热轧带肋钢筋的生产工艺及车间设计

热轧带肋钢筋的生产工艺及车间设计内容摘要：

纹钢筋生产统计 目前，各厂家生产螺纹钢筋的工艺，基本上为热轧、随后在冷床上空冷的传统流程。 控制轧制尚未应用于生产。 仅有少数厂家开展了轧后控制冷却工艺的试验生产。 螺纹钢筋的纹型，国内 l、 l级钢筋大部分按首钢、唐钢和冶金部建筑研究总院共同制定的《热轧月牙纹钢筋技术条件》生产纵横筋不相交的月牙纹钢筋，少数仍采用国际规定的人字纹型。 F 级钢筋则采用不带纵筋的连续螺旋型。 随着国民经济的发展和高层建筑的增多，对高强度、大规格螺纹筋的需求不断增加，在许 多国家的技术条件中，都规定钢筋最低屈服强度应在 42 公斤 /毫米“以上，而且同时要具备较好的延伸率、弯曲性能和焊接性能。 靠增加碳、锰等元素的含量来提高强度的途径是不能满足上述要求的。 近年来，为了提高钢筋的性能，国内外均进行了大量的试验、研究，概括起来主要有两大类，一类是采取添加微量合金元素改善性能，采用钥、泥、钒、钦等元素。 另一类方法是控制轧制。 对此，国内外做了大量的研究与应用方面的工作。 目前在钢筋生产中主要采取轧后余热处理，即终轧后的钢筋从高温状态加速冷却 (主要采取水冷 )至予定温度后在冷床上自回火。 经此处理可 以提高钢筋的综合机械性能，减少二次氧化铁皮改善表面质量，节约能源及合金元素，降低成本。 在 83 年召开的全国螺纹钢技术交流会上亦将此列为今后发展的重点。 内蒙古科技大学高等职业技术学院 毕业设计说 明书（论文） 第 6 页 共 66 页 在齐河县建立螺纹钢筋的必要性与可 分析 行性 （ 1）地理优势 齐河县位于祖国的中原、山东西部，南邻黄河，并与济南隔河相望，隶属德州市 （ 2） 矿产资源 齐河资源丰富，境内沿黄 ，是北方少有的丰水县。 林木覆盖率 ％。 地下矿藏有煤、石油、温泉、优质矿泉水等，其中煤炭储量 60亿吨，现有煤矿 3座。 （ 3）水资源 齐河县可利用的水资源有 地下 水、水库储水和黄河水。 齐河及邻近县市的地下水年平均补给量为 5562*338m3/a。 因全年降水量丰富，水库可大量储水，可向城市提供水资源8*200m3/d，作为城市自来水公司的调节水源；黄河自流在齐河南部穿越而过，水储量为 1100*200m3/a作为供水补给。 综合地下水和水库储水，除去黄河引水，足以满足新建钢铁厂的用水消耗，黄河水用于供水补给，以供干旱时使用。 （ 4） 交通条件 齐河区位优越，交通发达。 是济南市周边最近的卫星城。 京沪、济邯两条铁路，京福、济聊、青银三条高速公路， 308 国道和 80 10 31 324 四条省道以及正在建设的京沪高铁穿越县境。 乘车 15 分钟可到达济南市区， 30 分钟到达济南国际机场。 即将开工建设的济齐黄河大桥和长清黄河大桥，以及规划中的建邦黄河大桥、石济客运专线黄河铁路大桥和济泺路黄河隧道，使省城济南北跨格局将升级为“七桥一隧”，齐河的交通 优势将进一步。 （ 5） 政策扶持 随着山东经济的快速发展，一些重要工程及工厂的厂房、设备均需要螺纹钢筋，例如钢筋混凝土和厂房窗户等。 人们生活质量的提高推动了房地产业的开发，各种小区 住房大批建设，使用的钢筋时螺纹钢的主要消费之一。 此外，永 锋钢铁计划选址在齐河经济开发区，这也是山东省重点经济开发区，随着德州市经济重心的南移，齐河经济开发区在未来几十年内势必会成为德州市甚至是山东省经济的发展重心。 