一种热轧带肋钢筋中间坯切分后分线冷却装置的制作方法

本发明涉及一种冷却装置，属于棒材制造技术领域，尤其涉及一种热轧带肋钢筋中间坯切分后分线冷却装置。

背景技术：

为了提高轧制效率，现代棒材轧制生产线通常在精轧机组设置切分辊，根据轧制能力，对于成品规格直径小于φ25mm的棒材中间坯进行1～4刀纵切分后，经导卫导向，形成2～5条分线，各自沿渡槽再次进入轧机轧制，形成2～5根棒材。

2018年11月1日开始实施的国家标准gb/t1499.2-2018，对棒材范畴的热轧带肋钢筋的宏观金相、截面维氏硬度、微观组织及检验方法做出了不同于以往的规定。新标准规定，热轧带肋钢筋的金相组织为铁素体加珠光体，基圆上不应出现回火马氏体组织，宏观金相不允许出现截面基圆外围有明显不同于内部区域衬度的封闭环；对于出现的不封闭环，截面基圆边缘的激冷层与中心点的维氏硬度之差值不大于40hv方为合格，或者热轧钢筋基圆上金相组织主要为铁素体加珠光体，没有回火马氏体组织为合格。公知热轧带肋钢筋轧制终了穿水冷却可以提高钢筋强度，从而节省合金，但是钢筋轧制终了过度穿水冷却会出现激冷层和回火马氏体，钢筋焊接后热影响区强度性能下降、变差。新标准从热轧带肋钢筋使用安全角度出发，抑制了生产企业对成品过度穿水冷却，迫使企业通过在钢中加入v、nb、ti等合金元素进行微合金化来达到钢筋强度。为此，发挥设备的潜能，探索一种在切分之后进行分线冷却的弱冷穿水轧制工艺，来提高钢筋强度，综合发挥v、nb、ti细化晶粒以及设备冷却轧制抑制晶粒长大的作用，使基体上不出现回火马氏体组织和激冷层，获取满足标准要求的热轧带肋钢筋，可以减少v、nb、ti合金的使用，促使企业经济效益最大化。对于企业降低成本、提高市场竞争力具有现实意义。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种热轧带肋钢筋中间坯切分后分线冷却装置，通过控制冷却速率，综合发挥v、nb、ti细化晶粒以及设备冷却轧制抑制晶粒长大的作用，使基体上不出现回火马氏体组织和激冷层，获取满足标准要求的热轧带肋钢筋。

通过下述技术方案可实现本发明的目的，一种热轧带肋钢筋中间坯切分后分线冷却装置，包括k3切分辊、导卫、渡槽、导向管、冷却装置、k2精轧机架、k1精轧机架，k3切分辊后设置导卫、渡槽，其特征在于，在k3切分辊与k2精轧机架之间设置有分线冷却装置，冷却装置的出口与k2精轧机架的轧制孔对接，入口与导向管的出口连接，导向管的入口与渡槽的出口对接；冷却装置的一侧设置有进水口和出水口，通过软管、阀门与冷却水总管连接。

所述渡槽出口、导向管的入口、冷却装置的出口、k2精轧机架的轧制孔中心线在同一条直线上。

所述冷却装置的内部由文氏管对接组合而成。

所述导向管的入口为喇叭形。

本发明与现有技术相比，其优点是：冷却与轧制相配合，通过增加精轧机架间穿水冷却装置，来辅助钢筋细化晶粒，提高钢筋强度，发挥了设备潜能，比单纯大量采用v、nb、ti等合金元素进行微合金化来达到钢筋强度，合金加入量少，制造成本低。

