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CN112157121B - 30MnSi热轧盘条的制备方法 - Google Patents

30MnSi热轧盘条的制备方法 Download PDF

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CN112157121B
CN112157121B CN202011024393.1A CN202011024393A CN112157121B CN 112157121 B CN112157121 B CN 112157121B CN 202011024393 A CN202011024393 A CN 202011024393A CN 112157121 B CN112157121 B CN 112157121B
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Abstract

本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及30MnSi热轧盘条的制备方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种能够使30MnSi热轧盘条具有强度波动小、塑性好、组织性能均匀的制备方法。该方法包括如下步骤：a、将30MnSi钢坯加热，轧制，吐丝，得盘条；b、将吐丝后的盘条采用斯太尔摩风冷控制冷却，集卷，打包即得；所述斯太尔摩风冷采用风冷辊道延迟缓冷方式，控制风冷辊道速度≤0.34m/s。采用本发明方法制备得到的30MnSi热轧盘条的抗拉强度为680～700MPa，极差≤20MPa，同一圈抗拉强度差异≤10MPa，断后伸长率≥25％，断面收缩率≥50％。

Description

30MnSi热轧盘条的制备方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及30MnSi热轧盘条的制备方法。
背景技术
30MnSi热轧盘条是用于制作预应力混凝土钢棒最为常用的产品之一，盘条经过拉拔、刻痕、热处理等工序之后，由于其具有良好的强韧性匹配、低松弛性、焊接性，以及与混凝土握裹能力强等优点，被广泛应用于高层民用建筑、港口、水利等大型工程之中。
由于30MnSi热轧盘条需要经过拉拔加工，为了确保其具有良好的拉拔性能及稳定性，就要求其具有适当的强度及良好的塑性，且通条性好。一般用户要求其抗拉强度在670～700MPa之间，强度太高容易导致拉拔困难，造成模具损耗大，强度太低则将造成成品性能不足的问题；断后伸长率要求≥25％，断面收缩率要求≥40％，以满足拉拔需求，若塑性太低则容易导致拉拔过程断裂。为此，就对盘条轧后的冷却工艺提出了较高要求。
现有技术中，通常采取的是轧后缓冷措施，以降低盘条的强度、提高其塑性。
蒋世川，刘俊，李义长等人于2010年10月在《四川冶金》第32卷第5期发表的“PC钢棒用30MnSi热轧光圆盘条生产实践”中公开了在风冷线缓冷步骤中，风机全部关闭，保温罩1段、11段打开，2～10段全部关闭；朱伯平，李烈军，李学勤等人于2006年4月在《南方金属》总第149期发表了“30MnSi热轧盘条的开发与应用”中公开了轧后采用延迟型控冷的技术措施。
但是，在实际生产过程中，由于受到化学成分、吐丝温度等波动的影响，以及吐丝后盘条在辊道上存在搭界和不搭界(搭界的地方堆放密度大冷速慢、不搭界的地方堆放密度小冷速快，经笔者测试，在自然冷却条件下，搭界点的温度与不搭界点的温度高相差达100℃以上)、辊道速度匹配等问题，从而造成同批次、同一卷头中尾部和同一圈搭界点和不搭界点的性能波动大的问题。
文献“PC钢棒用30MnSi热轧光圆盘条生产实践”的Rm为695～725MPa(极差为30MPa)；文献“30MnSi热轧盘条的开发与应用”的Rm为720～780MPa，极差为60MPa，同一圈的Rm差异达到50MPa。从上述文献中可以看出，强度太高、波动大是30MnSi生产过程中存在的普遍问题。
