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冷轧带肋钢筋生产线中的热处理设备选配
作者: 发布日期:2018/09/29 关注次数:749
冷轧带肋钢筋生产线中的热处理设备选配 冷轧带肋钢筋生产线中的热处理设备工艺 冷轧带肋钢筋生产线中的热处理设备技术

 

冷轧带肋钢筋(cold-rolled ribbed steel wire and bar)是指将热轧圆盘条冷轧后,在其表面沿长度方向均匀分布的三面或两面横肋的钢筋。按国家标准(gb13788-2008),普通钢筋混凝土用冷轧带肋钢筋主要是用q215或q235圆盘条经冷轧而形成的,其公称直径范围为4mm~12mm,牌号是crb550,主要机械性能指标为:抗拉强度σb≮550mpa,屈服强度σs≮500mpa,伸长率δ≮8%。其主要生产工艺是:先对热轧圆盘条冷轧、成型、然后对其进行适当热处理。

1、q215或q235热轧圆盘条的材料化学成分及主要机械性能

(1)化学成分

q215或q235钢材为普通低碳结构钢,在一般供货情况下,此种钢材不控制材料成分(材料成分仅作参考),仅控制机械性能。两种材料的成分参考值为:

钢筋

牌号

盘条

牌号

化学成分参考值(%)

c

si

mn

s

p

crb550

q215

0.09~0.12

≤0.3

0.25~0.55

≤0.05

≤0.045

q235

0.14~0.22

≤0.3

0.3~0.65

≤0.05

≤0.045

(2)机械性能

热轧钢筋的机械性能主要由材料的化学成分、钢筋的终轧温度、终轧后的冷却速度等诸多因素决定。通常,钢筋的含碳量及含锰量越高,则其屈服强度、抗拉强度越高。钢筋的终轧温度低、终轧后的快速冷却,均可使热轧钢筋的屈服强度、抗拉强度等有所提高。

由于钢筋的化学成分、终轧温度、终轧后的冷却速度等通常会在一定范围内变化,所以即使是相同牌号的钢筋其机械性能也不会完全相同,但其数值会在一定范围内变动。

一般情况下,q215热轧圆盘条的屈服强度σs≮215mpa、抗拉强度σb范围是320~400 mpa、伸长率δ≮25%;q235热轧圆盘条的屈服强度σs≮235mpa、抗拉强度σb范围是380~470 mpa、伸长率δ≮20%。

2、q215或q235热轧圆盘条经冷轧后的性能变化

金属的冷轧即是将金属材料进行冷塑性变形。金属材料随冷塑性变形量的增加,其屈服强度(σs)及抗拉强度(σb)等也增加,这种现象也叫加工硬化,或称形变强化。同金属的合金化及金属的热处理一样,金属的形变强化也是提高金属材料强度的重要方法之一。

(1)金属材料形变强化机理

就金属材料而言,其强度来源于原子间的结合力。对于一个理想的金属晶体(无任何缺陷),要想使金属发生塑性变形,其所受切变力必须大于切变方向上的所有原子间结合力的总和,以此计算出的强度值即为材料的理论强度。但实际使用的金属材料不可能是理想的单晶体(无任何缺陷的)材料,实际金属在其内部不仅存在晶界、第二相、异类原子、高度弥散的质点或不均匀性(如偏聚)、还存在间隙原子、位错等,因此实际的金属材料强度仅是理论强度的几十分之一,甚至几千分之一。金属的理论强度与实际强度之间的巨大差别,为金属的强化提供了可能性和必要性。

众所周知,金属塑性变形的实质是:当金属材料受外力时,位错沿切向力方向的滑动。如果金属材料是经过退火的热轧钢筋,金属晶体的晶格几乎是按标准的体心立方结构排列的,即使有些变动,其变动也很小,所以在受到一定的外力时,位错的滑动相对较为容易,也就是说其抵抗塑变的能力较小,即其强度值较低。然而一旦金属材料发生塑性变形,在其内部,不仅晶粒发生扭曲,而且晶格也发生畸变,并且位错相互交结,从而使位错向前开动力加大,即其强度有所提高。从上述分析可以看出,金属的形变比越大,其晶粒扭曲越严重,再加晶格发生的畸变,从而使位错的滑动更加困难,也就是说形变比越大,金属材料的强度也就越高。

