CN102925651B - 一种高速生产小直径高强度高塑性钢材的热处理加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种高速生产小直径高强度高塑性钢材的热处理加工方法，将粗规格盘圆先经预热中频炉加热到720-790℃，再经超音频加热炉补偿加热到950-1150℃；经多道次连续式轧机将盘圆精轧到所需要外型尺寸的小直径钢筋；进行至少一次淬火将小直径钢筋表面温度控制在400-650℃，再利用钢筋内部热传导使钢筋表面温度升至490-690℃，并在此温度下保温5-25秒，再进行至少一次淬火将小直径钢筋表面温度控制在400-550℃，最后冷至室温；亦可经过回火加热炉加热到550-650℃，水冷到室温。本发明的工艺生产小直径高强度高塑性钢材，屈服强度高达到600MPa以上，产量可提高2倍以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种小直径钢材的加工方法，具体本的说是一种高速生产小直径高强度高塑性钢材的热处理加工方法。
背景技术
现阶段，我国生产的预应力混凝土用钢丝、钢棒、钢绞线的钢材，其强度高达1420MPa以上，最大力下总伸长率低仅3-6%，而生产速度和效率只有钢棒生产线设备速度最快，Φ7mm达到120米/分钟，钢绞线与钢丝生产线设备速度达到80米/分钟，这些主要受加热设备的功率限制，特别是生产小直径的产品（如Φ6mm以下）采用感应加热设备后，其耗电量成倍增长、产量低、效率差，无法满足工业化、集约化的生产需要。若小直径的产品通过钢厂热轧高线生产，生产速度可提高到7000-10000米/分钟，但小直径钢筋钢材的强度等级较低，屈服强度仅400-500MPa，无法达到高强（屈服强度大于500MPa），低品质的钢材既浪费钢铁资源，又增加能源消耗，又无法满足施工使用要求。
现有技术中，生产小直径高强高塑钢材的方法为：直接将所需成品尺寸（如Φ6mm）的普通钢材（如钢筋）经过热处理加工成高强度的钢材，屈服强度大于500MPa；现有的这种工艺生产成本较高。
随着钢筋的高强化，单位成本控制和生产效率成为生产单位的头等大事，为了使小直径高强钢筋能够降低成本和能耗，有必要提出高速生产小直径高强度高塑性钢材的热处理加工方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种高速生产小直径高强度高塑性钢材的热处理加工方法，节省电能30%以上，屈服强度高达到600MPa以上，生产设备速度和产量可提高2倍以上，成本低又省能环保。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
一种高速生产小直径高强度高塑性钢材的热处理加工方法，按以下工序进行：
㈠加热工序，将粗规格盘圆以80-200米/分钟的行进速度先经预热中频炉加热到720-790℃，再经超音频加热炉进行补偿加热到950-1150℃；
㈡轧制工序，以200-1000米/分钟的行进速度经多道次连续式轧机将盘圆精轧到所需要外型尺寸的小直径钢筋；
㈢冷却工序，选择以下两种方法之一：
⑴通过冷却装置将小直径钢筋表面温度冷却到550～690℃，并在此温度下保温5-25秒，然后利用淬火装置进行5～30秒淬火，再经过回火加热炉加热到550～650℃回火，最后通过空冷或水冷至室温；
⑵先用淬火装置进行至少一次淬火将小直径钢筋表面温度控制在400-600℃，再利用钢筋内部热传导使钢筋表面温度升至490-690℃，并在此温度下保温5-25秒，再利用淬火装置进行至少一次淬火将钢筋表面温度控制在400-550℃，最后通过空冷或水冷至室温。
加热工序：感应加热设备在较低的速度加热粗规格的钢材，可增加电磁藕合效应，减少电能的浪费，充分利用电能，发挥加热炉的频率和功率。采用两段式加热（先经预热中频炉加热到720-790℃，再经超音频加热炉进行补偿加热到950-1150℃），保证了加热时梯度温度高效率连续进行，使钢基中不规整的原子态晶粒快速形核，钢基完全转换成奥氏体组织，又使晶粒不致过大，铁素体晶界致密致匀。