附图说明

图1是本发明热轧带肋钢筋中间坯切分后分两线冷却装置工艺布置示意图。

图2是本发明热轧带肋钢筋截面宏观金相图。

图3是本发明热轧带肋钢筋截面基圆处微观组织图。

图中：1、中间坯，2、k6～k4精轧机架，3、k3切分辊，4、导卫，5、渡槽，6、导向管，7、冷却装置，701、进水口，702、出水口，703、软管，8、k2精轧机架，9、k1精轧机架。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。参见图1，一种热轧带肋钢筋中间坯切分后分线冷却装置，包括k3切分辊3、导卫4、渡槽5、导向管6、冷却装置7、k2精轧机架8、k1精轧机架9，k3切分辊3后设置导卫4、渡槽5，其特征在于，在k3切分辊3与k2精轧机架8之间设置有分线冷却装置7，冷却装置7的出口与k2精轧机架8的轧制孔对接，入口与导向管6的出口连接，导向管6的入口与渡槽5的出口对接；冷却装置7的一侧设置有进水口701和出水口702，通过软管703、阀门与冷却水总管连接。所述渡槽5出口、导向管6的入口、冷却装置7的出口、k2精轧机架8的轧制孔中心线在同一条直线上。所述冷却装置7的内部由文氏管对接组合而成。所述导向管6的入口为喇叭形。

如图1，在本发明的前面还有k18～k13初轧机组、k12～k7中轧机组、穿水器，k1精轧机架9的后面还有六节穿水器和冷床。方坯经k18～k13初轧机组初轧、k12～k7中轧机组中轧后，经穿水器预冷却，抑制高温晶粒长大，再经k6～k4精轧机架2精轧，使晶粒破碎，多次变形后的中间坯1经k3切分辊3纵向一切为二后，经导卫4导向，形成两路，各自沿渡槽5到达入口为喇叭形的导向管6，进入分线冷却装置7冷却，抑制晶粒长大。冷却装置7的内部由多个文氏管对接组合而成，一侧设置有进水口701和出水口702，通过软管703、阀门与冷却水总管连接。开启冷却水阀门可以对切分后的中间坯1冷却。冷却装置7与导向管6通过螺栓连接，使冷却装置7的入口与导向管6的出口对接在一起，冷却装置7出口与k2精轧机架8的轧制孔对接。渡槽5用螺栓固定在底座上，导向管6、冷却装置7通过卡板用螺栓固定在底座上。本发明安装时注意使渡槽5出口、导向管6的入口、冷却装置7的出口、k2精轧机架8的轧制孔中心线在同一条直线上。中间坯1经k2精轧机架8、k1精轧机架9再次精轧后，又使晶粒破碎，轧制完成后，成品经六节穿水器控制冷却，抑制晶粒长大，同时降温，保证上冷床温度。方坯通过系列冷却、变形轧制，尤其是经过设置在k3切分辊3与k2精轧机架8之间的冷却装置7冷却，使成品钢筋不出现回火马氏体组织和激冷层（详见图2），得到晶粒细小的铁素体+珠光体，晶粒度9级以上（详见图3），提高了钢筋强度。

下面选用最廉价的ti微合金化生产一种400mpa级含ti热轧带肋钢筋来说明本发明的作用：一种400mpa级含ti热轧带肋钢筋的生产工艺，采用转炉冶炼→出钢→吹氩→加钛铁→连铸→加热→初轧→中轧→穿水预冷却→k6～k4精轧机架精轧→k3切分辊切分→k3切分辊与k2精轧机架之间穿水冷却→成品第一次穿水冷却→成品第二次穿水冷却→上冷床→收集入库，包括以下步骤：

（1）转炉冶炼、吹氩、连铸：采用常规顶底复吹氧气转炉进行冶炼，放钢全程吹氩，出钢1/4时按顺序加入硅锰、硅铁、碳硅球，脱氧合金化，钢包移送至吹氩站进行合金微调，同时吹氩使成分和温度均匀，在吹氩结束前1.5～2.0min从钢水裸露处加入钛铁，钢的化学成分按质量百分数为：c：0.20％～0.25％、si：0.55％～0.70％、mn：1.40％～1.60％、n≤0.012％、p≤0.038％、s≤0.038％、ti：0.006％～0.012％、o≤30ppm，余量为fe和不可避免的杂质，将钢水全程保护浇铸成方坯；

