【正文】 較如下表 所示： 表 軋鋼生產(chǎn)各種原料比較 原料種類 優(yōu)點 缺點 使用條件 鋼錠 不用初軋開坯，可直接軋制成材 金屬消耗大，成材率低，中間不能進行清理，壓縮比小，產(chǎn)量低 僅特殊用途軋機用鋼錠作原材料，大部分鋼錠要經(jīng)初軋機、中型開坯軋機或鍛壓機軋成各種鋼坯 鋼坯 壓縮比大，可中間清理，故產(chǎn)量大。鋼種不受限制，成材率高 需要初軋開坯，使工藝和設備復雜。能耗和產(chǎn)品成本提高，比用連鑄坯金屬消耗大得多，成材率低 大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)以及 生產(chǎn)品種較多的各種車間 連鑄坯 金屬消耗少，成材率可提高 6～ 12%，不用初軋，縮短工藝流程，可節(jié)能降耗，降低成本 鋼種受到一定限制（主要用于鎮(zhèn)靜鋼），壓縮比較小，對有些產(chǎn)品受到限制，另外連鑄坯規(guī)格較少，不適用于多品種小批量生產(chǎn)的要求，連鑄工藝要求嚴格 適合于大、中、小多類鋼鐵企業(yè)，生產(chǎn)品種較少，毗連較大的情況；適用于壓縮比要求不特別嚴格的產(chǎn)品 通過上述比較，本設計選用連鑄坯作為生產(chǎn)原料。三 典型產(chǎn)品及其軋制工藝研究 9 三 典型產(chǎn)品及其軋制工藝研究 近年來，我國建筑業(yè)發(fā)展迅速，致使國內(nèi)對熱軋 帶肋 螺紋 鋼筋 用鋼的需求量 大大提高，所以典型產(chǎn)品選擇 HRB335 熱軋帶肋螺紋鋼筋。其化學成分如表 所示： 表 鋼的化學成分 標準 C（ %） Si（ %） Mn（ %） P（ %） S（ %） GB14991998 ~ ~ ~ ≤ ≤ 內(nèi)控 ~ ~ ~ ≤ ≤ 注： HRB335 生產(chǎn)時鋼的化學成分必須符合內(nèi)控規(guī)定?？刂?C 含量滿足： %（ C+Mn） %%。從而保證鋼筋的 焊接性能。 ： C：碳對鋼的影響十分的顯著，碳含量提高可以大幅度提高鋼的強度，但同時也使鋼的塑性和韌性下降， C 對性能的影響主要是對組織的影響， C 對鋼的顯微組織和性能有重大影響，對緩冷后鋼的顯微組織的影響是：在亞共析鋼范圍內(nèi)，隨著碳含量的增加，鐵素體相對減少，珠光體相對量增加；達到共析鋼時，全部為珠光體；在過共析鋼范圍內(nèi)，隨著碳含量的增加，先共析滲碳體相對量增加，珠光體相對量減少。因此， C 含量的控制應在一個合適的范圍內(nèi)。 Mn：錳是煉鋼過程中必須加入的脫氧劑，用以去除溶于鋼液中的氧。它還 可以把鋼液中的 FeO 還原成鐵，并形成 MnO。錳除了脫氧作用外，還有除硫作用，與鋼液中硫結合生成 MnS，從而在相當大程度上消除硫在鋼中的有害影響。錳對碳鋼的機械性能有良好的影響，它能提高鋼的強度和硬度，當錳含量不高時（低于 %），可以稍微提高或不降低鋼的塑性和韌性。錳提高強度的原因是它溶入鐵素體而引起固溶強化，并使鋼材在冷卻時得到層片較細、強度較高的珠光體，在相同冷卻條件下共同完成光體的相對量增加。此外，錳還可以深入滲碳體中，形成（ Fe， Mn） 3C。 Si：硅在煉鋼過程中也是必須加入的脫氧劑，可以去除溶 于鋼中的氧，可把鋼中的FeO 還原成鐵，形成 SiO2，碳鋼中的硅含量一般小于 %，它是鋼中的有益元素，硅溶于鐵素體后有很強的固溶強化作用，顯著提高鋼的強度和硬度，但是含量較高時，使鋼的塑性和韌性下降。