选在齐河县，将大幅解决当地人员的工作问题并带来大量税收，当地政府势必会在土地利用、上交税收、资金贷款等各方面给与大力支持。 基于以上几点在齐河地区建立螺纹钢筋生产厂是非常有必要同时也是可行的。 螺纹钢筋的研制与生产动向 对于不同用途的钢，虽然对其强度、塑性 (韧性 )要求不尽相同，但要求二者间具有良好的匹配则是共同的。 对于螺纹钢筋而言，除此之外还要求 较好的焊接性能、弯曲性能以及一定的握裹力等。 因此改善和提高螺纹钢筋的性能，应从改善钢筋钢的性能及钢筋形状着手。 微合金化钢筋 “微合金化”是指在传统 C 一 Mn 钢中，加入一种或几种微量合金元素 (%以下 )，使钢得到内蒙古科技大学高等职业技术学院 毕业设计说 明书（论文） 第 7 页 共 66 页 强化的方法。 常采用的合金元素有钥、泥、钒、钦等。 近年来，也有报道加入微量铝、硼、错、稀土和钙等合金元素的。 但采用得最广泛的是泥、钒、钦。 在 30 一 50年代，为了提高结构钢的强度，采取的是增加钢中碳、锰或 C 十 Mn 含量的办法，以热轧钢筋为例，这样虽然提高了强度，但使塑性、韧性下降，同时导致 焊接开裂。 这就使得这类螺纹钢筋的屈服强度限于 40 公斤 /毫米“左右。 从 50 年代末期起，美、英、苏等国报道了在 C 一 Mn 钢中添加微量钒、钦、泥等元素，可以在不增加碳、锰含量的情况下提高钢的强度而又不降低其塑 (韧 )性。 因其不需要改变传统的轧钢工艺而提高了钢的性能，因而迅速被应用于生产。 主要应用于各类板材和线、棒材等品种。 我国具有丰富的钒、针资源，近年来为了提高螺纹钢筋的性能，尤其是为了生产供出口的高屈服强度钢筋，许多厂家，如上钢三厂、承德钢铁厂、首钢小轧厂、杭州钢铁厂、南昌钢铁厂、马钢小轧厂、沈阳线材厂、唐钢小轧 厂等都采用微合金化方式，生产了 ZoMnsiV、 ZoMnsiTi、 25MnsiV、25MnsiTi、 25MnsiVTi、 20MnNb、 35SiZV、 45SIMnV 等不同等级的螺纹钢筋。 加钒微合金化后，强度提高幅度为 2 一 15公斤 /毫米“，又不降低塑性、韧性。 我国热轧钢筋标准 GB1499 一 79 中也制定了 40SiZMnV、 45MnsiV、 35SiZMnV 以及 35MnsiV 等品种，也是基于这种情况。 加钒微合金化可以改善钢筋的性能，而在添加钒的同时加入氮，则强化效果更为显著，美国伯利恒钢铁公司早在 1965 年就取得了专利 ，目前美国、瑞典、西德的厂家都工业规模生产了 V一 N 系微合金化钢筋。 试验表明，钒和氮复合加入较之单独添加钒对提高钢筋的性能显著得多。 从而可以节约钒合金的用量。 表 2 列出了一些国家生产的 V 一 N 微合金化钢筋的化学成分和。 还须指出，由于钒和氮微合金化钢筋还具有不时效性，因此发展钒微合金化和钒、氮复合加入微合金化钢筋对我国现有中小型钢筋生产厂是十分切实可行的。 轧制余热处理钢筋 近年来的研究表明，对钢材轧后进行控制冷却 (水冷或气体喷射冷却 )，是一种节约能源、资源而又能显著提高钢材性能的经济而有效的手段。 它 不需对需处理的钢材加热，而利用终轧后钢材的“余热”直接进行热处理，使钢材迅速地从高温状态强制冷却到适当温度，然后进行自回火或回火处理。 螺纹钢筋、线材、棒材、角钢、工字钢等产品的热强化主要是通过“轧制余热处理”工艺来达到的。 