20MnSi螺纹钢加载微应力细化铁素体组织的方法与流程

本发明属于建筑用棒材生产技术领域,具体涉及一种20MnSi螺纹钢加载微应力细化铁素体组织的方法。

背景技术：

钢筋是重要的建筑用钢材，其应用非常广泛，用量也很大。随着建筑行业的迅猛发展，对热轧螺纹钢筋的性能要求越来越高。20MnSi作为一种典型的低合金结构钢，常用作生产热轧钢筋的主要材料。目前主要采用添加V、Ti、Nb等微合金化元素来细化晶粒改善性能，或采用余热处理工艺来提高强度。由于V等贵重金属含量的增加，将会导致钢筋成本明显提高，无论是从节约资源还是从企业降本增效角度考虑都是不利的，而通过工艺方法来调整和控制产品最终显微组织结构，从而使其性能达到甚至超过以往同类产品的水平，有利于实现降本增效和节约资源。

低碳微合金钢形变热处理的主要目的是细化铁素体晶粒以提高钢的力学性能。一般来说，外加应力场的存在会使材料内部产生局部畸变，有效地促进晶粒形核过程，从而使晶粒组织得以明显细化。从工程应用角度考虑，选择较小的变形来细化组织可以大大地降低钢铁材料的生产成本。因此,在不改变成分组成的情况下,从生产工艺过程寻找有效地细化20MnSi钢晶粒组织的方法，具有很重要的实际意义。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种20MnSi螺纹钢加载微应力细化铁素体组织的方法，该方法采用高温区加载微应力来细化20MnSi螺纹钢的铁素体组织，从而提高20MnSi螺纹钢的综合性能，进而推进其在实际中的应用。

本发明的技术方案：

一种20MnSi螺纹钢加载微应力细化铁素体组织的方法，步骤如下：

1)将热轧后20MnSi螺纹钢进行如下热处理：以200℃/min的速度加热至920℃，保温10min；

2)以180℃/min冷却至750℃，分别施加100MPa、150MPa和200MPa的压力，每个压力下分别加载60s；

3)以200℃/min的速度冷却至室温。

钢铁试样在加热和冷却时，试样的长度除了受正常的热胀冷缩的影响外，还与相变过程有关，即其长度变化是由两部分组成：ΔL＝ΔL_热+ΔL_相，ΔL_热为试样由于热胀冷缩引起的长度变化；ΔL_相为试样由于相变体积效应引起的长度变化；ΔL为试样加热或冷却时以上两相叠加结果引起的长度总变化。当不发生相变时，ΔL_相＝0，所以ΔL＝ΔL_热。但当发生相变时，由于钢中各相的比容不同，曲线就出现拐折。所以当发生相变时会伴随着试样体积的膨胀与收缩。根据得到的线膨胀量随温度的变化曲线可以确定钢在上述热处理连续冷却过程中铁素体相变的起始温度和结束温度。

本发明的优点是：该方法采用的加载应力小，加载时间短，所用的能耗比传统方法大大减少，并且20MnSi螺纹钢的性能有很大的改善,是一种非常有潜力的实用生产方法。

附图说明

图1为20MnSi螺纹钢的热处理工艺曲线及线膨胀随时间变化的曲线。

图2为20MnSi螺纹钢的温度与铁素体体积分数关系图。

图3为20MnSi螺纹钢不同加载应力的XRD图谱，图中：(a)加载100MPa；(b)加载150MPa；(c)加载200MPa。

图4为20MnSi螺纹钢有无微变形处理的金相组织，图中：(a)无微应力；(b)加载100MPa；(c)加载150MPa；(d)加载200MPa。

图5为未加载微应力和加载微应力后20MnSi螺纹钢铁素体晶粒度的大小。

具体实施方式

以下实验用钢采用以连铸及控轧控冷工艺生产的直径为12mm的20MnSi螺纹钢，化学成分见表1。用线切割从螺纹钢上切取φ5x10mm的圆柱形试样，清洗干燥后放入DIL805A/D差分膨胀仪中对试样进行处理设定程序。

表1.20MnSi螺纹钢的化学成分

实施例1：

一种20MnSi螺纹钢加载微应力细化铁素体组织的方法，步骤如下：

以200℃/min的加热速度将试样加热至920℃，保温10min以使试样组织充分奥氏体化，然后以180℃/min冷却至750℃，施加100MPa的压力，加载60s,最后以200℃/min的冷却速度冷却至室温。

实施例2：

一种20MnSi螺纹钢加载微应力细化铁素体组织的方法，步骤如下：

以200℃/min的加热速度将试样加热至920℃，保温10min以使试样组织充分奥氏体化，然后以180℃/min冷却至750℃，施加150MPa的压力，加载60s,最后以200℃/min的冷却速度冷却至室温。

实施例3：

一种20MnSi螺纹钢加载微应力细化铁素体组织的方法，步骤如下：

以200℃/min的加热速度将试样加热至920℃，保温10min以使试样组织充分奥氏体化，然后以180℃/min冷却至750℃，施加200MPa的压力，加载60s,最后以200℃/min的冷却速度冷却至室温。

图1为制备的20MnSi螺纹钢的热处理工艺曲线及线膨胀随时间变化的曲线。

图2为20MnSi螺纹钢的温度与铁素体体积分数关系图。从图2可以看出：随着微应力的加载，铁素体相变的起始温度和结束温度都比未加载微应力提前了。

图3为20MnSi螺纹钢不同加载应力的XRD图谱，图中：(a)加载100MPa；(b)加载150MPa；(c)加载200MPa。

图4为20MnSi螺纹钢有无微变形处理的金相组织，图中：(a)无微应力；(b)加载100MPa；(c)加载150MPa；(d)加载200MPa。从图4的金相照片可以看到：与未加载微应力的试样相比,采用本发明方法处理后的20MnSi螺纹钢试样的铁素体组织细化显著。

图5给出了未加载微应力和加载微应力后铁素体的晶粒度大小，图中表明：随着微应力的逐渐增加，铁素体的晶粒度逐渐减小。表明该方法在生产过程中的通用性和重要性。