轧制工序：连续式轧机将加热好的粗规格的盘圆状钢材经过多道次中高速精确轧制，提高生产效率2倍以上，在保证小直径外型尺寸的要求的同时提高生产线速度，满足后续热处理工序的要求，生产出高强塑性的小直径钢材。
冷却工序：
第⑴种冷却：通过此冷却工艺可以在钢的C曲线以上珠光体转变区瞬间急冷，防止钢材表面产生马氏体环等不利的组织形态，保温为促进和培育珠光体稳定化生成提供了时间需要，满足高强度与高塑性的质量要求，可保持钢材的金相组织内外均匀一致，获得铁素体和珠光体共存组织，比传统热轧钢筋晶粒度更高，可达10级以上。
第⑵种冷却：通过此冷却工艺同样可以获得铁素体和珠光体共存组织，比传统热轧钢筋晶粒度更高，可达10级以上；另外，此冷却工艺可以进一步促进珠光体生成，珠光体片层细小而均匀分布在整个钢材的金相组织横截面内，钢的强度更高，也省去了回火工序，简单而实用。
本发明进一步限定的技术方案是：
前述的高速生产小直径高强度高塑性钢材的热处理加工方法，步骤㈠中，粗规格盘圆直径为10mm-16mm，小直径钢筋直径为4mm-12mm。
前述的高速生产小直径高强度高塑性钢材的热处理加工方法，步骤㈠中，预热中频炉采用2.5-3KHZ的发射功率将盘圆在1-5秒时间内加热到所需温度；超音频加热炉采用30-40KHZ的发射功率将盘圆补偿加热到所需温度。
前述的高速生产小直径高强度高塑性钢材的热处理加工方法，步骤㈡中，多道次连续式轧机为四-八道次。
前述的高速生产小直径高强度高塑性钢材的热处理加工方法，回火加热炉为回火中频炉，采用2.5-3KHZ发射功率加热回火。
本发明的有益效果是：
⑴本发明采用多道次连续式轧机，将加热到Ac3+30-50℃的粗规格盘条连续变径轧制到需要的细规格外形尺寸，该尺寸外表面可带肋、亦可为圆形、又可为螺旋形等外形，具有生产速度快、效率高的优点，可节约电能30%以上，生产设备速度和产量可提高2倍以上的同时解决了在热轧线上控轧控冷无法解决的高强度质量问题；
⑵本发明可大大降低了生产成本，例如生产Φ6mm的高强钢筋，现有技术直接将Φ6mm的普通钢筋经过热处理加工成高强钢筋；而本发明将Φ10mm的普通钢筋经过热处理-轧制-热处理，加工成Φ6mm高强钢筋；由于⑴Φ6mm的普通钢筋价格比Φ10mm的普通钢筋价格要高；⑵Φ6mm的普通钢筋热处理时能耗高，而Φ10mm的普通钢筋相对较粗，可以增加感应加热炉的电磁耦合效应，能耗就降低；这样两方面叠加可大大降低生产成本；
⑶采用本发明的冷却工艺，在钢的C曲线以上珠光体转变区瞬间急冷，具有防止钢材表面产生马氏体环等不利的组织形态，并保持钢材的金相组织内外均匀一致的优点；金相组织为由铁素体、珠光体组织组成，其中铁素体的晶粒度大于10级以上，珠光体片层细小而均匀分布在整个钢材的金相组织横截面内；轧后冷却保温为促进和培育本发明产品的珠光体稳定化生成的时间需要，满足高强度（屈服强度大于600MPa及以上）与高塑性（最大力下总伸长率大于7.5%）的质量要求。
具体实施方式
实施例1
一种高速生产小直径高强度高塑性钢材的热处理加工方法，将规格为Φ10mm的盘圆加工成Φ6mm的钢筋，按以下工序进行：
㈠加热工序，将粗规格盘圆以180米/分钟的行进速度先经预热中频炉加热到750℃，再经超音频加热炉进行补偿加热到1050℃；预热中频炉采用2.5KHZ的发射功率将盘圆在5秒时间内加热到所需温度；超音频加热炉采用30KHZ的发射功率将盘圆补偿加热到所需温度；
㈡轧制工序，以500米/分钟的行进速度经多道次连续式轧机将盘圆精轧到所需要外型尺寸的小直径钢筋；多道次连续式轧机为Φ10mm-Φ8.3mm-Φ6.8mm-Φ6mm四道次64%总压缩率精轧成需要的Φ6mm带肋或不带肋钢筋；
㈢冷却工序，选择以下两种方法之一：
