柏承波  吴光耀  曹  重

（玉溪新兴钢铁有限公司）

摘  要  通过对22MnCrφ12规格钢筋从炼钢、轧钢控制工艺进行对比，从化学成分、重量负偏差、开轧温度、回火温度等不同的参数进行分析，找到22MnCrφ12规格出口合金钢筋屈服强度低的原因，制定相应措施，改善其屈服强度低的情况，确保玉溪新兴钢铁有限公司（以下简称玉钢公司）产品性能稳定。

关键词  热轧 带肋钢盘  屈服强度 分析 改善

1  前言

为积极适应22MnCr出口合金钢筋的要求，2019年7月以前玉钢公司采用铌铬合金四切分工艺生产22MnCrφ12出口合金钢筋，为进一步降低玉钢22MnCrφ12出口合金钢筋生产成本，玉钢公司从2019年7月份开始积极开展钒铬合金化工艺和五切分生产工艺，经过3个月的大批量生产，总体性能良好，但还是有屈服强度低的情况出现，为确保玉钢公司22MnCrφ12出口合金钢筋的性能稳定，对22MnCrφ12出口合金钢筋进行分析，查找原因，改善其性能低的情况。

玉钢公司生产22MnCrφ12采用工艺流程为260 mm2烧结机→1080 mm3高炉→50 t转炉→吹氩→连铸→高精度短应力中型棒材轧机。

2  主要数据分析

2.1  物理性能、化学成分数据对比

22MnCrφ12铌铬合金四切分工艺与钒铬合金五切分工艺的数据对比，具体情况见表1、表2。

从表1可以看出，7～9月份钒铬合金五切分工艺屈服强度≤410 MPa批次为3批，占比12.5 %，比1～6月份铌铬合金四切分工艺屈服强度≤410 MPa批次占比多10.94 %；7～9月份钒铬合金五切分工艺屈服强度≤420 MPa批次为9批，占比37.50 %，比1～6月份铌铬合金四切分工艺屈服强度≤420 MPa批次占比多26.56 %；7～9月份钒铬合金五切分工艺平均屈服强度为430 MPa比1～6月份铌铬合金四切分工艺平均屈服强度少9 MPa。

2.2  金相数据对比

2.2.1  宏观金相对比

图1、图2钒铬五切分工艺的屈服强度分别为400MPa、405MPa，为GB/T1499.2-2018屈服强度要求的下限。图3、图4钒铬五切分的屈服强度分别为445MPa、450MPa，图1、图2出现明显的带状组织。

2.2.2  微观金相对比

从图5、图6、图7、图8可以看出，在500倍显微镜下，图5、图6φ22MnCr 12钒铬合金五切分工艺屈服低的铁素体明显具有方向性，图7、图8铁素体正常。

2.3  生产工艺数据对比

从表2可以看出，平均负偏差22MnCrφ12钒铬合金五切分工艺比22MnCrφ12铌微合金四切分工艺低0.64 %，平均开轧温度22MnCrφ12钒铬合金五切分工艺比22MnCrφ12铌微合金四切分工艺低12 ℃，平均回火温度22MnCrφ12钒铬合金五切分工艺比22MnCrφ12铌微合金四切分工艺高5 ℃。平均开轧温度、平均回火温度相差不大。

3  原因分析

3.1  生产工艺分析

3.1.1  轧制压缩比分析

根据下面公式： 理论重量=S（横截面积）╳ρ（密度）╳ L(长度)

φ12规格钢筋理论重量=0.888 kg/m；ρ（密度）=7.85 kg/m3；L(长度)=1 m，推导S（横截面积）为113.1 mm2。

φ12规格钢筋四切分压缩比=方坯横截面积/（φ12规格钢筋横截面积╳切分数）

方坯横截面积=165 mm╳165 mm=27 225 mm2；φ12规格钢筋横截面积=113.1 mm2

φ12规格钢筋四切分压缩比为60倍。

φ12规格钢筋五切分压缩比为48倍。

依据φ12规格钢筋四切分和五切分压缩比的不同，压缩比越大，晶粒越细，通常认为晶粒细化对材料强度起到强化效果[1]。在成分大致相同的情况下，φ12规格钢筋四切分工艺屈服强度比φ12规格钢筋五切分工艺屈服强度高。针对φ12规格钢筋五切分压缩比较四切分低的情况，玉钢公司对合金成分进行了调整，上调Mn元素内控成分0.04～0.15 %，确保合金元素对屈服强度的强化效果。由于锰元素价格低廉，在工业用钢中通常都会含一定量的锰元素，锰可以与铁形成固溶体，提高铁素体与奥氏体的强度[6]，从而提高22MnCrφ12钢筋的屈服强度。

