凌鋼HRB500E大規格高強抗震鋼筋研制與實踐

摘 要：根據Nb、V和N微合金化強化性能機理，通過試驗選用氮化釩鐵和鈮鐵復合微合金化，提高強度、保證強塑性匹配下，成功研制出大規格高強度HRB500E抗震鋼筋。

關鍵詞：高強度 晶粒細化 固溶和沉淀強化 抗震 氮化釩鐵和鈮鐵

中圖分類號：TG335 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（b）-0088-02

目前，我國處于工業化和城鎮化快速發展時期，但是，我國建筑行業使用高強鋼筋比率偏低。據統計資料，2009年我國鋼鐵企業生產的熱軋帶肋鋼筋共1.3億噸，占國內鋼材總產量的24%。其中HRB400占鋼筋總量的31.1%；HRB500僅占鋼筋總量的0.6%；國外采用高強鋼筋較為普遍。

使用高強鋼筋效益明顯，在保證建筑結構安全度不變的前提下，可減少鋼筋用量，也可顯著改善框架結構中梁、柱節點鋼筋擁擠的現象，提高工程質量；其次，我國又是地震多發地區，為提高建筑物的堅固性，必須增加鋼筋用量或采用高強抗震鋼筋。

從2008年開始，凌鋼集團就一直致力于高強鋼筋的研究，特別是對高強抗震鋼筋研究，在開發研究HRB400E抗震鋼筋的基礎上對HRB500E高強鋼筋進行研制，試驗φ12～φ32 mm規格比較順利，但在開發規格φ36 mm、φ40 mm大規格過程中遇到屈服強度富余量低、強屈比不合等問題。而后通過不斷優化成分和工藝，現已能批量化生產。

1 大規格HRB500E鋼筋研究

1.1 技術要求

1.2 成分設計

根據凌鋼生產HRB400E帶肋鋼筋的經驗，碳增加0.10%可分別提高屈服強度和抗拉強度30 MPa和60 MPa，但碳含量偏高影響鋼筋的塑性和焊接性能，因此，要控制C含量，防止碳當量過高。Mn可提高固溶強化效果，降低相變轉變溫度，細化鋼材的組織，提高強度和韌性。但含量過高影響焊接性能。由于凌鋼未采用輕穿水工藝提高鋼筋性能和控軋控冷工藝生產細晶粒鋼筋，但又不能單純通過提高常規元素含量提高強度，因此選擇Nb、V微合金化工藝生產高強度鋼筋。首先，選用鈮微合金化工藝，利用鈮的固溶細化晶粒和析出強化強度，但鈮對軋鋼加熱溫度要求較高且成本較高，而改用鈮鐵、釩鐵復合微合金化。隨著氮化釩鐵合金生產工藝成熟，而采用氮化釩鐵微合金化。

氮化釩鐵在鋼中強化機制：（1）鋼中增氮，使處于固溶態的釩在冷卻過程轉變成析出態的釩，充分發揮了釩的沉淀強化作用。（2）細化晶粒作用，氮化釩鐵微合金化通過優化釩的析出和細化鐵素體晶粒，可同時發揮晶粒細化和沉淀強化兩種強化方式的作用，有利于實現強塑性匹配。

我公司根據HRB500E性能要求和合金成本考慮，擬采用釩氮微合金化試驗大規格HRB500E。內控成分設計見表2。

2 試制生產

2.1 工藝流程

2.2 冶煉和連鑄

2.2.1 冶煉

2.2.2 連鑄

2.3 軋制

2.4 試制結果

3 試制結果分析

（1）從表2 HRB500E在線性能看，個別試樣強屈（R0m/R0eL）比較低。（2）時效1周后檢驗，屈服強度（ReL）較在線降低10～35 MPa，富余量較低；抗拉強度（Rm）基本持平。最大力總伸長率Agt有所提高。

而后又通過提高V含量，但屈服強度增加不明顯。隨后，用鈮鐵和氮化釩鐵復合微合金化工藝生產大規格HRB500E。又重新設計化學，小批量試驗φ36 mm和φ40 mm兩個規格，成分和性能見表3。

從表3看，采用鈮釩復工藝后生產HRB 500E抗震鋼筋屈服強度和強屈比適中，時效1周后，屈服強度降低10～15 MPa，抗拉強度降低5～10 MPa，性能均滿足抗震鋼筋標準要求。從高倍檢驗看，非金屬夾雜物中A類為2.0～2.5級、B類為1.0～1.5級、C類為3.0～3.5級、D類為2.0～2.5級、硫化物和C類硅酸鹽夾雜較高，晶粒度適中（8.0～9.0級），組織為鐵素體+珠光體。大規格HRB500E抗震鋼筋基本具備批量生產條件。

4 結論

通過試驗對比采用鈮釩復合生產大規格抗震鋼筋比單純采用氮化釩鐵更能實現強塑性匹配；在生產中要保證窄成分控制，同時提高內控成分合格率，確保力學性能穩定；要加強低硫成分控制同時加強吹氬、中間包液面高度控制促使硅酸鹽夾雜上浮去除，進一步提高HRB500E性能。

參考文獻

[1]劉朝建.持續推動高強度鋼筋應用促進我國經濟可持續發展.中國鋼鐵業，2011（12）：20.

[2]馬文，朱寶晶，陳文達，等.HRB400E、HRB500E大規格抗震鋼筋的研發[J].萊鋼科技，2011，8：55.