专利文献CN109201756A公开了“建筑用30MnSi钢棒的控轧控冷方法”，该方法公开了一种能够促进线材形成珠光体组织，有效调节其力学性能的效果的方法，其只对加热温度、吐丝温度、辊道速度、风机开启度和保温罩的开启进行了说明，而力学性能的控制目标和实际控制情况并未进行说明。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够使30MnSi热轧盘条具有强度波动小、塑性好、组织性能均匀的制备方法。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是提供了30MnSi热轧盘条的制备方法。该方法包括如下步骤：
a、将30MnSi钢坯加热，轧制，吐丝，得盘条；
b、将吐丝后的盘条采用斯太尔摩风冷控制冷却，集卷，打包即得；
所述斯太尔摩风冷采用风冷辊道延迟缓冷方式，控制风冷辊道速度≤0.34m/s。
其中，上述30MnSi热轧盘条的制备方法中，步骤b中，所述斯太尔摩风冷中，控制风冷辊道速度在0.3～0.34m/s。
只开启1#风机及1#风机对应的保温罩和佳灵装置，控制1#风机的流量为20万m3/h；1#风机的佳灵装置开启度为100％。
进一步地，步骤b中，所述斯太尔摩风冷辊道速度的控制为：第1～第3段辊道的辊道速度为0.3m/s，第4段辊道的辊道速度为0.31m/s，第5段辊道的辊道速度为0.32m/s，第6段辊道的辊道速度为0.33m/s，第7～第13段辊道的辊道速度均为0.34m/s。
进一步地，步骤b中，所述斯太尔摩风冷过程中，吐丝后的盘条从吐丝到1#风机结束期间，盘条的冷却速度控制在6～30℃/s。
进一步地，盘条从吐丝到出1#风机时的搭界点和不搭界点的平均冷却速度差≤1℃/s。
进一步地，步骤b中，所述斯太尔摩风冷过程中，控制盘条从吐丝到出1#风机时，盘条的温度搭界点为700～750℃，不搭界点为700～730℃。
进一步地，步骤b中，所述斯太尔摩风冷过程中，所述盘条通过1#风机后的冷却速度≤2℃/s。
其中，上述30MnSi热轧盘条的制备方法中，步骤a中，所述吐丝的温度为900～915℃。
进一步地，步骤b中，所述集卷的温度≥450℃。
本发明的有益效果是：
本发明方法通过辊道速度、风机、佳灵装置、保温罩开启和集巻温度的控制，使PC钢棒用30MnSi热轧盘条具备强度波动小、塑性好、组织性能均匀的优点。采用本发明方法制备得到的30MnSi热轧盘条的抗拉强度为680～700MPa，极差≤20MPa，同一圈抗拉强度差异≤10MPa，断后伸长率≥25％，断面收缩率≥50％。
具体实施方式
具体的，本发明提供了30MnSi热轧盘条的制备方法。该方法包括如下步骤：
a、将30MnSi钢坯加热，轧制，吐丝，得盘条；
b、将吐丝后的盘条采用斯太尔摩风冷控制冷却，集卷，打包即得。
本发明步骤a中，将吐丝温度控制在900～915℃的目的在于：(1)氧化铁皮的控制，若温度较低，则盘条表面氧化铁皮易破裂，氧迅速在盘条表面的氧化膜内扩散，导致与盘条表面相接触的FeO不断被氧化成Fe2O3和Fe3O4，从而在盘条表面出现红锈现象，导致拉拔前的氧化铁皮难以去除而出现拉拔断裂现象，并增加模具的损耗；(2)力学性能的控制，若温度过高，则吐丝后的奥氏体晶粒将继续长大，导致成品铁素体晶粒粗大，珠光体片层间距增加，从而降低盘条的强度和塑性。
本发明步骤b中，斯太尔摩风冷辊道速度的控制为：第1～第3段辊道(相变前)的辊道速度为0.3m/s，第4段辊道(相变中)的辊道速度逐段提升0.1m/s，通过辊道速度的变化，以及盘条在各段辊道间的自然跌落，使搭界点发生变化，从而使相变过程中同一圈盘条的温度更为均匀，以得到组织性能均匀的热轧盘条；第7段及以后辊道(相变后)的辊道速度保持为0.34m/s不再提升，使相变后的盘条能够在高温段停留更长的时间，以减少冷却过程的热应力集中，并加快加工应力和相变应力的释放，从而提高盘条的塑性。
