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[摘 要]本课题来源于日照高速线材生产线生产细晶粒抗震钢筋，主要是根据日钢高速线材生产线现有设备，通过改造穿水装置，实现两相区轧制，利用形变诱导铁素体相变机理获得细晶粒组织。提高产品强度和韧性指标。实现取消钒合金的加入，并逐步将硅锰降低，提高产品焊接性能。最终达到批量生产并稳定各项经济指标。
[关键词]细晶粒；高速线材；相变
中图分类号：TG14214 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0030-01
1、前言
新一代钢铁材料是国家重大基础研究项目主要研究钢铁组织的超纯净化、超均质化和晶粒的超细化为主要目标，以节省资源、降低成本和可回收利用为研究的基本原则。近年未，社会的进步对钢铁材料的性能提出了更高的要求，晶粒超细化成为这一研究领域的热点[1]。
2、工艺技术的实施
本技术的实施是考虑大工业生产条件，且留有重充足的实施与余地，即在最不利的条件下，目标值也要确保达到。
1、以普碳钢成分生产的细晶粒钢的组织为铁素体+珠光体，铁素体晶粒尺寸为不超过10μm。铁素体体积分数大约为80%-85%，珠光体体积百分数较低。以利于韧性和焊接性能的提高。
2、细晶粒钢中珠光体的形态发生了变化，珠光体中的渗碳体由常规的片层状变为趋近于短棒状或近似呈颗粒状的形态，以求裂纹在晶粒内扩展时可以能够吸收更高的能量，有利于钢的韧性的提高。
3、随着细晶粒钢铁素体晶粒的细化，晶粒内位错的塞积量降低，钢的屈服强度得以提高。以Q235为原料，根据DIFT理论利用低温轧制，和穿水工艺可以直接生产HRB400级棒材。
4、通过穿水冷却实现控制和控冷可以实现20MnSi钢坯，通过由添加微量Nb（0.01～0.02%）达到生产HRB500；再在其基础上，取消Nb元素，实现稳定的HRB500的目标。
3、工艺方案
3.1 化学成分
细晶钢工艺制定中，应该从分注意到各种合金对工艺方案的制定，和对成品性能的影响。所以在本项目中，我们应当控制钢中化学成分如下所示：
3.1.1 低碳、高锰、低碳当量
为了保证良好的焊接性，碳当量控制w（Ceq）≤0.40%（Ceq=C+1/6Mn）。锰在钢中部分与铁互溶，形成固溶体（铁素体或奥氏体），部分和铁、碳化合形成渗碳体，能够强化铁素体和细化珠光体。同时，由于锰和硫具有较大的亲和力，能促使钢中的硫形成熔点比FeS高的MnS，避免FeS在晶界析出，降低热脆性，提高热加工性能。
3.1.2 微合金化
资料研究表明，在控轧微合金钢中，Nb的细化晶粒和析出强化作用最为突出，每添加0.01%的w（Nb），可提高钢的强度30～50MPa，加Nb是最为经济有效的手段，所以，确定V或Nb含量为：0.015%～0.030%[1]。
3.1.3 降低硫、磷含量
对于绝大多数钢来说，S、P都是有害元素，[P]主要影响钢的塑性，[S]主要影响钢的冲击韧性和韧-脆转换温度。现代钢铁材料的发展趋势是尽量降低钢中的硫含量及控制硫化物夹杂。在实际生产中尽量降低[S]，[P]含量。
3.2 工艺控制要点和关键技术
细晶钢工艺TMCP（ThermoMechanicalControlProcess）的特征是：轧前急冷，850-900℃下低终轧度，采用大应变终轧。
而如果要获得低碳钢的超细晶钢（Ultrafine-GraintedSteel），简称为UFG钢是标志着近代轧制水平的程度。其主要是通过细晶（不大于5μm）强化手段实行钢材性能的强韧化处理，即必须采用DIFT工艺才是有效的。采用TMCP工艺，只能生产出不小于8-11μm级别的产品。
