随着中国进入高质量发展时代，钢铁行业逐渐从扩大产能，发展到以追求高质量产品为目标。其中建筑用钢筋作为国内目前产量与用量最大的品种，关乎于民生大计，国家对建筑用钢筋要求也越来越高，HRB400E钢筋以其更高的强度、更好的抗震性以及良好的加工性与可焊性，逐渐取代HRB335成为主流的建筑用钢[1−2]。自新国标（GB/T 1499.2—2018）发布以来，市场对HRB400E钢筋的金相组织、力学性能、重量偏差等均提出了更高的要求[3−4]。
在最新的钢材控制技术研究中，晶粒超细化成为重点研究方向，如何实现在奥氏体低温区通过诱导铁素体相变来细化晶粒，是得到超细晶钢的重要途径之一[5−8]。为寻求一种适合22螺HRB400E钢筋生产的工艺方案，福建三钢集团与钢铁研究总院合作，从生产线实际情况出发，通过机理研究与现场生产实践相结合的方式，获得了适合22螺HRB400E钢筋生产的低温轧制工艺方案，并成功在大规模工业化生产中应用。该工艺在保证成品各项指标均满足国标要求的前提下，通过减少合金元素的添加量，达到降低工序成本、节约社会资源的目的。
1. 控制轧制、控制冷却工艺机理研究
1.1 工艺特点
控制轧制是通过对轧件的变形、加热和温度的控制，使固态相变相与热塑性变形结合，细化微观晶粒，得到具有良好综合性能钢材的过程。主要控制方式为控制轧制工艺参数，将钢坯在奥氏体区内进行轧制，细化铁素体晶粒和缩小珠光体团块尺寸，使得钢材具有高韧性、高强度和良好的加工性能[9]。
控制冷却主要是控制轧件的轧后冷却速度，使钢材的性能与组织得到改善。主要控制方式为通过控制轧制后冷却速度，阻碍铁素体晶粒长大、减少高温下碳化物的析出、提高析出强化作用，得到细化的铁素体晶粒，缩小珠光体片层间距，得到了理想的性能与组织的钢材[10]。
1.2 工艺参数控制特点
与普通热轧工艺不同，控制轧制与控制冷却在实际生产控制中具有如下特点：
（1）加热制度与温度的控制。加热制度与温度取决于钢材的性能要求，对于追求超细的晶粒、高韧性的钢材，一般来说其加热温度控制在1000~1150 °C[11]。
（2）控制终轧道次轧制温度。一般来说，控制终轧道次的轧制温度在奥氏体向铁素体转变温度（Ar3）附近，有时也控制在（γ+α）两相区内[12−13]。
（3）要求轧件在奥氏体未再结晶区变形量充足。普通碳素结构钢要求通过多道次累积塑性变形的方式使奥氏体发生再结晶，微合金钢要求一半以上的轧制变形量在≤950 °C时进行[14]。
（4）为得到理想的显微组织，对于轧制后的钢材冷却速率、轧后快冷初温、快冷终温要加强控制。通常轧后冷却速度要求第一阶段要大，而第二阶段则根据追求的性能不同灵活控制。
2. 生产试验
2.1 生产线情况简介
三钢棒材厂一棒线为一条大规格高速棒材生产线，轧区共有20架轧机，采用了钢坯无头焊接（Endless welding rolling, EWR）技术。钢坯自加热炉出炉后，移动焊机把相邻两支钢坯首尾焊接在一起，再经过去毛刺机处理毛刺后，进入粗轧连轧机组进轧制，从而实现钢坯无头焊接轧制。其中粗、中、预精轧为18架短应力轧机，呈平立交替布置，精轧机组由19#、20#两台悬臂辊式轧机组成。在预精轧与精轧机组间，留有约100 m的距离并设置两组水箱，用于生产ϕ18~25 mm规格钢筋时控冷降温及回复均温；精轧机组后设置两组水箱，用于轧后控制冷却。主要产品为ϕ18~40 mm HRB400E钢筋，目前年产量已达106 t[15−19]。
2.2 试验材料
采用160 mm×160 mm×12000 mm的连铸方坯作为本次试验的试验材料，型号为HRB400VN2，其主要成分如下表所示：
2.3 试验方案
为保证成品能充分满足新国标要求，同时生产工艺、设备良好运行。三钢棒材厂一棒线从实际情况出发，结合冷却机理分析，提出了4个不同的试验方案，试验主旨为探究在其他条件相同的情况下，不同温度梯度的控轧控冷工艺对HRB400E钢筋力学性能、显微组织等方面的影响，开轧温度为1030±20 °C，详细工艺数据见表2：
3. 试验结果分析及讨论
3.1 力学性能
本次试验主要针对HRB400E钢筋力学性能的关键性指标：屈服强度（ReL）、抗拉强度（Rm）、屈强比（Rm/ReL）和最大力总伸长率（Agt）进行试验结果的统计及分析，详细数据比对分析如下：
（1）屈服强度，ReL
如图1所示，采用普通热轧工艺的方案一有47个样本屈服强度性能低于国标、三钢内控要求，采用控轧控冷工艺的方案二、方案三、方案四屈服强度性均能达到国标和三钢内控的要求，同时具有一定的富余量；在这4种方案中，方案四的性能富余量最大。