各国对此均十分重视。 从六十年代开始就对此进行了广泛的试验研究，并在生产中广为应用。 其中以美国摩根公司与加拿大钢公司开发的斯太尔摩 (Stelmor)法，西德的施劳曼 (Sehloemann)法，日 本的沸水冷却 内蒙古科技大学高等职业技术学院 毕业设计说 明书（论文） 第 8 页 共 66 页 表 1— 2一些国家生产的典型 V一 N 橄合金化钢筋 (ED)法应用效果较好。 苏联 对此也十分重视，其螺纹钢筋产量的一半左右 (400万吨 )采用了轧制余热处理工艺，以达到其节约建筑用钢 8 一 11%的指标。 除了提高钢筋性能外，经轧制余热处理后，还可改善钢筋表面质量，降低二次氧化铁皮量。 如美国萨西钢厂采用轧制余热处理工艺生产的小 12毫米钢筋，成材的二次氧化铁皮率从原来的 /吨下降到 l公斤 /吨。 我国不少研究单位和厂家亦对钢筋、线材等的轧制余热处理进行了试验、研究，有的厂家已成功地运用于生产。 1983年，成都钢铁厂选用普通热轧 25Mnsi螺纹钢筋为材料，采用临界间淬火及临界间淬火 +自回火工艺进 行处理，得到了最终组织为铁素体 +马氏体的双相螺纹钢筋，这种螺纹钢筋因其铁素体中包含有马氏体相变产生的大量可动位错，其应力一应变曲线呈现连续屈服的特征，并且初始加工硬化能力强，按BS4449 一 78 标准测定，其 σ 0*5 值在 100 公斤 /毫米 2 左右， σ b/σ 0*5， σ 10 8%，冷弯合格，同时在一定的化学成分下通过控制加热温度和冷却速度可以在一个较宽的范围内调整组织中马氏体的体积分量，以达到不同的强塑性匹配，从而提出了一种生产高强度预应力精轧螺旋钢筋的轧制余热处理新工艺途径。 近年来，上海钢铁研究所研制了 用于螺纹钢筋轧制余热处理的冷却器，在上钢三厂使用结果表明效果良好，而且即将在其它厂家投入生产使用。 当前螺纹钢筋存在的主要质问题 当前，国内螺纹钢筋生产有一系列问题尚待改进。 其中，对螺纹钢筋性能影响最 大，而又带普遍性的问题主要有 : 内蒙古科技大学高等职业技术学院 毕业设计说 明书（论文） 第 9 页 共 66 页 据有关厂家统计，出现无屈服点及无屈服点脆断的螺纹钢筋大多数都是妇。 毫米以下的小规格2SMnsil 级钢筋。 其特点为静拉伸曲线呈现连续屈服，变形早。 a。 .:值降低。 其显微组织特征则是在原来的铁素体 +珠光体正常组织中出现了由 (马氏体 /贝氏体 )构成的 异常组织。 产生无屈服点的原因，认为是由于发生马氏体 (贝氏体 )相变时，因切变和体积膨胀使铁素体内产生可动位错所致。 产生马氏体的原因 {主要是由所用钢筋在某种化学成分下的冷却制度引起。 当钢中锰及其它提高淬透性的残余合金元素含量较高时，在轧后冷却过程中导致马氏体 (贝氏体 )转变。 而在相同化学成分下，一切提高冷却速度的因素都会加剧这一转变。 因此，往往易在淬透性较高的 25Mnsi螺纹钢筋上出现，小规格尺寸出现多 (热容量小、冷却快 )，冬季比夏季出现的比率大，单根冷比堆冷出现得更多。 试验表明，当钢筋组织中马氏体 (贝氏体 )的数 量达到 15%(体积百分比 )左右时，即不存在屈服点。 控制钢筋中锰及提高淬透性的残余合金元素的量是防止无屈服点的行之有效的方法。 弯曲横裂 螺纹钢筋在进行冷弯，以及反弯检验时，出现横裂，是不少厂家都出现过的质量问题。 