概括生产细晶钢的关键：
1）制造增大相变动力的条件——（采用750-850℃的低温轧制）。
2）制造抑制晶粒长大必须克服境界迁移阻力——（强大而有效地轧后冷却设备）
3）增大形核几率——（大的轧制速度）
必须指出：获得细晶钢的工艺条件中轧后快速冷却的冷却强度必须控制，以不获得马氏体组织为限。其关键技术：
1）获得细晶粒的方法
2）控制轧制与控制冷却
塑性变形条件对奥氏体形态演变行为与机理；微量元素化合物对奥氏体演变过程和低温轧制对第二相形态影响的作用机理研究。
膜态沸腾条件下热轧件表面及其温度对冷却界面的汽态膜形态影响机理和破坏条件分析；轧件在线强制冷却设备的利用。
4 试验结果
4.1 力學性能
试生产的Ф8mm～Ф10mm HRB400 细晶粒钢筋的力学性能见表1。
表1 试制钢筋力学性能
Table1 Mechanical properties of test rebar
4.2 显微组织
日钢试生产的Ф8mm～Ф10mm 400MPa 细晶粒盘螺组织见图1、2、3、4及表2。
图1 图2
图3 图4
表2 试制钢筋的组织
Table2 Microstructure of test rebar
5、结论
1）Ae3～Ar3温度区域轧制属于奥氏体未再结晶区轧制工艺，是利用形变诱导铁素体相变原理。细晶盘螺综合性能较好，屈服强度440MPa以上，抗拉强度615MPa以上，伸长率27%以上，冷弯性能良好。
2）在轧制设备能力允许的条件下，以750℃～850℃最为适宜。在这个温度区间，更能有利于晶粒细化，进而带来常温组织下材料机械性能的显著提高，尤其是降低韧脆转变温度效果明显。
3）采用细晶钢生产工艺，可以采用20MnSi原料，不加或者少加微合金生产500MPa级螺纹钢筋。
参考文献
[1] 王倩，杨忠民，吴庆辉.低碳钢先共析铁素体和形变诱导铁素体的相变机制、组织和性能[J].特殊钢，2008，29（4）.
[关键词]细晶粒；高速线材；相变
中图分类号：TG14214 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0030-01
1、前言
新一代钢铁材料是国家重大基础研究项目主要研究钢铁组织的超纯净化、超均质化和晶粒的超细化为主要目标，以节省资源、降低成本和可回收利用为研究的基本原则。近年未，社会的进步对钢铁材料的性能提出了更高的要求，晶粒超细化成为这一研究领域的热点[1]。
2、工艺技术的实施
本技术的实施是考虑大工业生产条件，且留有重充足的实施与余地，即在最不利的条件下，目标值也要确保达到。
1、以普碳钢成分生产的细晶粒钢的组织为铁素体+珠光体，铁素体晶粒尺寸为不超过10μm。铁素体体积分数大约为80%-85%，珠光体体积百分数较低。以利于韧性和焊接性能的提高。
2、细晶粒钢中珠光体的形态发生了变化，珠光体中的渗碳体由常规的片层状变为趋近于短棒状或近似呈颗粒状的形态，以求裂纹在晶粒内扩展时可以能够吸收更高的能量，有利于钢的韧性的提高。
3、随着细晶粒钢铁素体晶粒的细化，晶粒内位错的塞积量降低，钢的屈服强度得以提高。以Q235为原料，根据DIFT理论利用低温轧制，和穿水工艺可以直接生产HRB400级棒材。
4、通过穿水冷却实现控制和控冷可以实现20MnSi钢坯，通过由添加微量Nb（0.01～0.02%）达到生产HRB500；再在其基础上，取消Nb元素，实现稳定的HRB500的目标。
3、工艺方案
3.1 化学成分
