[发明专利]热轧钢筋的分段阶梯型冷却控制氧化铁皮结构的方法

说明书

技术领域

本发明属于轧钢技术领域，特别是涉及一种热轧钢筋的分段阶梯型冷却控制氧化铁皮结构的方法。

背景技术

目前国内热轧带肋钢筋的生产工艺基本分为两个类型，一个是传统的热轧后自然冷却生产工艺，另一个是热轧后强穿水冷却工艺，前者需要在钢筋中添加一定量的强化合金元素，其带肋钢筋的抗锈蚀性较好，但合金成本较高；后一种工艺生产的钢筋，节约了合金成本，合金添加量大幅减少，但是存在的马氏体环焊接软化和穿水后表面红锈的问题，其抗锈蚀性能差，已经严重影响后续的使用，用户甚至提出退货或者降价销售的要求，尤其是出口国外的钢筋对表面质量要求更严格。

针对困扰企业的钢筋轧后强穿水后的锈蚀问题，国内外主要是在穿水钢筋外面增加覆盖层，包括金属镀层、钝化层、化学转化层、磷化、有机涂层等。由于综合考虑性价比，大多采用新型的冷却工艺方法、在线喷涂防锈剂和阻锈剂来抑制穿水钢筋表面红锈的生成。一些企业积极的探索研究在线或离线对钢筋表面喷涂防锈剂的技术，这些技术由于不成熟、不实用、投入改造成本高或造成环境污染等原因没有被行业认可和推广使用。由于国内钢筋主要以焊接为主，重点工程及大中型工程都严格要求不允许出现马氏体组织。

穿水冷却工艺造成的表层马氏体环和表面红色锈层问题一直未得到解决，成为困扰我国热轧高强度钢筋性能质量的重大技术障碍，迫切需要一种适合热轧高强度钢筋均匀强化的新型冷却技术，可以在避免淬火马氏体环出现的前提下，获得所需的力学性能，同时防止钢筋表面红锈的形成。钢铁研究总院研究团队通过钢筋氧化铁皮结构控制技术获得了良好的耐大气腐蚀效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种热轧钢筋的分段阶梯型冷却控制氧化铁皮结构的方法，通过轧制和冷却工艺的优化来获得致密的氧化铁皮结构，以解决轧后强穿水工艺生产的钢筋在大气中的锈蚀速度和锈蚀程度严重的问题，达到一段时间内(销售周期内)缓解生锈的目标。本发明既保证了带肋钢筋的力学性能，又避免了传统轧后强穿水冷却工艺对钢筋表面氧化铁皮层的破坏，改善了热轧钢筋的抗锈蚀性能。

为达到上述目的，工艺及控制的技术参数如下：

(1)所述钢筋化学成分的重量百分比为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％，其余为铁及不可避免的杂质。

(2)冶炼连铸工艺为常规工艺，主要是控制成分和夹杂物，为轧制提供符合国标要求的合格连铸坯；

(3)轧钢生产，钢坯加热温度为1100℃-1150℃，钢坯出炉温度为1050℃-1100℃，开轧温度为1000℃-1080℃，终轧温度为1000℃-1050℃；

(4)终轧后钢筋以10m/s～15m/s速度运行并且对温度在1000℃以上的钢筋表面进行快速冷却处理，即V_cooling≥100℃/s；采用快冷-返温-快冷-返温循环的分段阶梯型控制冷却方法，获得降温-返温的优化冷却路径，使高温高速运行着的钢筋在1s至3s内通过水和水雾混合组成的冷却段时，利用水的蒸发带走大量汽化潜热，从而快速冷却后返温至目标温度600～980℃；根据用户对组织、力学性能以及缓生锈的需求，轧后冷却过程中同时施行氧化铁皮结构控制工艺。

(5)氧化铁皮结构控制工艺：应用分段阶梯型冷却工艺控制表面和心部最大温差为200～400℃；氧化铁皮厚度均匀控制在10～30μm；氧化铁皮结构是一定比例的FeO+20～50％Fe₃O₄；在冷却过程中改善表面氧化皮的组成和结构的同时，保证结构的致密完整性。

氧化铁皮结构控制工艺主要技术关键如下：

(a)缩小表面和心部的温差：分段阶梯型冷却工艺控制表面和心部最大温差为200～400℃，远低于穿水冷却温差(500～700℃)，且温降过程不是一次性冷却完成的，而是通过小范围内不断降温-返温-降温-返温的衰减式锯齿形冷却过程来逐步缩小表面和心部的温差，从而实现材料的整体降温，使得表面与心部的显微组织更加细小均匀；