在轧制生产线上强化低碳钢材的工艺技术

  低碳钢轧材是黑色冶金工业最普通的一种成品钢材。其年产量以数千万吨计。按现行标准规定，普通低碳结构用钢材含有以下成分：≤0.22%C;≤1.5～2.0%的以置换固溶体形式存在的合金元素(Mn、Si、Ni、Cu和Cr);≤0.1%的以强碳化合物和强氮化物的形成元素(Al、Ti、Nb和V);还含有少于0.05%的有害杂质(S和P)。

  十年来，这种在线强化工艺技术及其产品得到了不断完善。尽管如此，经热轧后直接提供的低碳钢材一般都存在强度指标偏低和耐寒性较差的缺点。近二十年来的课题归结为生产较高级强度级的低碳钢材两大课题。通过在轧制生产线上采用这样或那样的热处理工艺来强化轧件性能，使这一课题成功地得到了解决。

  试验方法

  试验对象为钢筋及异型材——后者为3钢制成的角钢、钢梁、槽钢。所有这些型材都在中、小型型材轧机生产线轧制与强化。在精轧机架后面设置淬水箱，冷却水经特制的高压喷枪，用紊流水强化冷却轧件表面。轧件以8～15m/s的速度经过淬水箱。从1000～1050～终轧温度降到中间温度580～680"C(视供水强度而定)。然后将型材送到冷却辊道上，在那里靠金属中蓄存的热量进行自回火。

  研究轧件截面的金相组织，测定其硬度值。按照标准进行机械性能试验。用中央工业建筑科学研究所提出的专用试件要求在-60～+20℃下进行冲击韧性试验，再根据试验结果判断钢的耐寒性能。采用静态悬臂弯曲进行应力耐蚀性试验，根据标准规定，试验在给定的恒负荷条件下，于氮化物沸水(约100℃)溶液中持续放置100小时(溶液含60%的硝酸钙和5%的硝酸铝)。再测试极限应力值，若低于它，则不会出现腐蚀龟裂缺陷。

  试验结果及讨论

  按上述工艺强化的型材存在截面金相组织不均匀，即金相组织的各向异性具有自然混合材料的特点。在型材表面有一薄的硬化层(每侧约1.0～2.0mm);而型材中心较软并有韧性。

  下面将讨论钢筋的抗脆性断裂是如何随直径的变化而变化的。用中央工业建筑科学研究所拟定的专用试件作冲击弯曲试验，以便研究强化钢筋的耐寒性能。在这些试件上刻有侧面锋利的切口，从而出现复杂应力状态，后者易于引起材料断裂。在这种情况下，作用在试件上的断裂功将首先影响到材料的表层。钢筋断裂的临界准数Ap正常取Ap=49J。直径为l6和25mm的钢筋于-70℃冷处理后Ap>49J。直径为10mm的钢筋在这一温度下出现不应有的偏差，这就是说直径10mm的钢筋的耐寒性很不佳。这些试验数据结果与表面硬度变化相关。

  在评估钢筋的抗应力腐蚀时，这一情况更为明显。可以看出，材料抗应力腐蚀的能力随钢筋直径减小而下降。如果钢筋直径d钢筋≥16mm且其极限应力值达到屈服点水平，则钢筋实际上没有腐蚀，而直径10mm的钢筋其极限应力值达到250～300MPa水平，钢筋出现腐蚀龟裂现象。在所试验的钢筋中，我们早以观察到钢筋龟裂的发展现象。本文得出的结果证明了被公认的观点，尤其是腐蚀断裂更敏感。

  研究可以确认：低碳钢只能强化到表层硬度不超过320I-W的水平。在讨论生产工艺时钢筋强度保质水平宜确定为：=500MPa。这样，钢筋使用厂 挑选高性能的钢筋最简单的检测方法是测量强化钢筋的表面硬度，即硬度值不应超过320HV。

  结论

  1)在中小型型材轧制生产线上采用紊流水连续水淬处理办法可以强化3型低碳钢材，其屈服点可达500MPa。

  2)在限制钢材表面硬度值≤320HV条件下，屈服点达≥500MPa的钢材保证具备高的使用性能和工艺性能。