热轧带肋钢筋的矫直工艺研究
卢秀春
燕山大学" !
摘
要
提出了一种新的热轧带肋钢筋的矫直方式#使得矫直后的钢筋表面无划伤#强度与塑性均有提高#消
除了矫直后的钢筋屈服点不明显现象$并对经过不同矫直工艺后的热轧带肋钢筋的金相组织分布%力学性能进行了研究$关键词
热轧带肋钢筋
矫直工艺
强度
塑性&
’() *+, -. /*0(-(. ’1/’*+’2203+-44034, +)
56789:; 9 " =>
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#? #? #K S 0TU’+3) ; H C B H J J A IB 8M M A IM >B C B >8N ; C A ? C 8:8C D
V 前言
热轧带肋钢筋在现代建筑行业中应用越来越广泛#小直径热轧带肋钢筋! 大都是盘料供XY Z G G " W 货#使用前必须矫直$材料的强度和塑性往往是一对矛盾#本文介绍一种用于热轧带肋钢筋的矫直方式#矫直后的钢筋表面无划伤#强度与塑性均有所提高#并消除了热轧带肋钢筋矫直后无明显屈服平台的现象$
[矫直方案的选择
钢筋矫直大多采用交变弯曲变形的矫直方式#
具有多值原始曲率的钢筋经交错排列的矫直辊后#发生多次反复弯曲#原始曲率的不平均度逐渐减小#最终达到矫直的效果$在实际生产过程中#沿袭普通圆钢和冷轧带肋钢筋的矫直方式#首先选择的是大变形矫直方案#其基本思想是采取较大的反弯曲率#使钢筋经过几次剧烈的反弯后#原始曲率的不均匀性得以迅速消除#形成单值曲率#而后采用矫直单值原始曲率钢筋的方法加以矫直#如图Y 所示$矫直后且没有明显的屈服平台#力学性的钢筋有划伤现象#能指标不能满足用户要求
$
图Y 大变形矫直方案示意图
]Y ^\8N _A C :;H L ; 8N ;I A L H B G >C 8H 8N ; C A
Y ‘导料辊a b ‘转毂a c ‘斜辊a Z ‘带轮a d ‘牵引辊a e ‘钢筋a f ‘剪切装置a g ‘承料架
&
联系人h 卢秀春#副教授#秦皇岛! 燕山大学机械工程学院i e e i i Z "
第=期卢秀春#热轧带肋钢筋的矫直工艺研究
[B C [
而后! 依据热轧带肋钢筋本身特有的几何特性改用了小变形矫直方案! 并加入了预矫和机械特性!
直机构! 如图" 所示! 每个矫直辊的反弯曲率的确定
只消除进入本辊时的最大原始曲率! 使之变原则是#
残余曲率将逐渐减平$随着钢筋弯曲次数的增加! 小! 直至小于规定值
$
图" 小变形矫直方案示意图
(" ) %&’*+, -./0123445+0/623, &/71, 63&’. , +7&7’2+, . /5
89导料辊:" 9预矫直:; 9转毂:9牵引辊:? 9钢筋:@9剪切装置:A 9承料架
B 矫直结果与分析
B (C 力学性能分析比较
通过拉伸试验对热轧带肋钢筋的力学性能进行研究! 采用钢筋为D E 级钢筋! 直径J ; ; =G HI K8L F
热轧带肋钢筋发生多次弯曲变22$矫直过程中!
形! 产生循环硬化! 由于其变形的不均匀性! 导致附加压应力! 附加压应力的存在提高了钢筋的强度和塑性! 但大变形矫直方案矫直后的热轧带肋钢筋强度和塑性指标的提高程度比小变形矫直方案矫直后热轧带肋钢筋的相应指标小! 见表8$
表8热轧带肋钢筋力学性能
M 3N 4+8O+-. 37&-34P 6/P +6, &+1/0. /, 6/44+56&N N +5N 36
项目原材大变形矫直方案小变形矫直方案
数量8=" L " L
抗拉强度Q R OS 3N
===G L (L L ? I ===G L (L 88I =>L G L (L 8=I
屈服强度Q R OS 31
; >L G L (L 8L I ; >=G L (L 8; I ; >=G L (L 88I
断面收缩率T R U >>(L G L (L ? 8I >? (" G L (L =? I >A (; G L (L >@I
断面伸长率V R U ’,
8(? G L (L ? @I 8@(" G L (8L " I
注#括号内数字为相应统计数字的离散系数V $
两种矫直方式的另一主要区别是大变形矫直方案矫直后的热轧带肋钢筋没有明显屈服现象! 而小
变形矫直方案矫直后的热轧带肋钢筋仍然存在较明显屈服现象! 见图;
$
图; 拉伸试验(; M %&’+71&4+, +1, 6+1W 4, 1
G I 矫直前:G I 大变形矫直方案:G I 小变形矫直方案3N -
B (X 显微组织分布分析
热轧带肋钢筋属于亚共析钢! 其基本组织是铁素体Y 珠光体$钢筋矫直属冷加工过程! 虽然矫直后的热轧带肋钢筋的金相组织成分没有发生变化! 但铁素体与珠光体的分布形式及晶粒大小却发生了改变! 且这种改变随矫直工艺的不同而存在较大差异$
在图万方数据可以看到热轧带肋钢筋的金相组中!