（2）方坯加热：一加温度：1030～1070℃，二加温度：1130～1170℃，均热温度：1120～1160℃，总加热时间：60～85min；

（3）方坯初轧、中轧后穿水预冷却：冷却速率为：40℃/s～60℃/s，抑制晶粒长大，同时降温，保证上精轧机组温度；

（4）中间坯1精轧，精轧入口温度：950～980℃，破碎晶粒；

（5）精轧机架间穿水冷却：利用k3切分辊3和k2精轧机架8之间增加的冷却装置7穿水，冷却速率为：30℃/s～50℃/s，抑制晶粒长大；

（6）成品第一次穿水冷却：第一节穿水器全开，冷却速率为：120℃/s～160℃/s，抑制晶粒长大；

（7）成品第二次穿水冷却：采用第三节或第五节穿水器进行钢筋温度微调，冷却速率为：50℃/s～100℃/s，抑制晶粒长大，同时降温，保证上冷床温度；

（8）上冷床温度：810～850℃，钢筋基体组织为铁素体+珠光体，晶粒度9级以上；

（9）收集打捆、标识入库。

实施例1：参考图1，一种400mpa级含ti热轧带肋钢筋，轧制目标直径φ12mm，包括以下工艺步骤：

（1）转炉冶炼、出钢、吹氩、微合金化，获得160mm×160mm方坯成分按质量百分数为：c：0.23％、si：0.61％、mn：1.49％、n：0.0048％、p：0.026％、s：0.008％、ti：0.008％、o：28ppm，余量为fe和不可避免的杂质；

（2）方坯热送至棒材轧机加热炉加热：第一加热温度：1032℃，第二加热温度：1136℃，均热温度：1128℃，总加热时间：65min；

（3）方坯初轧、中轧后穿水预冷却：冷却速率为（每秒）：45℃/s，抑制晶粒长大，同时降温，保证上精轧机组温度；

（4）中间坯1在k6～k4精轧机架2精轧，精轧入口温度：978℃，破碎晶粒；

（5）k3切分辊3纵向四刀切分中间坯1为五条分线（参考图1，在图1基础上更换四刀k3切分辊3、五槽导卫4、五槽口渡槽5、五孔k2精轧机架8、五孔k1精轧机架9，增加五个导向管6、五个冷却装置7，构成五条分线路）；

（6）五线同步在精轧机架间穿水冷却：利用k3切分辊3和k2精轧机架8之间增加的五套冷却装置7穿水（参考图1），冷却速率为（每秒）：35℃/s～45℃/s，抑制晶粒长大；

（7）五线成品同步第一次穿水冷却：第一节穿水器全开，冷却速率为（每秒）：125℃/s～135℃/s，抑制晶粒长大；

（8）五线成品同步第二次穿水冷却：采用第三节穿水器进行钢筋温度微调，冷却速率为（每秒）：50℃/s～58℃/s，抑制晶粒长大，同时降温，保证上冷床温度；

（9）五线成品同步上冷床温度：840～846℃，空冷，得到五根直径φ12mm的热轧带肋钢筋；

（10）成品检测：成品直径φ12mm，外观尺寸合格；金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度9级，基圆没有出现回火马氏体（详见图3），基圆外围没有出现激冷层（详见图2）；钢筋屈服强度rel：450mpa、抗拉强度rm：620mpa、伸长率a：25.5％、最大力总伸长率agt：15.0％、r⁰m/r⁰el：1.38、r⁰el/rel：1.12，成分、性能符合gb/t1499.2-2018《热轧带肋钢筋》普通热轧钢筋hrb400和抗震钢筋hrb400e要求。

实施例2：参考图1，一种400mpa级含ti热轧带肋钢筋，轧制目标直径φ14mm，包括以下工艺步骤：

（1）转炉冶炼、出钢、吹氩、微合金化，获得160mm×160mm方坯成分按质量百分数为：c：0.22％、si：0.63％、mn：1.52％、n：0.0042％、p：0.033％、s：0.020％、ti：0.007％、o：21ppm，余量为fe和不可避免的杂质；

