金屬加工時(shí)對(duì)脫方HRB400螺紋鋼連鑄坯進(jìn)行控制軋制

對(duì)脫方HRB400螺紋鋼連鑄坯進(jìn)行控制軋制曹志剛1，王建新2（1.新疆八一鋼鐵股份有限公司棒線廠，烏魯木齊830022；2.新疆八一鋼鐵股份有限公司第一煉

鋼廠，烏魯木齊830022）摘要：脫方是小方坯連鑄常見(jiàn)的質(zhì)量缺陷，一般認(rèn)為結(jié)晶器磨損嚴(yán)重，鋼水在結(jié)晶器內(nèi)冷卻不均勻，以及二冷噴嘴狀況不佳，二次冷卻不均勻等是脫方的主要原因。本文分析了新疆八一鋼鐵股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱八鋼）第一煉鋼廠2#連鑄機(jī)HRB400鋼連鑄坯脫方的過(guò)程和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，得出其成因：一是HRB400鋼水過(guò)熱度較高，相比過(guò)熱度較低的HPB300，其坯殼厚度比HPB300的薄。坯殼厚度越薄，出結(jié)晶器后液芯長(zhǎng)度較長(zhǎng)，鑄坯就容易變形，出現(xiàn)脫方的幾率就大。二是噴淋管不能滿足均勻冷卻的要求，增大鑄坯脫方幾率。改進(jìn)措施：1.增大二次冷卻強(qiáng)度;2.縮短弧噴淋管支管。采取上述措施后，脫方廢品率大幅下降。同時(shí)，對(duì)脫方量在允差范圍內(nèi)的小方坯，采用控制軋制，合理控制軋制參數(shù)，改善內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明：通過(guò)控制軋制可以對(duì)脫方較輕鋼坯進(jìn)行糾正，最終獲得較好性能。關(guān)鍵詞：連鑄坯，脫方，二次冷卻強(qiáng)度，控制軋制一般認(rèn)為［1］連鑄坯脫方是因?yàn)榻Y(jié)晶器磨損嚴(yán)重，鋼水在結(jié)晶器內(nèi)不均勻冷卻所致；二冷噴嘴狀況不佳，二次冷卻不均勻?qū)⒓觿∑涿摲匠潭?。多年?lái)，八鋼第一煉鋼廠2#連鑄機(jī)已進(jìn)行了結(jié)晶器、二冷系統(tǒng)等一系列的攻關(guān)改造，脫方廢品率逐漸減低到目前的0.028%左右。對(duì)連鑄坯脫方的攻關(guān)我們始終沒(méi)有停止過(guò)。經(jīng)過(guò)對(duì)2#連鑄機(jī)二冷狀況進(jìn)行分析后，認(rèn)為還是有降低的潛力可挖。本文就2#連鑄機(jī)鑄坯脫方影響因素做進(jìn)一步分析研究，并在八鋼棒線廠從控制軋制方面采取應(yīng)對(duì)措施，取得了明顯的效果。12#連鑄機(jī)生產(chǎn)時(shí)脫方現(xiàn)象及原因分析1.1數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)2010年對(duì)2#連鑄機(jī)脫方廢品量數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，HRB400脫方廢品率為0.317%,比HPB300鋼（0.011%）高得多，詳見(jiàn)表1。表12010年2#連鑄機(jī)脫方統(tǒng)計(jì)鋼種HRB400HPB300其它鋼種合計(jì)2010年產(chǎn)量（t）50135.883740592.44275229.580865957.905脫方廢品量（t）158.8979.60238.49脫方廢品率（%）0.3170.01100.028跟蹤發(fā)現(xiàn)：2#連鑄機(jī)澆鑄HRB400鋼，出現(xiàn)脫方現(xiàn)象，當(dāng)改成HPB300鋼澆鑄時(shí)，即使拉速高,脫方現(xiàn)象也會(huì)消失。