织分布有明显差异! 矫直前的热轧带肋钢筋组织疏松! 珠光体粗大! 铁素体团形状呈不规则非多边形状! 且铁素体与珠光体的晶界模糊! 没有完整的连续晶界! 晶粒度参差不一:经大变形矫直方案矫直后的热轧带肋钢筋! 见图=珠光体团细碎! 由大块分布!
变为小块分布! 珠光体团变细! 晶粒度变大! 铁素体团形状趋向规则化! 强度和塑性均有提高! 但铁素体
F >G F
钢铁
第C H 卷
图:小变形矫直方案的显微组织
图! 矫直前的显微组织
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() 33#/$(#44-240(
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*70332-. ) (70+#) /7-+1) 2
料变软8应力=应变曲线变光滑8屈服点消失; 小变形矫直工艺下8在’气团破坏后8能使引起屈) ++-(33
服的位错周围氮
>%>
矫直前后热轧带肋钢筋直径变化
图5大变形矫直方案的显微组织
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*+(0#$1+-/#/$7-+1) 2
图? 热轧带肋钢筋的直径变化%? @" #$#07-+-() . 1) +() 33-2(#44-240(
A =矫直前横肋方向钢筋直径9B =矫直前纵肋方向钢筋直径9C =大变形矫直方案横肋方向钢筋直径9! =大变形矫直方案纵肋方向钢筋直径95=小变形矫直方案横肋方向钢筋直径9
:=大变形矫直方案纵肋方向钢筋直径
局部存在不均匀性8珠光体数量在局部增多9经小变形矫直方案矫直后的热轧带肋钢筋8见图:珠光体8
团细化均匀8具有细片层间距8使得综合力学性能提高; 铁素体团内部包络部分珠光体碎粒8晶界增大8晶粒度增大8铁素体团的形状更加规则8由多边状向条状转化8均匀性增强8条状铁素体板条中存在着高密度的可移动位错8易于实现多滑移8这种组织特征使得钢筋具有连续的屈服行为8条状铁素体的有效晶粒是条状铁素体条束8有效提高了其强韧性; 热轧带肋钢筋在轧制过程中8氮
由于采取的矫直方案不同8矫直后的热轧带肋钢筋直径变化情况也有很大差异D 图? E ; 由图? 可
看出8采用小变形矫直方案矫直后的热轧带肋钢筋直径变化量D 包括横肋向和纵肋向E 比大变形矫直方案矫直的热轧带肋钢筋直径变化量小8这主要是由于在小变形矫直方案中采用交叉斜辊排布8将原大变形矫直方案中的点接触转化为线接触8单位面积上受力减小8从而使得矫直后的钢筋压痕减小9同时8交叉布置的预矫直斜辊属于被动传动8速度差减
下转第C D 5页E
第５期
高伟：三线切分时影响棒材张开角的几个因素
ｓｉｎ肚ｏｓ卢）
定
（３）
５棒材张开角的确定
在侧向切分力Ｆ。和纵向的摩擦力，：的共同作用下，边部金属所受的合力方向将与轧制方向产生偏移，在切分轮的作用下，轧件左右两侧的金属沿一定的角度与中间金属相互分离，实现切分。
张开角由式（５）决定。
由式（５）可知，在轧制条件相同的情况下。棒材
４．３三线切分时轧辊对轧件纵向的作用力Ｆ：的确
资料证明，正常轧制时轧制力的作用点在ａ’／２处，如图４所示，轧辊沿纵向对轧件作用的力可由式（４）确定：
Ｆ２一Ｔ，一Ｐ：一Ｐ，ｃｏｓ（等）一Ｐｓｉｎ（等）（４）
岫ｒｃｔｇ（爱）…ｃｔｇ［
拿，（ｓｉｎ２卢一ｓｉｎ２ａ）＋学（ｓｉｎ∞。ｓａ—ｓｉｎ风。ｓ卢）］一
Ｐ，ｃｏｓ（譬’
Ｐｓｉｎ（譬）
㈣
ａｒｃ试趔≮篆掌纛≯幽，
４（，ｃｏｓ（等）一ｓｉｎ（等））
张开角主要与孔型切分角ａ、孔型外侧壁倾角卢和咬入角ａ’有关。在条件许可的情况下，孔型外侧壁
间。咬入角ａ７与平均压下系数等因素有关，可在７。～８。之间选取。同时采用比切分角ｎ略大的切分轮切入角，一般切分轮的切入角应比切分角略大１０。～２０。，以保证轧件的正常切开。
