本發(fā)明屬于建筑用棒材生產技術領域,具體涉及一種20MnSi螺紋鋼加載微應力細化鐵素體組織的方法。

背景技術：

鋼筋是重要的建筑用鋼材，其應用非常廣泛，用量也很大。隨著建筑行業(yè)的迅猛發(fā)展，對熱軋螺紋鋼筋的性能要求越來越高。20MnSi作為一種典型的低合金結構鋼，常用作生產熱軋鋼筋的主要材料。目前主要采用添加V、Ti、Nb等微合金化元素來細化晶粒改善性能，或采用余熱處理工藝來提高強度。由于V等貴重金屬含量的增加，將會導致鋼筋成本明顯提高，無論是從節(jié)約資源還是從企業(yè)降本增效角度考慮都是不利的，而通過工藝方法來調整和控制產品最終顯微組織結構，從而使其性能達到甚至超過以往同類產品的水平，有利于實現(xiàn)降本增效和節(jié)約資源。

低碳微合金鋼形變熱處理的主要目的是細化鐵素體晶粒以提高鋼的力學性能。一般來說，外加應力場的存在會使材料內部產生局部畸變，有效地促進晶粒形核過程，從而使晶粒組織得以明顯細化。從工程應用角度考慮，選擇較小的變形來細化組織可以大大地降低鋼鐵材料的生產成本。因此,在不改變成分組成的情況下,從生產工藝過程尋找有效地細化20MnSi鋼晶粒組織的方法，具有很重要的實際意義。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述存在問題，提供一種20MnSi螺紋鋼加載微應力細化鐵素體組織的方法，該方法采用高溫區(qū)加載微應力來細化20MnSi螺紋鋼的鐵素體組織，從而提高20MnSi螺紋鋼的綜合性能，進而推進其在實際中的應用。

本發(fā)明的技術方案：

一種20MnSi螺紋鋼加載微應力細化鐵素體組織的方法，步驟如下：

1)將熱軋后20MnSi螺紋鋼進行如下熱處理：以200℃/min的速度加熱至920℃，保溫10min；

2)以180℃/min冷卻至750℃，分別施加100MPa、150MPa和200MPa的壓力，每個壓力下分別加載60s；

3)以200℃/min的速度冷卻至室溫。

鋼鐵試樣在加熱和冷卻時，試樣的長度除了受正常的熱脹冷縮的影響外，還與相變過程有關，即其長度變化是由兩部分組成：ΔL＝ΔL_熱+ΔL_相，ΔL_熱為試樣由于熱脹冷縮引起的長度變化；ΔL_相為試樣由于相變體積效應引起的長度變化；ΔL為試樣加熱或冷卻時以上兩相疊加結果引起的長度總變化。當不發(fā)生相變時，ΔL_相＝0，所以ΔL＝ΔL_熱。但當發(fā)生相變時，由于鋼中各相的比容不同，曲線就出現(xiàn)拐折。所以當發(fā)生相變時會伴隨著試樣體積的膨脹與收縮。根據(jù)得到的線膨脹量隨溫度的變化曲線可以確定鋼在上述熱處理連續(xù)冷卻過程中鐵素體相變的起始溫度和結束溫度。

本發(fā)明的優(yōu)點是：該方法采用的加載應力小，加載時間短，所用的能耗比傳統(tǒng)方法大大減少，并且20MnSi螺紋鋼的性能有很大的改善,是一種非常有潛力的實用生產方法。

附圖說明

圖1為20MnSi螺紋鋼的熱處理工藝曲線及線膨脹隨時間變化的曲線。

圖2為20MnSi螺紋鋼的溫度與鐵素體體積分數(shù)關系圖。

圖3為20MnSi螺紋鋼不同加載應力的XRD圖譜，圖中：(a)加載100MPa；(b)加載150MPa；(c)加載200MPa。

圖4為20MnSi螺紋鋼有無微變形處理的金相組織，圖中：(a)無微應力；(b)加載100MPa；(c)加載150MPa；(d)加載200MPa。

圖5為未加載微應力和加載微應力后20MnSi螺紋鋼鐵素體晶粒度的大小。

具體實施方式

以下實驗用鋼采用以連鑄及控軋控冷工藝生產的直徑為12mm的20MnSi螺紋鋼，化學成分見表1。用線切割從螺紋鋼上切取φ5x10mm的圓柱形試樣，清洗干燥后放入DIL805A/D差分膨脹儀中對試樣進行處理設定程序。

表1.20MnSi螺紋鋼的化學成分

實施例1：

一種20MnSi螺紋鋼加載微應力細化鐵素體組織的方法，步驟如下：

以200℃/min的加熱速度將試樣加熱至920℃，保溫10min以使試樣組織充分奧氏體化，然后以180℃/min冷卻至750℃，施加100MPa的壓力，加載60s,最后以200℃/min的冷卻速度冷卻至室溫。

實施例2：

一種20MnSi螺紋鋼加載微應力細化鐵素體組織的方法，步驟如下：

以200℃/min的加熱速度將試樣加熱至920℃，保溫10min以使試樣組織充分奧氏體化，然后以180℃/min冷卻至750℃，施加150MPa的壓力，加載60s,最后以200℃/min的冷卻速度冷卻至室溫。

實施例3：

一種20MnSi螺紋鋼加載微應力細化鐵素體組織的方法，步驟如下：

以200℃/min的加熱速度將試樣加熱至920℃，保溫10min以使試樣組織充分奧氏體化，然后以180℃/min冷卻至750℃，施加200MPa的壓力，加載60s,最后以200℃/min的冷卻速度冷卻至室溫。

圖1為制備的20MnSi螺紋鋼的熱處理工藝曲線及線膨脹隨時間變化的曲線。

圖2為20MnSi螺紋鋼的溫度與鐵素體體積分數(shù)關系圖。從圖2可以看出：隨著微應力的加載，鐵素體相變的起始溫度和結束溫度都比未加載微應力提前了。

圖3為20MnSi螺紋鋼不同加載應力的XRD圖譜，圖中：(a)加載100MPa；(b)加載150MPa；(c)加載200MPa。

圖4為20MnSi螺紋鋼有無微變形處理的金相組織，圖中：(a)無微應力；(b)加載100MPa；(c)加載150MPa；(d)加載200MPa。從圖4的金相照片可以看到：與未加載微應力的試樣相比,采用本發(fā)明方法處理后的20MnSi螺紋鋼試樣的鐵素體組織細化顯著。

圖5給出了未加載微應力和加載微應力后鐵素體的晶粒度大小，圖中表明：隨著微應力的逐漸增加，鐵素體的晶粒度逐漸減小。表明該方法在生產過程中的通用性和重要性。