造成这类问题的因素很多，此处只讨论化学成分、机械性能、显微组织等均属正常情况下的原因。 这类横裂，带有共同性的特征，即多发生在规格较大的螺纹钢筋上，尺寸越大越厉害。 横裂的部位都出现在螺纹钢筋顺轧制方向一侧的横筋根部。 一般认为，造成这一问题的根本原因是轧制过程中横筋改变了正常的应力分布，使其 两侧根部应力线密度升高，蓄积了应力。 此外钢筋脱槽时存在一个前滑作用，使顺轧方向一侧横筋根部受到拉应力，由于两种应力蓄积在顺轧一侧横筋根部，使该部位在弯曲以及反弯时产生弯曲横裂。 因此，一切减小应力集中的措施，如增大横筋根部的 r 值，降低横筋高度，加大轧辊直径，及时更换槽孔防止脱槽时因槽孔磨损形成的飞刺刮伤横筋根部等措施都被实践证明十分有效。 此外在进行弯曲检验时采取保护措施，减少横筋受损也是防止弯曲横裂的一个方面。 脆断 螺纹钢筋脆断，也具有一定的普遍性。 在许多场合下，脆断的螺纹钢筋同时也不存在屈服点。 脆断因各生产厂工艺、原材料等情况的差别而异。 据各有关资料介绍，大致有以下几种原因 : 1)与无屈服点现象一样，由于钢筋钢中锰及其它提高淬透性的残余合金元素含量较高，使组织中产生了一定数量的马氏体 (贝氏体 )，当其体积比超过 40%后，使螺纹钢筋既无屈服点，又同时脆断。 2)炼钢过程中，因出钢温度低，合金块度大，加入速度慢，镇静时间短，使锰、硅等元素来不内蒙古科技大学高等职业技术学院 毕业设计说 明书（论文） 第 10 页 共 66 页 及充分扩散均匀，从而引起脆断。 3)钢材表面增碳，这主要由炼钢过程和浇注造成。 钢筋表面增碳后，表层出现白色的亮带，其显微组织为含碳大于 %的共析或过共析组织，比正常 组织更硬更脆，在拉伸或弯曲时发裂而脆断。 4） 加热温度，特别是终轧温度过高。 加热温度过高会造成钢筋钢组织中晶粒粗大，产生网状或魏氏组织，降低塑性，导致脆断。 制订和采用先进标准，提高钢筋质最 目前，我国螺纹钢筋采用的质量控制与性能检验标准是 GB1499 一 79“热轧钢筋”国家标准。 此外，各生产厂为了提高螺纹钢筋质量和满足用户需求，分别制定了“内控标准”。 特别是近年来，随着我国螺纹钢筋生产的发展，不少厂家还开始向香港、东南亚等地区出口螺纹钢筋，这就需要按国外标准检验验收。 表 3 对我国 l级钢筋及各主要国家类似 我国 l级螺纹钢筋的性能进行了比较。 表 1— 3一些国家钢筋主要性能比较 从上述比较可以看出，英国标准 BS4449 一 78 所规定的机械性能、焊接和弯曲要求均严于我国及美、日、苏等国标准。 从我国 GB1499 一 79 标准和英国 BS4449 一 78 标准可以看出，我国标准对钢筋使用性能的要求不如英国标准完善和严格，而对化学成份等某些规定则过细过死。 此外，英国标准以 σ 0。 5作为屈服强度，规定 σ b ，较之我国规定 σ s 亦更为先进。 这不仅提高了钢筋的利用效率，而且对于有无屈服点亦没有要求。 这些规定既 有利于用户，又给了生产厂家以灵活内蒙古科技大学高等职业技术学院 毕业设计说 明书（论文） 第 11 页 共 66 页 性。 对于冷弯及反弯性能，英国标准要求既严格又合理，尤其是反弯性能，我国和许多其它国家的标准却未作要求。 随着高层建筑的增多，将反弯性能检验纳入标准，是十分必要的。 七十年代以来，法国、西德、比利时、荷兰、西班牙等国先后将反。