棒材的实际张开角与孔型切分角ａ、孔型外侧
倾角ｐ应大些，同时尽量避免轧件过充满孔型，这
样可减少侧壁阻力，有利于切分。６结语
三线切分时的孔型切分角是轧件实现切开的前提，为了满足三线切分的正常轧制，应该首先确定合
壁倾角卢和切分轮切入角存在着密切的关系。在实
际轧制中，棒材张开角角度应适当，一般为２。～３。，
适的切分角ａ，其值应为３０。左右。除此而外，还应注意孔型外侧壁倾角卢的取值，其值应在４５９～５０。之
经切分轮后轧件张开角可达４。～５。。
参考文献
ｌ赵志业．金属塑性变形与轧制理论．北京：冶金工业出版社，１９８０．２李曼云．小型型钢连轧生产工艺与设备．北京：冶金工业出版社，１９９９．３赵松筠．型钢孔型设计．北京：冶金工业出版社。１９９３．
七七七七七七七专七七七电七七七七七电七电电七七七七七七’七七七七七’七七弋七七七皇｜七七七七七七七七（上接第３２页）
小，也使得矫直后的钢筋划伤大大减轻。４结论
应用小变形矫直方案已成功地设计制造了
ＬＧ丁１０／１４Ｉ型无划伤热轧带肋钢筋矫直切断机。
矫直后的热轧带肋钢筋无划伤，与矫直前相比，强度
与塑性均有提高，且具有较明显的屈服现象，满足了施工工程实际需要。小变形矫直方案适于热轧带肋
钢筋的矫直，但矫直机理需进一步研究。
参考文献
邹家祥．冶金机械设计理论．北京：冶金工业出版社，１９９８．哈富宽．金属力学性质的微观理论．北京：科学出版社，１９８３．王海文．轧钢机械设计．北京：机械工业出版社，１９８３．
卢秀春，金贺荣．宜亚丽．热轧带肋钢筋矫直切断机的研究设计．钢铁，２００２，３７（３）：５９～６２．
万方数据
热轧带肋钢筋的矫直工艺研究
卢秀春
燕山大学" !
摘
要
提出了一种新的热轧带肋钢筋的矫直方式#使得矫直后的钢筋表面无划伤#强度与塑性均有提高#消
除了矫直后的钢筋屈服点不明显现象$并对经过不同矫直工艺后的热轧带肋钢筋的金相组织分布%力学性能进行了研究$关键词
热轧带肋钢筋
矫直工艺
强度
塑性&
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#? #? #K S 0TU’+3) ; H C B H J J A IB 8M M A IM >B C B >8N ; C A ? C 8:8C D
V 前言
热轧带肋钢筋在现代建筑行业中应用越来越广泛#小直径热轧带肋钢筋! 大都是盘料供XY Z G G " W 货#使用前必须矫直$材料的强度和塑性往往是一对矛盾#本文介绍一种用于热轧带肋钢筋的矫直方式#矫直后的钢筋表面无划伤#强度与塑性均有所提高#并消除了热轧带肋钢筋矫直后无明显屈服平台的现象$
[矫直方案的选择
钢筋矫直大多采用交变弯曲变形的矫直方式#
具有多值原始曲率的钢筋经交错排列的矫直辊后#发生多次反复弯曲#原始曲率的不平均度逐渐减小#最终达到矫直的效果$在实际生产过程中#沿袭普通圆钢和冷轧带肋钢筋的矫直方式#首先选择的是大变形矫直方案#其基本思想是采取较大的反弯曲率#使钢筋经过几次剧烈的反弯后#原始曲率的不均匀性得以迅速消除#形成单值曲率#而后采用矫直单值原始曲率钢筋的方法加以矫直#如图Y 所示$矫直后且没有明显的屈服平台#力学性的钢筋有划伤现象#能指标不能满足用户要求
$
图Y 大变形矫直方案示意图
]Y ^\8N _A C :;H L ; 8N ;I A L H B G >C 8H 8N ; C A
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第=期卢秀春#热轧带肋钢筋的矫直工艺研究
[B C [
而后! 依据热轧带肋钢筋本身特有的几何特性改用了小变形矫直方案! 并加入了预矫和机械特性!
