氏體，造成不合格品；另一方面含鈮鋼的成份和加熱溫度控制不當有助於形成異常組織貝氏體，組織中存在大量貝氏體是造成無屈服或屈服不明顯現象直接原因。經過生產試驗對含鈮鋼生產關鍵工藝引數總結如下：
3.1 化學成份
綜合考慮我廠生產條件，確保各項產品質量指標穩定合格，在較低合金成本下生產∮12螺紋鋼含鈮鋼成份控制範圍為：
c：0.22-0.24%； si：0.50-0.60%； mn：1.30-1.40%；
nb：0.025-0.030%； ceq：0.45-0.48%。
3.2 加熱溫度
在同等成份條件下，加熱溫度越高∮12螺紋鋼越有利於產生馬氏體組織，馬氏體佔比達到一定範圍後即出現無屈服現象，且抗拉強度偏高，嚴重者甚至會造成鋼筋裂斷，導致廢品產生。為此軋制含鈮鋼對加熱溫度控制要求嚴格，結合裝置狀況、鋼坯成份和穿水溫度重新制定加熱制度。
在正常生產條件下加熱段溫度控制在1040-1060℃，均熱段溫度控制在1080-1100℃；生產過程**現停軋時及時降低加熱爐均熱段溫度，按規定溫度下限控制；另外鋼坯成份中mn含量過高時適當降低加熱爐均熱段溫度，按規定溫度的下限控制。
3.3 穿水溫度
穿水後鋼筋溫度低於800℃時鋼筋基圓邊緣會形成回火馬氏體，穿水溫度高於800℃時該缺陷基本消失，為此軋後穿水溫度必須控制在820℃以上確保鋼筋金相組織符合國標要求。
另外軋後冷卻速度過快也有利於形成貝氏體組織，故在生產過程中關停冷床冷卻風機，減緩螺紋鋼在冷床上的冷卻速度，減少貝氏體組織。
後續按此工藝進行批量生產∮12螺紋鋼8000餘噸，其金相組織完全符合gb1499.2-2018的要求，且在鋼筋力學試驗過程中未再出現屈服平台不明顯或無屈服平台問題，力學特性值、斷後延伸率均完全在合理區間，拉拔斷口良好，冷彎試驗完好，具備批量生產的工藝條件。
【1】 謝建軍。20mnsi熱軋帶肋鋼筋冷彎脆斷和無屈服點原因研究。物理測試2023年第2期；28-34。
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