本发明步骤b中，风机和佳灵装置的控制：1#风机按20万m3/h的流量进行控制，从吐丝到1#风机结束期间，盘条冷速控制在6℃/s～30℃/s，2#及之后的风机全部关闭；1#风机的佳灵装置开启度为100％，以提高搭界点的冷却速度，降低同一圈盘条搭界点和不搭界点的温差，将搭界点和不搭界点的温差控制在30℃以内；并控制盘条出1#风机时的温度搭界点为700～750℃，不搭界点为700～730℃，从而提高同一圈盘条的组织性能均匀性，使后序拉拔更稳定。
本发明步骤b中，保温罩的控制：1#风机对应的保温罩全部开启，2#及之后的风机所对应的保温罩全部关闭，使盘条在该期间的冷却速度≤2℃/s，以确保盘条能够充分地完成相变，得到均匀的铁素体+珠光体组织，并通过延长其在高温段的停留时间，以减少冷却过程的热应力集中，并加快加工应力和相变应力的释放，从而提高盘条的塑性。
本发明步骤b中，集巻温度≥450℃，使其集巻后继续保持较高温度，以减少冷却过程的热应力集中，加快加工应力和相变应力的释放，从而提高盘条的塑性。
下面通过具体的实施例对本发明作进一步地详细阐述。
实施例1
Figure BDA0002701702930000031
规格的30MnSi热轧盘条的制备
将30MnSi钢坯采用步进式加热炉加热，再通过30机架高线轧制机组轧制轧制成
Figure BDA0002701702930000032
规格的光圆，通过水冷箱冷却将吐丝温度控制在900～915℃，然后通过吐丝机进行吐丝，实际吐丝温度为900℃。
吐丝后的盘条在斯太尔摩风冷线进行控制冷却，斯太尔摩风冷线的控制参数如下：
(1)辊道速度：第1～第3段辊道的辊道速度均为0.3m/s，第4段辊道的辊道速度为0.31m/s，第5段辊道的辊道速度为0.32m/s，第6段辊道的辊道速度为0.33m/s，第7～第13段辊道的辊道速度均为0.34m/s。
(2)风机：1#风机的流量为20万m3/h，2#及之后的风机全部关闭。
(3)佳灵装置：1#风机对应的佳灵装置开启度为100％，2#及之后的风机对应的佳灵装置全部关闭。
(4)保温罩：1#风机对应的保温罩全部开启，2#及之后的风机对应的保温罩全部关闭。
(5)关键点的温度及冷速：盘条出1#风机时的温度搭界点为715℃，不搭界点为700℃，温差为15℃；盘条从吐丝到出1#风机时的平均冷速搭界点为6.75℃/s，不搭界点的平均冷速为7.30℃/s；集巻温度为450℃，盘条从出1#风机到集巻期间的平均冷速为0.86℃/s。
采用上述方法制得的
Figure BDA0002701702930000041
规格的30MnSi热轧盘条组织为铁素体+珠光体，铁素体晶粒度为11.0级；抗拉强度搭界点为691MPa，不搭界点为700MPa，同一圈的抗拉强度差异为9MPa；断后伸长率搭界点为28.5％，不搭界点为31.0％；断面收缩率搭界点为57％，不搭界点为59％。
实施例2
Figure BDA0002701702930000042
规格的30MnSi热轧盘条的制备
将30MnSi钢坯采用步进式加热炉加热，再通过30机架高线轧制机组轧制轧制成
Figure BDA0002701702930000043
规格的光圆，通过水冷箱冷却将吐丝温度控制在900～915℃，然后通过吐丝机进行吐丝，实际吐丝温度为915℃。
吐丝后的盘条在斯太尔摩风冷线进行控制冷却，斯太尔摩风冷线的控制参数如下：
(1)辊道速度：第1～第3段辊道的辊道速度均为0.3m/s，第4段辊道的辊道速度为0.31m/s，第5段辊道的辊道速度为0.32m/s，第6段辊道的辊道速度为0.33m/s，第7～第13段辊道的辊道速度均为0.34m/s。
(2)风机：1#风机的流量为20万m3/h，2#及之后的风机全部关闭。
(3)佳灵装置：1#风机对应的佳灵装置开启度为100％，2#及之后的风机对应的佳灵装置全部关闭。
(4)保温罩：1#风机对应的保温罩全部开启，2#及之后的风机对应的保温罩全部关闭。
(5)关键点的温度及冷速：盘条出1#风机时的温度搭界点为736℃，不搭界点为714℃，温差为22℃；盘条从吐丝到出1#风机时的平均冷速搭界点为6.53℃/s，不搭界点的平均冷速为7.36℃/s；集巻温度为476℃，盘条从出1#风机到集巻期间的平均冷速为0.81℃/s。