直机构! 如图" 所示! 每个矫直辊的反弯曲率的确定
只消除进入本辊时的最大原始曲率! 使之变原则是#
残余曲率将逐渐减平$随着钢筋弯曲次数的增加! 小! 直至小于规定值
$
图" 小变形矫直方案示意图
(" ) %&’*+, -./0123445+0/623, &/71, 63&’. , +7&7’2+, . /5
89导料辊:" 9预矫直:; 9转毂:9牵引辊:? 9钢筋:@9剪切装置:A 9承料架
B 矫直结果与分析
B (C 力学性能分析比较
通过拉伸试验对热轧带肋钢筋的力学性能进行研究! 采用钢筋为D E 级钢筋! 直径J ; ; =G HI K8L F
热轧带肋钢筋发生多次弯曲变22$矫直过程中!
形! 产生循环硬化! 由于其变形的不均匀性! 导致附加压应力! 附加压应力的存在提高了钢筋的强度和塑性! 但大变形矫直方案矫直后的热轧带肋钢筋强度和塑性指标的提高程度比小变形矫直方案矫直后热轧带肋钢筋的相应指标小! 见表8$
表8热轧带肋钢筋力学性能
M 3N 4+8O+-. 37&-34P 6/P +6, &+1/0. /, 6/44+56&N N +5N 36
项目原材大变形矫直方案小变形矫直方案
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屈服强度Q R OS 31
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两种矫直方式的另一主要区别是大变形矫直方案矫直后的热轧带肋钢筋没有明显屈服现象! 而小
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$
图; 拉伸试验(; M %&’+71&4+, +1, 6+1W 4, 1
G I 矫直前:G I 大变形矫直方案:G I 小变形矫直方案3N -
B (X 显微组织分布分析
热轧带肋钢筋属于亚共析钢! 其基本组织是铁素体Y 珠光体$钢筋矫直属冷加工过程! 虽然矫直后的热轧带肋钢筋的金相组织成分没有发生变化! 但铁素体与珠光体的分布形式及晶粒大小却发生了改变! 且这种改变随矫直工艺的不同而存在较大差异$
在图万方数据可以看到热轧带肋钢筋的金相组中!
织分布有明显差异! 矫直前的热轧带肋钢筋组织疏松! 珠光体粗大! 铁素体团形状呈不规则非多边形状! 且铁素体与珠光体的晶界模糊! 没有完整的连续晶界! 晶粒度参差不一:经大变形矫直方案矫直后的热轧带肋钢筋! 见图=珠光体团细碎! 由大块分布!
变为小块分布! 珠光体团变细! 晶粒度变大! 铁素体团形状趋向规则化! 强度和塑性均有提高! 但铁素体
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钢铁
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图:小变形矫直方案的显微组织
图! 矫直前的显微组织
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料变软8应力=应变曲线变光滑8屈服点消失; 小变形矫直工艺下8在’气团破坏后8能使引起屈) ++-(33
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矫直前后热轧带肋钢筋直径变化
图5大变形矫直方案的显微组织
%5&#" #$’() *+(, ’+, (-6#+14#$+(0/*7) $(#. #’0+#) /
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图? 热轧带肋钢筋的直径变化%? @" #$#07-+-() . 1) +() 33-2(#44-240(
A =矫直前横肋方向钢筋直径9B =矫直前纵肋方向钢筋直径9C =大变形矫直方案横肋方向钢筋直径9! =大变形矫直方案纵肋方向钢筋直径95=小变形矫直方案横肋方向钢筋直径9