⑴先通过冷却装置将小直径钢筋表面温度冷却到560℃，并在此温度下保温15秒，然后利用淬火装置进行5秒淬火，再经过回火加热炉加热到490℃回火，最后通过空冷或水冷至室温；回火加热炉为回火中频炉，采用2.5KHZ发射功率加热回火；
⑵先用淬火装置进行至少一次淬火将小直径钢筋表面温度控制在400℃，再利用钢筋内部热传导使钢筋表面温度升至490℃，并在此温度下保温15秒，再利用淬火装置进行至少一次淬火将小直径钢筋表面温度控制在455℃，最后通过空冷或水冷至室温。
实施例2
一种高速生产小直径高强度高塑性钢材的热处理加工方法，将规格为Φ16mm的盘圆加工成Φ12mm的钢筋，按以下工序进行：
㈠加热工序，将粗规格盘圆以80米/分钟的行进速度先经预热中频炉加热到720℃，再经超音频加热炉进行补偿加热到800℃；预热中频炉采用3KHZ的发射功率将盘圆在2秒时间内加热到所需温度；超音频加热炉采用35KHZ的发射功率将盘圆补偿加热到所需温度；
㈡轧制工序，以205米/分钟的行进速度经多道次连续式轧机将盘圆精轧到所需要外型尺寸的小直径钢筋；多道次连续式轧机为Φ16mm-Φ13.8mm-Φ13mm-Φ12.5mm-Φ12mm四道次44%总压缩率精轧成需要的Φ12mm带肋或不带肋钢筋；
㈢冷却工序，选择以下两种方法之一：
⑴先通过冷却装置将小直径钢筋表面温度冷却到600℃，并在此温度下保温10秒，然后利用淬火装置进行10秒淬火，再经过回火加热炉加热到540℃回火，最后通过空冷或水冷至室温；回火加热炉为回火中频炉，采用3KHZ发射功率加热回火；
⑵先用淬火装置进行至少一次淬火将小直径钢筋表面温度控制在540℃，再利用钢筋内部热传导使钢筋表面温度升至610℃，并在此温度下保温7秒，再利用淬火装置进行至少一次淬火将小直径钢筋表面温度控制在550℃，最后通过空冷或水冷至室温。
实施例3
一种高速生产小直径高强度高塑性钢材的热处理加工方法，将规格为Φ8mm的盘圆加工成Φ4mm的钢筋，按以下工序进行：
㈠加热工序，将粗规格盘圆以200米/分钟的行进速度先经预热中频炉加热到720℃，再经超音频加热炉进行补偿加热到950℃；预热中频炉采用3KHZ的发射功率将盘圆在4秒时间内加热到所需温度；超音频加热炉采用40KHZ的发射功率将盘圆补偿加热到所需温度；
㈡轧制工序，以800米/分钟的行进速度经多道次连续式轧机将盘圆精轧到所需要外型尺寸的小直径钢筋；多道次连续式轧机为Φ8mm-Φ6.8mm-Φ5.9mm-Φ5mm-Φ4.5mm-Φ4mm五道次75.5%总压缩率精轧成需要的Φ4mm带肋或不带肋钢筋；
㈢冷却工序，选择以下两种方法之一：
⑴先通过冷却装置将小直径钢筋表面温度冷却到690℃，并在此温度下保温20秒，然后利用淬火装置进行30秒淬火，再经过回火加热炉加热到640℃回火，最后通过空冷或水冷至室温；回火加热炉为回火中频炉，采用3KHZ发射功率加热回火；
⑵先用淬火装置进行至少一次淬火将小直径钢筋表面温度控制在570℃，再利用钢筋内部热传导使钢筋表面温度升至690℃，并在此温度下保温10秒，再利用淬火装置进行至少一次淬火将小直径钢筋表面温度控制在405℃，最后通过空冷或水冷至室温。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种高速生产小直径高强度高塑性钢材的热处理加工方法，按以下工序进行：
㈠加热工序，将粗规格盘圆以80-200米/分钟的行进速度先经预热中频炉加热到720-790℃，再经超音频加热炉进行补偿加热到950-1150℃，保证了加热时梯度温度高效率连续进行，使钢基中不规整的原子态晶粒快速形核，钢基完全转换成奥氏体组织，又使晶粒不致过大，铁素体晶界致密致匀；
㈡轧制工序，以200-1000米/分钟的行进速度经多道次连续式轧机将盘圆精轧到所需要外型尺寸的小直径钢筋；
其特征在于：
㈢冷却工序:
先用淬火装置进行至少一次淬火将小直径钢筋表面温度控制在400-600℃，再利用钢筋内部热传导使钢筋表面温度升至490-690℃，并在此温度下保温5-25秒，再利用淬火装置进行至少一次淬火将钢筋表面温度控制在400-550℃，最后通过空冷或水冷至室温；通过此冷却工序获得铁素体和珠光体共存组织，比传统热轧钢筋晶粒度更高，可达10级以上，进一步促进珠光体生成，珠光体片层细小而均匀分布在整个钢材的金相组织横截面内。