由于硅是非碳化物形成元素，在鋼中不形成碳化物，而是固溶于鐵素體中，造成強烈的固溶強化效應，可顯著提高鋼的彈性極限和屈強比，使鋼的屈服強度增加超過抗拉強度的增加，從而導致鋼筋的屈服強度偏高，鋼筋的屈強比偏高。 10 S：硫是鋼中的有害元素，它是煉鋼過程中由礦石和燃料帶到鋼中來的雜質(zhì)，硫只能溶于鋼液中，在固態(tài)鐵中幾乎 不能溶解，而是以 FeS 夾雜的形式存在于固態(tài)鋼中。硫最大的危害是引起鋼在熱軋時開裂，這種現(xiàn)象稱為熱脆。原因是由于 FeS 的嚴重偏析，即使鋼中的硫不算高，也會出現(xiàn)（ Fe+FeS）共晶，鋼在凝固時，共晶組織中的鐵依附在先共晶相 — 鐵晶體上生長，最后把 FeS 留在晶界處，形成離異共晶。（ Fe+FeS）共晶的熔化溫度很低（ 989℃）而熱加工的溫度一般為 1150~1250℃，這時位于晶界上的（ Fe+FeS）共晶已經(jīng)處于熔融狀態(tài)，從而導致熱加工時開裂，如果鋼中的氧含量也高，還會形成熔點更低的（ 940℃） Fe+FeO+FeS，其 危害性更大。防止熱脆的方法是鋼中加入適量的Mn，形成， MnS 熔點為 1600℃高于熱加工溫度，并在高溫下具有一定的塑性，不會產(chǎn)生熱脆。此外，含硫量高時，還會使鋼鑄件在鑄造應力作用下產(chǎn)生熱裂紋。在焊接時產(chǎn)生 SO2 氣體，使焊縫產(chǎn)生氣孔和縮孔。但是硫可以提高切削加工性能。 P：一般來說，磷是有害的雜質(zhì)元素，它是由礦石和生鐵等煉鋼原料帶入的。無論是在高溫，還是在低溫，磷在鐵中具有較大的溶解度，所以鋼中的磷一般固溶于鐵中。磷具有很強的固溶強化作用，它使鋼的強度、硬度顯著提高，但劇烈的降低鋼的韌性，尤其是低溫韌性，稱為冷 脆，磷的有害影響主要在于此。但是，在一定條件下磷也有一定的有益作用，它可以提高鋼的切削加工性能。 其它元素如 Cu、 O、 H 等對鋼材性能也有較大的影響，但在實際生產(chǎn)中能控制在要求的范圍內(nèi)，因此，不是重點控制的元素。 、性能的影響 鋼材的組織與化學成分有很大的關系，化學成分不同，在相同的軋制工藝條件下，會得到不同的組織。但是，一旦化學成分確定以后，影響鋼材組織的主要因素就是軋制工藝。 軋制工藝中，對組織影響的主要因素是軋制溫度和冷卻制度， HRB335 在熱加工狀態(tài)下的組織通常為奧氏體，在軋 制、冷卻過程中由于溫度變化的不同，會轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌慕M織，因此，軋制溫度不同、冷卻速度不同，會得到不同的鋼材組織，也會得到不同的力學工藝性能。在不同的軋制溫度和冷卻速度下，可能得到鐵素體 a、珠光體 P、貝氏體 B 或馬氏體，具體情況可以看 C曲線。 HRB335 的 C 曲線如圖 。 三 典型產(chǎn)品及其軋制工藝研究 11 圖 的 C 曲線 在不同的冷卻條件下，得到的組織。如圖 ，陰影部份為鐵素體形成區(qū)，標有 P、B 的區(qū)域分別為珠光體形成區(qū)和貝氏體形成區(qū)，當冷卻曲線從某區(qū)域穿過，必定形成該組織。從圖 看，如 180 的冷卻曲線，得到組織為 75%的鐵素體和 25%的珠光體。如228 的冷卻曲線，得到約 45%的鐵素體、約 17%的珠光體和約 26%的貝氏體，如果冷卻速度過快，還會得到馬氏體組織。 組織不同，性能有很大的差異，各種組織對鋼材性能的影響如下： 1．鐵素體：鐵素體是熱軋帶肋鋼筋里的十分重要的基本相，它是碳溶于α鐵中的間隙固溶體，為面心立方晶格，以晶粒的形式存在于鋼中，鐵素體的性能與純鐵基本相同，鐵素體為軟韌相，它和鋼材組織中其他相相比，硬度和強度較低，但延伸率好，韌性也較好。