细晶钢工艺制定中，应该从分注意到各种合金对工艺方案的制定，和对成品性能的影响。所以在本项目中，我们应当控制钢中化学成分如下所示：
3.1.1 低碳、高锰、低碳当量
为了保证良好的焊接性，碳当量控制w（Ceq）≤0.40%（Ceq=C+1/6Mn）。锰在钢中部分与铁互溶，形成固溶体（铁素体或奥氏体），部分和铁、碳化合形成渗碳体，能够强化铁素体和细化珠光体。同时，由于锰和硫具有较大的亲和力，能促使钢中的硫形成熔点比FeS高的MnS，避免FeS在晶界析出，降低热脆性，提高热加工性能。
3.1.2 微合金化
资料研究表明，在控轧微合金钢中，Nb的细化晶粒和析出强化作用最为突出，每添加0.01%的w（Nb），可提高钢的强度30～50MPa，加Nb是最为经济有效的手段，所以，确定V或Nb含量为：0.015%～0.030%[1]。
3.1.3 降低硫、磷含量
对于绝大多数钢来说，S、P都是有害元素，[P]主要影响钢的塑性，[S]主要影响钢的冲击韧性和韧-脆转换温度。现代钢铁材料的发展趋势是尽量降低钢中的硫含量及控制硫化物夹杂。在实际生产中尽量降低[S]，[P]含量。
3.2 工艺控制要点和关键技术
细晶钢工艺TMCP（ThermoMechanicalControlProcess）的特征是：轧前急冷，850-900℃下低终轧度，采用大应变终轧。
而如果要获得低碳钢的超细晶钢（Ultrafine-GraintedSteel），简称为UFG钢是标志着近代轧制水平的程度。其主要是通过细晶（不大于5μm）强化手段实行钢材性能的强韧化处理，即必须采用DIFT工艺才是有效的。采用TMCP工艺，只能生产出不小于8-11μm级别的产品。
概括生产细晶钢的关键：
1）制造增大相变动力的条件——（采用750-850℃的低温轧制）。
2）制造抑制晶粒长大必须克服境界迁移阻力——（强大而有效地轧后冷却设备）
3）增大形核几率——（大的轧制速度）
必须指出：获得细晶钢的工艺条件中轧后快速冷却的冷却强度必须控制，以不获得马氏体组织为限。其关键技术：
1）获得细晶粒的方法
2）控制轧制与控制冷却
塑性变形条件对奥氏体形态演变行为与机理；微量元素化合物对奥氏体演变过程和低温轧制对第二相形态影响的作用机理研究。
膜态沸腾条件下热轧件表面及其温度对冷却界面的汽态膜形态影响机理和破坏条件分析；轧件在线强制冷却设备的利用。
4 试验结果
4.1 力學性能
试生产的Ф8mm～Ф10mm HRB400 细晶粒钢筋的力学性能见表1。
表1 试制钢筋力学性能
Table1 Mechanical properties of test rebar
4.2 显微组织
日钢试生产的Ф8mm～Ф10mm 400MPa 细晶粒盘螺组织见图1、2、3、4及表2。
图1 图2
图3 图4
表2 试制钢筋的组织
Table2 Microstructure of test rebar
5、结论
1）Ae3～Ar3温度区域轧制属于奥氏体未再结晶区轧制工艺，是利用形变诱导铁素体相变原理。细晶盘螺综合性能较好，屈服强度440MPa以上，抗拉强度615MPa以上，伸长率27%以上，冷弯性能良好。
2）在轧制设备能力允许的条件下，以750℃～850℃最为适宜。在这个温度区间，更能有利于晶粒细化，进而带来常温组织下材料机械性能的显著提高，尤其是降低韧脆转变温度效果明显。
3）采用细晶钢生产工艺，可以采用20MnSi原料，不加或者少加微合金生产500MPa级螺纹钢筋。
参考文献
[1] 王倩，杨忠民，吴庆辉.低碳钢先共析铁素体和形变诱导铁素体的相变机制、组织和性能[J].特殊钢，2008，29（4）.