HRB500E抗震鋼筋生產工藝及性能優化

范銀平 李 璟 楊陳莉

(安陽鋼鐵集團有限責任公司)

HRB500E抗震鋼筋生產工藝及性能優化

范銀平 李 璟 楊陳莉

(安陽鋼鐵集團有限責任公司)

本文針對HRB500E高強鋼筋強屈比控制難度大，抗震性能合格率偏低等問題，通過研究分析其產品技術要求及生產特性等，進而采取優化合金成分控制范圍、完善軋制工藝管理等措施，最終取得了良好效果：抗震性能合格率由工藝優化前的80%提高到99%以上。

HRB500E 高強鋼筋 工藝優化

0 前言

HRB500E抗震鋼筋是國標GB1499.2-2007中強度級別最高的熱軋抗震鋼筋，主要應用于高層建筑及重大基礎設施鋼筋混凝土結構中。近年來，由于地震頻發使得抗震鋼筋受到了廣泛的關注，建筑行業對抗震鋼筋的需求越來越迫切，因此開發HRB500E抗震鋼筋勢在必行[1]。安鋼依托多年VN微合金化技術生產HRB400、HRB500高強鋼筋的開發與生產經驗，自2015年初開始研制開發HRB500E高強抗震鋼筋，針對研發過程中，其鋼筋抗震指標強屈比控制不穩定，造成鋼筋抗震性能合格率偏低問題，通過開展工藝優化，完善生產過程管理，使得HRB500E鋼筋的抗震性能合格率平均達到了99%以上，實現了φ12 mm～32 mm規格的批量化生產，鋼筋抗震綜合性能穩定，用戶使用后反映良好。

1 HRB500E鋼筋技術要求

1.1 工藝要求

(1) 建筑物的抗震性能不僅強調堅固，還應有良好的變形能力和吸收地震能量的能力。也就是在保證鋼筋具有一定強度的同時，盡量提高塑性，使強度和塑性達到最佳的配合，較高的延伸率值可在強震時吸收更多的地震能。

(2) 要具有高的強屈比和均勻的屈服強度，強屈比越高，鋼筋具有越大的塑性儲備能力。

(3) 鋼筋屈服后有較長的均勻變形階段，能吸收更多的地震能量，從而提高其抗震性能。

1.2 國標要求

國標GBl499．2—2007《鋼筋混凝土用鋼第2部分：熱軋帶肋鋼筋》中規定了HRB500E抗震鋼筋的各項力學性能，包括屈服強度ReL、抗拉強度Rm、斷后伸長率A、最大力總伸長率Agt、鋼筋實測抗拉強度與屈服強度之比R0m/ R0eL、鋼筋實測屈服強度與標準規定的屈服強度特征值之比R0eL/ReL。具體數值見表1：

表1 HRB500E帶肋鋼筋國標力學性能

注：1. 對于沒有明顯屈服強度的鋼，屈服強度特征值ReL應采用規定非比例延伸強度Rp0.2。

2 生產工藝

依據國標GB1499.2-2007對HRB500E抗震鋼筋產品的技術要求，結合其工藝性能特點，實際生產采用了VN微合金化+熱軋工藝。生產工藝流程如下：

轉爐冶煉→120×120(150×150) mm連鑄小方坯→熱(冷)裝→加熱爐加熱→半連續棒材機組軋制→步進式冷床冷卻→定尺剪切→收集、打捆→計量、入庫。

3 影響抗震性能因素

3.1 成分的影響

生產初期，HRB500E的成分設計是在釩氮微合金化400 Mpa級鋼筋成分基礎上，為提高強度，僅提高了鋼中的V含量，成分控制見表1。但是實際生產中，由于鋼中V含量的增加對屈服強度的貢獻要高于對抗拉強度，如果保持C和Mn含量不變的情況下，很容易造成強屈比的降低，甚至達不到1.25。另外，如果其強化元素C、Si、Mn及V含量同時處于上限值時，又會造成了抗震性能另一指標屈標比超出1.30的標準特征值。

3.2 加熱溫度的影響

表1 HRB500E化學成分控制 單位： %

為節約能源，本企業HRB500E熱軋帶肋抗震鋼筋生產通常采取了熱裝熱送方式。但由于生產銜接問題，不可避免地出現冷熱坯的混裝現象。由此造成鋼坯入爐溫度的不同，在加熱爐加熱時間一定的情況下，將直接影響到HRB500E鋼中V的固溶效果及軋后VN合金析出對鋼筋的強化能力[3]。根據實際生產統計：HRB500E方坯熱裝較冷裝其軋后平均屈服強度高約20 Mpa(抗拉強度約為16 Mpa)左右；冷熱坯混裝影響抗震性能合格率10%～15%。

