影響鋼筋抗屈比原因分析及改進措施

王宏剛，楊文濤

（陜鋼集團漢中鋼鐵有限責任公司，陜西漢中 724200）

影響鋼筋抗屈比原因分析及改進措施

王宏剛，楊文濤

（陜鋼集團漢中鋼鐵有限責任公司，陜西漢中 724200）

分析了影響鋼筋抗屈比的常見因素，有化學成分、晶粒度、微合金化等。著重討論了在合金元素含量不變的情況下軋制溫度控制對鋼筋抗屈比提升的影響。通過軋制實踐得出結(jié)論：適當提高加熱爐溫度，延長保溫時間，可以有效提升鋼筋抗屈比。

抗屈比 晶粒度 加熱溫度 氮微合金化

當前抗震鋼筋的應用越來越普遍，利用釩鈦微合金化技術(shù)與控制軋制相結(jié)合生產(chǎn)的高強度抗震鋼筋具有高強度、高應變、低周疲勞、低應變時效敏感性、強抗變形時效能力、良好的焊接性能等優(yōu)點。抗震設(shè)計原則之一就是保證鋼筋混凝土框架具有較好的延性和整體性，當構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)在地震作用下通過結(jié)構(gòu)的塑性變形吸收地震所產(chǎn)生的能量[1-3]，可以有效預防因地震時鋼筋脆斷而引起的混凝土構(gòu)件的早期破壞。對抗震鋼筋力學性能的三點要求是：實測抗拉強度與實測屈服強度特征之比（抗屈比）不小于1. 25；鋼筋的實測屈服強度與標準規(guī)定的屈服強度特征值之比（屈標比）不大于1. 30；鋼筋的最大力總伸長不小于9%。其中抗屈比表征鋼筋受力超過屈服強度之后還能承受較大的抗力而不至于破壞的能力，抗屈比越高，鋼筋斷裂所吸收的能量越大，越不容易斷裂。可見抗屈比是鋼筋抗震的關(guān)鍵因素。一般鋼筋的級別越高，越容易出現(xiàn)抗屈比不合格現(xiàn)象。陜鋼集團漢中鋼鐵有限責任公司（全文簡稱漢中公司）自從生產(chǎn)HRB500E鋼筋以來，多次出現(xiàn)鋼筋抗屈比不合格的情況。

1 影響抗屈比原因分析

抗屈比是抗拉強度與屈服強度的比值，抗拉強度的變化和屈服強度的變化都可能引起抗屈比變化。

1.1 化學成分對抗屈比的影響

C、Si、Mn、P等這些元素在鋼中都可以起到固溶強化的作用，從而影響鋼筋的力學性能。其中C在鋼中形成間隙固溶體，而Si、Mn、P在鋼中形成置換固溶體。一般間隙固溶體的強化作用大于置換固溶體的強化作用，并且間隙固溶體的溶質(zhì)元素對基體韌性、塑性的削弱很顯著，對抗拉強度的強化明顯高于屈服強度的強化[4]，因此間隙固溶體對鋼筋抗屈比的影響很明顯。置換固溶體的溶質(zhì)元素對基體的韌性、塑性影響不大，鋼中C、Si、Mn中C的含量變化對抗屈比的影響最明顯。C含量過高會大大降低鋼筋的韌性、塑性，影響鋼筋的焊接性能，Mn含量過高也會影響鋼材的焊接性能。國標中對C、Mn含量都有上限要求。P會引起鋼材冷脆，是鋼中典型的有害元素。

1.2 晶粒度對抗屈比的影響

根據(jù)hall-petch公式σs=σ0+ksd-1/2（式中d為晶粒直徑，ks為系數(shù)）可知，晶粒越細，晶界和亞晶界越多，阻止位錯運動能力越強，這樣就產(chǎn)生位錯塞積強化，使得鋼筋的屈服強度和抗拉強度都增強[5]。根據(jù)Stroh提出的斷裂強度與晶粒大小關(guān)系可知，晶粒度對抗拉強度的影響幅度沒有對屈服強度影響的幅度大[6]。因此當晶粒度增大時，鋼筋的抗屈比會降低，反之晶粒度減小，鋼筋的抗屈比會升高。

1.3 氮微合金化對抗屈比的影響

氮微合金化的機理是利用釩在鋼中與碳、氮結(jié)合生成細小的碳化釩和氮化釩彌散分布，產(chǎn)生析出強化，同時可以阻止晶粒長大，起到細化晶粒作用，從而提高鋼的強度[7-9]。釩在鋼中可以起到固溶強化、析出強化和細晶強化的作用。當鋼中氮含量較高時，釩析出強化和細化晶粒就比較明顯[10]。細晶強化大幅提高鋼的屈服強度，對抗拉強度的提高相對較弱。析出強化也對屈服強度的影響幅度大于抗拉強度的影響。因此氮微合金化會降低鋼筋的抗屈比。