（2）方坯热送至棒材轧机加热炉加热：一加温度：1060℃，二加温度：1165℃，均热温度：1150℃，总加热时间：75min；

（3）方坯初轧、中轧后穿水预冷却：冷却速率为（每秒）：51℃/s，抑制晶粒长大，同时降温，保证上精轧机组温度；

（4）中间坯1在k6～k4精轧机架2精轧，精轧入口温度：961℃，破碎晶粒；

（5）k3切分辊3纵向三刀切分中间坯1为四条分线（参考图1，在图1基础上更换三刀k3切分辊3、四槽导卫4、四槽口渡槽5、四孔k2精轧机架8、四孔k1精轧机架9，增加四个导向管6、四个冷却装置7，构成四条分线路）；

（6）四线同步在精轧机架间穿水冷却：利用k3切分辊3和k2精轧机架8之间增加的四套冷却装置7穿水（参考图1），冷却速率为（每秒）：32℃/s～38℃/s，抑制晶粒长大；

（7）四线成品同步第一次穿水冷却：第一节穿水器全开，冷却速率为（每秒）：136℃/s～142℃/s，抑制晶粒长大；

（8）四线成品同步第二次穿水冷却：采用第五节穿水器进行钢筋温度微调，冷却速率为（每秒）：78℃/s～86℃/s，抑制晶粒长大，同时降温，保证上冷床温度；

（9）四线成品同步上冷床温度：824～830℃，空冷，得到四根直径φ14mm的热轧带肋钢筋；

（10）成品检测：成品直径φ14mm，外观尺寸合格；金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度9.5级（详见图3），基圆没有出现回火马氏体，基圆外围没有出现激冷层（详见图2）；钢筋屈服强度rel：430mpa、抗拉强度rm：620mpa、伸长率a：27.5％、最大力总伸长率agt：16.0％、r⁰m/r⁰el：1.44、r⁰el/rel：1.08，成分、性能符合gb/t1499.2-2018《热轧带肋钢筋》普通热轧钢筋hrb400和抗震钢筋hrb400e要求。

实施例3：一种400mpa级含ti热轧带肋钢筋，轧制目标直径φ16mm，包括以下工艺步骤：

（1）转炉冶炼、吹氩、连铸：在100吨转炉内加入铁水和废钢，顶底复吹冶炼，吹氧脱c，放钢过程吹氩150s（秒），吹氩压力0.75mpa，按制度渣洗。出钢1/4时按顺序加入硅锰、硅铁、碳硅球，脱氧合金化，钢包移送至吹氩站进行合金微调，同时吹氩使成分和温度均匀，在吹氩结束前1.9min从氩气吹开的钢水裸露处加入钛铁（牌号feti30）58kg，待成分和温度均匀后，检测钢的化学成分按质量百分数为：c：0.25％、si：0.62％、mn：1.54％、n：0.0052％、p：0.029％、s：0.015％、ti：0.009％、o：22ppm，余量为fe和不可避免的杂质，将钢水全程保护浇铸成160mm×160mm方坯，中间包温度1536℃；

（2）方坯热送至棒材轧机加热炉加热：一加温度：1050℃，二加温度：1160℃，均热温度：1140℃，总加热时间：80min；

（3）方坯初轧、中轧后穿水预冷却：冷却速率为（每秒）：42℃/s，抑制晶粒长大，同时降温，保证上精轧机组温度；

（4）中间坯1在k6～k4精轧机架2精轧，精轧入口温度：968℃，破碎晶粒；

（5）k3切分辊3纵向两刀切分中间坯1为三条分线（参考图1，在图1基础上更换两刀k3切分辊3、三槽导卫4、三槽口渡槽5、三孔k2精轧机架8、三孔k1精轧机架9，增加三个导向管6、三个冷却装置7，构成三条分线路）；

（6）三线同步在精轧机架间穿水冷却：利用k3切分辊3和k2精轧机架8之间增加的三套冷却装置7穿水（参考图1），冷却速率为（每秒）：38℃/s～45℃/s，抑制晶粒长大；