鋼水過(guò)熱度對(duì)脫方的影響同樣的結(jié)晶器，同樣的二冷狀況，為什么澆鑄HRB400鋼比HPB300鋼容易脫方呢？作者簡(jiǎn)介：曹志剛（1968-），男，碩士，工程師； E-mail：czg6878@163.com；修訂日期：2013-8-2結(jié)晶器裝配時(shí)水縫寬度是人工調(diào)整的，要使結(jié)晶器各面的水縫寬度值完全相同，結(jié)晶器四面冷卻完全均勻，是很難做到的。加上其它因素影響，結(jié)晶器坯殼不均勻生長(zhǎng)是實(shí)際存在的。在這種情況下，坯殼厚度越薄，各面坯殼生長(zhǎng)的速度差越大，坯殼厚度差異就越大，凝殼不均勻收縮時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力就越大。出結(jié)晶器后，帶有液芯的鑄坯越容易變形，導(dǎo)致脫方。坯殼厚度隨著鋼水過(guò)熱度增高而減薄[1],過(guò)熱度每增加io°c,坯殼厚度減薄3%°HRB400、HPB300化學(xué)成分見(jiàn)表2,鋼水過(guò)熱度統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。從表3可以明顯看出，HRB400鋼水過(guò)熱度比HPB300的要高，其坯殼厚度比HPB300的薄，出結(jié)晶器后，帶有液芯的鑄坯就容易變形，出現(xiàn)脫方的幾率就大。表2HRB400鋼和HPB300鋼的化學(xué)成分牌號(hào)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)CSiMnPSHPB300GB1499.1-2008<0.22<0.55<1.50<0.045<0.050HRB400GB1499.2-2007<0.25<0.80<1.60<0.045<0.045表3HPB300、HRB400鋼鋼水過(guò)熱度統(tǒng)計(jì)表鋼種液相線溫度c 中包鋼水溫度c過(guò)熱度c統(tǒng)計(jì)爐數(shù)范圍1515-16001-83HPB30015121000平均153318范圍1505-16005-95HRB40015001000平均152825冷卻不均勻?qū)γ摲降挠绊?#連鑄機(jī)生產(chǎn)的連鑄坯有兩種斷面，即：150X150mm2、240X200mm2。2#連鑄機(jī)的二次冷卻裝置是按照240X200mm2斷面來(lái)設(shè)計(jì)的，換成150X150mm2斷面后，應(yīng)該將二冷一段側(cè)弧噴淋管向外弧移25mm左右。但由于分水器和噴淋管固定架位置是固定的，噴淋管位置并未改變，現(xiàn)場(chǎng)職工只是將二冷一段噴淋管支管長(zhǎng)度均相應(yīng)加長(zhǎng),這樣看似滿足要求，實(shí)際上連鑄坯在經(jīng)過(guò)二冷一段時(shí)四面冷卻不均勻，情況為：（1） 內(nèi)弧、外弧噴淋管上噴嘴噴射的水能布滿鑄坯表面。（2） 側(cè)弧噴淋管上的噴嘴噴射到鑄坯的水面偏向內(nèi)?。ň嗤饣∮?7mm左右鑄坯表面噴不到水）。從嚴(yán)格意義來(lái)講，2#連鑄機(jī)在澆鑄150X150mm2斷面連鑄坯時(shí)，即使噴嘴不堵塞，噴淋管不偏斜，二次冷卻也是不均勻的，這就增大了鑄坯脫方幾率。根據(jù)以上分析,2#連鑄機(jī)鑄坯脫方有兩方面的原因:一是HRB400鋼水過(guò)熱度比HPB300的要高，其坯殼厚度比HPB300的薄，坯殼厚度越薄，出結(jié)晶器后，帶有液芯的鑄坯就容易變形，出現(xiàn)脫方的幾率越大。