3.1.2  轧制负偏差、轧制温度分析

根据表3可知，钒铬合金五切分工艺平均负偏差较低，在其他条件不变的情况下，可导致屈服强度降低。为了使原始奥氏体晶粒尺寸不要太大，为了进一步细化组织，需对钢的加热温度和速率进行严格控制，由于高的加热温度和缓慢的加热速率，使钢中的和氮化物被大量固溶，因此降低了对晶粒生长的阻碍作用，而使奥体晶粒长大[2]。根据表3可知，钒铬合金五切分工艺的平均开轧温度较低，在相同条件下，可使屈服强度升高。22MnCrφ12钢筋轧制回火温度在800～1 000 ℃之间时，随着温度的升高，屈服强度逐渐降低。钒铬合金五切分工艺平均回火温度较高，在相同条件下，可使屈服强度降低。

综上所述，钒铬合金五切分工艺平均负偏差、平均回火温度使屈服强度降低，平均开轧温度使屈服强度升高。为提高22MnCrφ12钢筋钒铬合金五切分工艺屈服强度，玉钢公司将负差控制在-3.00～5.00 %之间，轧制回火温度控制在800～970 ℃之间，确保22MnCrφ12钢筋钒铬合金五切分工艺屈服强度415～480 MPa。

3.2  金相分析

根据图1、图2、图5、图6宏观、微观金相可以看出，屈服强度低的批次出现带状组织。在轧制过程中, 枝晶会沿着轧制方向被拉长, 在随后的冷却过程中, 由于枝晶成分偏析, 会形成铁素体-珠光体条带, 即带状组织[3]。经过大量试验数据表明，带状组织产生的原因有：一是元素偏析是造成钢筋出现带状组织的一个重要因素[3]，带状组织在后续轧钢或者热处理时能够减轻,但合金元素在固相中扩散速度较慢无法得到改善[4]。二是22MnCrφ12钢筋在轧制切分过程中产生带状组织。带状组织的铁素体与珠光体的晶界的界面能较低，当钢材受应力作用时,带状组织间受晶界阻碍的可能性显著降低[5]，从而使22MnCrφ12钢筋的屈服强度降低。为减少铸坯出现带状组织，玉钢公司加强对50 t转炉出钢过程中的吹氩时间，吹氩时间≥500 s/批次。

4  效果

通过原因分析，对钒铬合金化工艺和五切分生产工艺进行成分、炼钢吹氩工艺、轧钢工艺进行优化，屈服强度≤410 MPa的比例为1 %，屈服强度≤420 MPa的比例为2.6 %，取得的效果见表3。

5  结论

（1）在成分相同的情况下，由于四切分和五切分压缩比的不同，从而影响钢筋的屈服强度，五切分压缩比较低，从而使22MnCrφ12钢筋的屈服强度降低。为确保22MnCrφ12钢筋的屈服强度符合GB/T 1499.2-2018的要求，加入Mn元素0.04～0.15 %，提高铁素体与奥氏体的强度，进而提高22MnCrφ12钢筋的屈服强度。

（2）在成分相同的情况下，对22MnCrφ12钢筋的平均负偏差控制在在-3.00～5.00 %之间，轧制回火温度控制在原有基础上降低10～20 ℃。其开轧温度不变，确保其屈服强度稳定，并符合GB/T 1499.2-2018的要求。

（3）由于22MnCrφ12钢筋屈服强度低的批次出现带状组织，为减少带状组织的出现，延长转炉出钢过程中的吹氩时间，减少元素偏析，进而减少带状组织出现。

6  参考文献

[1] 陈文振. ZK61镁合金薄板轧制与组织、织构及性能研究[D].哈尔滨工业大学，2013.

[2] 孙丽萍. 轧制工艺温度对高强高低温韧性H型钢组织性能的影响[D].安徽工业大学，2019.

[3] 何彪，孙宇，肖功业，张俊萍，赵庆权，秦利波.典型碳钢高压锅炉管带状组织成因及其对持久强度的影响[J].钢管，2018，47(02):65-68.

[4] 石可伟，卢洪星，韩勇，张洪才.连铸冷却强度对钢材带状组织级别影响的试验研究[J].连铸，2015，40(05):42-44.

[5] 赵金涛. 船板钢铸坯中心偏析与轧板拉伸分层的研究[D].武汉科技大学，2011.

[6] 张倩. 低合金超高强度钢中合金元素强化机制的EET研究[D].辽宁工程技术大学，2016.