3.3 規格效應及尺寸公差的影響

由于鋼筋在軋制過程中壓縮比、尺寸公差控制及軋制節奏的影響，在同一成分、同一軋制狀態(主要是裝爐方式)控制條件下，φ25 mm以下小規格其屈服強度特征值要高于φ25 mm以上大規格平均20 Mpa～30 Mpa。另外，鋼筋生產采取負偏差軋制，而提高鋼筋負偏差率的方法一般是減少鋼筋的內徑[4]。但是，鋼筋內徑尺寸控制的波動，也會直接造成鋼筋強度的波動，特別是對于切分軋制的小規格影響更為顯著，據統計：在相同成分、工藝條件下，Φ12 mm～16 mm規格受負公差軋制影響，其強度通常降低約5 Mpa～10 Mpa左右。

4 工藝改進優化措施

4.1 優化成分設計

國標GB1499.2-2007對抗震鋼筋的要求：強屈比Rm/Rel≥1．25 、屈標比Rel/500≤1．30。從強屈比看，Rm應盡量高，Rel盡量低；從屈標比看，Rel實際控制值應在500 Mpa～650 Mpa。為此，通過對HRB500E抗震鋼筋生產過程中的跟蹤數據分析結果及實際生產控制水平，結合鋼筋實際生產中C、Si、Mn、V等強化元素對其抗震性能各值的貢獻大小及其規格效應程度，進行化學成分的優化：(1) 增加C、Mn含量，降低V含量上限值；(2) 針對其規格效應，根據規格大小進行V含量的分檔軋制。(3) 適當縮小成分控制范圍，即窄成分控制。優化后成分見表2。

表2 HRB500E抗震鋼筋優化后成分 單位： %

4.2 控制入爐方式，穩定加熱溫度

針對裝爐方式對HRB500E鋼筋鋼坯加熱溫度的不同，在保持目前加熱爐加熱條件無法提升的情況下，通過加強生產計劃及產品訂單管理，在HRB500E抗震鋼筋生產時，鋼坯入爐方式統一為純冷裝或熱裝(鋼坯表面溫度≥300 ℃)不準冷熱坯混裝；同時，適當降低生產節奏，提高HRB500E鋼筋加熱爐加熱時間。即在滿足HRB500E鋼筋固溶溫度的前提下，還要確保充分的固溶時間，使鋼筋中的V得到有效的發揮，有利于改善鋼筋的抗震性能。

4.3 穩定尺寸，控制鋼筋負差率

由于在力學性能檢測時鋼筋使用公稱尺寸截面積進行計算，鋼筋實際尺寸大小對力學性能有直接的影響。因此要控制鋼筋尺寸與負差率均衡穩定，以保證鋼筋性能的穩定。結合生產實際，進行HRB500E抗震鋼筋的料型優化，減輕連軋機架間的拉鋼問題，減少鋼筋頭尾尺寸差。同時，對切分生產的小規格孔型進行改進，減少三線尺寸差，保證負差率穩定。

5 取得效果

通過工藝的優化及成分的完善，HRB500E熱軋帶肋抗震鋼筋其各規格綜合抗震性能合格率達到了99%以上(其各規格抗震性能水平見表3)，截止目前生產近一萬余噸，沒有出現過強屈服比不合格爐批。

表3 HRB500E抗震鋼筋優化前后抗震性能指標

6 結論

(1)生產實踐表明：通過優化調整合金成分及分檔軋制工藝，使得HRB500E熱軋帶肋鋼筋抗震性能合格率得到穩定提高，完全具備批量生產的能力。

(2)在優化合金成分的基礎上，實現煉鋼的窄成分控制及穩定軋材尺寸精度是提高HRB500E抗震性能的關鍵，通過提高鋼中C、Mn含量，降低V含量，優化軋鋼加熱爐裝爐方式，有利于提高HRB500E鋼筋的強屈比，近而提高其抗震性能合格率。

[1] 袁敏,喬湘麗,張銀生.HRB500E抗震鋼筋研制[J].現代冶金,2010(3):20-22.

[2] 王洪鋒，王耀山. 釩氮微合金技術在HRB500E開發中的應用[J].甘肅冶金，2014，36(2)：32-35.

[3] 李勇山. 提高HRB500E螺紋鋼筋強屈比試驗研究[J].江西冶金，2015，35(6)：5-7

[4] 劉金源，鐘壽軍. HRB500E 屈服強度偏低原因分析[J].江西冶金，2016，36(1)：18-21

PLODUCTION PROCESS AND PROPERTY OPTIMIZATION OF HRB 500E ANTI-SEISMIC REINFORCING BAR

Fan Yinping Li Jing Yang Chenli

(Anyang Iron and Steel Group Co.,Ltd.)

Based on strong flexor HRB500E high strength steel ratio control is difficult, the problem such as seismic performance qualified rate is low, through research and analysis the technical requirements and production characteristics, etc., and then take optimized alloy composition control, perfect management measures, such as rolling technology has achieved good result finally: seismic performance qualified rate increased to 99% from 80% before the process optimization.

HRB500E High strength ribbed steel bar Process optimization

銀平，高級工程師，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵集團有限責任公司技術中心；

2016-12-15