但是鐵素體的強度還與鐵素體的晶粒有關系，晶粒越小，強度高且塑性、韌性也好 。通常鐵素體相的性能大致范圍如下： 抗拉強度： 176~274MPa 屈服強度： 98~166MPa 延伸率： 30~50% 斷面收縮率： 70~80% 沖擊韌性 160~200J/cm2 硬度 HB： 50~80 2．珠光體：片狀珠光體是熱軋帶肋鋼筋中的一個重要相，珠光體是由鐵素體和滲碳體（滲碳體是鐵與碳形成的間隙化合物 Fe3C，含碳量為 %）交替成片狀組織，當 12 在 A℃ ~650℃溫度較高的條件下，片間距的大小通常為 ~，珠光體有較高的強度和硬度，但塑性較差，其機械性能主要取決于珠光體片間距，硬度 和強度隨珠光體的片間距的縮小而增大，在塑性變形時，基本在鐵素體內(nèi)部發(fā)生，滲碳體層則有阻止滑移的作用，滑移的最大距離就等于片間距，片間距越小，鐵素體和滲碳體的相界面越多，對位錯運動阻礙越大，因而厚度和強度都提高，珠光體塑性也隨片間距的減小而增大，這是由于片間距越小，鐵素體和滲碳體越薄，從而使塑性變形能力增大。不同的溫度范圍會形成不同片間距的珠光體，當在 650~600℃的溫度范圍內(nèi)形成的珠光體組織其片間距較細，約為 ~，只有在高倍光學顯微鏡下才能分辨出鐵素體和滲碳體的片層形態(tài)，這種細片狀珠光體 又稱為索氏體。當轉(zhuǎn)變溫度更低，在 600~550℃之間時，形成的珠光體片間距更細，只有 ~，只有在電子顯微鏡下才能區(qū)分，這種極細的珠光體又稱為索氏體。珠光體還有粒狀珠光體，在此不作過多的闡述。珠光體的機械性能大體如下： 抗拉強度： 1000MPa 屈服強度： 600MPa 延伸率： 10% 斷面收縮率： 12~15% 硬度 HB： 241 3．貝氏體：同珠光體類似，貝氏體也是由鐵素體和碳化物組成的機械混合物，在轉(zhuǎn)變過程中發(fā)生碳在鐵素體中的擴散，但貝氏體的組織形態(tài)又和珠光體不同。貝氏體分為上貝氏體和下貝氏 體，上貝氏體的形成溫度高，鐵素體晶粒和碳化物顆粒較粗大，碳化物呈短桿狀平行分布在鐵素體板條之間，鐵素體和碳化物分布有明顯的方向性，這種組織狀態(tài)使鐵素體條間易產(chǎn)生脆斷，在 400~550℃溫度區(qū)間形成的上貝氏體不但硬度低，而且沖擊韌性差，所以在材料中一般應避免上貝氏體組織形成。下貝氏體中鐵 素體細小而均勻分布，而且在鐵素體內(nèi)又沉淀析出細小、多量而彌散的 ? — 碳化物，故位錯密度很高。因此，下貝氏體不但強度高，而且韌性也好，具有良好的綜合機械性能，一些研究結果表明，下貝氏體比回 火高碳馬氏體具有更高的韌性、較低的缺口敏感性和裂紋敏感性。 4．馬氏體：當鋼的冷卻速度過快，奧氏體還未來得及轉(zhuǎn)變?yōu)榇M織，就形成了馬氏體，馬氏體是碳在α — Fe 中過飽和的間隙固溶體，鋼中馬氏體有兩種類型的結構，一種是含碳量低的鋼中出現(xiàn)的體心立方，另一種是含碳量較高的鋼中出現(xiàn)的體心正方。鋼中的馬氏體有兩種基本形態(tài)，一種是板條狀馬氏體，又稱為低碳型馬氏體，另一種是片狀馬氏體，又稱為高碳型馬氏體。馬氏體機械性能的特點是具有高硬度和高強度，馬氏體高強度、高硬度的原因是多方面的，其中主要包括碳原子的固溶強化、相變強 化及時效強化。馬氏體的塑性和韌性主要取決于它的亞結構，在相同屈服條件下，位錯型馬氏體比孿晶型馬氏體的韌性好得多，孿晶馬氏體具有高的強度，但韌性很差，其性能特三 典型產(chǎn)品及其軋制工藝研究 13 點是硬而脆。 