二是噴淋管不能滿足150X150mm2斷面連鑄坯均勻冷卻的要求，增大了鑄坯脫方幾率。我們經(jīng)過(guò)分析，認(rèn)為二冷噴淋管調(diào)整對(duì)鑄坯脫方有明顯抑制作用。因此在連鑄上確定的改進(jìn)措施為：增大二次冷卻強(qiáng)度，將HRB400鋼的比給水量由1.72L/Kg增加到1.82L/Kg；側(cè)弧噴淋管支管長(zhǎng)度由170mm縮短到125mm。隨后進(jìn)行擴(kuò)大生產(chǎn)。連鑄改進(jìn)后的效果經(jīng)過(guò)一年生產(chǎn)，鑄坯脫方廢品量大幅減低，脫方廢品率由前一年的0.028%減低到2011年0.0019%左右，其中，HRB400鋼由0.317%減低到2011年0.0047%左右，HPB300鋼脫方廢品為零，見(jiàn)表4。表42#連鑄機(jī)噴淋管調(diào)整后脫方廢品統(tǒng)計(jì)鋼種HRB400HPB300其它鋼種合計(jì)2011年產(chǎn)量（t）350066368313143422861801脫方廢品量（t）16.50016.5脫方廢品率（%）0.00470.00192脫方坯的控制軋制2.1問(wèn)題引入根據(jù)YB2011-1983連續(xù)鑄鋼方坯和矩形坯規(guī)定，150X150方坯其斷面對(duì)角線之差不大于7mm，按此規(guī)定，連鑄坯斷面對(duì)角線之差大于7mm，就會(huì)判廢。連鑄坯產(chǎn)生脫方，其斷面對(duì)角線之差大于7mm，果真不能軋制了嗎？我們認(rèn)為，如果鋼坯可以穩(wěn)固地進(jìn)入加熱爐并順利加熱，出爐后滿足軋制咬入條件進(jìn)行軋制，則通過(guò)控制軋制可以對(duì)脫方較輕鋼坯進(jìn)行糾正，從而變廢為寶，實(shí)現(xiàn)正真意義上的改進(jìn)，最大程度地挽回企業(yè)損失。2.2對(duì)HRB400小方坯的控制軋制所謂控制軋制是指通過(guò)對(duì)金屬加熱、軋制和冷卻的合理控制，使塑性形變與固態(tài)相變過(guò)程相結(jié)合，以獲得良好的顯微組織，使鋼材具有優(yōu)異的綜合性能的軋制技術(shù)［2］。根據(jù)常用螺紋鋼的結(jié)構(gòu)特性和生產(chǎn)實(shí)際情況，采用了等溫成形的控制軋制方法。對(duì)于HRB400螺紋鋼，即把鋼加熱到奧氏體化溫度1050?1150°C，然后冷卻至亞穩(wěn)定奧氏體溫度區(qū)（950?1050°C）,然后在奧氏體-珠光體的轉(zhuǎn)變過(guò)程中（850?1000C）進(jìn)行軋制變形。在軋制過(guò)程中較一般軋制工藝增加粗軋段的壓下量，坯料斷面盡快趨于標(biāo)準(zhǔn)方形，最后形成的鐵素體母體帶有很彌散的碳化物顆粒的組織，而代替了通常的珠光體組織。軋后的冷卻速度控制對(duì)鋼材的強(qiáng)韌性能有明顯的影響。冷卻速度過(guò)小，鐵素體晶粒粗大，與此相對(duì)應(yīng)屈服極限較小和脆性轉(zhuǎn)變溫度較高［3］。提高軋后冷卻速度會(huì)使鐵素體晶粒變細(xì)，從而可使鋼的屈服極限增大和脆性轉(zhuǎn)變溫度下降。但也要注意適度，因?yàn)檫^(guò)高的冷卻速度也會(huì)導(dǎo)致貝氏體的出現(xiàn)。對(duì)HRB400螺紋鋼軋后的控制冷卻工藝大體包括三個(gè)階段。（1）第一階段是HRB400螺紋鋼表面淬成馬氏體階段。螺紋鋼離開(kāi)精軋機(jī)后，其溫度仍在Ac3c3以上［4］。