采用上述方法制得的
Figure BDA0002701702930000044
规格的30MnSi热轧盘条组织为铁素体+珠光体，铁素体晶粒度为11.0级；抗拉强度搭界点为680MPa，不搭界点为690MPa，同一圈的抗拉强度差异为10MPa；断后伸长率搭界点为30.0％，不搭界点为31.5％；断面收缩率搭界点为64％，不搭界点为67％。
实施例3
Figure BDA0002701702930000051
规格的30MnSi热轧盘条的制备
将30MnSi钢坯采用步进式加热炉加热，再通过30机架高线轧制机组轧制轧制成
Figure BDA0002701702930000052
规格的光圆，通过水冷箱冷却将吐丝温度控制在900～915℃，然后通过吐丝机进行吐丝，实际吐丝温度为907℃。
吐丝后的盘条在斯太尔摩风冷线进行控制冷却，斯太尔摩风冷线的控制参数如下：
(1)辊道速度：第1～第3段辊道的辊道速度均为0.3m/s，第4段辊道的辊道速度为0.31m/s，第5段辊道的辊道速度为0.32m/s，第6段辊道的辊道速度为0.33m/s，第7～第13段辊道的辊道速度均为0.34m/s。
(2)风机：1#风机的流量为20万m3/h，2#及之后的风机全部关闭。
(3)佳灵装置：1#风机对应的佳灵装置开启度为100％，2#及之后的风机对应的佳灵装置全部关闭。
(4)保温罩：1#风机对应的保温罩全部开启，2#及之后的风机对应的保温罩全部关闭。
(5)关键点的温度及冷速：出1#风机时盘条的温度搭界点为750℃，不搭界点为722℃，温差为28℃；从吐丝到出1#风机时的平均冷速搭界点为6.0℃/s，不搭界点的平均冷速为6.75℃/s；集巻温度为491℃，从出1#风机到集巻期间的平均冷速为0.83℃/s。
采用上述方法制得的
Figure BDA0002701702930000053
规格的30MnSi热轧盘条组织为铁素体+珠光体，铁素体晶粒度为11.0级；抗拉强度搭界点为684MPa，不搭界点为691MPa，同一圈的抗拉强度差异为7MPa；断后伸长率搭界点为27.5％，不搭界点为30.0％；断面收缩率搭界点为58％，不搭界点为59％。
对比例1
Figure BDA0002701702930000054
规格的30MnSi热轧盘条的制备
将30MnSi钢坯(与实施例1为同一炉坯料)采用步进式加热炉加热，再通过30机架高线轧制机组轧制轧制成
Figure BDA0002701702930000055
规格的光圆，通过水冷箱冷却将吐丝温度控制在900～915℃，然后通过吐丝机进行吐丝，实际吐丝温度为900℃。吐丝后的盘条在斯太尔摩风冷线进行控制冷却，斯太尔摩风冷线的控制参数如下：
(1)辊道速度：第1～第3段辊道的辊道速度均为0.3m/s，第4段辊道的辊道速度为0.31m/s，第5段辊道的辊道速度为0.32m/s，第6段辊道的辊道速度为0.33m/s，第7～第13段辊道的辊道速度均为0.34m/s。
(2)风机：所有风机全部关闭。
(3)佳灵装置：所有佳灵装置全部关闭。
(4)保温罩：所有保温罩全部打开。
(5)关键点的温度及冷速：出1#风机时盘条的温度搭界点为820℃，不搭界点为745℃，温差为75℃；从吐丝到出1#风机时的平均冷速搭界点为3℃/s，不搭界点的平均冷速为5.7℃/s；集巻温度为310℃。
采用上述方法制得的
Figure BDA0002701702930000061
规格的30MnSi热轧盘条组织为铁素体+珠光体，铁素体晶粒度为10级；抗拉强度搭界点为685MPa，不搭界点为730MPa，同一圈的抗拉强度差异为45MPa；断后伸长率搭界点为24.5％，不搭界点为27.0％；断面收缩率搭界点为51％，不搭界点为54％。
与实施例1相比，盘条吐丝后为自然冷却，冷速较慢，长期处于高温状态，在进行相变前奥氏体晶粒进一步长大，导致最终的铁素体晶粒变粗，而相变期间的冷速反而更快，导致珠光体片层间距减小，从而导致成品的强度增加，而塑性降低；同时由于搭界点的冷速也远低于不搭界点，从而导致了同一圈盘条的力学性能差异增加。
