HRB400E 含鈮螺紋鋼筋的開發實踐

蔣建波，惠宏智，趙新成

（陜鋼集團漢中鋼鐵有限責任公司，陜西 漢中 724200）

隨著我國“質量強國”的進一步推動和發展，現代建筑行業對鋼筋的使用要求也隨之發生了變化，尤其是鋼筋混凝土用鋼第2部分熱軋帶肋鋼筋（GB/T 1499.2-2018）改版實施后，要求建筑用鋼必須保證鋼筋在地震過程中發生變形但不發生斷裂，能夠有效吸收地震的能量，而不發生倒塌。漢鋼公司結合長流程生產工藝，探索開發鈮鋼生產工藝，逐步用20MnSiNb工藝代替20MnSiV工藝，從而達到降低公司HRB400E鋼筋生產成本，努力將陜西鋼鐵打造成為中國西部最具競爭力的高端鋼鐵材料服務商[1]。

1 生產裝備及工藝流程

（1）漢鋼公司主要生產裝備：2×265m2燒結機、1×1280m3高爐、1×2280m3高爐、2×120t轉爐、2×R10-8機8流連鑄機、1×80萬噸線材生產線、1×60萬噸線材生產線、2×80萬噸棒材生產線。

（2）漢鋼公司HRB400E鋼筋軋制工藝：優質鐵水、廢鋼→120t轉爐→脫氧合金化→吹氬喂絲→8機8流10m弧形連鑄機→連鑄坯→棒線加熱爐→粗軋、中軋、精軋控軋控冷→冷床→收集、打包→入庫[2]。

2 試軋開發方案

漢鋼公司組織鈮微合金化HRB400E螺紋鋼筋的開發實踐，按照工藝分為煉鋼部分和軋鋼部分，指定詳細的技術開發方案，煉鋼初次冶煉3爐，全部熱送至軋鋼棒線加熱爐[3]。

2.1 冶煉控制

（1）化學成分設計。公司為了更好的控制軋制鋼筋各規格的性能指標，研究制定了計劃軋制Ф12-25、Ф28/Ф32兩個化學成分區間，滿足化學成分符合企業的開發技術要求，具體成分范圍詳見表1。

表1 棒線軋制含鈮螺紋鋼化學成分控制表（試軋）

（2）操作要求控制。鈮鋼冶煉過程嚴格控制鋼水化學成分，確保出鋼過程脫氧合金化，以及爐后吹氬喂絲過程符合操作規范，實現鋼包內鋼水成分均勻，鋼中氣體夾雜和非金屬物夾雜滿足標準要求。

（3）中包溫度控制。連鑄過程必須全保護澆鑄，且使用自動加渣裝置，液面自動控制系統。非中包開澆爐次按照正常爐次控制，過熱度按照中下限控制，連鑄時中間包鋼水盡量保持較小的過熱度，中包溫度控制詳見表2。

表2 中包溫度控制表

2.2 軋制控制

（1）在棒一和棒二同時進行試驗，試驗軋制規格為HRB400EΦ12-Φ32，加熱爐的加熱溫度[4]控制詳見表3。

表3 加熱爐溫度控制

（2）軋制工藝控制：軋鋼生產過程中，棒一主要軋制Ф20-32規格、棒二主要軋制Ф12-18規格，軋制料型尺寸和鋼筋外觀尺寸精度執行GB/T1499.2-2018鋼筋混凝土用鋼第2部分：熱軋帶肋鋼筋及漢鋼公司HRB400E螺紋鋼內控標準要求。軋制速度執行鈮鋼生產開發方案：開軋溫度按照熱坯1020℃±10℃、冷坯1030℃±10℃進行控制，終軋溫度按照950℃～1050℃控制，鋼筋上冷床溫度按照850℃～930℃區間控制，整個軋制過程采取控軋控冷工藝，軋線開啟設備冷卻保護水，對設備進行降溫，確保設備穩定順行[4]。