通過(guò)穿水高效冷卻裝置進(jìn)行快速冷卻，冷卻速度足以使表面溫度低于馬氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變的臨界溫度（MJ,發(fā)生奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變。表層即為馬氏體及殘余奧氏體組織，心部由于溫度過(guò)高仍處在奧氏體狀態(tài)。表面馬氏體層的厚度決定于軋后強(qiáng)制冷卻的程度。（2,第二階段是自回火階段【5】。螺紋鋼上冷床進(jìn)行空冷時(shí)，由于第一階段快冷造成螺紋鋼截面上各點(diǎn)的溫差較大，心部的熱量將向表面層擴(kuò)散傳導(dǎo)，形成馬氏體的自回火。根據(jù)自回火溫度的高低，可以得到回火馬氏體或回火索氏體，表層的殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。靠近表面層的過(guò)渡層，根據(jù)鋼的成分和冷卻條件的不同，奧氏體將轉(zhuǎn)變成貝氏體、屈氏體或索氏體。心部仍處在奧氏體狀態(tài)。這一段時(shí)間的長(zhǎng)短取決于螺紋鋼直徑的大小和前一段的冷卻條件。（3,第三階段為螺紋鋼心部的奧氏體轉(zhuǎn)變階段。螺紋鋼在冷床上空冷一段時(shí)間后，斷面上的溫度趨于一致，并同時(shí)降溫，達(dá)到奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的溫度，開(kāi)始相轉(zhuǎn)變。根據(jù)鋼的化學(xué)成分、螺紋鋼直徑大小，以及前階段的冷卻效果，心部將轉(zhuǎn)變成鐵素體和珠光體或索氏體或貝氏體組織。2.3實(shí)際操作的HRB400螺紋鋼控制軋制工藝實(shí)際操作中，我們對(duì)HRB400螺紋鋼控制軋制中常軋的規(guī)格有018、20、22、25mm鋼筋直條，控冷溫度按照強(qiáng)控冷執(zhí)行，采用兩段水箱冷卻，開(kāi)軋溫度控制在1020?1100°C范圍內(nèi)，3#剪（倍尺剪）剪前的溫度350?550C,上床溫度控制在740C以下。軋后穿水裝置壓力1.3?1.8MPa，流量600?1000m3/h。軋制速度（K1出口速度）控制在10m/s左右，連續(xù)軋制時(shí)出鋼節(jié)奏1s/坯左右。切分軋制時(shí)必須保證每根紅條的溫度落差不大于10C。取樣：在冷床旁，每軋7根坯料至少要取一根試樣測(cè)量成品尺寸，檢查表面質(zhì)量。當(dāng)換鋼種換規(guī)格軋制時(shí)，必須在成品穩(wěn)定后立即取樣，交檢驗(yàn)人員做性能檢測(cè)，生產(chǎn)人員及時(shí)獲取性能信息。當(dāng)性能異常時(shí)，生產(chǎn)人員及時(shí)取樣通知檢驗(yàn)人員做性能比對(duì)。當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)兩批強(qiáng)屈比小于1.25或連續(xù)出現(xiàn)兩批屈屈比大于1.3時(shí)，生產(chǎn)人員必須調(diào)整控冷溫度，溫度提高20—40C，立即取樣做性能判定。如果屈強(qiáng)比、屈屈比未得到改善，繼續(xù)將溫度提高20—40C，并立即取樣做性能判定，通知相關(guān)管理人員，同時(shí)后續(xù)占時(shí)停軋。當(dāng)正常軋制過(guò)程中，連續(xù)出現(xiàn)兩批屈服強(qiáng)度接近預(yù)警線420Mpa時(shí)，生產(chǎn)人員必須將控冷溫度降低20—40C。