对比例2
Figure BDA0002701702930000062
规格的30MnSi热轧盘条的制备
将30MnSi钢坯(与实施例2为同一炉坯料)采用步进式加热炉加热，再通过30机架高线轧制机组轧制轧制成
Figure BDA0002701702930000063
规格的光圆，通过水冷箱冷却将吐丝温度控制在900～915℃，然后通过吐丝机进行吐丝，实际吐丝温度为915℃。
吐丝后的盘条在斯太尔摩风冷线进行控制冷却，斯太尔摩风冷线的控制参数如下：
(1)辊道速度：第1～第3段辊道的辊道速度均为0.3m/s，第4段辊道的辊道速度为0.31m/s，第5段辊道的辊道速度为0.32m/s，第6段辊道的辊道速度为0.33m/s，第7～第13段辊道的辊道速度均为0.34m/s。
(2)风机：1#～4#风机的流量为20万m3/h，5#及之后的风机全部关闭。
(3)佳灵装置：1#～4#风机对应的佳灵装置开启度为100％，5#及之后的风机对应的佳灵装置全部关闭。
(4)保温罩：1#～4#风机对应的保温罩全部开启，5#及之后的风机对应的保温罩全部关闭。
(5)关键点的温度及冷速：出1#风机时盘条的温度搭界点为735℃，不搭界点为715℃，温差为20℃；从吐丝到出1#风机时的平均冷速搭界点为6.53℃/s，不搭界点的平均冷速为7.36℃/s；集巻温度为195℃。
采用上述方法制得的
Figure BDA0002701702930000064
规格的30MnSi热轧盘条组织为铁素体+珠光体，铁素体晶粒度为11.5级；抗拉强度搭界点为752MPa，不搭界点为735MPa，同一圈的抗拉强度差异为17MPa；断后伸长率搭界点为32.0％，不搭界点为33％；断面收缩率搭界点为63％，不搭界点为62％。
与实施例2相比，盘条吐丝后1#～4#风机均为开启状态，在进入保温罩(5#风机处)时，其温度已经到600℃以下，已经完成相变，之后对力学性能已基本无明显影响。但由于相变前及相变期间有风机加速冷却，导致铁素体晶粒更细、珠光体片层间距更小，从而导致强度和塑性均较高，且抗拉强度也远超出了控制目标680～700MPa，导致拉拔困难，模具损耗大，易断裂，且同一圈的抗拉强度差异比实施例大。

Claims (4)

1.30MnSi热轧盘条的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
a、将30MnSi钢坯加热，轧制，吐丝，得盘条；其中，所述吐丝的温度为900～915℃；
b、将吐丝后的盘条采用斯太尔摩风冷控制冷却，集卷，打包即得；
所述斯太尔摩风冷采用风冷辊道延迟缓冷方式，所述斯太尔摩风冷同时满足以下各项：
控制风冷辊道速度在0.3～0.34 m/s，所述斯太尔摩风冷辊道速度的控制为：第1～第3段辊道的辊道速度为0.3m/s，第4段辊道的辊道速度为0.31m/s，第5段辊道的辊道速度为0.32m/s，第6段辊道的辊道速度为0.33m/s，第7～第13段辊道的辊道速度均为0.34m/s；
所述斯太尔摩风冷过程中，控制盘条从吐丝到出1#风机时，盘条的温度搭界点为700～750℃，不搭界点为700～730℃；
所述斯太尔摩风冷过程中，盘条从吐丝到出1#风机时的搭界点和不搭界点的平均冷却速度差≤1℃/s；
只开启1#风机及1#风机对应的保温罩和佳灵装置，控制1#风机的流量为20万m3/h；1#风机的佳灵装置开启度为100%。
2.根据权利要求1所述的30MnSi热轧盘条的制备方法，其特征在于：步骤b中，所述斯太尔摩风冷过程中，吐丝后的盘条从吐丝到1#风机结束期间，盘条的冷却速度控制在6～30℃/s。
3.根据权利要求1所述的30MnSi热轧盘条的制备方法，其特征在于：步骤b中，所述斯太尔摩风冷过程中，所述盘条通过1#风机后的冷却速度≤2℃/s。
4.根据权利要求1所述的30MnSi热轧盘条的制备方法，其特征在于：步骤b中，所述集卷的温度≥450℃。
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