HRB400E熱軋抗震鋼筋的研制開發

范銀平

(安陽鋼鐵集團有限責任公司)

0 前言

隨著建筑工業的迅速發展，高層建筑等工程結構對鋼筋性能的要求越來越高，尤其是我國處于地震多發地區，抗震問題更引起普遍關注［1］。特別是汶川5.12特大地震，再次向人們敲響警鐘，提高建筑物抗震性能的問題已經引起政府和企業的高度重視。為了提高我國建筑物的抗震性，新的國家標準GB1499.2-2007對率先對其抗震性性能進行修訂和完善。以此為契機，2009年初安鋼開始研制開發HRB400E熱軋帶肋抗震鋼筋，并先后通過了國家建筑鋼材質量監督檢驗中心型式檢驗及國家質檢總局生產許可證審核中心檢驗，最終順利獲得了國家抗震鋼筋生產許可證。

1 抗震鋼筋技術要求

提高鋼筋的抗震性能，主要是考慮穩定屈服強度(Rel)，提高強屈比，增加鋼筋的最大力總伸長率(Agt)。穩定鋼筋的屈服強度，將其控制在一定的范圍之內，可以使所有受力鋼筋都能夠比較均勻的承受力量。如果在建筑結構某處的鋼筋性能波動范圍大，在破壞力超過鋼筋的允許屈服強度時，而鋼筋還沒有發生變形，使建筑物無法形成塑性鉸，則建筑物發生不可恢復的永久性破壞，起不到抗震的作用［2］。因此，國家標準 GB1499.2-2007提出熱軋帶肋鋼筋用于結構上要具備抗震“高延性”要求，并在標準第7.3.3條中加入了“有較高要求的抗震結構適用牌號后加E的規定”，它要求除了鋼筋保持原具備標準技術要求外還要保證以下三條技術要求：

1)鋼筋實測抗拉強度與實測屈服強度之比≥1.25;

2)鋼筋實測屈服強度與屈服強度特征值之比≤1.30;

3)鋼筋的最大力下總伸長率Agt≥9%。國標GB1499.2-2007中HRB400E熱軋帶肋抗震鋼筋力學性能特征值指標見表1。

表1 HRB400E抗震鋼筋力學性能特征值

2 抗震鋼筋生產工藝

2.1 生產工藝流程

根據安鋼生產裝備條件，確定生產抗震熱軋帶肋鋼筋主要工藝流程為：

自產優質鐵水→第二煉鋼廠35 t氧氣頂吹轉爐→鋼包釩氮微合金化→6流小方坯連鑄機→120 mm×120 mm連鑄小方坯→三段連續推鋼式加熱爐→Φ260 mm(Φ300 mm)半連軋機組。

2.2 內控化學成分設計

合理的化學成分對抗震鋼筋的力學性能起著極其重要的作用。為保證鋼的性能穩定，在普通熱軋帶肋鋼筋成分控制基礎上，采取較窄成分控制方法，同時根據GBl499.2-2007的技術要求，采用釩氮微合金化工藝技術進行安鋼抗震鋼筋內控成分設計。成分設計見表2。

表2 Φ12 mm～Φ32 mm的HRB400E抗震鋼筋化學成分設計 wt.%

2.3 生產工藝控制

借鑒安鋼研制開發日標JISG3112-1987抗震鋼筋SD390的成功經驗及HRB400熱軋帶肋鋼筋的生產實踐，確定HRB400E抗震鋼筋生產工藝控制如下：

2.3.1 煉鋼工藝

為合理穩定地控制其抗震鋼筋的化學成分，提高鋼的純凈度，實際冶煉時，在生產正常HRB400鋼筋鋼的基礎上首先要求鐵水裝入量實行定量裝入，其次加強冶煉過程中的控制穩定性，同時采用高碳鐵、硅鐵及VN合金進行脫氧合金化。出鋼后再進行不小于3 min的鋼包底吹氬，以確保鋼水成分、溫度的均勻。

連鑄過程中，在穩定拉速的前提下，中間包液面加覆蓋劑保溫，中間包到結晶器采用浸入式水口保護澆注，防止鋼流二次氧化。同時，澆注過程對液面高度、方坯結晶器冷卻水強度等均進行嚴格控制，以期獲得良好的鑄坯質量。

2.3.2 軋制工藝

為保證抗震鋼筋性能穩定性，除要求軋鋼在生產抗震鋼筋時，均衡生產節奏，穩定軋制溫度外，合理控制鋼筋的負差率大小，根據不同規格進行嚴格控制。如：Φ12 mm ～ Φ16 mm 為 4% ～4.5%;Φ18 mm～Φ25 mm為3% ～3.5%;Φ25 mm以上規格平均為2.5%左右。

3 抗震鋼筋實物質量控制水平

3.1 化學成分及力學性能

HRB400E抗震鋼筋化學成份實物水平控制及力學性能檢驗結果見表3、表4。

表3 Φ12 mm～Φ32 mm的HRB400E抗震鋼筋化學成分控制范圍 wt.%

表4 HRB400E抗震鋼筋力學性能值

3.2 焊接性能檢驗

焊接性能是抗震鋼筋最為重要的使用性能之一。根據JGJ18-2003《鋼筋焊接及驗收規程》的相關規定，對HRB400E抗震鋼筋進行了預熱閃光對焊工藝，其焊接性能良好。焊接接頭力學性能檢驗結果見表5。

表5 HRB400E抗震鋼筋焊接試驗

焊接檢驗結果分析：

1)焊接后試樣進行拉伸試驗，其試樣拉伸斷口均為延伸斷口(如圖1所示)，且斷口位置均在遠離焊接部位的母材上。

2)焊接后的拉伸試樣除延伸指標略有降低外，其平均強度特征值無明顯變化，全部焊接拉伸試樣力學性能及彎曲檢驗合格。

3.3 型式檢驗

2009年12月經國家建筑鋼材質量監督檢驗中心對安鋼生產的抗震鋼筋進行抽樣型式檢驗。規格為Φ12 mm和32 mm進行了9種不同形式的焊接工藝：閃光對焊、邦條焊、搭結焊、坡口焊、熔槽邦條焊、窄間隙焊、電渣壓力焊、氣壓焊、預埋件埋弧壓力焊，結果全部合格。

圖1 HRB400E抗震鋼筋閃光對焊拉伸和彎曲試件

3.4 實物認證

2010年3月經國家鋼筋生產許可證辦公室現場審核確認，安鋼HRB400E抗震鋼筋生產工藝、技術裝備、產品檢驗、質量保障體系等達到了國家抗震鋼筋生產要求。

4 結語

1)安鋼在現有工藝裝備條件下，采用釩氮微合金化工藝已研制生產出近3萬多噸HRB400E抗震鋼筋，現已正常批量生產，其鋼筋成分穩定，性能可靠，完全符合國標GB1499.2-2007對抗震鋼筋的技術要求。

2)合理控制抗震鋼筋的化學成分及軋制工藝參數，確保軋材組織及尺寸負偏差的穩定性，是生產HRB400E抗震鋼筋的關鍵。

3)新的建筑規范已經發布實施，抗震鋼筋的市場需求量將日益加大，同時，使用優質安全的建筑材料，提高建筑物的工程質量，是關系到社會長治久安、居民安居樂業的百年大計。安鋼抗震鋼筋的成功研發，具有一定的社會意義。

［1］ 謝仕柜.應加速推進我國高強鋼筋的發展.軋鋼，2000，17(3)：9-11.

［2］ 樊曉雷，王學忠，徐守亮.400 MPa級鋼筋的抗震性能研究.四川冶金，2008(6)：28-31.