隨著中國進入高質(zhì)量發(fā)展時代，鋼鐵行業(yè)逐漸從擴大產(chǎn)能，發(fā)展到以追求高質(zhì)量產(chǎn)品為目標。其中建筑用鋼筋作為國內(nèi)目前產(chǎn)量與用量最大的品種，關(guān)乎于民生大計，國家對建筑用鋼筋要求也越來越高，HRB400E鋼筋以其更高的強度、更好的抗震性以及良好的加工性與可焊性，逐漸取代HRB335成為主流的建筑用鋼[1?2]。自新國標（GB/T 1499.2—2018）發(fā)布以來，市場對HRB400E鋼筋的金相組織、力學性能、重量偏差等均提出了更高的要求[3?4]。
在最新的鋼材控制技術(shù)研究中，晶粒超細化成為重點研究方向，如何實現(xiàn)在奧氏體低溫區(qū)通過誘導鐵素體相變來細化晶粒，是得到超細晶鋼的重要途徑之一[5?8]。為尋求一種適合22螺HRB400E鋼筋生產(chǎn)的工藝方案，福建三鋼集團與鋼鐵研究總院合作，從生產(chǎn)線實際情況出發(fā)，通過機理研究與現(xiàn)場生產(chǎn)實踐相結(jié)合的方式，獲得了適合22螺HRB400E鋼筋生產(chǎn)的低溫軋制工藝方案，并成功在大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)中應用。該工藝在保證成品各項指標均滿足國標要求的前提下，通過減少合金元素的添加量，達到降低工序成本、節(jié)約社會資源的目的。
1. 控制軋制、控制冷卻工藝機理研究
1.1 工藝特點
控制軋制是通過對軋件的變形、加熱和溫度的控制，使固態(tài)相變相與熱塑性變形結(jié)合，細化微觀晶粒，得到具有良好綜合性能鋼材的過程。主要控制方式為控制軋制工藝參數(shù)，將鋼坯在奧氏體區(qū)內(nèi)進行軋制，細化鐵素體晶粒和縮小珠光體團塊尺寸，使得鋼材具有高韌性、高強度和良好的加工性能[9]。
控制冷卻主要是控制軋件的軋后冷卻速度，使鋼材的性能與組織得到改善。主要控制方式為通過控制軋制后冷卻速度，阻礙鐵素體晶粒長大、減少高溫下碳化物的析出、提高析出強化作用，得到細化的鐵素體晶粒，縮小珠光體片層間距，得到了理想的性能與組織的鋼材[10]。
1.2 工藝參數(shù)控制特點
與普通熱軋工藝不同，控制軋制與控制冷卻在實際生產(chǎn)控制中具有如下特點：
（1）加熱制度與溫度的控制。加熱制度與溫度取決于鋼材的性能要求，對于追求超細的晶粒、高韌性的鋼材，一般來說其加熱溫度控制在1000~1150 °C[11]。
（2）控制終軋道次軋制溫度。一般來說，控制終軋道次的軋制溫度在奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變溫度（Ar3）附近，有時也控制在（γ+α）兩相區(qū)內(nèi)[12?13]。
（3）要求軋件在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)變形量充足。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼要求通過多道次累積塑性變形的方式使奧氏體發(fā)生再結(jié)晶，微合金鋼要求一半以上的軋制變形量在≤950 °C時進行[14]。
（4）為得到理想的顯微組織，對于軋制后的鋼材冷卻速率、軋后快冷初溫、快冷終溫要加強控制。通常軋后冷卻速度要求第一階段要大，而第二階段則根據(jù)追求的性能不同靈活控制。
2. 生產(chǎn)試驗
2.1 生產(chǎn)線情況簡介
三鋼棒材廠一棒線為一條大規(guī)格高速棒材生產(chǎn)線，軋區(qū)共有20架軋機，采用了鋼坯無頭焊接（Endless welding rolling, EWR）技術(shù)。鋼坯自加熱爐出爐后，移動焊機把相鄰兩支鋼坯首尾焊接在一起，再經(jīng)過去毛刺機處理毛刺后，進入粗軋連軋機組進軋制，從而實現(xiàn)鋼坯無頭焊接軋制。其中粗、中、預精軋為18架短應力軋機，呈平立交替布置，精軋機組由19#、20#兩臺懸臂輥式軋機組成。在預精軋與精軋機組間，留有約100 m的距離并設置兩組水箱，用于生產(chǎn)?18~25 mm規(guī)格鋼筋時控冷降溫及回復均溫；精軋機組后設置兩組水箱，用于軋后控制冷卻。主要產(chǎn)品為?18~40 mm HRB400E鋼筋，目前年產(chǎn)量已達106 t[15?19]。
2.2 試驗材料
采用160 mm×160 mm×12000 mm的連鑄方坯作為本次試驗的試驗材料，型號為HRB400VN2，其主要成分如下表所示：
2.3 試驗方案
為保證成品能充分滿足新國標要求，同時生產(chǎn)工藝、設備良好運行。三鋼棒材廠一棒線從實際情況出發(fā)，結(jié)合冷卻機理分析，提出了4個不同的試驗方案，試驗主旨為探究在其他條件相同的情況下，不同溫度梯度的控軋控冷工藝對HRB400E鋼筋力學性能、顯微組織等方面的影響，開軋溫度為1030±20 °C，詳細工藝數(shù)據(jù)見表2：
3. 試驗結(jié)果分析及討論
3.1 力學性能
本次試驗主要針對HRB400E鋼筋力學性能的關(guān)鍵性指標：屈服強度（ReL）、抗拉強度（Rm）、屈強比（Rm/ReL）和最大力總伸長率（Agt）進行試驗結(jié)果的統(tǒng)計及分析，詳細數(shù)據(jù)比對分析如下：
（1）屈服強度，ReL
如圖1所示，采用普通熱軋工藝的方案一有47個樣本屈服強度性能低于國標、三鋼內(nèi)控要求，采用控軋控冷工藝的方案二、方案三、方案四屈服強度性均能達到國標和三鋼內(nèi)控的要求，同時具有一定的富余量；在這4種方案中，方案四的性能富余量最大。
