HRB500E抗震鋼筋開發

摘 要：介紹了通過優化化學成分和完善控制軋制、控制冷卻工藝，研制開發出500MPa級高強度鋼筋混凝土用熱軋帶肋抗震鋼筋，實物理化指標達到GB1499.2-2007標準要求。

關鍵詞：HRB500E； 熱軋帶肋抗震鋼筋；開發

1 前言

為適應市場變化，滿足用戶對HRB500E抗震鋼筋的需求。呈鋼從2008年1月起，組織開發HRB500E高強度鋼筋混凝土用熱軋帶助抗震鋼筋，經檢驗實物理化指標達到GB1499.2-2007標準要求，具有良好的綜合性能，投入市場后，深得用戶好評。

2 工藝流程與工藝控制

2.1 工藝流程

主要工藝流程： 氧氣頂底復吹轉爐→吹氬→連鑄→熱送→加熱→粗中軋機軋制→預水冷→精軋機軋制→控溫水冷→步進冷床冷卻→精整收集→入庫

2.2 技術要求

2.2.1 執行標準：GB1499.2-2007

2.2.2 牌號：HRB500E

2.2.3 化學成分及力學性能要求：見表1、表2

2.3 鋼坯成分設計煉鋼工藝控制

無論采用何種軋制工藝，鋼的化學成分均是對鋼筋性能起決定性的因素，因此對HRB500E鋼筋用鋼的成分控制就顯得尤為重要。在微合金化的C-Mn鋼中。C是鋼中重要的強化元素，每增加0.1%C，可使鋼的屈服強度提高28Mpa，抗拉強度提高70Mpa。提高鋼中的碳除可以改善鋼的強度外，對抗震鋼筋生產而言，還能明顯改善鋼筋的強屈比。Mn的加入可以提高V在鋼中的沉淀強化效果，并可降低控冷工藝過程中相變溫度。

在微合金元素的選擇上，我們對比了Nb和V兩種元素在鋼中的作用，最終決定采用V微合金化。原料采用V-N合金，利于V-N在奧氏體中的固溶度積，增強沉淀強化效果，降低鋼的脆性轉變溫度，提高鋼的強韌性配合，有效提高鋼的高應變低疲勞性能，提高其在地震載荷下的隨機疲勞壽命。

為保證獲得生產HRB500E所需的合格鋼坯，制定力煉鋼工藝控制要求：（1）采用優質鐵水、廢鋼。（2）冶煉終點溫度控制在1650-1680℃，吹煉終點C制在0.10-0.15%、P、S小于0.040%。（3）采用鋼氣合金化。（4）鋼氣吹氬時間不少于240秒。（5）中間氣液面保證400mm以上，鋼水溫度控制在1520-1535℃。（6）連鑄拉速2.5-2.8m/min。

2.4 控制軋制與控制冷卻工藝

釩微金化鋼筋在軋制生產時按三個階段進行控制軋制。第一階段，在奧氏體再結晶區內變形。第二階段，在奧氏體非再結晶區內變形，軋制時促使晶粒延軋制方向伸長，在晶粒內部產生變形帶，增加晶界以提高鐵素體形核密度與晶粒內形變帶上出現的大量鐵素體晶核一起，促進鐵素體晶粒細化。第三階段：奧氏體-鐵素體兩相區的變形，未相變的奧氏體-鐵素體兩相區的變形，未相變的奧氏體晶粒更加伸長，在晶內形成變形帶，已相變后的鐵素體晶粒受壓下時在晶粒內形成亞結構，從而使鋼材的強度顯著提高，韌脆性轉變溫度下降。

經過上述三個階段控制軋制的鋼材在終軋結束時立即進入控冷裝置，施以超快速冷卻，在相變溫度上方終止快冷，進入自然空冷，以此來抑制終軋結束后的奧氏體晶粒長大，獲得細小的奧氏體晶粒，并轉變為細晶粒的鐵素體和珠光體組織，提高鋼筋的抗拉強度，改善鋼筋的強屈比。

生產中，為實現控制軋制和控制冷卻要達到的目的，制定了嚴格的工藝參數：（1）鋼坯加熱時間控制在1.5-2.0小時內，加熱爐預熱段溫度750-850℃，加熱段溫度控制在1150-1280℃，均熱段溫度控制在1050-1120℃，出鋼溫度控制在1050-1100℃。（2）進中軋后預水冷設備的軋件溫度控制在1100℃以內，溫度高時應降低軋制速度保證軋件溫度。（3）軋件出預水冷設備的溫度控制在950-980℃，軋件出預水冷設備的溫度通過增減水流量來控制。（4）終軋溫度控制在1100℃以下。（5）軋后控溫水冷時間控制在一秒以內，水冷終結時鋼筋表面溫度控制在620℃以上。