（7）三线成品同步第一次穿水冷却：第一节穿水器全开，冷却速率为（每秒）：152℃/s～158℃/s，抑制晶粒长大；

（8）三线成品同步第二次穿水冷却：采用第五节穿水器进行钢筋温度微调，冷却速率为（每秒）：92℃/s～98℃/s，抑制晶粒长大，同时降温，保证上冷床温度；

（9）三线成品同步上冷床温度：810～816℃，空冷，得到三根直径φ16mm的热轧带肋钢筋；

（10）成品检测：成品直径φ16mm，外观尺寸合格；金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度10.5级，基圆没有出现回火马氏体，基圆外围没有出现激冷层；钢筋屈服强度rel：435mpa、抗拉强度rm：615mpa、伸长率a：26.5％、最大力总伸长率agt：16.0％、r⁰m/r⁰el：1.41、r⁰el/rel：1.09，成分、性能符合gb/t1499.2-2018《热轧带肋钢筋》普通热轧钢筋hrb400和抗震钢筋hrb400e要求。

实施例4：一种400mpa级含ti热轧带肋钢筋，采用转炉冶炼→出钢→吹氩→加钛铁→连铸→加热→初轧→中轧→穿水预冷却→k6～k4精轧机架精轧→k3切分辊切分→k3切分辊与k2精轧机架之间穿水冷却→成品第一次穿水冷却→成品第二次穿水冷却制成，轧制目标直径φ18mm，包括以下工艺步骤：

（1）转炉冶炼、吹氩、连铸：在100吨转炉内加入铁水和废钢，顶底复吹冶炼，吹氧脱c，放钢过程吹氩150s（秒），吹氩压力0.80mpa，按制度渣洗。出钢1/4时按顺序加入硅锰、硅铁、碳硅球，脱氧合金化，钢包移送至吹氩站进行合金微调，同时吹氩使成分和温度均匀，在吹氩结束前1.5min从氩气吹开的钢水裸露处加入钛铁（牌号feti30）50kg，待成分和温度均匀后，检测钢的化学成分按质量百分数为：c：0.24％、si：0.68％、mn：1.56％、n：0.010％、p：0.026％、s：0.018％、ti：0.010％、o：23ppm，余量为fe和不可避免的杂质，将钢水全程保护浇铸成160mm×160mm方坯，中间包温度1540℃；

（2）方坯热送至棒材轧机加热炉加热：一加温度：1060℃，二加温度：1170℃，均热温度：1160℃，总加热时间：85min；

（3）方坯初轧、中轧后穿水预冷却：冷却速率为（每秒）：50℃/s，抑制晶粒长大，同时降温，保证上精轧机组温度；

（4）中间坯1在k6～k4精轧机架2精轧，精轧入口温度：965℃，破碎晶粒；

（5）k3切分辊3纵向一刀切分中间坯1为两条分线（见图1）；

（6）两线同步在精轧机架间穿水冷却：利用k3切分辊3和k2精轧机架8之间增加的两套冷却装置7穿水（见图1），冷却速率为（每秒）：41℃/s～48℃/s，抑制晶粒长大；

（7）两线成品同步第一次穿水冷却：第一节穿水器全开，冷却速率为（每秒）：118℃/s～125℃/s，抑制晶粒长大；

（8）两线成品同步第二次穿水冷却：采用第三节穿水器进行钢筋温度微调，冷却速率为（每秒）：53℃/s～60℃/s，抑制晶粒长大，同时降温，保证上冷床温度；

（9）两线成品同步上冷床温度：835～842℃，空冷，得到两根直径φ18mm的热轧带肋钢筋；

（10）成品检测：成品直径φ18mm，外观尺寸合格；金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度10.5级，基圆没有出现回火马氏体，基圆外围没有出现激冷层；钢筋屈服强度rel：425mpa、抗拉强度rm：600mpa、伸长率a：26％、最大力总伸长率agt：15.5％、r⁰m/r⁰el：1.41、r⁰el/rel：1.06，成分、性能符合gb/t1499.2-2018《热轧带肋钢筋》普通热轧钢筋hrb400和抗震钢筋hrb400e要求。

