試制Nb微合化控冷HRB400鋼筋的技術思路是將Nb微合金化技術和控制軋制、控制冷卻技術進行綜合應用,通過成分優(yōu)化和工藝優(yōu)化,開發(fā)出具有成本優(yōu)勢的、生產上簡便易行的全套生產工藝。Nb在鋼筋中的重要的作用主要表現(xiàn)在3個方面:細晶強化、沉淀強化和相變強化,以晶粒細化為

強化主導因素。Nb的有效作用因素包括:

1)在鑄坯凝固的過程中,先期析出的NbC、Nb(CN)微小彌散質點,將有利于形成細小的等軸晶組織,而這種細小的等軸晶組織有利于形成細小的原始奧氏體晶粒,而且微小彌散質點將在加熱過程中抑制奧氏體晶粒的長大。

2)高溫析出抑制奧氏體形變再結晶晶粒長大,并進而細化鐵素體晶粒,對鋼產生強化作用。

3)低溫奧氏體形變時的誘導析出誘導相變。只有在低溫奧氏體形變時才有,作用有限。

4)終軋后在鐵素體晶內析出。析出量少,作用有限。

5)抑制鐵素體形成,具有中溫轉變的傾向。

在生產大規(guī)格鋼筋時和在控制冷卻能力弱或無快速冷卻能力的條件下生產小規(guī)格的鋼筋時,可在Nb微合金化的基礎上加入微量的Ti。Ti對Nb微合金化HRB400鋼筋的有效作用因素包括:

1)進一步細化鑄造組織和抑制高溫加熱時奧氏體晶粒的長大。

2)高溫析出抑制奧氏體形變再結晶晶粒長大。

3)Nb、Ti復合加入,可降低高溫塑性低谷區(qū)的開始溫度和提高低谷區(qū)的塑性。可使在900℃以上的溫度區(qū)間矯平鑄坯,避免產生鑄坯表面橫裂。

Nb微合金化HRB400鋼筋軋制時由于降低了Nb質量分數(shù)并對N質量分數(shù)加以限制,所以軋制時鋼坯加熱溫度不必太高,按1050~1220℃范圍控制即可。在950℃以上完成軋制即基本在奧氏體再結晶區(qū)完成軋制是為了實現(xiàn)再結晶細化,且現(xiàn)行的軋鋼設備和工藝容易實現(xiàn)。軋制溫度在部分再結晶區(qū)容易產生混晶,對性能產生不利影響。而軋制溫度在未再結晶區(qū)則現(xiàn)行的軋鋼設備和工藝難以實現(xiàn)。降低Nb質量分數(shù)引起的強度損失主要靠加速相變前奧氏體的冷卻來彌補,加速冷卻有利于防止奧氏體晶粒長大,也有利于抑制Nb的C、N化物在中溫區(qū)的析出和長大,并增加析出形核率,增加其阻止再結晶晶粒長大的作用,相變前奧氏體晶粒細化導致了最終產品的組織細化。加速冷卻還有利于C、N化物在低溫區(qū)析出。增加的細晶強化和析出強化提高了鋼筋的強度。但鋼筋的上冷床溫度必須控制在800℃以上或Ac3溫度以上,是為了防止鋼筋表層出現(xiàn)回火組織和鋼筋斷面上出現(xiàn)過多的貝氏體等低溫相變產物。當然,鋼筋的上冷床溫度也不宜過高,以免降低快速冷卻的強化效果。