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低成本高性能钢筋的研究与开发

王晓文  
【摘要】: 随着我国城市化进程的加速,未来钢筋的生产和消费量都将会大大提高。因而低成本高性能钢筋的研究与开发显得尤为重要。基于此,本文通过实验室和现场试验研究开发了低成本高性能钢筋的生产工艺并进行了现场工业大生产。论文主要内容如下: (1)通过实验室热模拟实验确定了新型钢在不同冷却速度下的生成相和奥氏体未再结晶区温度范围。实验表明在现场条件下,实验钢筋吐丝后单纯采用风冷时得到钢筋的组织全部为铁素体+珠光体,未再结晶区温度范围大约为770~950℃。利用单道次压缩实验,建立了实验钢的变形抗力模型并对其高温变形的动态行为进行了研究。研究表明在现场工业试验条件下,轧件在轧制过程中不会发生动态再结晶。采用双道次压缩实验,研究了实验钢不同热变形条件下的软化率。研究结果发现在现场控温轧制试验条件下,轧件在精轧阶段不会发生静态再结晶。 (2)通过现场工业试验确定了不同控温轧制措施对盘圆螺纹钢筋性能的影响,制定了现场最佳控温轧制工艺。结合控温轧制和喷雾冷却,通过成分微调,成功实现了用普碳钢轧制400MPa级低成本高性能盘圆螺纹钢筋。 (3)利用平面变形法对萍钢棒材厂轧制低成本高性能Φ25mm棒材时轧件在中轧和精轧阶段的温度进行了计算。计算结果表明轧件在中轧阶段轧制过程中就产生了温升。当入中轧温度控制在950℃,终轧速度控制在11m/s时,轧件在中轧阶段温升计算值为44.7℃,精轧阶段温升计算值为65℃,计算值与现场实测值吻合较好。 (4)参照低成本高性能盘圆螺纹钢筋轧制工艺,提出了一种新的生产低成本高性能棒材的工艺。即通过优化轧后控制冷却工艺将奥氏体再结晶区轧制过程中形成的细的、强烈硬化的、具有大量缺陷的奥氏体晶粒快速冷却到相变温度附近后空冷,从而抑制其晶粒长大并使其转变为晶粒适度细化的铁素体+珠光体。钢筋表面不会生成回火组织,在提高钢筋强度的同时保证其强屈比。 (5)利用ANSYS有限元模拟了Φ25mm棒材轧后不同穿水冷却条件下的温右时,棒材表面会生成闭环回火组织,影响其性能。要想在棒材表面不产生回火组织的前提下尽可能提高其性能,轧后最好采用两段水冷,钢筋回火后温度控制在800℃左右。 (6)利用闪光对焊技术对新工艺生产的棒材进行了焊接试验,试验结果表明,采用新工艺生产的低成本高性能棒材焊接性能良好。Φ12mm试验钢时效20天后性能检测表明新工艺生产的钢筋基本不存在时效性。


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