实施例5：一种400mpa级含ti热轧带肋钢筋，采用转炉冶炼→出钢→吹氩→加钛铁→连铸→加热→初轧→中轧→穿水预冷却→k6～k4精轧机架精轧→k3切分辊切分→k3切分辊与k2精轧机架之间穿水冷却→成品第一次穿水冷却→成品第二次穿水冷却制成，轧制目标直径φ20mm，包括以下工艺步骤：

（1）转炉冶炼、吹氩、连铸：在100吨转炉内加入铁水和废钢，顶底复吹冶炼，吹氧脱c，放钢过程吹氩150s（秒），吹氩压力0.80mpa，按制度渣洗。出钢1/4时按顺序加入硅锰、硅铁、碳硅球，脱氧合金化，钢包移送至吹氩站进行合金微调，同时吹氩使成分和温度均匀，在吹氩结束前1.5min从氩气吹开的钢水裸露处加入钛铁（牌号feti30）55kg，待成分和温度均匀后，检测钢的化学成分按质量百分数为：c：0.24％、si：0.66％、mn：1.58％、n：0.011％、p：0.022％、s：0.012％、ti：0.011％、o：20ppm，余量为fe和不可避免的杂质，将钢水全程保护浇铸成160mm×160mm方坯，中间包温度1538℃；

（2）方坯热送至棒材轧机加热炉加热：一加温度：1055℃，二加温度：1165℃，均热温度：1152℃，总加热时间：76min；

（3）方坯初轧、中轧后穿水预冷却：冷却速率为（每秒）：54℃/s，抑制晶粒长大，同时降温，保证上精轧机组温度；

（4）中间坯1在k6～k4精轧机架2精轧，精轧入口温度：952℃，破碎晶粒；

（5）k3切分辊3纵向一刀切分中间坯1为两条分线（见图1）；

（6）两线同步在精轧机架间穿水冷却：利用k3切分辊3和k2精轧机架8之间增加的两套冷却装置7穿水（见图1），冷却速率为（每秒）：31℃/s～36℃/s，抑制晶粒长大；

（7）两线成品同步第一次穿水冷却：第一节穿水器全开，冷却速率为（每秒）：132℃/s～138℃/s，抑制晶粒长大；

（8）两线成品同步第二次穿水冷却：采用第三节穿水器进行钢筋温度微调，冷却速率为（每秒）：62℃/s～68℃/s，抑制晶粒长大，同时降温，保证上冷床温度；

（9）两线成品同步上冷床温度：842～848℃，空冷，得到两根直径φ20mm的热轧带肋钢筋；

（10）成品检测：成品直径φ20mm，外观尺寸合格；金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度10级，基圆没有出现回火马氏体，基圆外围没有出现激冷层；钢筋屈服强度rel：435mpa、抗拉强度rm：610mpa、伸长率a：27％、最大力总伸长率agt：18％、r⁰m/r⁰el：1.40、r⁰el/rel：1.09，成分、性能符合gb/t1499.2-2018《热轧带肋钢筋》普通热轧钢筋hrb400和抗震钢筋hrb400e要求。

通过400mpa级含ti热轧带肋钢筋的生产工艺和实施例1～5可以看出，采用高c-高si-高mn+微ti系的成分设计，运用本发明热轧带肋钢筋中间坯切分后分线冷却装置控制冷却，ti的加入量只要在0.009％～0.012％范围内，很少量，就可生产出符合国标要求的400mpa级热轧带肋钢筋。

图2给出了采用本发明热轧带肋钢筋中间坯切分后分线冷却装置生产的热轧带肋钢筋截面宏观金相图，从图2中可以看出，截面衬度均匀，基圆外围没有出现明显不同于内部区域衬度的封闭环或不封闭环（激冷层）。

图3给出了采用本发明热轧带肋钢筋中间坯切分后分线冷却装置生产的热轧带肋钢筋截面基圆处微观组织图，从图3中可以看出，微观组织为铁素体+珠光体，没有回火马氏体组织。