低成本高性能钢筋的研究与开发

论文摘要

随着我国城市化进程的加速,未来钢筋的生产和消费量都将会大大提高。因而低成本高性能钢筋的研究与开发显得尤为重要。基于此,本文通过实验室和现场试验研究开发了低成本高性能钢筋的生产工艺并进行了现场工业大生产。论文主要内容如下：（1）通过实验室热模拟实验确定了新型钢在不同冷却速度下的生成相和奥氏体未再结晶区温度范围。实验表明在现场条件下,实验钢筋吐丝后单纯采用风冷时得到钢筋的组织全部为铁素体+珠光体,未再结晶区温度范围大约为770～950℃。利用单道次压缩实验,建立了实验钢的变形抗力模型并对其高温变形的动态行为进行了研究。研究表明在现场工业试验条件下,轧件在轧制过程中不会发生动态再结晶。采用双道次压缩实验,研究了实验钢不同热变形条件下的软化率。研究结果发现在现场控温轧制试验条件下,轧件在精轧阶段不会发生静态再结晶。（2）通过现场工业试验确定了不同控温轧制措施对盘圆螺纹钢筋性能的影响,制定了现场最佳控温轧制工艺。结合控温轧制和喷雾冷却,通过成分微调,成功实现了用普碳钢轧制400MPa级低成本高性能盘圆螺纹钢筋。（3）利用平面变形法对萍钢棒材厂轧制低成本高性能Φ25mm棒材时轧件在中轧和精轧阶段的温度进行了计算。计算结果表明轧件在中轧阶段轧制过程中就产生了温升。当入中轧温度控制在950℃,终轧速度控制在11m/s时,轧件在中轧阶段温升计算值为44.7℃,精轧阶段温升计算值为65℃,计算值与现场实测值吻合较好。（4）参照低成本高性能盘圆螺纹钢筋轧制工艺,提出了一种新的生产低成本高性能棒材的工艺。即通过优化轧后控制冷却工艺将奥氏体再结晶区轧制过程中形成的细的、强烈硬化的、具有大量缺陷的奥氏体晶粒快速冷却到相变温度附近后空冷,从而抑制其晶粒长大并使其转变为晶粒适度细化的铁素体+珠光体。钢筋表面不会生成回火组织,在提高钢筋强度的同时保证其强屈比。（5）利用ANSYS有限元模拟了Φ25mm棒材轧后不同穿水冷却条件下的温右时,棒材表面会生成闭环回火组织,影响其性能。要想在棒材表面不产生回火组织的前提下尽可能提高其性能,轧后最好采用两段水冷,钢筋回火后温度控制在800℃左右。（6）利用闪光对焊技术对新工艺生产的棒材进行了焊接试验,试验结果表明,采用新工艺生产的低成本高性能棒材焊接性能良好。Φ12mm试验钢时效20天后性能检测表明新工艺生产的钢筋基本不存在时效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内Ⅲ级钢筋研究概况
• 1.2.1 微合金化钢筋
• 1.2.2 余热处理钢筋
• 1.2.3 超细晶粒钢筋
• 1.3 钢的强化机制
• 1.3.1 固溶强化
• 1.3.2 细晶强化
• 1.3.3 析出强化
• 1.3.4 位错强化
• 1.3.5 相变强化
• 1.4 控轧控冷技术
• 1.4.1 控制轧制
• 1.4.2 控制冷却
• 1.5 钢筋的控制轧制与控制冷却技术
• 1.5.1 钢筋的控制轧制
• 1.5.2 钢筋的控制冷却
• 1.6 研究背景、目的和意义
• 1.7 研究内容
• 2 新型钢筋轧制与冷却过程的实验室研究
• 2.1 实验钢未再结晶区温度范围的确定
• 2.2 钢筋吐丝后相变过程的研究
• 2.2.1 实验方案
• 2.2.2 热模拟实验结果
• 2.2.3 讨论
• 2.3 实验钢变形抗力模型的确定
• 2.3.1 温度对变形抗力的影响
• 2.3.2 变形速率对变形抗力的影响
• 2.3.3 变形程度对变形抗力的影响
• 2.3.4 变形抗力模型的确立
• 2.4 新型钢筋控制轧制时设备校核
• 2.4.1 轧制力的计算
• 2.4.2 传动力矩的计算
• 2.4.3 电机校核
• 2.5 实验钢奥氏体变形及再结晶过程
• 2.5.1 实验钢高温变形过程的动态行为
• 2.5.2 实验钢静态再结晶过程及影响因素
• 2.6 本章小结
• 3 低成本高性能盘圆螺纹钢筋生产技术研究
• 3.1 线材控温轧制措施
• 3.1.1 智能烧钢对轧制温度的影响
• 3.1.2 精轧机架间通水对精轧的影响
• 3.1.3 中轧前5#水箱对控温轧制的影响
• 3.2 不同控温措施对钢筋性能的影响
• 3.2.1 智能烧钢试验
• 3.2.2 精轧机架间通水冷却试验
• 3.2.3 5#水箱控温轧制试验
• 3.2.4 控温轧制试验结果讨论
• 3.3 吐丝后喷雾冷却试验
• 3.3.1 喷雾冷却效果
• 3.3.2 喷雾冷却工业试验
• 3.4 工业生产试验
• 3.4.1 试验钢化学成分与轧制工艺
• 3.4.2 试验结果分析
• 3.5 本章小结
• 4 棒材轧制过程中的温升计算
• 4.1 影响轧件温度变化的因素
• 4.2 轧制过程中温升计算
• p和△T_d计算方法'>4.2.1 △T_p和△T_d计算方法
• 4.2.2 轧件变形分析
• 4.2.3 平面变形法计算变形功引起的温升
• 4.2.4 轧件与轧辊接触引起的温降计算
• 4.3 本章小结
• 5 低成本高性能棒材轧制技术研究
• 5.1 低成本高性能棒材轧制和冷却工艺
• 5.2 低成本高性能HRBF400MPA棒材工业试验
• 5.2.1 Φ12mm HRBF400MPa棒材工业试验
• 5.2.2 Φ25mm HRBF400MPa棒材第一次工业试验
• 5.2.3 试验钢表面回火组织产生原因分析
• 5.2.4 Φ25mm HRBF400MPa棒材第二次工业试验
• 5.3 低成本高性能棒材焊接后性能试验
• 5.3.1 棒材焊接后力学性能检验结果
• 5.3.2 棒材焊接后微观组织分析
• 5.3.3 棒材焊接试验总结
• 5.4 低成本高性能棒材时效性分析
• 5.5 低成本高性能Ⅱ级棒材工业试验
• 5.5.1 试验钢化学成分和轧制工艺
• 5.5.2 试验钢力学性能检验结果
• 5.5.3 试验钢显微组织分析
• 5.5.4 试验总结
• 5.6 本章小结
• 6 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文
• 作者简介