2.如权利要求1所述的高速生产小直径高强度高塑性钢材的热处理加工方法，其特征在于：所述步骤㈠中，粗规格盘圆直径为10mm-16mm，所述小直径钢筋直径为4mm-12mm。
3.如权利要求1所述的高速生产小直径高强度高塑性钢材的热处理加工方法，其特征在于：所述步骤㈠中，预热中频炉采用2.5-3kHz的发射功率将盘圆在1-5秒时间内加热到所需温度；超音频加热炉采用30-40kHz的发射功率将盘圆补偿加热到所需温度。
4.如权利要求1所述的高速生产小直径高强度高塑性钢材的热处理加工方法，其特征在于：所述步骤㈡中，多道次连续式轧机为四-八道次。
5.如权利要求1-4中任一权利要求所述的高速生产小直径高强度高塑性钢材的热处理加工方法，其特征在于：将规格为Φ10mm的盘圆加工成Φ6mm的钢筋，按以下工序进行：
㈠加热工序，将粗规格盘圆以180米/分钟的行进速度先经预热中频炉加热到750℃，再经超音频加热炉进行补偿加热到1050℃；预热中频炉采用2.5kHz的发射功率将盘圆在5秒时间内加热到所需温度；超音频加热炉采用30kHz的发射功率将盘圆补偿加热到所需温度；
㈡轧制工序，以500米/分钟的行进速度经多道次连续式轧机将盘圆精轧到所需要外型尺寸的小直径钢筋；多道次连续式轧机为Φ10mm-Φ8.3mm-Φ6.8mm-Φ6mm四道次64%总压缩率精轧成需要的Φ6mm带肋或不带肋钢筋；
㈢冷却工序:
先用淬火装置进行至少一次淬火将小直径钢筋表面温度控制在400℃，再利用钢筋内部热传导使钢筋表面温度升至490℃，并在此温度下保温15秒，再利用淬火装置进行至少一次淬火将钢筋表面温度控制在455℃，最后通过空冷或水冷至室温。
6.如权利要求1-4中任一权利要求所述的高速生产小直径高强度高塑性钢材的热处理加工方法，其特征在于：将规格为Φ16mm的盘圆加工成Φ12mm的钢筋，按以下工序进行：
㈠加热工序，将粗规格盘圆以80米/分钟的行进速度先经预热中频炉加热到790℃，再经超音频加热炉进行补偿加热到1150℃；预热中频炉采用3kHz的发射功率将盘圆在2秒时间内加热到所需温度；超音频加热炉采用35kHz的发射功率将盘圆补偿加热到所需温度；
㈡轧制工序，以205米/分钟的行进速度经多道次连续式轧机将盘圆精轧到所需要外型尺寸的小直径钢筋；多道次连续式轧机为Φ16mm-Φ13.8mm-Φ13mm-Φ12.5mm-Φ12mm四道次44%总压缩率精轧成需要的Φ12mm带肋或不带肋钢筋；
㈢冷却工序：
先用淬火装置进行至少一次淬火将小直径钢筋表面温度控制在540℃，再利用钢筋内部热传导使钢筋表面温度升至610℃，并在此温度下保温7秒，再利用淬火装置进行至少一次淬火将钢筋表面温度控制在550℃，最后通过空冷或水冷至室温。
7.如权利要求1-4中任一权利要求所述的高速生产小直径高强度高塑性钢材的热处理加工方法，其特征在于：将规格为Φ8mm的盘圆加工成Φ4mm的钢筋，按以下工序进行：
㈠加热工序，将粗规格盘圆以200米/分钟的行进速度先经预热中频炉加热到720℃，再经超音频加热炉进行补偿加热到950℃；预热中频炉采用3kHz的发射功率将盘圆在4秒时间内加热到所需温度；超音频加热炉采用40kHz的发射功率将盘圆补偿加热到所需温度；
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㈢冷却工序：
用淬火装置进行至少一次淬火将小直径钢筋表面温度控制在570℃，再利用钢筋内部热传导使钢筋表面温度升至690℃，并在此温度下保温10秒，再利用淬火装置进行至少一次淬火将小直径钢筋表面温度控制在405℃，最后通过空冷或水冷至室温。
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