3 試驗分析

為及時掌握軋制過程中的工藝質量，對棒線軋制的Ф12-32鋼筋進行化學成分、力學性能、微觀組織進行檢驗分析，為保證試驗的代表性，下面將在棒一和棒二軋制的規格中選取HRB400EФ12(最小規格)、HRB400EФ32（最大規格）進行研究，通過檢驗對適時對現場軋制工藝進行調整，確保鋼筋的各項指標合格。

3.1 連鑄坯低倍分析

（1）在連鑄坯工藝流程之后，前三爐次按照每爐隨機抽取1夾鋼坯下線，割取低倍試樣，通過酸洗槽進行酸洗腐蝕，對鋼坯的低倍組織分析，鋼坯酸洗面鋼坯縱向可見明顯的中間裂紋、角部和中心裂紋，角部裂紋達到4.0級。

（2）為有效的緩解含Nb鋼坯出現大量裂紋的情況，決定對鋼水成分進行調整，在Ф12-25規格中加入0.007～0.013含量的V元素，在Ф28-32規格中加入0.012～0.018含量的V元素，再次進行鋼坯的低倍檢驗，發現經過對鋼水成分加入V元素的調整，鋼坯的裂紋得到明顯的改觀。

3.2 成分分析

對隨機下線的鋼坯化學成分進行檢驗，在棒線原料跨分別選取計劃軋制HRB400EФ12(最小規格)、HRB400EФ32（最大規格）的鋼坯進行抽樣，隨機抽取1夾鋼坯割取A、B兩個試樣，利用AR-3460直讀光譜儀對其進行成分測定，每個試樣打3個點，求取平均值作為成分的終點值。檢測結果見表4。

表4 光譜檢驗結果（軋制Ф12）

3.3 力學性能檢測

軋鋼廠按照冶煉的鋼水成分將鋼坯送對應的棒線加熱爐，按照開發方案中制定的工藝參數進行試驗軋制。試軋期間分別在棒二隨機選取HRB400EФ12(最小規格)25批次、在棒一隨機選取HRB400EФ32（最大規格）25批次，每批取雙倍試樣（各100組）進行拉伸試驗和彎曲試驗（反彎）分析，統計其最大值與最小值，計算出平均值，統計結果見表5。

表5 力學性能檢驗結果（軋制Ф12）

3.4 金相分析

為了進一步驗證鋼筋的軋制工藝參數是否符合要求，對鋼筋的金相組織進行檢驗，分選取HRB400EФ12(最小規格)、HRB400EФ32（最大規格），分析其不同規格鋼筋的金相組織，在金相檢驗中其組織為珠光體+鐵素體，未見異常組織出現，分析結果見圖9～圖12。

圖9 （HRB400EФ12） 圖 10 （HRB400EФ12）

圖11 （HRB400EФ32） 圖 12 （HRB400EФ32）

4 檢驗結果討論

（1）在開發試軋過程中，鋼坯低倍檢驗發現鋼坯橫截面處出現大量的角部及中心裂紋，主要是鋼水中隨著Nb元素的含量增加，含鈮鋼坯的裂紋會加重。

（2）鋼坯試樣分析的A、B樣結果與原鋼水成分均符合成分控制要求，說明鋼水冶煉期間的吹氬時間和擋渣工藝均達到了預期效果，鋼水的均勻性和純凈度可有效的保障。

5 結論

（1）通過對HRB400E(20MnSiNb)螺紋鋼筋的化學成分、力學性能、金相組織等特征來看，各項指標完全可以滿足GB/T 1499.2-2018標準要求，在漢鋼公司現有的技術裝備條件下，采用20MnSiNb工藝代替20MnSiV工藝生產HRB400E螺紋鋼筋的工藝路線是切實可行的，可以生產出性能穩定、質量可靠的HRB400E熱軋帶肋鋼筋。

（2）含鈮鋼易發生鋼坯角部裂紋現象。其成因較多，漢鋼公司通過優化連鑄工藝，減小矯直區二冷配水量，增加鑄坯表面溫度，避開鈮鋼脆性溫度區間，使鈮鋼裂紋得到明顯緩解。