性能不合批次（強(qiáng)屈比低、屈屈比高、屈服預(yù)警等異常批次,通報(bào)流程：正常狀態(tài)下：理化實(shí)驗(yàn)員通知檢驗(yàn)人員，檢驗(yàn)人員通知生產(chǎn)人員；非正常狀態(tài)下：理化實(shí)驗(yàn)員通知檢驗(yàn)人員，檢驗(yàn)人員通知生產(chǎn)人員，生產(chǎn)人員通知作業(yè)長(zhǎng)、質(zhì)量工，作業(yè)長(zhǎng)通知主任工，主任工通知廠領(lǐng)導(dǎo)。2.4控制軋制的效果通過(guò)多次試驗(yàn)，脫方較輕的鋼坯（斷面對(duì)角線之差大于7mm）可以穩(wěn)固地進(jìn)入加熱爐并順利加熱，出爐后滿足軋制咬入條件進(jìn)行軋制?？刂频暮玫脑?，斷面對(duì)角線之差不超過(guò)15mm的150小方坯都可以進(jìn)行軋制。生產(chǎn)實(shí)踐證明，控制軋制過(guò)程中在粗軋階段增大的變形量已足以糾正小方坯的脫方缺陷。而且控制軋制對(duì)合金成分Si、Mn、V等偏下限或偏低時(shí)更具有較好效果。相對(duì)于原來(lái)普通空冷軋制工藝，以較少的合金加入量就可以軋制出滿足國(guó)標(biāo)GB1499.2-2007《鋼筋混凝土用鋼熱軋帶肋鋼筋》要求的335E、400E、500E等級(jí)別的合格螺紋鋼。這在當(dāng)今鋼鐵行業(yè)疲軟，鋼鐵企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈的大環(huán)境下，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。我們做過(guò)大量統(tǒng)計(jì)，經(jīng)控制軋制軋出的鋼材，其強(qiáng)度與韌性等綜合性能與常規(guī)的熱軋鋼材幾乎無(wú)異(見(jiàn)表5)。表5HRB400脫方鋼坯經(jīng)控制軋制和一般軋制后的機(jī)械性能比較R(MPa)elR(MPa)mA(%)/(%)a(Nm/cm2)KHRC等溫軋制控制工藝三420三55020~2425~3068~70~33一般工藝三400三54018~2325~3067~70~32在控制軋制中，所采用的變形溫度要比常規(guī)軋制低，而壓下量通常又要大些，加大了軋機(jī)負(fù)荷，這就對(duì)軋機(jī)設(shè)備在強(qiáng)度上要有更高的要求。因此，在制定控制軋制的各種工藝參數(shù)時(shí)，必須對(duì)設(shè)備條件這一點(diǎn)加以考慮。4結(jié)論2#連鑄機(jī)鑄坯脫方有兩方面的原因：一是HRB400鋼水過(guò)熱度比HPB300的要高，其坯殼厚度比HPB300的薄，坯殼厚度越薄，出結(jié)晶器后，帶有液芯的鑄坯就容易變形，出現(xiàn)脫方的幾率就大，導(dǎo)致廢品。二是二冷噴淋管不能滿足150X150mm2斷面連鑄坯均勻冷卻的要求，增大了鑄坯脫方幾率。適量提高HRB400鋼二冷冷卻強(qiáng)度，將HRB400鋼的比給水量由1.72L/Kg增加到1.82L/Kg,合理調(diào)整二冷各段水分配比例，優(yōu)化了二冷配水制度；將側(cè)弧噴淋管支管長(zhǎng)度由170mm縮短到125mm,使連鑄坯在二次冷卻時(shí)冷卻趨于均勻。采取以上措施后，2#連鑄機(jī)脫方廢品率由2010年的0.028%逐漸減低到2011年0.0019%左右，其中，HRB400鋼由2010年的0.317%逐漸減低到2011年0.0047%左右，HPB300鋼脫方廢品幾乎為零。對(duì)斷面對(duì)角線之差大于7mm的脫方小方坯，采用控制軋制，通過(guò)調(diào)整軋后穿水裝置的水壓、流量，將上床溫度控制在合適范圍以內(nèi)，從而得到性能滿足國(guó)標(biāo)要求的鋼材