鋼中合金元素含量的變化對鋼筋力學性能的影響很大，一般情況下企業(yè)為了降本增效，會嚴格控制合金元素的含量。本文以HRB500EΦ12 mm盤卷軋制為例，著重討論在合金元素含量不變的情況下軋制溫度控制的變化對鋼筋抗屈比的影響。

2 HRB500EΦ12 mm盤卷提升抗屈比試驗

2.1 工藝流程

HRB500EΦ12 mm盤卷軋制工藝：優(yōu)質(zhì)鐵水、廢鋼→120t轉(zhuǎn)爐→合金化→8機8流連鑄機→連鑄坯→加熱爐→粗中軋制→預精軋→精軋機軋制→減定徑機軋制→控溫水冷→風機冷卻→收集打包→入庫。

2.2 化學成分（見表1）

表1 化學成分%

2.3 軋制溫度

軋制關(guān)鍵溫度控制如表2所示。

表2 軋制溫度控制℃

2.4 金相分析

在加熱爐升溫前后各取一組（兩個）試樣作金相分析，結(jié)果如圖1、圖2所示。可以看出，升溫后鋼筋基體晶粒有所增大，且均勻度降低。

圖1 升溫前金相（×500）

2.5 力學性能統(tǒng)計

升溫前共軋制5批約120t，力學性能統(tǒng)計見表3。由表3可以看出，屈服強度和抗拉強度都比較富足，前兩批出現(xiàn)兩組因抗屈比不合格待判后，將加熱爐均熱段溫度提高20℃，達到1 120℃，其他參數(shù)保持不變。加熱爐升溫后軋制的三批力學性能全部合格，性能統(tǒng)計值見表4。

3 分析與討論

圖2 升溫后金相（×500）

表3 力學性能統(tǒng)計

表4 力學性能統(tǒng)計

1）本次軋制軋制坯為熱送鋼坯，出現(xiàn)抗屈比不合格待判后，將加熱爐溫度提高20℃，并保溫1 h后抗屈比合格，而且有明顯提升。在成分和其他軋制工藝沒有改變的情況下，適當提高加熱爐溫度，有利于鋼坯原始晶粒的長大，初始晶粒的大小直接影響鋼筋最終的晶粒度，使得鋼筋抗屈比明顯提升。

2）漢中公司前期試軋時，加熱爐裝冷坯也多次出現(xiàn)抗屈比不合格現(xiàn)象。適當延長加熱爐保溫時間延后抗屈比合格，并有明顯提升。在成分和其他工藝不變的情況下，延長保溫時間有利于鋼材初始晶粒長大和鋼筋最終的晶粒度升高，使得鋼筋抗屈比明顯提升。

3）目前大多數(shù)企業(yè)采取細晶軋制技術(shù)降低生產(chǎn)成本。這種工藝在生產(chǎn)高強鋼筋HRB500E、HRB600E時容易出現(xiàn)抗屈比不合格現(xiàn)象。為確保鋼筋力學性能符合抗震要求，必須綜合考慮成分、性能、軋制工藝等因素。

4 結(jié)論

1）影響鋼筋抗屈比的因素有合金成分、晶粒度、氮微合金化等，在生產(chǎn)實際中應綜合考慮成分、性能、軋制工藝等因素。

2）在大規(guī)模生產(chǎn)時，在鋼筋屈服強度和抗拉強度比較富足的條件下，不改變其他工藝參數(shù)，只適當提高加熱爐溫度、延長保溫時間，能夠有效提升鋼筋的抗屈比。

參考文獻

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[9]趙徹，孟憲珩，齊宏智.不同釩微合金化方式對鋼筋強屈比的影響[C]//2009全國建筑鋼筋生產(chǎn)、設(shè)計與應用技術(shù)交流研討會會議文集.北京：中國金屬學會，2009：7.

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（編輯：胡玉香）

Cause Analysis on Yield Ratio of Steel Bar and Improvement Measures

WANG Honggang，YANG Wentao
（Hanzhong Iron&Steel(Group)Co.,Ltd.,Hanzhong Shaanxi 724200）

The common factors that influence the yield ratio is chemical composition,grain size,nitrogen micro alloying etc.This paper emphatically discusses the effect of rolling temperature change on yield ratio in the same content of alloy element.Through the practice,appropriate furnace temperature increase extends the time of heat preservation, which can effectively improve yield ratio.

yield ratio,grain size,heating temperature,nitrogen micro alloying

TG335. 11；TG113.25

A

1672-1152（2016）06-0021-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.06.07

2016-10-19

王宏剛（1986—），男，材料科學本科學歷，于陜鋼集團漢中鋼鐵有限責任公司計量檢驗中心從事鋼筋檢驗工作。