HRB335的組織 HRB335 常規(guī)軋制工藝溫度控制如下： 開軋溫度： 1000~1200℃ 終軋溫度： 950~1150℃ 冷卻：在冷床上自然空冷，不同規(guī)格的鋼筋冷卻速度也有所不同大規(guī)格鋼筋的冷卻速度慢，小規(guī)格的鋼筋冷卻速度快。在高溫段（≥ 700℃），冷卻速度通常為 10~15℃ /秒，低溫度通常為 3~8℃ /秒。 在上述的 溫度條件下， HRB335 通常得到的是鐵素體和珠光體組織，有時有少量的貝氏體（通常低于 5%）。 HRB335CCT曲線的影響 HRB335 國標 CCT 曲線如圖 所示： 圖 國標下 HRB335CCT 曲線 各化學元素對 HRB335CCT 曲線均有影響，其表現(xiàn)為各元素含量對珠光體 P、貝氏體 B 以及鐵素體 F 的開始轉(zhuǎn)變溫度的影響。各元素含量不同致使珠光體 P、貝氏體 B 以及鐵素體 F 的開始轉(zhuǎn)變溫度有所不同。其中各元素含量與各開始轉(zhuǎn)變溫度關系如下表 所示： 14 表 曲線中各元素含 量與開始轉(zhuǎn)變溫度的關系 國標 含量 開始轉(zhuǎn)變溫度 /℃ 珠光體 P 貝氏體 B 鐵素體 F C 含量 /% Si 含量 /% Mn 含量 /% P 含量 /% S 含量 /% 由表 給出的實驗數(shù)據(jù)可知 HRB335 的珠光體轉(zhuǎn)變開始溫度隨 C、 Si、 P、 S 含量的增加而升高，而隨 Mn 含量的增加而降低。與之相反貝氏體轉(zhuǎn)變開始溫度卻隨 C、 Si、Mn 含量增加而降低，而隨 S 含量的增加而增加，但 P 的含量卻不影響貝氏體的開始轉(zhuǎn)變溫度或者說其影響很小。其中鐵素體的開始轉(zhuǎn)變溫度隨 C、 Mn 含量的增加而降低，而隨 Si、 P、 S 含量的增加而升高。四 生產(chǎn)工藝流程 15 四 生產(chǎn)工藝流程 根據(jù)已制定的生產(chǎn)方案，在充分完成產(chǎn)品產(chǎn)量質(zhì)量要求的前提條件下，用最大可能的低消耗、最少的設備、最小的車間面積、最低的勞動成本，并有利于產(chǎn)品的質(zhì)量的提高和發(fā)展，有較好的勞動條件，最好的經(jīng)濟效益，具體的原則如下： 1． 根據(jù)產(chǎn)品的質(zhì)量要求：通常在產(chǎn)品標準中規(guī)定了鋼材各種規(guī)格，技術條件、產(chǎn)品性能檢驗等內(nèi)容。但技術要求則是其主要方面，它對產(chǎn)品的質(zhì)量要求，即它對產(chǎn)品的幾何形狀與尺寸精確度、鋼組織與性能以及表面質(zhì)量都作出了明確的規(guī)定，顯然，產(chǎn)品的技術要求是制定工藝過程的首要依據(jù)。為了滿足產(chǎn)品技術條件要求，就要有相應的工序給予保證。因此，滿足產(chǎn)品標準要求是設計生產(chǎn)工藝流程的基礎。 2． 生產(chǎn)規(guī)模大?。河捎谲囬g生產(chǎn)規(guī)模不同，所要求的工藝過程復雜程度也不同。在生產(chǎn)同一產(chǎn)品情況下，生產(chǎn)規(guī)模越大的車間，其工藝過程也越復雜。應此，設計時生產(chǎn)率的要求是設計工藝過程的出發(fā)點。 3． 產(chǎn)品成本：成品是生產(chǎn)效果的綜合反映，是各種因素影響的結果。一般鋼的加工工藝性能愈差，產(chǎn)品的技術要求愈高，其生產(chǎn)工藝過程就愈復雜，生產(chǎn)過程中金屬、燃料、電力、勞動力等各種消耗也愈高，產(chǎn)品成 本必然