:=大变形矫直方案纵肋方向钢筋直径
局部存在不均匀性8珠光体数量在局部增多9经小变形矫直方案矫直后的热轧带肋钢筋8见图:珠光体8
团细化均匀8具有细片层间距8使得综合力学性能提高; 铁素体团内部包络部分珠光体碎粒8晶界增大8晶粒度增大8铁素体团的形状更加规则8由多边状向条状转化8均匀性增强8条状铁素体板条中存在着高密度的可移动位错8易于实现多滑移8这种组织特征使得钢筋具有连续的屈服行为8条状铁素体的有效晶粒是条状铁素体条束8有效提高了其强韧性; 热轧带肋钢筋在轧制过程中8氮
由于采取的矫直方案不同8矫直后的热轧带肋钢筋直径变化情况也有很大差异D 图? E ; 由图? 可
看出8采用小变形矫直方案矫直后的热轧带肋钢筋直径变化量D 包括横肋向和纵肋向E 比大变形矫直方案矫直的热轧带肋钢筋直径变化量小8这主要是由于在小变形矫直方案中采用交叉斜辊排布8将原大变形矫直方案中的点接触转化为线接触8单位面积上受力减小8从而使得矫直后的钢筋压痕减小9同时8交叉布置的预矫直斜辊属于被动传动8速度差减
下转第C D 5页E
第５期
高伟：三线切分时影响棒材张开角的几个因素
ｓｉｎ肚ｏｓ卢）
定
（３）
５棒材张开角的确定
在侧向切分力Ｆ。和纵向的摩擦力，：的共同作用下，边部金属所受的合力方向将与轧制方向产生偏移，在切分轮的作用下，轧件左右两侧的金属沿一定的角度与中间金属相互分离，实现切分。
张开角由式（５）决定。
由式（５）可知，在轧制条件相同的情况下。棒材
４．３三线切分时轧辊对轧件纵向的作用力Ｆ：的确
资料证明，正常轧制时轧制力的作用点在ａ’／２处，如图４所示，轧辊沿纵向对轧件作用的力可由式（４）确定：
Ｆ２一Ｔ，一Ｐ：一Ｐ，ｃｏｓ（等）一Ｐｓｉｎ（等）（４）
岫ｒｃｔｇ（爱）…ｃｔｇ［
拿，（ｓｉｎ２卢一ｓｉｎ２ａ）＋学（ｓｉｎ∞。ｓａ—ｓｉｎ风。ｓ卢）］一
Ｐ，ｃｏｓ（譬’
Ｐｓｉｎ（譬）
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ａｒｃ试趔≮篆掌纛≯幽，
４（，ｃｏｓ（等）一ｓｉｎ（等））
张开角主要与孔型切分角ａ、孔型外侧壁倾角卢和咬入角ａ’有关。在条件许可的情况下，孔型外侧壁
间。咬入角ａ７与平均压下系数等因素有关，可在７。～８。之间选取。同时采用比切分角ｎ略大的切分轮切入角，一般切分轮的切入角应比切分角略大１０。～２０。，以保证轧件的正常切开。
棒材的实际张开角与孔型切分角ａ、孔型外侧
倾角ｐ应大些，同时尽量避免轧件过充满孔型，这
样可减少侧壁阻力，有利于切分。６结语
三线切分时的孔型切分角是轧件实现切开的前提，为了满足三线切分的正常轧制，应该首先确定合
壁倾角卢和切分轮切入角存在着密切的关系。在实
际轧制中，棒材张开角角度应适当，一般为２。～３。，
适的切分角ａ，其值应为３０。左右。除此而外，还应注意孔型外侧壁倾角卢的取值，其值应在４５９～５０。之
经切分轮后轧件张开角可达４。～５。。
参考文献
ｌ赵志业．金属塑性变形与轧制理论．北京：冶金工业出版社，１９８０．２李曼云．小型型钢连轧生产工艺与设备．北京：冶金工业出版社，１９９９．３赵松筠．型钢孔型设计．北京：冶金工业出版社。１９９３．
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小，也使得矫直后的钢筋划伤大大减轻。４结论
应用小变形矫直方案已成功地设计制造了
ＬＧ丁１０／１４Ｉ型无划伤热轧带肋钢筋矫直切断机。
矫直后的热轧带肋钢筋无划伤，与矫直前相比，强度
与塑性均有提高，且具有较明显的屈服现象，满足了施工工程实际需要。小变形矫直方案适于热轧带肋
钢筋的矫直，但矫直机理需进一步研究。
参考文献
邹家祥．冶金机械设计理论．北京：冶金工业出版社，１９９８．哈富宽．金属力学性质的微观理论．北京：科学出版社，１９８３．王海文．轧钢机械设计．北京：机械工业出版社，１９８３．
卢秀春，金贺荣．宜亚丽．热轧带肋钢筋矫直切断机的研究设计．钢铁，２００２，３７（３）：５９～６２．
万方数据