(2)影响形变强化的主要因素

在实际生产过程中,实测的金属材料在退火状态下的强度是最低的,是材料的基础强度,也是强度的下限值,而形变强化之后所能达到的强度是最终强度。影响形变强化的主要因素有材料成分、钢筋热轧工艺、冷轧工艺等。一般在形变比相同的情况下,钢筋的原始强度越高,位错开动力越大,形变后的强度值越高;而在材料固定的情况下,钢筋冷轧时的形变比越大,冷轧后的强度值越高。

(3)经冷轧后的机械性能

    从q215与q235两种热轧圆盘条材料的成分参考值可以看出,q215的含碳量及含锰量均比q235低些,所以,从理论上讲,在形变完全相同的情况下,形变后q215的强度低于q235的强度值。但由于两种材料化学成分相差较小,再加钢筋热轧时的终轧温度、冷却速度等因素的影响,所以,两种材料在形变比相同时,其冷轧后的强度、延伸率等数值相差较小。通常情况下,这两种钢筋冷轧后的屈服强度σs可达540~700mpa、抗拉强度σb可达600~900 mpa、伸长率δ<8%。

3、冷轧带肋螺纹钢生产线中的热处理设备选配

如前所述,冷轧带肋螺纹钢是对热轧圆盘条的冷轧。由于冷轧带肋螺纹钢国家标准(gb13788-2008)要求不高,所以尽管不同的钢筋生产厂所采用的冷轧工艺各不相同,但钢筋轧制后经适当的热处理,各项机械性能指标基本都能符合国家标准要求。

(1)冷轧生产线分类及对应的钢筋性能

目前,按轧制工艺划分,冷轧两面肋钢筋生产线可分为两类:第一类生产线其主体由两台轧机组成,第一台轧机的作用是形变,第二台的作用是成型。用这类生产线制作冷轧钢筋,轧制时钢筋的形变比较大,轧制结束后钢筋的表面及心部均发生较大形变,所以其强度值很高。通常情况下,用这类生产线轧制的钢筋,其抗拉强度σb的数值可达800mpa,有的甚至达900mpa左右。第二类生产线也就是目前大多设备生产厂生产的设备,其生产线由单台轧机组成,即钢筋的形变及成型均在同一台设备上完成。用这类生产线生产的钢筋,因在轧制过程中,钢筋的形变主要集中在表面,心部的形变量很小,所以轧制后的钢筋强度值较低,通常情况下,抗拉强度σb的数值≯700mpa。

(2)生产线中热处理设备选配

钢筋经过冷轧后虽然强度有了很大程度提高,但却大大降低了钢筋的塑性,通常情况下,冷轧后钢筋的伸长率δ<8%。为使钢筋各项机械性能指标均符合国家标准(gb13788-2008)要求,必须对冷轧后的钢筋进行加热,使已形变的晶格及晶粒发生回复及再结晶,从而提高其塑性。

按常规热处理(缓慢加热、长时保温),q215和q235两种材料再结晶退火温度应在450℃左右。但由于冷轧带肋钢筋生产线中的加热采用的是感应加热方式,其加热速度较快,在加热过程中几乎不存在实质性的均温及保温,所以加热温度应比常规热处理的温度高一些,现实生产中其加热温度大都控制在500~650℃这一范围内。

正如前面所述,对冷轧钢筋加热的目的是使已形变的晶格及晶粒发生回复及再结晶,从而提高钢筋的塑性,但由于目前目前轧机生产线配置各不相同,单对冷轧后的钢筋而言,有些表面与心部均发生较大形变,而有些形变主要集中在表面,心部形变较小。针对这种现状,作为冷轧带肋钢筋生产线主要组成之一的加热设备配置也就不能完全一样。

从理论上说,如果冷轧过程中钢筋的形变比较大,钢筋表面与心部均发生较大变形时,则生产线中的加热设备应选用中频,并配以感应保温技术,以延长钢筋表面向心部的传热时间,从而使钢筋表面与心部均能达到再结晶温度,这样才能大大提高钢筋塑性。而如果冷轧时钢筋的形变主要集中在表面,心部形变较小,则可选用超音频加热设备,仅使钢筋表面达到再结晶温度,心部温度可偏低些,这样也可满足要求。

按上述分析,并针对不同轧机生产线郑州英福伦电气有限公司推出了50kw~160kw系列感应加热设备,可以随意组合,避免因设备损坏而停产,通过实际验证,这些加热设备均达到了预期效果

 

 

 
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