3 生產情況分析

按照確定的HRB500E抗震鋼筋生產工藝，截止到2010年10月，德鋼共生產HRB500E抗震鋼筋3500噸，熔煉成分合格率98.0%，鋼材物理性能檢驗合格率99.0%。

3.1 存在問題及影響因素

3.1.1 化學成分超標

HRB500E抗震鋼筋共生產102爐，其中2爐因成分不合格改判為HRB400E抗震鋼筋用鋼坯，主要原因是鋼中C成分低，V只有0.18%，如前所述，碳作為鋼中的重要強化元素，低碳鋼坯很難通過控冷工藝使其性能達到HRB500E抗震鋼筋要求，在這方面德鋼在生產HRB335E、HRB400E抗震鋼筋過程中，作了大量統計分析，最終決定將這倆爐鋼坯改判為HRB400E鋼坯，未進行HRB500E的軋制試驗。

3.1.2 強屈比低于1.25

GB1499.2-2007標準要求抗震鋼筋的強屈比≥1.25。在實際生產的100批HRB500E抗震鋼筋中，有一批鋼筋強屈比達不到抗震鋼筋要求（見表3），該批鋼筋制取的兩根物檢樣中，有一根試樣屈服強度值較高，經分析發現該批鋼筋為冷熱坯混組的組合坯，懷疑是鋼坯加熱不均，造成冷坯斷面溫差大，芯部溫度低控軋控冷后出現性能升高情況，為驗證冷坯與熱坯在爐內加熱后性能之間的差異，將一爐HRB500E鋼坯分成兩部分，一部分熱裝，另一部分冷卻后在入爐，加熱爐各段溫度控制及加熱時間按同一標準控制，控軋控冷工藝相同，對軋制出的鋼筋取樣檢驗，發現冷坯軋制出的鋼筋比熱坯軋制出的鋼筋性能高，其中屈服強度高15-25Mpa，抗拉強度高10-20Mpa，為解決上述問題，作了幾次試驗，將冷坯加熱時間增加15分鐘后，同一出鋼溫度條件下，冷坯和熱坯的性能差基本消除。

在隨后的生產中，公司內部規定，生產HRB500E抗震鋼筋時，冷坯或熱坯只允許整爐裝料，全冷坯生產時，鋼坯在爐內加熱時間比全熱坯生產時增加15分鐘。

3.2 批量生產情況

按照試制定下來的生產工藝，截止到2011年5月，共生產φ16-φ32共7中規格的3500噸HRB500E抗震鋼筋，合格率100%，HRB500E抗震鋼筋生產所使用的鋼坯成分見表4，鋼筋力學性能見表5。

3.2.1 鋼筋內部組織情況

對生產的HRB500E抗震鋼筋進行內部檢驗，經4%硝酸乙酸溶液浸蝕后觀察，各種規格的鋼筋內部組織都是鐵素體和珠光體，晶粒度表現為邊部比芯部更細小均勻，邊部晶粒度10.5-11.5級，芯部晶粒度9.5-10.5級。

3.2.2 鋼筋的焊接性能，機械連接性能情況

HRB500E抗震鋼筋生產出來后，每種規格隨機抽取100根樣品，在WN-1500閃光對焊機上進行焊接檢驗，結果表明，鋼筋的焊接性能滿足標準要求，對熱區進行檢驗，未見晶粒過熱和大量魏氏組織、貝氏組織-馬氏組織出現，斷口位置均在熱區以外。對HRB500E抗震鋼筋進行—助套—連接檢驗，性能符合標準要求。

4 結束語

4.1 制定的HRB500E抗震鋼筋生產工藝適合煉鋼、軋鋼的生產控制，煉鋼、軋鋼生產工藝能夠保證生產出HRB500E抗震鋼筋所需的產品。

4.2 生產HRB500E抗震鋼筋的鋼坯成分應保證碳含量、釩含量穩定，批量生產時連澆爐的成分差不宜大于0.02%，碳最好控制在0.21-0.23%之間，釩控制在0.10-0.15%之間。

4.3 生產HRB500E抗震鋼筋，控軋控冷工藝是關鍵，應確保鋼坯加熱質量，開軋溫度900-950℃，進預水冷箱軋件溫度控制在1050℃以下，軋件出水箱溫度控制在900-950℃。